天线内置毫米波雷达极具成本、尺寸与性能优势，或降维打击超声波和红外方案

时间：2023-01-08 19:20:01

关键字：集成天线工艺

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[导读]随着集成度的提高，雷达模块成本不断下降，相比砷化镓工艺雷达，硅锗工艺雷达成本能下降一半，而加特兰全球最早量产的天线内置多通道毫米波雷达SoC，基于CMOS工艺（即硅工艺），可以把成本降低到砷化镓工艺的五分之一。

随着集成度的提高，雷达模块成本不断下降，相比砷化镓工艺雷达，硅锗工艺雷达成本能下降一半，而加特兰全球最早量产的天线内置多通道毫米波雷达SoC，基于CMOS工艺（即硅工艺），可以把成本降低到砷化镓工艺的五分之一。

9月23日，加特兰微电子（以下简称“加特兰”）举行媒体会，介绍两款基于封装天线（AiP）技术的毫米波雷达产品，一款代号Alps为77/79GHz雷达，另一款代号Rhine为60GHz雷达。其中77/79GHz有车规级和工业级两个版本，60GHz为工业级版本。这两款集成天线的雷达全芯片尺寸仅为12.2mm*12.2mm，四发四收，内置雷达信号处理基带、FMCW波形生成器和高速ADC，外围只需供电电源及闪存就可以构成一个完整的毫米波雷达模块。

天线内置毫米波雷达系统框图、参考板及芯片尺寸

这样高集成度的雷达方案，尺寸可以做到超声波雷达大小，特别适合在自动泊车应用中替换超声波雷达，还可以用于驾驶舱内活体检测（后排检测）及手势操作等应用。除此之外，加特兰与客户在合作探索很多非车载应用，例如安防监控和智能空调等。全集成的雷达芯片具有体积小、功耗低和成本优的特点，有非常好的应用场景拓展空间。

天线小型化尝试最早围绕2.4GHz蓝牙芯片应用展开，2000年前后英国伯明翰大学和乔治亚理工大学等相继对5.8GHz的Wi-Fi芯片的封装集成天线进行研究，2005年左右IBM开始60GHz封装天线的研究，而新加坡理工大学的张跃平教授在2006年正式提出AiP（Antenna in Package）概念。

IEEE在2007年将60GHz列为非授权毫米波频段，60GHz波段的封装天线研究开始兴盛，而2014年5G频段确定包含毫米波频段，工业界开始真正关注AiP技术。加特兰是在2017年开始AiP产品研发，前后历经四代，在今年2季度发布的两款雷达SoC产品中，终于实现了性能、制造成本和可量产性的完美统一。

据加特兰生产技术总监王典介绍，开发毫米波雷达的AiP方案时，在物理设计、天线性能设计、电连接、封装工艺和材料、散热处理、可靠性与自动化测试等多个方面均存在技术难点，加特兰能够在三年时间迭代四代着实不易。以物理设计为例，在12*12平方毫米面积内，要放5000多过孔、160多条信号线、12个天线单元、4组功分器，最小线宽仅为25um，其难度可想而知。由于AiP在毫米波雷达中的应用非常前沿，所以很多研发工作走入到无人区，哪怕是量产测试也颇有难度，因为业界还没有现成的量产方案，加特兰经过3年自主研发，做出一套完整的封装天线毫米波雷达测试系统，可检测超过100项测试值，以确保量产的产品能可靠运行。

封装上集成天线的一大难题是加工一致性问题，由于封装工艺的一致性相对较差，为了产品能量产，加特兰团队在开发时加入了极高的设计冗余度，设计带宽比使用带宽的冗余度至少达到200%以上，以确保在封装工艺有偏差的情况下，器件还能正常工作。

王典表示，加特兰两款基于AiP技术的毫米波雷达SoC面积小、性能优、功能强大，是芯片、封装与天线组合设计完美结合的一款革命性产品。

据加特兰微电子产品经理吴翔介绍，全集成雷达比天线分立方案体积减小很多，在传统智能泊车应用中可以取代超声波传感器——全集成雷达尺寸与超声波雷达接近。此外，利用毫米波雷达，可检测生命体征、识别生命状态，对静止不动或进入睡眠状态的人依然可精准识别，特别适合舱内儿童留存检查，防止孩子被遗落在车上造成危险，而且雷达监测属于非成像监测，无隐私泄露风险。

在安防监控中，毫米波模块可与摄像头感知信息融合，提供多维度、跨尺度目标物体的距离、方位、运动等信息。而且，毫米波模块能够全天候工作，不惧光线、天气影响，与普通光学摄像头相比，降低了误报率，增加了系统的健壮性。