十年前，很难想象自动驾驶汽车在不久的将来会成为现实。我们将自动驾驶的许多进步归功于雷达等技术，这些技术正在汽车行业掀起一场革命。
但雷达是一种通用技术用例超出了汽车行业。例如，雷达系统的进步可以主动监测患者的健康状况，而无需将设备植入人体。这些设备还减少了隐私问题，同时确保在紧急情况下快速反应。
什么是芯片雷达?
传统上，雷达的使用仅限于军事目的。然而，随着半导体技术(CMOS, BiCMOS)的发展，芯片上雷达的制造已经成为可能。
如今，芯片雷达在消费市场上大量存在。这些雷达信号既能“看到”几公里外墙后的物体，又能产生人体内部的图像。
第一代芯片上雷达包括一个低噪声放大器(LNA)、一个双平衡电阻混频器、一个压控振荡器(VCO)和一个有源均衡缓冲放大器。在下面的图中，芯片组使用正交接收器架构。
贝尔实验室早期的连续波雷达传感器芯片之一。图片由李长治等
从那时起，各种架构被提出、开发和商业化，以创造完全集成的雷达传感器芯片。
雷达系统
一个雷达系统通常由雷达收发机、天线和处理/提取雷达信号信息的电路组成。雷达收发器包括信号合成器、功率放大器(PA)、低噪声放大器(LNA)、混频器和基带电路。
现代雷达将所有关键电路集成到一个芯片或PCB上。由于小的特征尺寸，各种消费应用可以部署在一个芯片上使用复杂的嵌入式信号处理和控制电路。
与基于相机的技术相比，雷达系统可以很容易地获取目标的距离、速度和角度，而不受极端天气的影响。这使得雷达在自动驾驶汽车、医疗保健监测设备和物联网应用中的广泛应用成为可能。
60-GHz微型雷达system-in-package。图片由Te-Yu花王
根据发射信号的类型，雷达系统可以分为两类:连续波(CW)雷达和脉冲雷达。
两种类型的雷达都有不同的子类别。例如单音连续波雷达、FMCW雷达、FSK雷达都属于连续波雷达。在发射信号频率较高时，雷达的探测灵敏度和分辨率提高;这就是为什么在毫米波范围内的FMCW雷达芯片已经成为非常受欢迎的道路安全。
雷达芯片在汽车领域的应用
雷达系统的能力通过相控阵、数字波束形成和多输入多输出(MIMO)技术不断扩展。
雷达和波束形成
例如,特斯拉Model 3使用一台雷达(大陆ARS4-A)并具有数字波束形成能力，扫描短程和远距离距离。这是用于向前碰撞警告，紧急制动协助，碰撞减缓，或自适应巡航控制(ACC)。
RFISee和Vayyar两家公司分别提供了使用相控阵和MIMO技术与雷达系统相结合的有前景的产品。
雷达和相控阵技术
RFISee发布了业界首款相控阵4D成像芯片雷达。这种高分辨率、低成本的雷达传感器可以生成汽车周围物体的实时3D位置和速度地图。
由于相控阵是一项昂贵的技术，它在汽车工业中的应用一直受到关注，这就是为什么雷达最初仅限于先进的军事系统，如F-35战斗机。RFISee的芯片上的雷达解决方案，接收器确保了一个大大改进的雷达图像，更好的信噪比，以及检测障碍物如汽车和行人的范围，Vayyar说，这是现有雷达的6倍宽。
RFISee公司表示，该公司的雷达原型正在接受顶级汽车oem和一级供应商的评估。
VYYR2401A1 IC.图片由Vayyar
雷达和MIMO技术
另一家来自以色列的创业公司Vayyar最近也发展起来了基于MIMO技术的汽车级雷达芯片。该芯片覆盖了3 GHz-81 GHz的成像和雷达波段，配有72个发射器和72个接收器。Vayyar的传感器通过集成的高性能DSP和大内存增强，无需外部CPU即可执行复杂的成像算法。
Vayyar还为智能家居和机器人等应用提供基于雷达的成像解决方案。相比之下，RFISee的相控阵雷达系统是专门针对汽车应用的。
用于生物医学设备的雷达芯片
在医疗应用中，雷达可以探测到人体内部微小的介电不连续和微小器官的运动。这使得雷达系统能够识别许多健康状况，包括肿瘤和心肺状况。一种有希望替代乳腺癌检测的方法是用超宽带雷达代替x射线。
另一个重要的应用生物医学设备中的雷达是非接触式健康监测。该雷达用于向人发送射频信号，并接收反射的回声，从而检测人的速度和绝对距离。
此应用程序在人跌倒且无法通过电话或呼叫按钮呼叫紧急援助时非常有用。在这种情况下，一种能够检测摔伤并寻求医疗救助的设备可以挽救生命。
Imec的60 GHz雷达模块。图片由Imec
上周在IEEE RFIC上，Imec的研究人员展示了他们的研究成果一个紧凑而节能的60千兆赫雷达系统这可以集成到智能健康设备，如智能手机，健康监测系统，或可穿戴设备。
Imec雷达技术项目经理Barend van Liempd说:“雷达使这些设备能够感知周围环境，这将影响我们控制和使用这些设备的方式。”他解释说:“例如，在床头柜上安装集成雷达的手机可以通过非接触跟踪呼吸频率和心率变异性来监测睡眠质量。”
雷达芯片的未来是什么?
雷达芯片已经在汽车工业中找到了坚实的基础，并且可以在许多消费设备中以较低的成本使用。许多汽车制造商都在自己的ADAS技术中使用雷达。这里的最终好处是公共道路安全。
相比之下，用于生物医学设备的雷达芯片的繁荣还很遥远。某些组织发现在2019冠状病毒病期间，充分利用雷达传感器监测建筑物的使用情况。这些智能建筑中的雷达系统可以测量房间占用率，以保持社交距离，甚至可以监测心跳和体温，以预防感染。
考虑到2019冠状病毒病的爆发，全球缺乏有效控制疾病传播的基础设施，雷达系统等技术未来可能在生物医学设备方面产生巨大效益。
