01 芯片集成，點亮毫米波雷達

研究團隊通過優化制備技術，成功在單一芯片上集成了倍頻模塊和回波去斜模塊，完成了高效的毫米波雷達信號產生、處理和接收。為了驗證雷達的性能，團隊進行了一系列實驗，包括測距、測速和逆合成孔徑成像測試。結果顯示，該雷達能夠精準探測距離和速度，并對不同目標進行高清晰度的成像。

研究團隊成員、南開大學教授朱廈表示，該成果不僅提升了現有微波光子雷達的性能，還為未來高性能、小型化光子雷達系統的發展樹立了新標桿。在即將到來的6G時代，這項技術有望在多個領域引發重大變革，標志著微波光子雷達技術發展的重要里程碑。

這一重大突破，無疑將雷達芯片領域再次拉至聚光燈下。

雷達芯片處于雷達系統的核心地位，運作時巧妙融合射頻與數字信號處理技術。雷達探測器發射高頻電磁波信號后，芯片的射頻前端負責接收反射回波，它憑借出色頻率選擇性與信號放大能力，捕捉微弱信號。

隨后，信號進入數字信號處理模塊，運用快速傅里葉變換(FFT)等算法解調、濾波、放大。依據電磁波傳播特性及 Doppler 效應，通過精確測量發射與回波信號的時間延遲算出目標距離，憑借對回波頻率變化的捕捉分析推算目標速度，再結合天線陣列與方位角算法確定目標方位，從而將電磁波信號轉化為可用的目標信息。

02 進化與突破

早在 20 世紀中葉，雷達技術剛剛起步，那時的雷達芯片構造十分簡單，主要由一些分立的電子元件組成 ，就像用零散的積木搭建起的簡易模型。這些早期芯片功能有限，僅能實現基本的目標探測，而且體積龐大、能耗高，信號處理能力也極為薄弱。例如，早期的雷達芯片只能在較短的距離內探測較大的目標，對于復雜環境下的小目標幾乎無能為力，在實際應用中受到諸多限制。

隨著半導體技術的不斷進步，20 世紀 90 年代，砷化鎵(GaAs)工藝被應用于雷達芯片制造 。這一變革為雷達芯片注入了新的活力，相比之前的分立元件，砷化鎵工藝制造的芯片集成度有所提高，能夠在一定程度上縮小芯片體積、降低能耗，并且在信號處理速度上也有了明顯提升。不過，砷化鎵工藝的材料成本和制造成本都較高，對生產線要求嚴苛，這在一定程度上限制了其大規模應用。像用在奔馳汽車上的 ARS100(第一款商用雷達)，便是采用了砷化鎵工藝的雷達芯片 ，雖然它開啟了雷達在汽車領域應用的先河，但高昂的成本也使得其難以普及。

到了 2007 - 2017 年，鍺硅(SiGe)工藝逐漸嶄露頭角 ，并開始取代砷化鎵工藝。SiGe 擁有硅工藝的集成度、良率和成本優勢，使得前端射頻芯片的集成度大幅提升 。一個毫米波雷達只需要少量射頻前端芯片，就可完成信號的處理，這極大地降低了毫米波雷達系統的成本 。以大陸的 ARS4 - a 為例，它采用了 2 片 MR2001TX、4 片 MR2001RX 和 1 片 MR2001VC，通過 SiGe 工藝實現了更高效的信號處理和更低的成本，為雷達在更多領域的應用奠定了基礎。

2017 年至今，CMOS 工藝成為了雷達芯片發展的新潮流 。最初，CMOS 工藝制程較低，無法工作在高頻中，但隨著技術的不斷突破，到 2010 年，CMOS 工藝進步到 40nm，使得 CMOS 用于 77GHz 毫米波雷達成為可能 。CMOS 工藝處理速度更快，成本相對更低，集成度能夠進一步提升 ，一個毫米波雷達甚至只需要 1 顆 MMIC 芯片，雷達整體系統成本進一步下降 。例如博世的 MRR5，采用 1 片英飛凌的 SiGeBiCMOS MMIC：RXS8160PL，充分展現了 CMOS 工藝在降低成本和提高集成度方面的巨大優勢。

簡單來講，雷達芯片的工作原理可以比作蝙蝠的回聲定位系統。蝙蝠發出超聲波，聲波遇到障礙物后反射回來，蝙蝠通過接收回聲來判斷物體的距離和位置。同樣，雷達芯片發射電磁波，電磁波遇到物體后反射回來，芯片通過接收反射波并計算時間差來確定物體的距離、速度和位置。整個過程就像蝙蝠利用回聲在黑暗中導航一樣，雷達芯片通過發射、接收和處理電磁波來探測和定位目標。

雷達芯片的工作原理決定了其在實際應用中的表現，而關鍵性能指標則是衡量雷達芯片性能優劣的重要標準。通過射頻技術和數字信號處理技術，雷達芯片能夠接收并處理高頻電磁波信號，將其轉換為可識別的目標信息，如距離、速度、方位等。然而，這些功能的實現效果如何，很大程度上取決于雷達芯片的關鍵性能指標。這些指標不僅直接影響雷達系統的探測精度和穩定性，還決定了其在不同應用場景中的適用性。

靈敏度影響芯片對微弱信號探測能力，遠距離探測時，高靈敏度利于精準鎖定目標，低靈敏度易錯失目標;動態范圍保障芯片處理不同強度信號，范圍大的芯片可避免失真，確保復雜環境下正常工作;帶寬與數據傳輸、分辨率相關，高帶寬助于精細探測與成像，為高精度應用提供支持;速度范圍界定芯片測量目標速度區間，汽車雷達關注低速，航空雷達追蹤高速，適配不同場景。

03 應用領域

汽車領域是雷達芯片應用的重要場景之一。在自動駕駛技術中，雷達芯片扮演著關鍵傳感器的角色。它能夠實時探測車輛周圍的環境，包括其他車輛、行人、障礙物等，并提供精確的距離、速度和方位信息。特斯拉的Autopilot系統采用多顆毫米波雷達芯片，實現了自動緊急制動、車道保持輔助、自適應巡航控制等功能，極大地提升了駕駛安全性和舒適性。具體應用中，前向雷達用于探測前方障礙物，實現自動緊急制動和自適應巡航控制;角雷達安裝在車輛側面，用于監測盲區車輛，實現變道輔助和盲點監測;后向雷達則安裝在車輛尾部，用于監測后方來車，實現倒車預警和后方碰撞預警。

無人機領域也是雷達芯片的重要應用領域。雷達芯片為無人機提供了強大的環境感知能力，使其能夠在復雜的環境中自主飛行和執行任務。在大疆的Matrice 300 RTK無人機中就搭載了高精度雷達芯片，可以實現精準定位、避障、地形跟隨等功能，廣泛應用于測繪、巡檢、搜救等領域。具體應用中，避障雷達用于探測無人機飛行路徑上的障礙物，實現自動避障功能;地形跟隨雷達用于探測地面高度變化，實現無人機與地面保持恒定高度飛行;搜索雷達則用于探測目標物體，實現搜救和目標跟蹤等功能。

安防領域中，雷達芯片可用于周界防護、入侵檢測、人員定位等。例如，海康威視的雷達視頻一體機采用了先進的雷達芯片技術，可以實現對入侵目標的精準探測和跟蹤，并聯動視頻監控系統進行實時報警和記錄。周界防護雷達用于探測圍墻、柵欄等周界區域的入侵行為;室內定位雷達用于室內人員的定位和追蹤，適用于監獄、醫院等場所;生命探測雷達則用于探測廢墟下的生命跡象，適用于地震救援等場景。

在工業領域，工業機器人、AGV小車、智能倉儲等都離不開雷達芯片的支持。ABB的工業機器人配備了高精度雷達芯片，可以實現對工件的精準定位和抓取，提高生產效率和產品質量。具體應用中，工業機器人用于工件的定位、抓取、裝配等操作;AGV小車用于物料運輸、倉儲管理等;智能倉儲則用于貨物的自動識別、定位、分揀等。

04 巨頭林立，新興力量崛起

雷達芯片行業的參與者主要包括傳統半導體巨頭、專業雷達芯片企業和新興科技公司。在傳統半導體巨頭中，恩智浦(NXP)、英飛凌、德州儀器(TI)、意法半導體等國際芯片設計巨頭在雷達芯片市場長期占據主導地位。

以恩智浦為例，其旗艦 S32R45 和新 S32R41 處理器可滿足 L2 + 級至 L5 級的自動駕駛需求，能構建 4D 成像雷達，實現 360 度環繞感知 。其中，雷達微處理器單元(MPU)S32R41 專用于 77GHz 高級雷達應用，采用 Arm Cortex?-a53 和 Cortex-M7 內核，結合專用雷達處理加速器，打造出卓越的雷達處理鏈。憑借深厚的技術積累和廣泛的客戶基礎，恩智浦在汽車雷達芯片領域穩穩扎根，諸多知名汽車廠商的自動駕駛系統中都有其芯片的身影。

英飛凌擁有毫米波雷達全套解決方案，涵蓋性能強大的前雷達、性價比高的角雷達，以及用于艙內監控的毫米波雷達芯片。其關鍵部件 MMIC、MCU 和 PMIC 廣泛應用于各種細分雷達應用場景，在業界成熟量產的級聯方案更是助力實現 4D 雷達，為汽車安全與智能駕駛提供堅實技術支撐，在全球汽車雷達市場份額可觀。

德州儀器在雷達芯片領域同樣成績斐然。其于2024 年 1 月推出的 AWR2544 77GHz 毫米波雷達傳感器芯片采用衛星雷達架構設計，提升了高級駕駛輔助系統(ADAS)中的傳感器融合和決策能力。德州儀器憑借持續的研發投入和先進的半導體技術，在雷達芯片市場始終保持著強勁的競爭力，產品廣泛應用于汽車、工業等多個領域。

意法半導體基于豐富的經驗和全面的汽車雷達收發器與電源管理 IC 產品組合，為客戶提供基于 24GHz 和 77GHz MMIC 的雷達解決方案，產品滿足嚴格的汽車安全完整性等級(ASIL)要求，在汽車雷達芯片市場占據重要一席。

在國際巨頭的強勢籠罩下，新興雷達芯片企業也在努力突圍，以創新技術和獨特優勢在市場中嶄露頭角。Uhnder 便是其中之一，作為數字毫米波成像雷達技術的領導者，基于數字編碼調制(DCM)技術，其完全由軟件定義的雷達芯片和傳感器模塊能為 ADAS、AV 和物流自動化系統提供最高分辨率的數字感知。2024 年 2 月完成 5000 萬美元 D 輪融資，彰顯了市場對其技術潛力的高度認可。2022 年推出的首款車規級 4D 數字成像雷達芯片 S80，已通過基于 AECQ104 的所有車規資格認證以及基于 ISO26262 的 ASIL-B 認證，并已部署在 Fisker 的 Ocean 車型上，成功切入汽車雷達市場，為行業帶來新的發展思路和競爭活力。

相比國外，國內車載毫米波雷達芯片企業起步晚、技術積累少，尚未形成強大市場影響力。但隨著產業加速發展與市場需求驅動，國內企業積極入局。

像加特蘭微電子，2014 年成立專注 CMOS 芯片，2024 年一季度出貨超 800 萬顆，預計全年 600 萬顆，產品已入 20 余家車企、超 200 款車型，適用于多類雷達。森思泰克 77GHz 產品率先“上路”，用于 ADAS 關鍵功能。德賽西威開發多頻段產品助力自動駕駛。清能華波專注芯片設計，南京米勒、鋮昌科技、電科芯片也憑各自優勢，在研發、生產上發力。這些企業于細分領域嶄露頭角，正縮小差距，有望提升未來競爭力。

根據市場研究機構的數據，2022年全球雷達芯片市場規模約為50億美元，預計到2027年將增長至120億美元。目前，英飛凌和恩智浦占據市場主導地位，合計市場份額超過50%。TI和ADI分別占據約15%和10%的市場份額。新興企業如Arbe和Uhnder雖然市場份額較小，但增長迅速，預計未來幾年將占據更大市場份額。