【毫米波雷达】雷达频段从24GHz到77GHz，提高分辨率和精度

一、24GHz与77GHz频段比较

1、 24GHz频段

我们感兴趣的频段见图，24.0GHz到24.25GHz的频段是窄带(NB)，带宽为250MHz，常用于工业、科学和医学方面。其中，24GHz频带还包括一个带宽为5GHz的超宽带(UWB)。

在短程雷达中，24GHz频段的NB和UWB雷达已经应用于传统的汽车传感器上。通常NB雷达可以完成盲点检测等简单应用，但在大多数情况下包括超短距离的情况下，由于高频分辨率的需求，需要使用UWB雷达。

但是由于欧洲电信标准化协会(ETSI)和联邦通信委员会(FCC)制定的频谱规则和标准，UWB频段将很快被逐步淘汰。2022年1月1日以后，UWB频段将无法在欧洲和美国使用，只有窄带ISM频段可以长期使用。

24GHz频段缺乏宽带宽，再加上新兴雷达应用中对更高性能的需求，使得24GHz频段对新兴雷达没有吸引力，尤其是在当前对自动停车和全景视图感兴趣的汽车领域。

2.、77GHz频段

反观77GHz频段，其中76-77GHz频段可用于远程车载雷达，并且该频段有等效同性各向辐射功率(EIRP)的优势，可控制前端远程雷达，例如自适应巡航控制。

该频段在日本和欧洲可用于交通基础设施中的雷达系统，可以完成车辆计数、交通阻塞、事故检测、车速测量和通过检测车辆激活交通灯等任务。77-81GHz短程雷达(SRR)频段是新加入的频段；这个频段最近在全球监管和行业采用情况方面都获得了显著的吸引力。同时，该频段可提供高达4 GHz的宽扫描带宽，非常适合需要高范围分辨率(HRR)的应用。

展望未来，大多数24 GHz汽车雷达传感器可能会转向77 GHz频段。

二、77GHz频段在汽车和工业领域中应用的优势

接下来主要介绍77GHz频段在汽车和工业领域中应用的优势之处。

优势1：高的距离分辨率和测距精度

与24GHz频段下的只有200MHz带宽的ISM频段相比，77GHz频段下的SRR频带可提供高达4GHz的扫描带宽，显著提高了距离分辨率和精度。其中，距离分辨率表示雷达传感器能够分离两个相邻物体的能力，距离精度表示测量单个目标时的精确度。

由于距离分辨率和精度与扫描带宽成反比，因此与24GHz雷达相比，77GHz雷达传感器在距离分辨率和精度方面的性能更好，经过测试发现可提高20倍。实际上，77GHz雷达可实现的距离分辨率为4cm(24GHz雷达分辨率为75cm)。

高距离分辨率可以更好地分离物体(例如站在汽车附近的人)并提供检测到物体的密集点，从而完善环境建模和物体分类，这对于研发先进的驾驶辅助算法和自动驾驶功能非常重要。

此外，分辨率越高，传感器识别的最小距离就越小，因此在停车辅助等需要高精确度的应用方面，77-81GHz雷达有着显著的优势。

图中英文说明：1）高的测距精度是由于宽扫描带宽可用；2）高距离分辨率可最大限度地降低水箱底部的死区

77GHZ频段的宽频带具有较高的分辨率，可用于工业级液位传感器，使传感器能够“测量到最后一滴”的液位 - 最大限度地减少水箱底部的死区，如图所示。而且，由于高分辨率可以改善最小测量距离，因此当水箱满了时，传感器可以测量水箱顶部的液位。

优势2：高的速度分辨率和精度

速度分辨率和精度与射频(RF)频率成反比。因此，频率越高，分辨率和精度就越好。与24 GHz传感器相比，77 GHz传感器可将。

对于汽车停车辅助应用，速度分辨率和精度是至关重要的，因为在停车时需要以低速准确地操纵车辆。图4显示出了1m处的点对象的具有代表性的FFT距离-速度图像，并且描绘了利用77GHz获得的二维图像的改进分辨率。

此外，最近的研究利用具备更高分辨率和微多普勒信号的雷达进一步改善了行人检测和高级物体分类算法。速度测量精度的提高有助于工业应用，同时也有利于改善当前自动化车辆背景下的交通检测等情况。

优势3：更小的尺寸

较高射频频率的主要优势之一就是传感器尺寸可以更小。对于相同的天线视场和增益，77GHz天线阵列的尺寸可以在X和Y维度上减小约3倍(见图)。这种尺寸上的缩减在汽车上非常有用，主要体现在汽车周围的应用(包括需要安装近距离传感器的门和后备箱)和车内的应用。

在工业流体水平线传感方面，较高的射频频率可以为相同尺寸的天线和传感器提供更窄的波束。如图所示，较窄的光束可以减小来自水箱侧面的不需要的反射以及箱内的其他障碍物的干扰，从而获得更高准确的测量结果。此外，对于同等宽的波束，射频频率越高，传感器的尺寸越小，更加易于安装。

三、总结

24GHz具有处于未经许可的ISM频段和全球频率调节支持的优势，但仅有200MHz的带宽可用，而77GHz的可用带宽为4GHz，这一点阻碍了它的发展。

而77GHz雷达逐渐成为主流，主要是因为它能够利用更宽的带宽和更高的射频频率来提高测量距离和速度的精确度，显著减小传感器的尺寸。TI的高度集成易于使用的77GHz雷达设备能够为各种汽车和工业应用开发简洁和高性能的雷达传感器。