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陣列天線/波束成形 高頻毫米波雷達又精又遠

文‧張嘉純 發布日期:2019/05/27 關鍵字:毫米波雷達77GHz陣列天線波束成形ADAS

毫米波雷達(mmWave Radar)在車用感測器領域已占有一席之地,一方面由於歐洲電信標準協會(ETSI)和美國聯邦傳播委員會(FCC)制定的頻譜規則和標準已禁止新產品使用24GHz超寬頻段,另一方面車用感測器也要求更精準的感測解析度,因此,高頻(77~79GHz)毫米波雷達開始快速發展。為提升高頻毫米波雷達精度,工研院資通所技術副組長陳文江指出,透過陣列天線與波束成形(Beam Forming)技術可以讓毫米波雷達更精準、傳輸距離更遠。

工研院資通所新興無線應用技術組組長丁邦安表示,毫米波雷達在車用感測方面的應用最初是因為先進駕駛輔助系統(ADAS)的興起,後來才進入了自駕車發展的領域。但是自駕車感測器要模仿的器官就是人眼,而人眼是一個非常偉大的器官,要用機械替代如此精密的感官有相當大的挑戰。因各種車用感測器如光達(LiDAR)、毫米波雷達、攝影機等分別有技術上的優劣勢,目前感測融合技術互補乃是車用感測器主流趨勢。

但丁邦安也提到,感測融合也有其困難,由於感測器數量多種類又不同,資訊量當然就跟著增加。資訊量大的情況下,若是不同感測器的感測結果產生矛盾,要如何判斷將是一大挑戰。以現在的技術來說,正確的感測和運算可以達到辨識物體的能力,但在車用領域同時也要求短時間做出正確的判斷,過於複雜的演算法和大量的感測器也會讓成本變得高不可攀。因此,丁邦安認為短時間內,毫米波雷達的主要舞台還是在ADAS和主動安全的領域。

針對高頻毫米波雷達如何提升精準度,陳文江進一步說明,理論上頻率越高傳輸距離是越短的,因為高頻會有衰減的問題,而77~79GHz的衰減至少是24GHz的九倍以上。而之所以會選擇高頻毫米波雷達是因為高頻的波長短,波長短就可以掃描得更精細,因此解析度就會比較高。

為了解決高頻訊號衰減的問題,可以透過陣列天線的方式讓傳輸距離提升、掃描範圍變廣。藉由開關天線改變使用天線個數的方式控制波束,即波束成形技術,集中波束便能使傳輸距離變遠,寬波束可以進行短距離大角度範圍的掃描。在IC發射功率固定的狀況之下,藉由波束控制即可以調整訊號傳輸距離。且由於高頻的天線可以做得較小,而且可直接印在PCB板上再拉到IC上做成小模組,因此增加陣列天線的成本並不會太高。

丁邦安總結道,車用對於安全性的要求非常高,萬中不能有一失,高頻毫米波雷達要在車用領域普及會遇到最大的困難在於道路實測與成本。目前藉由提升運算量、增加天線數量、提高雷達頻率都可以讓解析度與辨識度提升,技術方面和理論已足夠成熟,但是成本將會高到難以接受。在安全與成本的拉鋸之下,高頻毫米波雷達用於自駕車仍有一段路要走。但是可以肯定的是高頻毫米波雷達在車用領域取代低頻毫米波雷達將只是時間的問題。

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