Radar ad onde millimetriche PCBA

Il radar a onde millimetriche è uno dei principali metodi di rilevamento per applicazioni automobilistiche e industriali perché è in grado di rilevare oggetti da pochi centimetri a diverse centinaia di metri con precisione di distanza, angolo e velocità anche in condizioni ambientali difficili.

Tipico radar ad onde millimetriche PCBA include un chipset radar e altri componenti elettronici, come un circuito di gestione dell'energia, Dispositivi di memoria flash e interfaccia periferica montati su PCB. Le antenne trasmittenti e riceventi sono solitamente realizzate anche su PCB, ma per ottenere alte prestazioni dell'antenna, materiali PCB ad alta frequenza, come Rogers RO3003 e Isola 370hr, devono essere utilizzati.

Il radar a onde millimetriche utilizza principalmente quattro bande di frequenza di 24GHz, 60GHz, 77GHz e 79GHz. 24GHz appartiene all'onda centimetrica con precisione. A causa della distanza di misura limitata (circa 60m) e della risoluzione generale, è spesso progettato come un radar angolare per rilevare ostacoli a distanza ravvicinata in un ampio campo di angolo visivo. Poiché 60GHz è particolarmente influenzato dall'attenuazione atmosferica, è spesso progettato come un radar di rilevamento dei segni vitali per rilevare i segni vitali e la postura del personale nel veicolo. 77GHz e 79GHz sono spesso progettati come radar primari a causa della loro lunga distanza di misura (circa 200m), che sono potenti strumenti per la percezione in avanti di lunghe distanze. Queste due bande sono anche le bande principali nel campo radar a onde millimetriche montato sul veicolo futuro.

Induttori, condensatori, diodi, chip di alimentazione, ecc. sono montati densamente sulla scheda madre dell'alimentazione elettrica, che è principalmente responsabile della gestione dell'alimentazione del sistema. Ogni azienda integrerà generalmente un controllore di sicurezza per fornire le funzioni di comunicazione del veicolo e sicurezza relative.

La scheda madre radar può essere detto di essere il nucleo dell'intero radar a onde millimetriche, tra cui l'antenna, RF, DSP e scheda circuito di controllo.

Antenna radar ad onde millimetriche PCBA

Quando la lunghezza dell'antenna è di 1/4 della lunghezza dell'onda elettromagnetica, l'efficienza di conversione della trasmissione e della ricezione dell'antenna è la più alta. La lunghezza d'onda dell'onda millimetrica è di pochi millimetri, quindi l'antenna può essere resa molto piccola. Utilizzando più antenne per formare un'antenna array, è possibile ottenere anche il fascio stretto e il fascio stretto significa una risoluzione di azimut più elevata.

Allo stato attuale, lo schema principale dell'antenna radar a onde millimetriche è microtrip array. Il design più comune è quello di integrare l'antenna patch microstrip sul PCB ad alta frequenza e integrare il PCB ad alta frequenza sulla scheda madre radar. Questo schema riduce notevolmente il costo e il volume del radar a onde millimetriche.

Radar ad onde millimetriche RF PCBA

RF è responsabile della modulazione, trasmissione, ricezione e demodulazione del segnale di eco. È la parte centrale RF del radar ad onde millimetriche. Attualmente, la soluzione principale è quella di integrare i contenuti di cui sopra attraverso la tecnologia MMIC (Monolithic Microwave Integrated Circuit). MMIC è una tecnologia per la produzione di componenti passivi e attivi su substrato semiconduttore mediante tecnologia semiconduttore.

Nel campo del radar a onde millimetriche, i circuiti funzionali integrati MMIC basati sulla tecnologia del germanio del silicio includono principalmente amplificatore a basso rumore, amplificatore di potenza, mixer, rivelatore, modulatore, oscillatore controllato di tensione, commutatore di fase, interruttore e altri componenti. Il trasmettitore, il ricevitore e il DSP sono tutte unità indipendenti, il che rende il processo di progettazione del radar a onde millimetriche complesso e il volume complessivo relativamente grande.

Con lo sviluppo della tecnologia COMS, MMIC diventa più piccolo da un lato e, dall'altro, fornisce fattibilità tecnologica per la sua integrazione con DSP e MCU. Alla fine del 2016, TI ha lanciato un chip radar ad onde millimetriche altamente integrato AWR1642 basato sulla tecnologia CMOS, integrando MMIC, DSP e MCU front-end in un unico SOC. Pur riducendo significativamente il costo del radar ad onde millimetriche, riduce notevolmente anche la difficoltà di sviluppo.

DSP del radar ad onde millimetriche PCBA

Incorporando diversi algoritmi di elaborazione del segnale, DSP estrae i segnali IF raccolti dal front end per ottenere tipi specifici di informazioni di destinazione. DSP è il nucleo della stabilità e dell'affidabilità del radar a onde millimetriche.

Circuito di controllo di millimetro Wave Radar PCBA

Il circuito di controllo del radar ad onde millimetriche esegue la fusione dei dati in base alle informazioni di destinazione prodotte da DSP e le informazioni dinamiche del corpo del veicolo e infine esegue l'elaborazione delle decisioni attraverso il processore principale.

Secondo i diversi modi di irradiare le onde elettromagnetiche, i radar a onde millimetriche sono principalmente suddivisi in due tipi: sistema operativo a onde di impulso e sistema operativo a onde continue.

La tecnologia dell'onda di impulso si riferisce a che il radar dell'onda millimetrica trasmette impulsi brevi con potenza di picco in breve tempo, realizza la misura della velocità dell'oggetto e della distanza basata sulla frequenza Doppler e sul principio TOF e realizza la misura dell'angolo basata sulla differenza di fase dell'onda di impulso riflessa dallo stesso obiettivo ricevuto dall'antenna ricevente parallela. A causa della sua elevata potenza, è in grado di rilevare bersagli in movimento con piccola ampiezza in una lunga distanza sullo sfondo di grande disordine. Ma porta anche gli svantaggi di alto costo, alto volume e alto consumo energetico. Attualmente, questo metodo è raramente adottato nel campo del radar ad onde millimetriche montato su veicolo.

La tecnologia dell'onda continua può anche essere divisa in FSK (keying dello spostamento di frequenza, che può misurare la distanza e la velocità di un singolo obiettivo), CW (onda continua a frequenza costante, che può essere utilizzata solo per la misurazione della velocità ma non per la misurazione della distanza) e FMCW (onda continua modulata di frequenza). Tra questi, FMCW è diventata una tecnologia comune nella tecnologia ad onda continua grazie ai suoi vantaggi di rilevamento simultaneo di obiettivi multipli, alta risoluzione e basso costo.

Dopo aver ricevuto l'onda elettromagnetica trasmessa dall'antenna ricevente radar a onde millimetriche, il segnale di eco e il segnale trasmesso saranno inviati nel mixer per la miscelazione. Quando il segnale trasmesso incontra l'obiettivo misurato e ritorna, la frequenza del segnale eco è cambiata rispetto al segnale trasmesso. Lo scopo del mixer è di calcolare la differenza di frequenza tra il segnale trasmesso e il segnale di eco, che è chiamato segnale IF. Il segnale IF contiene il segreto dell'intervallo del bersaglio misurato e le informazioni sull'intervallo del bersaglio misurato possono essere ottenute dopo successive elaborazioni quali filtraggio, amplificazione, conversione analogico-digitale e misurazione della frequenza.

Per la misurazione della velocità, la fase del segnale di eco ricevuto dal radar a onde millimetriche sarà diversa a causa della diversa distanza del bersaglio misurato. Tutti i segnali cingolati singoli in un fotogramma vengono campionati ad intervalli uguali e i dati nei punti di campionamento vengono trasformati quattro volte, quindi la velocità del bersaglio misurato viene misurata utilizzando la differenza di fase.

Per la misurazione dell'angolo, vengono utilizzate più antenne riceventi per ricevere lo stesso segnale eco e calcolare la differenza di fase tra i segnali eco per ottenere la misurazione dell'angolo.

Radar a onde millimetriche 3D

Il radar a onde millimetriche può trasmettere solo informazioni sulla distanza, la velocità e l'angolo, che è anche chiamato radar a onde millimetriche 3D. E questa distanza D e l'angolo θ sono i dati del veicolo autonomo installato con radar nel sistema di coordinate polari piano. Convertendo il sistema di coordinate polari nel sistema di coordinate cartesiane, possiamo ottenere la distanza dal veicolo bersaglio al veicolo autonomo nelle direzioni x e y. In questo momento, si scopre che la distanza nella direzione z della dimensione è mancante. Questo è anche uno dei difetti del radar a onde millimetriche 3D che è stato criticato.

Tuttavia, questo svantaggio è fatale per gli oggetti statici. I coperchi del tombino, urti di velocità, vari segni appesi a mezz'aria, strutture elevate, veicoli fissi, ecc nel mezzo della strada non possono essere determinati dal radar a onde millimetriche 3D se questi ostacoli influenzano il traffico a causa della mancanza di informazioni sull'altezza. Per gli oggetti statici, i produttori sono semplici e grezzi, ignorando direttamente o riducendo notevolmente la fiducia. Questo è anche uno dei motivi per i precedenti incidenti di Tesla. La telecamera non ha identificato il vagone bianco caduto, e il radar a onde millimetriche lo ha fatto. Tuttavia, la fiducia nel processo decisionale era troppo bassa, per cui il veicolo non ha attivato la funzione automatica di emergenza.

Radar ad onde millimetriche 4D

La caratteristica più notevole del radar a onde millimetriche 4D è che può rilevare con precisione l'angolo di passo, in modo da ottenere i dati reali di altezza del bersaglio misurato, cioè la distanza dell'oggetto bersaglio nella direzione dell'asse z nel sistema di coordinate cartesiano. Con questa funzione, il radar ad onde millimetriche 4D può identificare gli oggetti fissi e il pezzo di legno più corto è stato aggiunto. Inoltre, la risoluzione del radar a onde millimetriche 4D è stata notevolmente migliorata. Le risoluzioni orizzontali e verticali sono rispettivamente di 1° e 2° e la risoluzione orizzontale è 5-10 volte superiore a quella del normale radar a onde millimetriche 3D.