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隨著汽車智能化的發(fā)展，消費者對于行車安全的提高及自動駕駛技術(shù)的不斷成熟，汽車搭載的攝像頭和傳感器數(shù)量也在大幅增加。根據(jù)汽車電子大廠NXP?的數(shù)據(jù)，L2+級別以上的自動駕駛至少需要6?顆攝像頭和5?顆雷達，相較L1?級別的?1-2顆攝像頭和?1-3顆雷達，攝像頭和雷達數(shù)量有翻倍的增長。具體到搭載L2?級自動駕駛的車型來看，以奧迪A8、特斯拉Model 3?和卡迪拉克CT6?為例，三款車型均使用了5?顆及以上的攝像頭，還有多顆超聲波和毫米波雷達進行輔助。
三款自動駕駛車型搭載的感知系統(tǒng)對比，來源：汽車之家，信達證券研發(fā)中心
自動駕駛帶動下車載毫米波雷達市場空間廣闊。毫米波雷達具有體積小、性價比高、可全天候工作的特點，是自動駕駛的核心傳感器。目前77GHz?的毫米波雷達系統(tǒng)單價在1000?元左右，24GHz毫米波雷達單價?500元左右。根據(jù)ICVTank數(shù)據(jù)，隨著越來越多企業(yè)采用“攝像頭+毫米波雷達”的自動駕駛方案，預(yù)計2025?年全球車載毫米波雷達市場可達130?億美元（約845人民幣）。預(yù)計?2025年中國車載毫米波雷達市場為211?億元。根據(jù)OFweek預(yù)測，到2025?年中國的毫米波雷達市場規(guī)模將超過300?億元。根據(jù)DIGITIMES Research?數(shù)據(jù),2025年全球車 用毫米波雷達市場規(guī)?？傆嫾s462?億美元，2021-2025年?CAGR?為40.7%，增速低于激光雷達，但高于車載攝像頭。
全球/中國車載毫米波雷達市場規(guī)模（億元），來源：ICVTank
ADAS一般需要“1長+4中短”5個毫米波雷達，奧迪A8搭載5個毫米波雷達（1LRR+4MRR）。假設(shè)目前短距24GHz的毫米波雷達單價500元，長距毫米波雷達單價1000元。同時假設(shè)2020年國內(nèi)毫米波雷達滲透率為10%，未來每年滲透率提升5%。預(yù)測2021~2025年國內(nèi)毫米波市場總?cè)萘窟_千億元。
國產(chǎn)毫米波雷達市場空間達千億，來源：太平洋證券
為實現(xiàn)汽車周圍環(huán)境的全方位感測覆蓋，一輛汽車需要多個毫米波雷達。比如L3?級別的自動駕駛，至少需要5?顆毫米波雷達（1長、4短）；隨著自動駕駛等級的增加，毫米波的數(shù)量也是不斷增加，到了L5?級高級自動駕駛階段毫米波雷達將增加到10顆以上?！岸坛?中程+長程”毫米波雷達三者結(jié)合一起共同完成自適應(yīng)巡航（ACC）、自動緊急制動（AEB）、前方/后方碰撞預(yù)警（FCW/RCW）、變道輔助（LCA）、盲點檢測（BSD）、倒車輔助（BPA）、泊車輔助（PA）等多種ADAS?功能。
在早期的ADAS中認為，毫米波雷達只要能感測到前方的車輛就可以了。但是隨著路況的復(fù)雜提升，要去毫米波雷達也要能檢測到行人、兒童，電動車、三輪車等非常規(guī)車輛的需求。對于毫米波雷達的感知范圍也有提高，要求實現(xiàn)360°的環(huán)視感知，用到L3以上的輔助泊車功能。這些都對毫米波雷達芯片有了更高需求。
如果整車四個位置要有四顆角雷達，角雷達的需求，傳感器小型化，集成度高，功耗要低，成本要低，要有高分辨率的感知能力。距離分辨率、空間分辨率、俯仰角感知。正前方、后方都要放上一顆雷達，分別應(yīng)用于前向的ACC，和后方的AA功能和倒車防撞雷達，第五代要實現(xiàn)前向雷達要實現(xiàn)超過200米的最大探測范圍，第三代是4D成像雷達，這個毫米波雷達具有行業(yè)最大的距離和空間、角度分辨率，具有最強的探測距離、測速范圍、電源輸出能力。
不同等級自動駕駛攝像頭配備情況，來源：東北證券
自動駕駛的冗余度和容錯性特性，要求越是高階的自動駕駛需要越多的傳感器。根據(jù)產(chǎn)業(yè)鏈調(diào)研，2020年起國內(nèi)外已正式進入L3?級自動駕駛階段，2021年后將呈現(xiàn)加速狀態(tài)，
毫米波雷達是ADAS?核心的傳感器之一。毫米波雷達通過天線向外發(fā)射波長1-10nm，頻率在30GHZ-300GHZ之間的毫米波，接收反射信號并處理后快速準確地獲取汽車車身周圍的物理環(huán)境信息，然后根據(jù)所探知的物體信息進行智能處理和決策。它首先運用于軍事領(lǐng)域，隨后進入汽車領(lǐng)域。
?前世今生：從24GHz到77GHz
毫米波雷達在ADAS中的應(yīng)用，來源：ST
毫米波雷達按照頻率可分為24GHz和?77GHz以上的毫米波雷達。24GHz毫米波雷達主要適用短距離范圍，應(yīng)用范圍多為盲點監(jiān)測，車道保持和自動泊車等場景。77GHz毫米波雷達測距范圍可達100-250?米，探測距離長、識別精度高且穿透力強，主要用于自適應(yīng)巡航、向前碰撞預(yù)警和自動緊急剎車等場景中。
毫米波雷達的優(yōu)勢主要有以下幾方面：（1）毫米波具有穿透煙、灰塵和霧的能力，可全天候工作。相比于激光雷達等其他傳感器來說，毫米波的特性讓毫米波雷達的應(yīng)用環(huán)境更為廣泛，能實現(xiàn)全天候待命。（2）毫米波雷達天線孔徑小、空間辨識率高、易攜帶且方向性好。（3）毫米波雷達波束窄、抗電子干擾性好。（4）價格成本低廉，目前價格在千元級別，相比其他傳感器如萬元級別的激光雷達，成本較低。
但其自身也有不足之處，例如交通信號的識別、車道線檢測等，這方面需要與攝像頭配合使用，互為補足和冗余。距離遠，可以在雨雪天氣等各種惡劣環(huán)境中穩(wěn)定工作，但是精度不高。
2015年以前，市場上主要出現(xiàn)的毫米波雷達是24GHz，主要基于褶硅工藝。這一代毫米波雷達主要用于場景是前向AAB防盜預(yù)警，后向盲區(qū)檢測，主要用于正前方和后角兩個位置。24GHz雷達存在兩個缺陷：
1.天線的尺寸跟波長有關(guān)，24GHz波長較長，因此天線尺寸較大，因此安裝起來需要預(yù)留較大空間。
2.毫米波雷達測距的分辨率和掃頻帶寬有關(guān)，24Ghz的掃頻帶寬較窄因此限制了毫米波雷達測距的分辨率，當時ACC、AEB、BSD這些功能都無法實現(xiàn)較高分辨率的感知。24GHz目前大量應(yīng)用于汽車的盲點監(jiān)測、變道輔助。雷達安裝在車輛的后保險杠內(nèi)，用于監(jiān)測車輛后方兩側(cè)的車道是否有車、可否進行變道。
2015年以后，市場上出現(xiàn)了77Ghz的毫米波雷達。77GHz雷達在探測精度與距離上優(yōu)于24GHz雷達，主要用來裝配在車輛的前保險杠上，探測與前車的距離以及前車的速度，實現(xiàn)的主要是緊急制動、自動跟車等主動安全領(lǐng)域的功能。完全實現(xiàn)ADAS?各項功能一般需要“1長+4?中短”5個毫米波雷達。77GHz雷達的優(yōu)點還包括：
- 因為波長短，天線尺寸可以做小，可以做到半個名片那么大。
- 掃頻帶寬，77Ghz的有效帶寬，這個頻段內(nèi)有上G赫茲的掃頻帶寬，可以看到毫米波雷達在車的前向雷達中大量使用，用于車的自適應(yīng)巡航、ACC、緊急制動AEB這樣的關(guān)鍵駕駛輔助功能。同時在后腳雷達發(fā)現(xiàn)77Ghz毫米波雷達也有很強的競爭力。從工藝來看，2015年之前還是以褶硅工藝為主，特點是發(fā)射功率大，功耗較大，成本比較高，很難做高集成度。
77GHz的技術(shù)要求和生產(chǎn)成本更高，具有較高的技術(shù)壁壘，當前市場上的主流產(chǎn)品為24GHz?雷達。未來，隨著技術(shù)的成熟以及成本的下降，77GHz雷達將逐漸取代?24GHz雷達成為未來毫米波雷達市場的主流發(fā)展趨勢。
24GHz和?77GHz毫米波雷達性能對比，來源：迦太科技
毫米波雷達核心器件為雷達主IC。毫米波雷達系統(tǒng)主要由陣列天線、前端收發(fā)射頻組件（MMIC芯片）、數(shù)字信號處理器（DSP/FPGA）及控制電路等部分構(gòu)成，其中天線及前端收發(fā)組件為核心硬件。成本構(gòu)成上，雷達主IC?成本占比達43%，輔助芯片、PCB、其他電子料成本占比分別11%、16%和11%。
毫米波雷達成本構(gòu)成，來源：承泰科技
?毫米波雷達上下游產(chǎn)業(yè)鏈
在車載雷達中，超聲波雷達技術(shù)門檻較低，供應(yīng)商較多；激光雷達最獲得資本市場的追捧，但因成本高昂，未能商業(yè)化；毫米波雷達成本在前兩種雷達之間，技術(shù)門檻較高，是目前自主和外資企業(yè)主要的雷達商品方向。
全球毫米波雷達市場中，前五大市場主體分別為：博世、大陸集團、海拉、富士通、電裝，合占2018年全球市場份額的68%，其中博世、大陸集團、海拉、電裝均為傳統(tǒng)Tier 1供應(yīng)商，富士通是全球領(lǐng)先的信息通信技術(shù)企業(yè)，在毫米波雷達領(lǐng)域也具有較強實力。博世的主要毫米波雷達產(chǎn)品集中于76-77GHz，主攻中遠距離探測，LLR產(chǎn)品最大探測距離可達250?米。大陸集團的77GHz?和?24GHz的產(chǎn)品領(lǐng)先，主攻?77GHz產(chǎn)品，第五代?LRR的遠程最大探測距離可達300?米。德爾福公司也是壟斷77GHz?技術(shù)的國際公司之一；而海拉以24GHz?頻率的毫米波雷達為主，短距毫米波雷達技術(shù)領(lǐng)先。
全球毫米波雷達企業(yè)市場份額，來源：中研普華產(chǎn)業(yè)研究院
面對外資企業(yè)接近壟斷的市場，近年來內(nèi)資企業(yè)加大毫米波雷達研發(fā)力度，尋找市場突破口，加速追趕外資腳步。市場化產(chǎn)品即將問世；不過由于技術(shù)和資源的限制，主流方向仍然集中在24GHz?雷達方面。在77GHz?毫米波雷達方面，核心技術(shù)仍被外資零部件制造商所掌控，國內(nèi)仍處于初級階段，只有極少數(shù)企業(yè)能做到77GHz?雷達的樣機產(chǎn)品。
國內(nèi)毫米波雷達主要廠商，來源：中國銀河證券研究院
作為毫米波雷達的核心器件——雷達芯片，一般主要分為射頻的發(fā)射、接收芯片和基帶處理芯片。雷達芯片在整個雷達產(chǎn)品中不僅成本占比大（目前占到毫米波雷達總成本的70%），同時由于在雷達中屬于上游技術(shù)，毫米波雷達芯片向來是巨頭的戰(zhàn)場。站在這些毫米波雷達巨頭背后的，是英飛凌、恩智浦NXP、飛思卡爾、意法半導(dǎo)體、德州儀器等芯片巨頭。NXP的毫米波雷達已經(jīng)經(jīng)歷了至少5代的迭代。2011年就推出了第一代毫米波雷達的芯片產(chǎn)品，到2018年已經(jīng)到了第四代，包括業(yè)界最強大的MR3003收發(fā)器，以及TEF810X收發(fā)器，還有S32R27處理器，這套芯片實際上是在毫米波雷達處理上常見的一套解決方案。2019年，NXP落地并量產(chǎn)了RFCOMS工藝的產(chǎn)品，顯著降低了功耗，也降低了成本，為日后大規(guī)模鋪開毫米波雷達打下了基礎(chǔ)。同時因為77Ghz的采樣率也提高了，中頻帶寬也比較大，對應(yīng)的處理單元是要專門定制的處理器，而不是通用的MCU能夠做得了的。NXP也專門定制了針對毫米波雷達操作的集成處理器，完成雷達的感知、處理、執(zhí)行的全部工作。2021年，NXP的第5代高性能成像雷達方案也在陸續(xù)的開放中。
射頻芯片和DSP芯片分別占毫米波雷達成本的1/3。上游射頻芯片我國國產(chǎn)實力相對薄弱，國外主要廠家有英飛凌、德州儀器、意法半導(dǎo)體等，國內(nèi)廠商有清能華波，矽杰微電子等。DSP芯片供應(yīng)商有亞德諾半導(dǎo)體、美高森美等公司。
近年來，國產(chǎn)毫米波雷達迎頭追趕，如中電科38所發(fā)布77Ghz毫米波芯片，德賽西威先后發(fā)布24GHz、77GHz毫米波雷達，國產(chǎn)毫米波雷達在精度、距離等方面和國際廠商如博世、大陸、奧托立夫、德爾福的產(chǎn)品差距仍然明顯。下游毫米波雷達主要用于無人機、車聯(lián)網(wǎng)、ADAS等領(lǐng)域，國產(chǎn)廠商均有涉獵。比如無人機領(lǐng)域的大疆、航天彩虹等，ADAS的東風、長安等汽車廠商，車聯(lián)網(wǎng)的大唐電信、百度等。華域汽車毫米波雷達已實現(xiàn)對上汽等客戶穩(wěn)定供貨，其他國內(nèi)的毫米波雷達廠商有德賽西威、杭州智波科技、蕪湖森思泰克、南京隼眼科技、蘇州安智汽車、北京行易到、深圳安志杰等。
毫米波雷達產(chǎn)業(yè)鏈，來源：ITTbank
在毫米波雷達的上游硬件方面，主要包括天線PCB板、前端收發(fā)射頻組件（MMIC芯片）、數(shù)字信號處理及控制電路，其中天線PCB?板與?MMIC芯片是核心組件。天線PCB?板作為毫米波雷達的核心部件，國產(chǎn)替代取得較大突破。當前毫米波雷達天線的主流方案為微帶陣列，高頻天線PCB?板要求在較小的集成空間保持較高的信號強度，因此行業(yè)技術(shù)壁壘較高，毫米波雷達成本占比約為10%。德國Schweizer?全球市場占比達30%，居于行業(yè)領(lǐng)先地位。近年來，國內(nèi)天線PCB板企業(yè)取得較大突破，主要生產(chǎn)廠商包括滬電股份、深南電路、景旺電子、生益電子等，其中滬電股份是大陸、博世的PCB?板供應(yīng)商，深南電路也已具備車載高頻PCB?板供應(yīng)能力，生益電子的毫米波雷達用PCB?板已經(jīng)具備量產(chǎn)能力，潛在客戶包括博世、大陸等，預(yù)計2021～2023年可實現(xiàn)量產(chǎn)出貨。
MMICPCB?評估板（型號：SG24TR14），來源：意行半導(dǎo)體
2018?年廈門意行半導(dǎo)體自主研發(fā)的24GHz SiGe?雷達射頻前端MMIC?套片，率先實現(xiàn)了中國該領(lǐng)域零的突破，現(xiàn)已實現(xiàn)量產(chǎn)和供貨。
近年來，也有不少本土科技公司殺入毫米波雷達市場。2021年，4月?18日華為發(fā)布毫米波雷達產(chǎn)品，探測距離達300m，屬于中長距毫米波雷達。根據(jù)發(fā)布會成像效果視頻顯示，其針對特斯拉過往因“長尾場景”引致的意外如路邊斜置靜止車、下閘道等場景探測效果較好。華為發(fā)布高分辨率4D?成像毫米波雷達，有望切入中長距毫米波雷達市場。
華為高分辨4D?成像雷達發(fā)布,來源：華為
小米集團2021?年?6月投資的縱目科技推出了“ZM-SDR1”4D毫米波雷達，兼顧低速泊車和高速行駛場景，輸出可比擬激光雷達的致密點云信息，清晰勾勒出周邊建筑物輪廓，從而實現(xiàn)基于雷達點云的高精度定位。2021年?7月參與幾何伙伴融資過程，公司與上汽集團合作，研發(fā)以4D毫米波成像雷達為主傳感，輔之以可見光和紅外成像多傳感融合的感知系統(tǒng)，再通過感知、規(guī)劃、決策、控制一體化軟件模塊與工具鏈，集成軟硬件一體的自動駕駛系統(tǒng)軟件。
縱目科技4D毫米波雷達，來源：縱目科技
毫米波雷達的未來在哪里？
隨著技術(shù)的成熟以及成本的下降，77GHz雷達將逐漸取代?24GHz雷達成為未來毫米波雷達市場的主流。隨著ADAS系統(tǒng)的逐漸升級，對毫米波雷達的要求會更高。毫米波雷達的技術(shù)總的趨勢是朝著成本更低、體積更小、功耗更低、集成度更高的方向發(fā)展。在雷達芯片技術(shù)上，高集成化的單片微波集成電路（MMIC）成為了主流；而在芯片工藝上，朝著利用CMOS?工藝，將MMIC做得更小的方向發(fā)展。隨著毫米波雷達對性能要求更高、體積要求更小、成本要求更低，不少毫米波雷達芯片企業(yè)都開始研發(fā)CMOS?芯片，將MMIC、MCU、DSP等集成在一顆芯片中。國外主流供應(yīng)商為TI、英飛凌和NXP，國內(nèi)企業(yè)有加特蘭微電子、岸達科技等。
毫米波雷達技術(shù)發(fā)展趨勢，來源：麥姆斯咨詢
4D點云成像毫米波雷達有望在激光雷達之外形成有效補充?；谔摂M天線技術(shù)，4D點云成像雷達相比傳統(tǒng)雷達性能大幅提升（探測距離+角分辨率），成本卻基本類似。雖點云數(shù)相比激光雷達仍有較大差距，如傲酷Eagle?前向雷達點云數(shù)大致相當于法雷奧4?線激光雷達Scala1，但在L3?及以上自動駕駛中仍有望得到廣泛應(yīng)用，以對激光雷達形成有效補充。
4D點云成像雷達代表產(chǎn)品，來源：各公司官網(wǎng)
當前ADAS?應(yīng)用最多已達5?顆（1前向雷 達+4角雷達），L3及以上大概率需要?6-8顆；ASP方面，77GHz及高分辨率雷達占比提升預(yù)計會帶動平均價格提升。L 3及以上大概率需?6-8顆，預(yù)計?2025年全球毫米波雷達市場逾460?億美元。毫米波雷達具有受環(huán)境影響小、探測距離長等優(yōu)勢，伴隨4D?點云毫米波雷達技術(shù)成熟，應(yīng)用場景有望進一步拓展。
