【導(dǎo)讀】在工業(yè)和自動(dòng)化領(lǐng)域，越來(lái)越多的新興應(yīng)用采用毫米波方案，大多選用的是24GHz和60GHz——這兩個(gè)頻段免費(fèi)，且在很多國(guó)家屬于定義明確的頻段。在谷歌Project Soli追蹤“亞毫米精度”的手勢(shì)識(shí)別之后，各應(yīng)用就開(kāi)始“嘗鮮”。
2017年有超過(guò)2億顆24GHz BSD(盲點(diǎn)偵測(cè))傳感器出貨，如圖1全球24GHz BSD(盲點(diǎn)偵測(cè))需求趨勢(shì)所示。其中現(xiàn)有上量的源頭是來(lái)自于汽車(chē)工業(yè)。
圖1：全球24GHz BSD需求趨勢(shì)。(圖片來(lái)源：英飛凌半導(dǎo)體)
每個(gè)國(guó)家對(duì)從2.4GHz到200GHz這些頻段都有不同的定義，現(xiàn)在微波爐應(yīng)用集中在是2.4GHz、5G部分有sub-4GHz、汽車(chē)是77GHz。
在工業(yè)和自動(dòng)化領(lǐng)域，越來(lái)越多的新興應(yīng)用采用毫米波解決方案進(jìn)行感測(cè)，大多選用的是24GHz和60GHz，這個(gè)頻段已經(jīng)被分配給工業(yè)領(lǐng)域免費(fèi)使用，在各個(gè)不同的國(guó)家和法規(guī)上面屬于定義明確的頻段。如圖2所示：
圖2：雷達(dá)的頻段越高，波長(zhǎng)越短，波長(zhǎng)越短，它的分辨率和準(zhǔn)確度會(huì)越高，這是雷達(dá)波的特性。(圖片來(lái)源：英飛凌半導(dǎo)體)
其中，24GHz在空間和運(yùn)動(dòng)的感測(cè)方面，被廣泛的用于智慧家庭、智能開(kāi)門(mén)系統(tǒng)、智慧建筑、工業(yè)機(jī)器人或者是智慧型工業(yè)等。
圖3：借助24GHz雷達(dá)實(shí)現(xiàn)空間和運(yùn)動(dòng)感測(cè)。
60Ghz則頻率更高波長(zhǎng)更短，除了上述應(yīng)用，還適合做一些生命特征感測(cè)。“我們的客戶有人通過(guò)雷達(dá)偵測(cè)心跳或者是呼吸。”英飛凌電源管理及多元化市場(chǎng)事業(yè)部大中華區(qū)射頻及傳感器部門(mén)總監(jiān)麥正奇在第七屆EEVIA年度中國(guó)ICT媒體論壇暨2018產(chǎn)業(yè)和技術(shù)展望研討會(huì)上指出，“它的探測(cè)距離可以更遠(yuǎn)，因?yàn)樘炀€設(shè)計(jì)比較靈活，能夠?yàn)椴煌瑘?chǎng)景做不同的天線設(shè)計(jì)?！?/p>
高頻段的天線大小可以設(shè)計(jì)的比較小一點(diǎn)，對(duì)光或者外界環(huán)境不受干擾，用于人機(jī)互動(dòng)有著比較先天的優(yōu)勢(shì)。
“60GHz是穿透性，所以你可以將其設(shè)計(jì)在產(chǎn)品下面，針對(duì)物品移動(dòng)或者手勢(shì)變化，其7GHz的帶寬可以更精準(zhǔn)做出偵測(cè)或回饋。”麥正奇指出，“它可以用在非接觸手勢(shì)控制，例如實(shí)現(xiàn)可穿戴設(shè)備的手勢(shì)控制?！?/p>
如果把60GHz集成在智能音箱里面，那么可以用來(lái)偵測(cè)人的近/遠(yuǎn)，或者人的手勢(shì)變化，從而實(shí)現(xiàn)更好的人機(jī)交互。
圖4：借助60GHz雷達(dá)實(shí)現(xiàn)空間和運(yùn)動(dòng)感測(cè)。
“我們做出來(lái)的60GHz很多是手勢(shì)識(shí)別應(yīng)用，它的距離可能是30公分以內(nèi)，但如果在天線的設(shè)計(jì)上面有做改變，它距離可達(dá)10米以上?！丙溦嬷赋?。
谷歌和英飛凌的合作項(xiàng)目Project Soli，就是利用英飛凌提供的60GHz雷達(dá)傳感器監(jiān)測(cè)空中手勢(shì)動(dòng)作，從而追蹤亞毫米精準(zhǔn)度的高速運(yùn)動(dòng)。去年，英飛凌開(kāi)始優(yōu)化第二代微波天線集成雷達(dá)手勢(shì)識(shí)別傳感器Soli-C。
圖5：谷歌和英飛凌的合作項(xiàng)目Project Soli。
雷達(dá)在應(yīng)用領(lǐng)域有著無(wú)限的可能，在中國(guó)市場(chǎng)，EDN電子技術(shù)設(shè)計(jì)已經(jīng)報(bào)道了不少24GHz/60GHz的方案在安防應(yīng)用、盲點(diǎn)偵測(cè)和智能家居應(yīng)用中的成功案例。
“我們每天都會(huì)看到一些新的應(yīng)用，包括醫(yī)療、工業(yè)、或者人機(jī)交互。如果我很單純以生意或市場(chǎng)層面以量作為考量，我認(rèn)為最大的應(yīng)用可能是人機(jī)交互或者手機(jī)?！丙溦嫱嘎?。
毫米波雷達(dá)的挑戰(zhàn)
毫米波的首要挑戰(zhàn)，是面對(duì)已有的競(jìng)爭(zhēng)技術(shù)，畢竟業(yè)界已經(jīng)有紅外線、激光雷達(dá)等解決方案在市場(chǎng)站穩(wěn)了腳跟。
其次就是定制化算法。不同的應(yīng)用要有不同的算法，不同的算法要有不同的專(zhuān)家來(lái)做研發(fā)，這為設(shè)計(jì)帶來(lái)了門(mén)檻，。
還有就是法規(guī)。毫米波是一個(gè)比較高頻的頻段，在其無(wú)線電規(guī)范上每個(gè)國(guó)家/地區(qū)所制定的法規(guī)和后面的政策還沒(méi)有完整的被定義，尤其是那些還沒(méi)有真正被大量使用的波段。這些都是需要進(jìn)一步跟進(jìn)和探討的。
附錄：關(guān)于雷達(dá)的原理和實(shí)現(xiàn)方式
雷達(dá)利用無(wú)線電波來(lái)探測(cè)存在、方向、距離和速度，除了汽車(chē)，這些用途可以拿來(lái)做很多不同的應(yīng)用。
速度——利用多普勒效應(yīng)可以計(jì)算出移動(dòng)的速度；
范圍/目標(biāo)距離——利用電磁波或者是FSK等方式去做一些演算；
角度/目標(biāo)方向——根據(jù)天線的相位差計(jì)算出；
目標(biāo)位置——根據(jù)一些調(diào)頻連續(xù)波FMCW的演算方式來(lái)計(jì)算出。
雷達(dá)的硬件部分，包括發(fā)射器、接收器、以及信號(hào)處理，下圖中板子的背面做了天線，負(fù)責(zé)把電能轉(zhuǎn)化成電磁波。
雷達(dá)在硬件上面完成之后，很重要的一部分是怎么去演算和應(yīng)用這些演算法得到想要的結(jié)果，軟件也是雷達(dá)最主要的方面。還有必須的GUI界面。這兩部分是除了硬件之外必須要有的工具。
取決于雷達(dá)功能和雷達(dá)可支持的運(yùn)行模式，雷達(dá)可以在多種不同模式下工作。下面列出了三種主要的工業(yè)雷達(dá)運(yùn)行模式。
未來(lái)演算法還會(huì)不斷地增加，復(fù)雜度也會(huì)不斷地增加。
本文轉(zhuǎn)載自電子技術(shù)設(shè)計(jì)。
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