毫米波雷达具有众多优点,是ADAS核心传感器。毫米波的波长介于厘米波和光波之间,因此毫米波兼有微波制导和光电制导的优点:1)同厘米波导引头相比,毫米波导引头具有体积小、质量轻和空间分辨率高的特点;2)与红外、激光等光学导引头相比,毫米波导引头穿透雾、烟、灰尘的能力强,传输距离远,具有全天候全天时的特点;3)性能稳定,不受目标物体形状、颜色等干扰。毫米波雷达很好的弥补了如红外、激光、超声波、摄像头等其他传感器在车载应用中所不具备的使用场景。
毫米波雷达探测距离远,精度高,是ACC、AEB首选传感器。毫米波雷达的探测距离一般在150m-250m之间,有的高性能毫米波雷达探测距离甚至能达到300m,可以满足汽车在高速运动时探测较大范围的需求。另外,毫米波因波长较短,弥散程度低,聚焦性好,因此毫米波雷达的探测精度较高。这些特性使得毫米波雷达能够监测到大范围内车辆的运行情况,同时对于前方车辆的速度、加速度、距离等信息的探测也更加精准,因此是ACC、AEB的首选传感器。
毫米波雷达可用频带有24GHz、60~61GHz、76~79GHz,目前比较主流的是24GHz和76~77GHz,60~61GHz只有日本使用。一般24GHz用于短/中距,76~79GHz用于中/长距,频率越高,波长越短,测距测速的精度就越高。频带发展的趋势是从低频向高频过渡:
1)欧盟:1997年,欧洲电讯标准学会确认76-77GHz作为防撞雷达专用频道;
2)美国:24GHz和76~77GHz两个频带均可用;
3)日本:先选用了60~61GHz,后又转入76~77GHz频带;
4)日内瓦2015年世界无线电通信大会,77.5~78.0GHz划分给无线电定位业务,以支持短距离高分辨率车载雷达的发展;
5)中国:2005年,原信息产业部《微功率(短距离)无线电设备的技术要求》,77GHz划分给车辆测距雷达。
毫米波雷达关键技术主要由国外电子公司掌控。毫米波雷达系统主要包括天线、收发模块、信号处理模块,而MMIC芯片和天线PCB板是毫米波雷达的硬件核心。目前毫米波雷达关键技术主要被Bosch、Continental、Denso、Autoliv等零部件巨头垄断,特别是77GHz产品技术只有Bosch、Continental、Denso、Delphi等少数几家公司掌握。Bosch的所有的车载雷达都采用77GHz的频率,预计2016年将出产第一千万个77GHz毫米波雷达。Continental的雷达产品较全面,其中主力产品是24GHz。
2015年全球车载毫米波雷达主要供应商及市场份额(单位:%)
低成本CMOS解决方案有望加快市场开启。目前77GHz毫米波雷达系统单价大约在250欧元左右,高昂的价格限制了毫米波雷达的车载化应用。毫米波雷达的收发器芯片普遍使用SiGe双极型晶体管等特殊半导体,但是随着半导体技术的进步,被广泛用于数字电路且成本相对较低的CMOS,也可被用于毫米波电路。
CMOS与传统SiGe双极型晶体管相比,由于在低电压条件下也可运行,因此可降低耗电量。虽然CMOS存在低频区噪声偏大的问题,但两者在毫米波区域(76-81GHz)具有大致同等的性能,未来车载毫米波雷达主流频段是77-79GHz,因此CMOS低频区噪声大的问题并不太突出。由于目前全球CMOS产业链已较为成熟,可大批量生产,未来若能用CMOS替代SiGe双极型晶体管,毫米波雷达的成本有望显著下降,市场也有望加快开启。
两种毫米波雷达收发器芯片工艺技术比较
目前Fujitsu研究所已成功研发出采用CMOS工艺的4通道接收芯片。Fujitsu研发的此款产品不仅与现行SiGe产品具有同等的高频功能,还成功解决了低频区噪声问题。而新的CMOS芯片比传统的SiGe芯片降低了一半左右的电耗,还可以实现量产和低成本化。Fujitsu预计2018年左右,该产品可以实现量产化,采用该技术的毫米波雷达的成本也有望大幅降低。低成本化有望加快引爆车载毫米波雷达市场。
(3)车载毫米波雷达国产化大潮将至
车载毫米波雷达国产化在即,24GHz产品技术已获突破,77GHz产品正加紧研发。前端单片微波集成电路(MMIC)是毫米波雷达的关键部件,MMIC技术主要被国外零部件巨头垄断,国内在此领域尚处于起步阶段。但国内部分公司经过几年的研发,24GHz车载雷达技术已获得突破,产品即将问世。77GHz产品的研制由于受到国外的技术封锁,目前大多还处于研发试验阶段。我们预计,随着智能汽车行业的快速发展,将开启对毫米波雷达的大量需求,国内相关公司将加速研发,77GHz产品有望在未来三年内实现国产化。
国内毫米波雷达相关企业及单位研发进展
汽车智能化浪潮汹涌,ADAS资源整合是关键。汽车智能化水平的提升使得国内整车厂商对ADAS系统的需求巨大,而整车厂商对整套ADAS系统的需求比单一传感器的需求更为强烈,拥有整套ADAS技术(感知、控制、执行)的公司将更有竞争力。因此我们认为,国内大型厂商(一级、二级供应商)将十分关注对ADAS前端(感知)、中端(控制)、后端(执行)资源的整合,率先掌握稀缺资源就会拥有先发优势,更容易在智能驾驶的潮流中脱颖而出。
关注车载毫米波雷达市场并购机会。国内在毫米波雷达研发方面起步较晚,拥有24GHz产品技术的公司还较少,而掌握77GHz产品技术的公司更是凤毛麟角,是市场上非常稀缺的资源。因此我们认为,掌握车载毫米波雷达核心技术的公司将是国内大型厂商、上市公司十分重视的资源,要关注市场上存在的潜在并购机会。如2015年12月16日,亚太股份控股股东亚太机电集团与杭州智波科技有限公司签订合作协议,以700万元增资智波科技获10%的股权,引进车载毫米波雷达项目。