Il radar a onde millimetriche è uno dei principali metodi di rilevamento per applicazioni automobilistiche e industriali perché è in grado di rilevare oggetti da pochi centimetri a diverse centinaia di metri con una distanza ad alta precisione, precisione dell'angolo e della velocità anche in condizioni ambientali difficili.
Il tipico PCBA del radar a onde millimetriche include un chipset radar e altri componenti elettronici, come un circuito di gestione dell'alimentazione, memoria flash e dispositivi di interfaccia periferici assemblati su PCB. Anche le antenne trasmittenti e riceventi sono solitamente realizzate su PCB, ma per ottenere prestazioni elevate dell'antenna, materiali PCB ad alta frequenza, come Rogers RO3003 e Isola 370hr, devono essere utilizzati.
PCB radar a onde millimetriche
I componenti principali del radar a onde millimetriche includono un'antenna ricetrasmittente (Texas&RX), unità di radiofrequenza (Rf), convertitore da analogico a digitale (ADC), processore di segnale digitale (Dsp), microcontrollore (MCU), ecc. Rf, ADC, Dsp, MCU, ecc. sono direttamente integrati in un SOC attraverso il processo CMOS.
Il radar a onde millimetriche utilizza principalmente quattro bande di frequenza di 24 GHz, 60GHz, 77GHz e 79GHz. 24I GHz appartengono esattamente all'onda centimetrica. A causa della distanza di misurazione limitata (circa 60m) e risoluzione generale, è spesso progettato come radar angolare per rilevare ostacoli a distanza ravvicinata in un ampio campo visivo. Perché i 60GHz risentono particolarmente dell'attenuazione atmosferica, è spesso progettato come radar di rilevamento dei segni vitali per rilevare i segni vitali e la postura del personale nel veicolo. 77I radar GHz e 79GHz sono spesso progettati come radar primari a causa della loro lunga distanza di misurazione (circa 200m), che sono potenti strumenti per la percezione in avanti a lunga distanza. Queste due bande sono anche le bande principali nel futuro campo dei radar a onde millimetriche montati su veicoli.
Induttori, condensatori, diodi, chip di potenza, ecc. sono densamente eretti sulla scheda madre dell'alimentatore, che è principalmente responsabile della gestione energetica del sistema. Ciascuna azienda generalmente integrerà un controller di sicurezza al suo interno per fornire funzioni di comunicazione e sicurezza del veicolo.
Si può dire che la scheda madre del radar sia il nucleo dell'intero radar a onde millimetriche, compresa l'antenna, Rf, DSP e circuito di controllo.
Quando la lunghezza dell'antenna è 1/4 della lunghezza d'onda elettromagnetica, l'efficienza di conversione di trasmissione e ricezione dell'antenna è la più alta. La lunghezza d'onda dell'onda millimetrica è solo di pochi millimetri, quindi l'antenna può essere molto piccola. Utilizzando più antenne per formare un'antenna a schiera, è possibile ottenere anche un fascio stretto, e il raggio stretto significa una risoluzione azimutale più elevata.
Attualmente, lo schema principale dell'antenna radar a onde millimetriche è l'array a microstriscia. Il design più comune prevede l'integrazione dell'antenna patch a microstriscia sul PCB ad alta frequenza e l'integrazione del PCB ad alta frequenza sulla scheda madre del radar. Questo schema riduce notevolmente il costo e il volume del radar a onde millimetriche.
Radar ad onde millimetriche RF PCBA
La RF è responsabile della modulazione del segnale, trasmissione, ricezione e demodulazione del segnale d'eco. È la parte RF principale del radar a onde millimetriche. Attualmente, la soluzione tradizionale è integrare i contenuti di cui sopra tramite MMIC (Circuito integrato monolitico a microonde) tecnologia. MMIC è una tecnologia per la produzione di componenti passivi e attivi su substrato semiconduttore mediante la tecnologia dei semiconduttori.
Nel campo dei radar a onde millimetriche, I circuiti funzionali integrati MMIC basati sulla tecnologia silicio-germanio includono principalmente amplificatori a basso rumore, amplificatore di potenza, miscelatore, rivelatore, modulatore, oscillatore controllato in tensione, sfasatore, interruttore e altri componenti. Il trasmettitore, ricevitore e DSP sono tutte unità indipendenti, il che rende il processo di progettazione del radar a onde millimetriche complesso e il volume complessivo relativamente grande.
Con lo sviluppo della tecnologia COMS, Da un lato la MMIC si riduce, e d'altra parte, fornisce la fattibilità tecnologica per la sua integrazione con DSP e MCU. Alla fine di 2016, TI ha lanciato un chip radar a onde millimetriche da 77GHz altamente integrato AWR1642 basato sulla tecnologia CMOS, integrazione di MMIC front-end, DSP e MCU su un singolo SOC. Riducendo significativamente il costo del radar a onde millimetriche, inoltre riduce notevolmente la difficoltà di sviluppo.
DSP del PCBA del radar a onde millimetriche
Incorporando diversi algoritmi di elaborazione del segnale, DSP estrae i segnali IF raccolti dal front-end per ottenere tipi specifici di informazioni sul target. Il DSP è il fulcro della stabilità e dell'affidabilità del radar a onde millimetriche.
Circuito di controllo del radar a onde millimetriche PCBA
Il circuito di controllo del radar a onde millimetriche esegue la fusione dei dati in base alle informazioni sul target emesse dal DSP e alle informazioni dinamiche della carrozzeria del veicolo, e infine effettua l'elaborazione delle decisioni attraverso il processore principale.
Secondo i diversi modi di irradiare le onde elettromagnetiche, I radar a onde millimetriche si dividono principalmente in due tipologie: sistema operativo a onda di impulso e sistema operativo a onda continua.
La tecnologia a onde di impulso si riferisce al fatto che il radar a onde millimetriche trasmette brevi impulsi con potenza di picco in breve tempo, realizza la misurazione della velocità e della distanza degli oggetti in base alla frequenza Doppler e al principio TOF, e realizza la misurazione dell'angolo in base alla differenza di fase dell'onda di impulso riflessa dallo stesso bersaglio ricevuto dall'antenna ricevente parallela. A causa della sua elevata potenza, può rilevare bersagli in movimento con piccola ampiezza a lunga distanza sullo sfondo di grandi disturbi. Ma porta anche gli svantaggi di costi elevati, volume elevato e consumo energetico elevato. Attualmente, questo metodo è raramente adottato nel campo dei radar a onde millimetriche montati su veicoli.
La tecnologia ad onda continua può anche essere suddivisa in FSK (manipolazione dello spostamento di frequenza, che può misurare la distanza e la velocità di un singolo bersaglio), CW (Onda continua a frequenza costante, che può essere utilizzato solo per la misurazione della velocità ma non per la misurazione della distanza) e FMCW (onda continua modulata in frequenza). Tra loro, FMCW è diventata una tecnologia comune nella tecnologia a onda continua grazie ai vantaggi del rilevamento simultaneo di più bersagli, alta risoluzione e basso costo.
Dopo aver ricevuto l'onda elettromagnetica trasmessa dall'antenna ricevente del radar a onde millimetriche, il segnale dell'eco e il segnale trasmesso verranno inviati al mixer per il missaggio. Quando il segnale trasmesso incontra il bersaglio misurato e ritorna, la frequenza del segnale eco è cambiata rispetto al segnale trasmesso. Lo scopo del mixer è calcolare la differenza di frequenza tra il segnale trasmesso e il segnale dell'eco, che si chiama segnale IF. Il segnale IF contiene il segreto della portata del bersaglio misurato, e le informazioni sulla portata del bersaglio misurato possono essere ottenute dopo la successiva elaborazione come il filtraggio, amplificazione, conversione analogico-digitale e misurazione della frequenza.
Per la misurazione della velocità, la fase del segnale eco ricevuto dal radar a onde millimetriche sarà diversa a causa della diversa distanza del bersaglio misurato. Tutti i singoli segnali chirp in un frame vengono campionati a intervalli uguali, e i dati nei punti di campionamento vengono trasformati di Fourier, quindi la velocità del target misurato viene misurata utilizzando la differenza di fase.
Per la misurazione dell'angolo, vengono utilizzate più antenne riceventi per ricevere lo stesso segnale di eco e calcolare la differenza di fase tra i segnali di eco per ottenere la misurazione dell'angolo.
DELL'IWR1843
3Radar a onde millimetriche D
Il radar a onde millimetriche può emettere solo la distanza, informazioni su velocità e angolo, che è anche chiamato radar 3D a onde millimetriche. E questa distanza D e angolo θ Sono i dati del veicolo dotato di radar nel sistema di coordinate polari del piano. Convertendo il sistema di coordinate polari nel sistema di coordinate cartesiane, possiamo ottenere la distanza dal veicolo bersaglio al veicolo proprio nelle direzioni xey. In questo momento, trovi che manca la distanza nella direzione z della dimensione. Questo è anche uno dei difetti del radar 3D a onde millimetriche che è stato criticato.
Tuttavia, questo svantaggio è fatale per gli oggetti statici. I tombini, dossi stradali, vari cartelli sospesi a mezz'aria, strutture elevate, veicoli fermi, ecc. in mezzo alla strada non è possibile determinare con il radar 3D a onde millimetriche se questi ostacoli influiscono sul traffico a causa della mancanza di informazioni sull'altezza. Per oggetti statici, i produttori sono semplici e rozzi, ignorando direttamente o riducendo notevolmente la fiducia. Questo è anche uno dei motivi dei precedenti incidenti di Tesla. La telecamera non ha identificato il vagone merci bianco caduto, e il radar a onde millimetriche lo ha fatto. Tuttavia, la fiducia nel processo decisionale era troppo bassa, con conseguente mancata attivazione della funzione automatica di emergenza automatica da parte del veicolo.
4Radar a onde millimetriche D
La caratteristica più notevole del radar a onde millimetriche 4D è che può rilevare con precisione l'angolo di inclinazione, in modo da ottenere i dati di altezza reali del target misurato, questo è, la distanza dell'oggetto target nella direzione dell'asse z nel sistema di coordinate cartesiane. Con questa funzionalità, il radar 4D a onde millimetriche può identificare oggetti stazionari, ed è stato aggiunto il pezzo di legno più corto. Inoltre, anche la risoluzione del radar a onde millimetriche 4D è stata notevolmente migliorata. Le sue risoluzioni orizzontale e verticale sono 1 ° e 2 ° rispettivamente, e la sua risoluzione orizzontale è 5-10 volte superiore a quello del normale radar 3D a onde millimetriche.
