综述
研究背景
微波，传统上将其定义为300MHz~26.5GHz的电磁波，按现在流行的说法，300MHz~300GHz是微波的频段，由于其对应波长为1mm~1m，比超短波最小波长值还要短，故称为微波。而毫米波（1~10mm）是介于微波和光波之间的电磁波，IEEE所颁布的标准中将40~300GHz作为毫米波的标准范围，现在流行的说法是30~300GHz[1]。近年来，毫米波技术迅速发展，尤其是先进驾驶辅助系统和自动驾驶的发展方兴未艾，使得毫米波雷达称为研究的焦点。
毫米波本身在空气中传播时多个吸收能量较小的吸收峰，其中心频率分别为35GHz、94GHz、140GHz、220GHz，这些频段被形象地比作为频谱“窗口”[2]，同时这些频谱几乎覆盖了整个毫米波的波段，目前的应用研究正是集中在这几个“窗口”频段。因此，这大大降低了毫米波制成的电子系统对工艺和硬件实现方面的要求。通常情况下，毫米波电子系统主要具有雷达精度高分辨力好、天线增益高、整体抗干扰能力强，以及相对轻便、低成本等诸多优势。毫米波低端毗邻微波的厘米波段，具有厘米波全天候的特点，同时在高端又邻接红外波段，具有红外波高分辨力的特点。此外，毫米波还有着丰富的频谱资源，在5G发展道路上扮演着重要角色。
毫米波雷达的研制源自20世纪40年代，尤其是二战结束前后时期，对雷达精度的要求不断提高，毫米波雷达的研究也随之展开。到了50年代，机场交通管制和船用导航出现了毫米波雷达的应用，促使了那一时期毫米波传播特性的研究取得了相当的成就。70年代中期，德国的AEG-Telefunken和Bosch公司开始研究毫米波雷达在汽车上的防撞技术[3]，但由于组件成本高、体积大等原因没有持续跟进。此外，毫米波技术的发展还受到了诸多方面的阻碍，如功率源在较大工作频率下输出的功率效率低下，再加上同时期激光和红外技术的发展，使得后来近十年的时间毫米波技术的发展都相对缓慢。直到80年代左右，伴随着频谱资源的不断占用以及许多关键技术的突破，毫米波技术迎来了第二次发展浪潮，欧洲在“欧洲高效安全交通系统计划”指引下再次启动车载毫米波雷达的研究方案[4, 5]。90年代后，毫米波MMIC的研制为毫米波技术奠定了坚实的基础，此后一段时间乃至今日，毫米波雷达被应用于诸多民用场合与军用系统当中。毫米波技术此后不断发展，使得毫米波雷达在目标测量、战场监视乃至空中御防、高分辨成像等诸多领域发挥着举足轻重的作用。
一个雷达系统通常由信号发生器、发射机、天线、接收机、雷达终端（如一些显示、监听设备）以及天线伺服系统构成。而在毫米波雷达系统中，最关键的部分是MMIC，信号处理以及天线，其中MMIC是最核心的部件，用于产生和接收雷达射频信号；信号处理主要涉及到的是算法，保证了毫米波雷达的可靠性和稳定性；天线则决定了雷达与外界交互的有效性。在实际应用时，上文所述的毫米波雷达所具有的特点还不足以说明其可实现性，系统的成本也是非常重要的考量方面。对于上述毫米波雷达的核心部件MMIC，主要考虑的是芯片的技术，德州仪器（TI）、恩智浦（NXP）等巨头公司正是掌握着芯片的核心技术，迫使我们必须从其它两个关键部件寻找突破。毫米波天线为雷达系统的实现提供了重要保障，其原因不仅在于小口径的毫米波天线具有相对更窄的波束与更高的增益，其中窄波束利于雷达的强抗干扰性能和高分辨能力，还有就是毫米波波长极短使得天线的尺寸也可以做的很小，满足了毫米波雷达兼顾小型化与低成本的要求，这些优势都使得毫米波雷达在导弹导引、汽车防撞等军、民方面有着非常重要的应用。
毫米波雷达的发展现状
国外研究现状
毫米波最初较多应用于军事或航空用途，军用方面早期以美国为首的一些国家在军用毫米波雷达的研制方面投入大量成本，且取得了相当的成就，比较典型的有美国装在“阿帕奇”武装直升机上的APG-78“长弓”毫米波火控雷达、俄罗斯“法扎特伦”NIIR公司研制的“劲弩-52”双频火控雷达[6]、欧洲航空防务航天公司（EADS）研制的微型合成孔径雷达[5]等。而在车载雷达研究方面，国外的研究也一直处于领先地位，早在1964年，美国的A.L.Merlo就提出了一种可以提供可靠的警告信息以避免碰撞的连续波多普勒体制雷达，该雷达采用射频相位比较法来区分运动目标和静止目标，并且进行了道路观测的实验[7]。之后还陆续出现了[8]：H. H. Meinel提出的装载35GHz雷达系统的汽车（1974年）[9]；A. G. Stove提出的基于80 GHz毫米波用于实现障碍预警（OWR）和智能巡航控制（ICC）的雷达系统（1991年）[10]；L. H. Eriksson等人提出的基于77 GHz设计、制造和测试用于汽车的ICC的调频连续波雷达（1994年）[11]；P. Heide等人提出的基于高测量精度、扩频编码24GHz多普勒雷达系统，用于测量车辆位置和速度（1995年）[12]；R. Schneider等人提出的基于76GHz全极化仪器雷达，得到复杂道路交通的大量数据并进行图像分析（1996年）[13]；基于76GHz MMIC芯片的汽车雷达系统，H. Mizutani等人提出了一种可用于低成本汽车的紧凑和高可靠性能的芯片制作工艺（1999年）[14]；F. Kuroki等人研制了应用于77GHz雷达系统的幅度键控和相位键控开关，以及一种应用于扩频雷达系统的BPSK调制器（2002年）[15]；Q. Nguyen等人提出的一种可以提高77GHz汽车雷达多目标情况下探测能力的多进制频移键控（MFSK）调制波形发生器（2015年）[16]；M. Gulam等人提出的一种应用于超宽带雷达系统的高增益、大带宽栅格阵列天线结构（2016年）[17]；洪伟等人提出的一种77GHz车载雷达的新型平肩型阵列天线，该天线可在无需来回切换工作模式情况下，满足远程和中程距离探测的要求（2017年）[18]。
近期，毫米波雷达还应用于空间碎片的探测与跟踪等越来越多复杂的场合，在这些复杂场合中毫米波雷达系统的关键技术不断取得突破，使得毫米波雷达在民用领域的使用显得相对更加游刃有余。
虽然在车载毫米波雷达在多个频段上有过研究和应用过程中，但24GHz和77GHz是车载毫米波雷达最常用的两个频段，24GHz毫米波雷达是最早被使用的，多用于盲点检测，相比之下，77GHz频段受到政策上的支持，频率更高即意味着拥有更大带宽，同时分辨力性能也较好，因此主要用于实现远距离目标探测。实际应用时，后者还有小体积、低功耗等特点，使得77GHz毫米波雷达迅速发展并正式投入商用。目前，一些如英飞凌（Infineon）、恩智浦（NXP）、美国德州仪器（TI）等芯片巨头公司针对毫米波雷达有各自的解决方案及特制的毫米波传感器和微处理器[19]。
英飞凌车载雷达方案发展较早，拥有在频率24GHz和77GHz的多宽毫米波雷达产品[20]。该公司最早采用离散器件电路，而后经过多年对汽车电子领域的经验积累与技术研究，近些年来提出了将BiCOMS工艺收发器与数字DSP集成的套片方案。英飞凌最新的一项77G车载雷达RXS8160PL方案采用了3发4收天线阵列，在早期离散的模拟前端器件基础上，将发射与接收通道、ADC数模转换器集成封装在一颗BiCOMS制成的MMIC上，使得其在中长距探测的毫米波雷达系统中更有优势。但显然此工艺成本昂贵，且由于收发器中频电路对数字噪声极为敏感，故目标识别的稳定程度较难把控。
2019年4月，NXP公司与南京隼眼电子科技有限公司确立了战略合作关系，NXP作为在雷达市场拥有深厚技术经验的公司，在基于RFCMOS的77GHz汽车雷达传感器领域处于领先地位[21]，且RFCOMS工艺就应用于近期NXP推出的车载雷达Dolphin77/81G的解决方案，其采用的仍然是3发4收天线阵列，而且与英飞凌采用的是相同的模数分离式套片方案，不同的是NXP收发前端采用的就是RFCOMS工艺，优势在于将DSP集成与模拟前端进行集成，实现数模混合集成。不过NXP仍然没有采取单芯片方案，主要还是担忧功耗和灵敏度的问题。自2017年开始，NXP的TEF810x方案其中一个目的就是降低系统功耗，特别是在对电力消耗有高要求的新能源汽车上。
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