毫米波雷達

毫米波雷達工作在毫米波段。通常毫米波是指30～300GHz頻段(波長為1～10mm)。毫米波的波長介於釐米波和光波之間，因此毫米波兼有微波制導和光電制導的優點。同釐米波導引頭相比，毫米波導引頭具有體積小、質量輕和空間分辨率高的特點。與紅外、激光、電視等光學導引頭相比，毫米波導引頭穿透霧、煙、灰塵的能力強，具有全天候(大雨天除外)全天時的特點。另外，毫米波導引頭的抗干擾、反隱身能力也優於其他微波導引頭 。

光波在大氣中傳播衰減嚴重，器件加工精度要求高。毫米波與光波相比，它們利用大氣窗口（毫米波與亞毫米波在大氣中傳播時，由於氣體分子諧振吸收所致的某些衰減為極小值的頻率）傳播時的衰減小，受自然光和熱輻射源影響小。為此，它們在通信、雷達、制導、遙感技術、射電天文學和波譜學方面都有重大的意義。利用大氣窗口的毫米波頻率可實現大容量的衞星-地面通信或地面中繼通信。利用毫米波天線的窄波束和低旁瓣性能可實現低仰角精密跟蹤雷達和成像雷達。在遠程導彈或航天器重返大氣層時，需採用能順利穿透等離子體的毫米波實現通信和制導。高分辨率的毫米波輻射計適用於氣象參數的遙感。用毫米波和亞毫米波的射電天文望遠鏡探測宇宙空間的輻射波譜可以推斷星際物質的成分。優勢主要有以下幾點：

（1）小天線口徑、窄波束：高跟蹤和引導精度；易於進行低仰角跟蹤，抗地面多徑和雜波干擾；對近空目標具有高橫向分辨力；對區域成像和目標監視具備高角分辨力；窄波束的高抗干擾性能；高天線增益；容易檢測小目標，包括電力線、電杆和彈丸等。

（2）大帶寬：具有高信息速率，容易採用窄脈衝或寬帶調頻信號獲得目標的細節結構特徵；具有寬的擴譜能力，減少多徑、雜波並增強抗干擾能力；相鄰頻率的雷達或毫米波識別器工作，易克服相互干擾；高距離分辨力，易得到精確的目標跟蹤和識別能力。

（3）高多普勒頻率：慢目標和振動目標的良好檢測和識別能力；易於利用目標多普勒頻率特性進行目標特徵識別；對乾性大氣污染的穿透特性，提供在塵埃、煙塵和幹雪條件下的良好檢測能力。

（4）良好的抗隱身性能：當前隱身飛行器上所塗覆的吸波材料都是針對釐米波的。根據國外的研究，毫米波雷達照射的隱身目標，能形成多部位較強的電磁散射，使其隱身性能大大降低，所以，毫米波雷達還具有反隱身的潛力。

毫米波在雷達中應用的主要限制有：雨、霧和濕雪等高潮濕環境的衰減，以及大功率器件和插損的影響降低了毫米波雷達的探測距離；樹叢穿透能力差，相比微波，對密樹叢穿透力低；元器件成本高，加工精度相對要求高，單片收發集成電路的開發相對遲緩。

毫米波雷達的研製是從上世紀40年代開始的。50年代出現了用於機場交通管制和船用導航的毫米波雷達（工作波長約為 8毫米），顯示出高分辨力、高精度、小天線口徑等優越性。但是，由於技術上的困難，毫米波雷達的發展一度受到限制。這些技術上的困難主要是：隨着工作頻率的提高，功率源輸出功率和效率降低，接收機混頻器和傳輸線損失增大。上世紀70年代中期以後，毫米波技術有了很大的進展,研製成功一些較好的功率源:固態器件如雪崩管（見雪崩二極管）和耿氏振盪器（見電子轉移器件）；熱離子器件如磁控管、行波管、速調管、擴展的相互作用振盪器、返波管振盪器和迴旋管等。脈衝工作的固態功率源多采用雪崩管,其峯值功率可達5～15瓦(95吉赫)。磁控管可用作高功率的脈衝功率源，峯值功率可達1～6千瓦（95吉赫）或1千瓦(140吉赫)，效率約為10%。迴旋管是一種新型微波和毫米波振盪器或放大器，在毫米波波段可提供兆瓦級的峯值功率。在低噪聲混頻器方面，肖特基二極管（見晶體二極管、肖特基結）混頻器在毫米波段已得到應用，在 100吉赫範圍，低噪聲混頻器噪聲温度可低至500K(未致冷)或100K（致冷）。此外，在高增益天線、集成電路和鰭線波導等方面的技術也有所發展。70年代後期以來，毫米波雷達已經應用於許多重要的民用和軍用系統中，如近程高分辨力防空系統、導彈制導系統、目標測量系統等。

從2017年加特蘭第一代產品研發出來之後就開始了AiP相關的研發。2018年，加特蘭第一代的AiP就和Alps當時的樣片SoC同時問世，實現了毫米波雷達業界通道數量最多的AiP的設計。經歷了四代的迭代和優化，AiP在2020年正式進入量產。2021年，加特蘭微電子在成功量產了第二代SoC系列產品後，又率先在AiP技術上實現了突破。在汽車艙內，毫米波傳感器還可以實現比如手勢對車上娛樂系統的控制。雷達還可以探測到人的呼吸、心跳帶來的身體表面的微動，通過對這個微動的探測，可對駕駛員的生命體徵進行探測，也可探測車艙內是否有人或者寵物。相較於攝像頭，使用毫米波雷達還能夠很好地解決隱私問題。使用AiP的傳感器尺寸更小，也更易裝在車頂燈或者後視鏡的位置。在工業領域，AiP產品的誕生將為智能家居、安防監控等領域帶來更多的可能性。 ^[3] 

根據毫米波雷達的特點，它容易滿足以下的應用需求：

（1）高精度多維搜索測量：進行高精度距離、方位、頻率和空間位置的測量定位；

（2）雷達安裝平台有體積、重量、振動和其它環境的嚴格要求：毫米波雷達天線尺寸小、重量輕，容易滿足便攜、彈載、車載、機載和星載等不同平台的特殊環境要求；

（3）目標特徵提取和分類識別：毫米波雷達高分辨力、寬工作頻帶、大數值的多普勒頻率響應、短的波長易獲得目標細節特徵和清晰輪廓成像等特點，適於目標分類和識別的重要戰術要求；

（4）小目標和近距離探測：毫米波短波長對應的光學區尺寸較小，相對微波雷達更適於小目標探測。除特殊的空間目標觀測等遠程毫米波雷達外，一般毫米波雷達適用於30 km 以下的近距離探測；

（5）抗電子戰干擾性強：毫米波窗口可用頻段寬，易進行寬頻帶擴頻和跳頻設計。同時針對毫米波雷達的偵察和干擾設備面臨寬頻帶、大氣衰減和窄波束等干擾難題，毫米波雷達相對微波雷達具有更好的抗干擾能力。

①導彈制導：毫米波雷達的主要用途之一是戰術導彈的末段制導。毫米波導引頭具有體積小、電壓低和全固態等特點，能滿足彈載環境要求。當工作頻率選在35吉赫或94吉赫時，天線口徑一般為10～20釐米。此外，毫米波雷達還用於波束制導系統，作為對近程導彈的控制。②目標監視和截獲：毫米波雷達適用於近程、高分辨力的目標監視和目標截獲，用於對低空飛行目標、地面目標和外空目標進行監測。③炮火控制和跟蹤：毫米波雷達可用於對低空目標的炮火控制和跟蹤，已研製成94吉赫的單脈衝跟蹤雷達。④雷達測量：高分辨力和高精度的毫米波雷達可用於測量目標與雜波特性。這種雷達一般有多個工作頻率、多種接收和發射極化形式和可變的信號波形。目標的雷達截面積測量採用頻率比例的方法。利用毫米波雷達，對於按比例縮小了的目標模型進行測量，可得到在較低頻率上的雷達目標截面積。此外，毫米波雷達在地形跟蹤、導彈引信、船用導航等方面也有應用 ^[2]  。

毫米波雷達再次引起市場熱議，緣由之一是特斯拉重新啓用之前放棄的毫米波雷達，而這一變化為日益火熱的毫米波雷達行業增添了新的“爆點”。 ^[4]