發布時間:2023-11-22
熟悉毫米波雷達技術的朋友知道,該無線電技術的頻段為30-300GHz,而目前主要使用的頻段為24GHz、60GHz、77GHz。在文章《關于毫米波雷達頻段,國內外標準有何異同?》中,筆者也曾簡單匯總過國內外使用頻段的標準及規范。
而熟悉該產業的朋友會知道,往高頻段的技術發展,是不少企業正布局的方向。目前,曾經微波雷達的主要廠商(5.8GHz、10.525GHz),已開始試水并出貨更高頻段的產品(24GHz、60GHz);而不少曾經專注24GHz雷達的廠商,也開始朝著80GHz、94GHz頻段進發。
那么,未來隨著產業發展,毫米波雷達是否會“卷”到>100GHz的領域呢?實際上,現在市面上已有廠商發布了120GHz、240GHz、300GHz的雷達芯片。
接下來,本文就簡單探討>100GHz雷達的應用及產品情況。
值得一提的是,>100GHz的雷達也被稱為太赫茲(THz)頻段電磁波。而太赫茲(THz)波是指頻率在0.1~10 THz(波長為3000~30μm)范圍內的電磁波,在長波段與毫米波相重合,在短波段與紅外光相重合。
(注:毫米波命名取決于波長,太赫茲命名取決于頻段,二者有交叉,不沖突)
太赫茲雷達的應用
在討論太赫茲雷達的應用前,還需先簡單對比此類雷達(以120GHz雷達為例)與24GHz、60GHz、80GHz雷達的異同。
首先是24GHz雷達,其輻射頻率較低,適用于測量相對稠密的介質。其量程普遍較短,適用范圍通常在30米以下,但精度相對較高。而且24GHz雷達電子機芯模塊抗干擾性能很強,適合在振動或電磁干擾環境中工作。因此,24GHz雷達被廣泛應用于水泥、粉料、煤灰等固體變化以及液體罐體液位測量等,還適合安防、車載BSD等應用。
其次是60GHz雷達,其輻射頻率較高,適用于測量介質比較稀疏、粒徑較小的物質。它的量程比較長,可達100米左右,測量深度較大的物質。同時,60GHz雷達電子機芯模塊采用了先進的數字信號處理與高速ADC技術,使得其精度更高,可以實現高速、精確的測量。因此,60GHz雷達適合用于測量河道、水庫、井深、物料測距等領域,目前更多公司開始將其用在人體存在、運動感應等方面。
再次是77GHz雷達,其輻射頻率更高。由于其射頻能量較高,可以穿透測量介質內部的吸收層和反射曲線,從而保證了測量結果的準確性。此外,77GHz雷達的信號強度較高,具有更強的抗干擾能力。因此,77GHz雷達適合交通、4D成像、道閘、無人機等車規級或要求更高的應用。
最后是120GHz雷達,由于其測量距離更長、量程更大(可達200米左右),可以測量深深井口、距離較遠的物體等。同時,120G雷達克服了傳統雷達測量中的反射問題,提高了信號處理的精度,使測量結果更準確,分辨率也更高。
理論上,120GHz雷達可以廣泛用在各類工業、醫療、檢修運維場景,如對精度要求較高的物位/液位計、產線機械手臂環境防撞感知、高精度定位、液體產品瓶裝深度測量、手術間非接觸無感染生命體征檢測、DNA分析、無人機探傷傳感器等等。不過目前實際應用還較少,主要用于測量大型罐體液位、深度,以及水泥、煤灰、花生、大豆等形狀不規則的物料。
一般來說,在太赫茲頻段實現雷達系統的優勢是可以獲得更高的帶寬,從而帶來更精確的距離分辨率,目前商用的毫米波雷達芯片主要以上文提到的24,60和77GHz為主,帶寬分別在1,4和5GHz左右,理論距離分辨率為從幾厘米到十幾厘米,適用于車載、智慧交通、智能樓宇、智能家居等場景,但在許多工業檢測領域,其精度等級達不到要求。并且,除了以上提到的場景,在生物醫學領域,太赫茲雷達也是值得探索的重點。
所以,朝著太赫茲頻段發展是毫米波雷達的一大趨勢。那么,目前有哪些公司在布局呢,又有哪些產品值得一提?
太赫茲雷達的產品
目前,120GHz市場已經有不少公司在布局。
從上游的芯片端來說,國外企業Silicon Radar GmbH(已于2023年2月22日被Indie收購)推出的SiGe工藝120GHz雷達芯片,已廣泛用于國內各類液位計產品。該公司最新推出了業界最高帶寬的單芯片太赫茲雷達,分別是120GHz(帶寬25GHz)雷達芯片和300GHz(帶寬40GHz)雷達芯片,分辨率為3-6毫米。
Silicon Radar GmbH的120GHz雷達芯片TRX_120_001
(圖源:Silicon Radar GmbH官網)
而國內企業也已有產品出爐,微度芯創目前已推出160GHz(帶寬13GHz)的CMOS太赫茲雷達芯片,此產品早在2021年就已完成驗證,而當時還有消息稱該公司240GHz雷達芯片正在設計中。
微度芯創160GHz雷達芯片TMC1D222AiP
(圖源:微度芯創官網)
而從終端廠商的角度來說,目前有路達、諾普欣科技、中儀知聯、福州盛博電子等,已發布產品包括120GHz測距雷達、物位計、液位計等。
結語
隨著時代發展,雷達產品必然會朝著更高精度、更高分辨率迭代,太赫茲雷達產品將有機會成為未來一大趨勢。而這對于毫米波雷達產業而言,意味著相關產品未來將有更多的空間進化,企業在布局上能有更多選擇。
不過從實際應用上來說,目前毫米波雷達的應用更多還是以24GHz、60GHz、77GHz頻段為主,太赫茲雷達雖然技術和理論上可行,但還需整體生態帶動。
(注:本文若有不對之處,歡迎指正與交流)
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