一文教你怎样选择自动驾驶的毫米波雷达系统的设计材料.docx

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1、一文教你怎样选择自动驾驶的毫米波雷达系统的设计材料一文教你怎样选择自动驾驶的毫米波雷达系统的设计材料(ETSI,etsi.org)都已批准其使用。目前，各种雷达被用作ADAS应用的一局部，FMCW信号由于在测量多目的的速度、间隔和角度方面的有效性而得到了广泛的应用。汽车雷达有时会使用工作于24GHz频段下的窄带NB和超宽带UWB设计。24GHz窄带车载雷达占用从24.05至24.25GHz的200MHz范围，而24GHz的超宽带雷达的总带宽达5GHz，从21.65GHz至26.65GHz频段范围内。窄带24GHz车载雷达系统可提供有效的短间隔交通目的检测，并用于盲点检测等简单功能。超宽带车载雷

2、达系统已被应用于更高的间隔分辨率功能，如自适应巡航控制ACC，前向碰撞警告FCW和自动紧急制动系统AEB。然而，随着全球挪动通讯应用继续消耗“较低频率包括24GHz附件的频谱，车载雷达系统的频率变得更高，可用的具有更短的波长的毫米波频谱成为选择，频率分别为77和79GHz。事实上，日本已不再使用24-GHz超宽带车载雷达技术。根据各地区标准组织ETSI和FCC分别设定的时间表，它将在欧洲和美国逐步被淘汰，并被更高频率的窄带77GHz和超宽带79GHz车载雷达系统取代。77GHz和79GHz雷达将以某种形式作为用于自动驾驶汽车的功能模块。材料要求自动驾驶汽车将采用很多不同的电子技术来提供引导，控

3、制和保障平安，包括使用光和电磁波的传感器。毫米波频率的雷达将广泛使用的信号频率范围和电路技术一度被以为是独特的、实验性的，甚至仅被用于军事用处的。毫米波雷达使用的增加是越来越多的电子技术和电路集成到机动车辆中的一种趋势，为驾驶员提供方便和支持，使车辆行驶更平安，并使车主和操纵员从驾驶车辆的“任务中解放出来。在商用机动车辆中使用高频电子设备甚至可能触发驾驶员与车辆之间的全新方式。至少，使用毫米波雷达等技术将改变“驾驶机动车辆的定义。这些车载毫米波雷达系统的设计通常以天线开场，并且该天线通常是高性能印刷电路板PCB天线，它们被安装在不同位置，通过发射和接收低功率毫瓦级毫米波信号来检测或者“照射目的

4、。车辆的雷达和其他电子系统使用不同的方法来提供关于机动车四周环境的信息以供该车辆的四周物体检测和分类算法使用。车载雷达的信号可能是脉冲或者调制的CW形式。车载雷达系统用于24GHz下的盲点检测已有一段时间。然而，随着时间的推移以及无线通讯等其他功能的频谱竞争的加剧，车载雷达系统正在向高频挪动，带宽变窄，如以77GHz为中心的约1GHz宽的频带范围，以及79GHz频段。无论是在24,77或者79GHz，PCB天线的性能对于这些车载雷达系统来讲至关重要，它们需要向目的发射并几乎瞬间接收如目的是另一辆车的反射信号。关键的PCB天线性能参数包括增益，方向性和效率，低损耗电路材料对于获得良好的PCB天线

5、性能至关重要图2。PCB天线的长期可靠性也非常重要，由于这些紧凑型天线及其高频收发电路同时还必须可持续不连续地工作当车辆运行时，并能在更具挑战性的操纵环境贸易机动车辆上可靠地运行。图2：电路材料的低损耗对于PCB天线获取高增益和方向性至关重要，尤其是在毫米波频率下除了使用雷达，激光雷达和声纳之类的引导/警告系统之外，机动车辆也将使用与其他车辆的无线通讯来创立对四周环境的电子感悟，例如交通和障碍物。这种无线通讯将包含PCB天线和高频电路，作为“车联网或者“V2X通讯系统的一局部，以保持对其他车辆及其四周交通的感悟。包括通讯、激光雷达和雷达在内的多种电子技术的结合，将有助于在每辆汽车四周形成一个平

6、安屏障，并为其中央控制计算机提供平安自动驾驶汽车所需的输入数据。雷达技术与其他车载电子平安技术相比，具有以下上风：在各种恶劣天气条件下，即使在基于声光的ADAS技术包括摄像机可能严重退化的情况下，它也能有效运行。雷达系统具有能全天候工作的上风，但是用于自动驾驶汽车的雷达系统也需要稳定的高性能PCB天线来实现发送和接收功能。要PCB天线实现角度和高横向分辨率以及可重复一致性能，这就要求电路材料的特性可以支持其在如此高的频率与环境中进展工作。用于毫米波频率下的高性能PCB天线材料必须具有低损耗特性，并且材料的不同批次以及车辆环境例如温度和湿度的变化条件下仍具有良好的介电常数Dk容差变化。此外，车载

7、毫米波雷达PCB天线的电路材料还应具有光滑的铜箔外表，低损耗因数Df和低吸湿性。用于这种高频毫米波PCB天线的电路材料的常用选择就是来自RogersCorp.的5-milRO3003TM层压板(图3)。它具有毫米波电路所需的严格控制的介电常数(DK)，其10GHz的DK值为3.000.04之内。其Dk值随温度的变化，即介电常数温度系数(TCDk很小，仅为-3ppm/C(图4)。RO3003层压板还具有毫米波电路所需的光滑铜箔外表，10GHz时Df值为0.0010，以及低的吸湿率0.04。此外，它不含有玻璃布，防止了毫米波频率下的玻璃编织效应产生的不稳定和不一致性。图3：RO3003电路层压板具

8、有汽车高性能毫米波雷达PCB天线所必须的特性图4：RO3003电路层压板在不同温度下的Dk变化几乎可以忽略不计，TCDk仅为-3ppm/C罗杰斯公司的RO4000层压板已成为24GHz车载雷达传感器与ADAS中用于短间隔、盲点检测等雷达天线应用中可靠的电路材料。自动驾驶汽车的开展将会在每一辆车辆中使用很多不同的传感器系统，作为一种“系统之系统的形式，协调多个雷达系统、声纳、激光雷达和照相机等传感器，为自动驾驶汽车提供很多不同的电子“有利点。较低频率的24-GHz雷达已用于停车辅助功能和较短间隔的防碰撞预警。高频的车载雷达系统，目前频率在77GHz最终会是79GHz频段将用于中间隔功能，如变道辅

9、助LCA和远程功能、自适应巡航控制ACC、前方碰撞警告以及自动紧急制动系统。自动驾驶汽车在挪动时的电子检测和警报系统产生的数据量将非常庞大，显著需要很高的的车载信号处理和微处理器。当然，在这样高的频率下产生和维持信号性能从来都不是一件简单的事。对于这些高频毫米波天线和电路，即使在车辆环境中，罗杰斯公司的RO3000和RO4000层压板也可以提供高频率下稳定可靠的电气性能。真正完全自主的自动驾驶汽车需要对所有面进展检测，以形成车辆四周360度的环境监视并根据不同情况引导车辆，进而取代人类驾驶员对外部环境的反响。雷达只是将来自动驾驶汽车的电子技术之一。自动驾驶汽车必须被不同类型的传感器包围，进而有

10、助于不断采集环境数据，以保障汽车及其乘客的平安(其中一个可能被以为是驾驶员)。自动驾驶汽车也将依靠一个被称为“传感器交融(sensorfusion)的信息处理，将很多不同传感器采集到的数据整合为可用的信息，并将其转化为平安、舒适的驾驶体验。为准确采集周外环境如自行车，自行驾驶车辆等所需的数据，很多小型多层印刷电路板天线和其他传感器电路将需要采用稳定的低损耗电路材料，例如罗杰斯公司的RO3000，RO4000和Kappa438层压板，其在射频到毫米波频率具有电路所需的性能和稳定性。电路的尺寸随着频率的增加而减小，十分是工作频率为77和79GHz时，由于这些信号波长非常小。各种工作在该频段下的电路

11、传输线，包括微带线、带状线、和共面波导(CPW)电路等，由于电路尺寸很小就要求非常材料具有良好的一致和可预测性，如RO3003和RO4830层压板。高频电路材料，例如RogersRO3003层压板，在不同电路和不断变化的环境下仍保持一致性十分良好的Dk性能，同时，具有毫米波频率下所需的低损耗因子Df或者损耗图5。RO4830热固性层压板非常合适对价格敏感的毫米波产品应用，它也是传统PTFE基层压板的可靠、低本钱的替换产品。RO4830层压板在77GHz时的介电常数为3.2。LoPro反转铜箔技术有助于RO4830层压板在77GHz时的插入损耗优化，其插入损耗值为每英寸2.2dB。RO3000和RO4000电路材料的出色机械和电气性能程度可以与RO4400粘接材料的相结合，并在79GHz时表现非常好和一致的低损耗电路特性。这些关键的电路材料将提供可重复性且可靠的电气性能，并使传感器获得自动驾驶汽车的车载处理器使用的可靠的数据，以保证可以车辆的平安行驶。