毫米波雷達“出圈”：磨刀霍霍IoT
作爲一種非接觸式傳感技術，毫米波雷達傳感器具有感測精準、無干擾等優點，現已廣泛應用於ADAS（高級駕駛輔助系統）、自動駕駛領域。然而，隨着市場的發展，毫米波雷達的應用範圍正超出車載領域，逐漸向智慧城市、樓宇自動化、健康監護等行業擴展。
Marketsand Markets近日發佈的數據顯示，到2023年，毫米波雷達傳感器的市場總量將達到206億美元。車載雷達是這一波增長的主要推動力，但隨後物聯網市場將會成爲驅動毫米波雷達市場的另一個車輪，推動其以更高的加速度向前飛奔。
01
百億元市場前景可期
汽車一直是毫米波雷達在民用領域發展的重要切入點，這些年隨着自動駕駛的興起，發展勢頭十分強勁，目前在L2以上自動駕駛系統中基本成了標配。
不過，毫米波雷達的應用範圍並不僅侷限於汽車。
根據東南大學毫米波國家重點實驗室張慧副教授的介紹，智慧交通、智慧家居、安防、軌道交通、無人機等都是毫米波雷達發展的潛力市場，其中在智慧交通、安防領域已經形成一定規模的市場，智慧家居領域也是可以預見的重要潛在市場。
以交通監控爲例，目前許多大型城市都面臨交通堵塞的難題。解決問題的辦法之一就是對十字路口和主要道路上的交通信號燈進行更加精確的調控。
4D毫米波雷達是專門爲智能交通系統設計的多車道多目標跟蹤裝置，可提供精確的X、Y、Z三維座標和一維速度的4D多目標實時跟蹤軌跡，檢測單車速度、平均速度、車流量、車道佔有率、車型、排隊長度和事件分析等交通流基本信息。
將4D毫米波雷達集成在高清視頻攝像機上，可以同時監控4～12個車道且提供128個目標的高分辨率四維雷達軌跡信息，並同步疊加顯示在視頻上。有了這些信息，人們就可以更有效地調整交通信號燈，使交通變得通暢。
毫米波雷達在智慧家居領域的應用案例也在增加。隨着老齡化進程的加速，毫米波雷達與智慧養老相結合已演化出跌倒報警、睡眠監控等很多新用例。
比如，安富利就開發出了一款基於英飛凌BGT60TR1X系列毫米波雷達芯片的呼吸心跳檢測解決方案。該方案利用一發一收兩根天線即可工作，採集得到的數據通過基於Arm Cortex-M7的低成本MCU進行處理，能夠在大範圍內自動檢測並捕獲呼吸和心跳引發的細微動作。
安富利亞洲供應商及產品管理高級總監鍾僑海表示：“心跳、呼吸監測是毫米波雷達的一個典型用例，這一領域未來的前景非常值得關注。”
此外，毫米波雷達還可以檢測到細微的物體移動，比如人體手勢、呼吸及心跳等。醫療上正在使用毫米波雷達探索更多的應用場景，比如血壓監測、情緒監測等。
毫米波雷達無需光學攝像也可以追蹤一個人的活動，並檢測到人們的活動，包括人員跌倒等運動特徵，而不用擔心使用攝像頭帶來的隱私問題。
總之，毫米波雷達憑藉高精度、高分辨率，尤其是雷達波不受雨、霧、灰塵和雪等環境條件影響，可以全天候全天時工作等特性，在非車用領域應用已經越來越多。
根據智研諮詢預估，我國未來幾年的智能家居規模增速保持在50%以上，其中家居雷達到2024預計可達105億元。隨着中國自主技術的毫米波技術的發展，必將拓展更多應用場景，爲人們生活帶來前所未有的便利。
02
“三兄弟”各顯其能
如果按照工作頻段劃分，針對民用市場的毫米波雷達大致有三個類型——24GHz毫米波雷達、77GHz毫米波雷達和60GHz毫米波雷達。那麼，哪個工作頻段的毫米波雷達更加適合在非車用市場發展呢？
鍾僑海指出，24GHz毫米波雷達是最先投入民用的毫米波雷達，其波長爲1.25cm（勉強算是毫米波了）。由於頻段的頻率比較低，帶寬比較窄（只有250MHz），因此24GHz毫米波雷達在測量精度上受到一定限制，這也限制了其應用範圍的擴展。不過由於24GHz技術成熟，成本低廉，還是有不少可發揮的空間。
77GHz頻段的毫米波雷達波長只有3.9mm，頻率比較高，帶寬可達4GHz。一般來說，雷達的波長越短，分辨率/精準度越高（當然成本也會更高），整個系統的外形也會更小。因此，77GHz毫米波雷達在市場上逐漸接棒24GHz產品，成爲汽車領域的主流，而且很多國家和地區也將這個頻段分配爲汽車的專用頻段。
隨着77GHz毫米波雷達技術的成熟，24GHz方案在車載應用上的性價比優勢已不是那麼顯著，這些年24GHz毫米波雷達在車用市場逐漸讓位於77GHz方案，24GHz毫米波雷達的發展重心逐漸轉向工業和消費市場。
60GHz毫米波雷達波長爲5mm，具有高達7GHz的可用於短程應用的免許可帶寬，因此其可以提供更好的分辨率。它的出現主要是爲了應對24GHz雷達帶寬受限、精度不足、對運用物體的感測有侷限的問題。正因爲此，各個主要的技術廠商圍繞非汽車領域的毫米波雷達的競爭，也逐漸從24GHz轉移到60GHz頻段。
張慧也認爲，智慧家居、健康監測等室內應用領域，60GHz頻段預計成爲市場主流。60GHz頻段是大氣吸收窗口，非常適合近距離使用，目前已有多款此頻段芯片及模塊進入商用階段。
至於智慧交通中的毫米波雷達由於各方面性能要求很高（如探測距離甚至高達500米以上，探測精度和分辨能力均由很高要求），相應的產品已在往79G～81GHz的工作頻段上發展了。
可以說，有了24GHz雷達打前站，77GHz雷達在汽車領域的重點突破，以及60GHz雷達的補強，毫米波雷達“三兄弟”已經在民用市場闖出了一片新天地。
特別是在非汽車領域，毫米波雷達未來的表現是十分值得期待的。
目前，許多國內外主流廠商均在60GHz頻段進行相應的產品開發。德州儀器開發的可擴展60GHz單芯片毫米波傳感器可實現可靠的無接觸手勢檢測，如燈光控制、媒體控制等。英飛凌開發的60GHz微波天線集成雷達手勢識別傳感器，可以直接應用在手機或穿戴設備上面。安富利採用毫米波雷達實現非接觸式生命體徵檢測（包括呼吸和心跳）已經逐漸成熟併成功商用。谷歌已經發布了一種60Ghz毫米波雷達芯片，可以更輕鬆地跟蹤和分析睡眠質量。
03
直面技術挑戰
儘管毫米波雷達在更廣闊的民用領域有很好的市場表現，但是這些領域此前已經有一些成熟的傳感技術在應用發展，如紅外線、攝像頭等。毫米波雷達想要突破自己原有的“舒適圈”，進入非車載這個新市場，就要直面這些技術的挑戰。
TI產品營銷經理Dennis Barrett指出，與基於視覺和激光雷達的傳感器相比，毫米波傳感器的一個重要優勢是不受雨、塵、煙、霧或霜等環境條件影響。
以智慧家居領域的應用爲例，毫米波傳感器可在完全黑暗中或在陽光直射下工作。
這些傳感器可直接安裝在無外透鏡、通風口或傳感器表面的塑料外殼後，非常堅固耐用，能滿足防護等級 （IP） 69K 標準。Dennis Barrett強調，玻璃牆和隔牆在現代建築中的應用很多，真空吸塵或拖地機器人需要感知這些表面以防止碰撞。事實證明，使用攝像機和紅外傳感器是很難檢測這些元素的。但毫米波傳感器卻可以檢測到玻璃牆的存在及其後面的物體。
事實上，這樣的特性使毫米波雷達在工業製造領域也有很大的應用空間。基於視覺的安全系統在塵土飛揚的製造環境（如紡織或地毯編織）中，需要經常清潔透鏡。毫米波傳感器在照明過強（過低）、溼度高、煙霧和灰塵情況下，都可以檢測物體，而且處理延遲很低（通常少於 2ms）。
不過，紅外傳感器等傳統產品也並非沒有優勢，比如價格便宜等，使之依然佔據大量的市場空間。
對此，賽迪顧問集成電路產業研究中心分析師呂芃浩認爲，毫米波雷達與紅外傳感、攝像頭等並不是一種相互替代的關係，是相互補充、相互配合的，發揮各自的優勢共同爲智慧生活服務。紅外傳感器受溫度影響，超聲波雷達的作用距離近、測量精度低，無法探測細小目標。在很多應用場景中，毫米波雷達可以彌補這些技術的不足，還能夠高精度地確定移動物體的方向、速度、距離，可以檢測到細微的物體移動。
未來，隨着市場上人們對於傳感器精準性要求不斷升高，毫米波傳感器的需求必將增多，相關產業鏈將變得更加成熟，價格加親民。毫米波雷達在非車載領域的發展將取得更加快速的發展。