车载雷达天线：“信号猎手”为自动驾驶护航
车载雷达天线：“信号猎手”为自动驾驶护航
自动驾驶技术诞生至今，驾驶安全始终是行业关注的焦点。众所周知，雷达为自动驾驶提供了“眼观六路，耳听八方”的感知能力，是安全性的一大保障，但实际上，雷达的感知能力极度依赖于天线性能，这就对天线设计提出了更高的技术要求。讲述天线这个“信号猎手”的重要作用。
车载雷达天线主要作用是完成电磁信号路和空间之间的转换，从发射角度来说，是对电磁信号在空间中的功率密度进行重新分布，从接收角度来说，对电磁波到达天线口径处的平面波，进行幅度和相位的空间采样，并转换成电路信号传送至后级电路做进步的处理。
天线，车载雷达最灵敏的“触角”
要说明天线对于车载雷达的重要性，必须从车载雷达的基本结构与工作原理谈起。车载雷达主要包括电子件和结构件。
车载雷达电子件包含：
1.射频板PCBA，包含收发天线，MMIC等；
2.基带板PCBA，包含信号处理电路，数据处理与控制程序主芯片，外部通信的接口电路，电源电路，存储电路等；
车载雷达结构件主要有：
1.天线罩，用于保护内部敏感器件，并且具有透波性，对天线方向图尽可能小的影响；
2.金属外壳，复合多种功能，例如，发热器件的散热，EMC屏蔽，防水，支撑电路板等功能；
3.接头，与外部车身系统连接，接收外部供电和数据交互。
一般来说，雷达天线性能与雷达的测距、测速和测角能力呈现强相关性。以测距能力为例，从经典的雷达方程公式可以看出雷达的最远探测距离和收发天线增益相关，因此，为了实现更远的感知距离，倾向于实现高增益的收发天线。除此之外，对于不同功能定位的车载雷达，其探测空间中的方位向和俯仰向的视场角(FieldofView，FoV)也有不同，例如，角雷达被期望具备更广的方位向FoV，所以，天线需要保证在广角度内具备足够好的收发信号能力。
而谈到测角能力，车载雷达基本采用多通道阵列天线测角，高阶雷达应用复杂MIMO波形，进一步提升角度探测精度。天线阵列的口径就好比光学相机的像素传感器口径，大口径更受青睐，但天线排布却是一大难点。数目不够或者间距排布不合理，可能会造成相位模糊的问题，而如何利用有限数目的天线去追求雷达空间角度的感知能力，就是当下的技术热点。
轮车载雷达天线设计
目前，主流的车载雷达天线类型包含以下三种：口径天线，通过大口径反射面或者透镜天线形成高增益窄波束方向图；微带贴片天线和梳状天线属于平面天线，非常容易加工，设计变化多样；波导缝隙天线，在波导金属腔体表面刻蚀出宽边缝隙或者窄边缝隙，产生电磁波辐射的天线。
在设计中，雷达天线采取的是从上而下设计思路，首先是对雷达产品的功能定义、雷达系统性能定义，其次是分解到天线模块的指标，最后再细分成天线单元设计和天线阵列布局设计。
天线单元设计偏重于天线金属结构设计，常规的设计思路是根据需求进行天线和基材的选型，确定天线增益和FoV等指标，考虑结构和工艺因素后，对设计天线建模，借助工具分析天线性能，并完成优化迭代。
从天线结构设计来说，基于PCB平面电路刻蚀工艺的天线设计仍然是当下主流。从研发端，它使天线开发人员的奇思妙想更易实现。除此之外，平面天线比较容易与其他形式的无源电磁结构结合，例如，周期性电磁带隙结构(EBG)，超表面材料(MS)，来进一步改善辐射和散射性能。而从生产端来讲，PCB非特殊加工工艺非常成熟，能够满足绝大多数设计的制样和量产需求，其制程能力也逐年优化，在相当长的时间内，还是PCB平面加工天线为主。
目前，雷达设计呈现出了短距雷达长距离化的发展趋势。这里的短距雷达并非指狭义上的短程角雷达，而是在当前性能能够实现的探测范围的基础之上，再向前推进。其实，不仅仅雷达天线要做好，整个雷达链路上，包括MMIC和信号处理算法，都要通过优化进一步提升信噪比。
同时，雷达设计也在向更强的感知能力进发。这里的“强”，可以定义为更稳更准、感知维度更丰富。初期考虑到毫米波探测和激光探测在传播特性上有差别，以及非理想性因素，毫米波雷达不太适合直接输出原始数据，或者叫点云数据，导致在数据融合中毫米波雷达的感知数据不是处于主要来源。而在当下，无数工程师致力于提高毫米波雷达感知目标点的稳定性和准确性，同时，从仅有方位角度感知，上升到方位+俯仰角度全空间感知。
车载雷达天线的加工与验证
目前车载雷达天线设计的主流工艺是PCB刻蚀技术，这种工艺的优势是发展较为成熟，加工精度较高，一致性较好，适合快板验证和大规模量产；但同时也存在一些劣势，例如在毫米波段，印刷铺铜板引入导体损耗和介质损耗，高性能低损耗适合毫米波段电路应用的PTFE板，成本较高等等。近两年，波导缝隙天线呼声较高，针对此类天线的CNC加工和塑料电镀化等加工工艺也逐步走入人们视野。
对雷达天线验证场景而言，主要包括雷达作为独立模块在毫米波暗室的静态测试，和雷达作为传感器与车身集成后的覆盖物测试。前者通过数采模块采集雷达的原始数据，数据分析并提取天线方向图特征，包括水平方位角误差，垂直俯仰角误差等信息；而后者则囊括了前期保险杠材料评估、雷达方向图验证、利用仿真工具评估安装位置评估及实车安装验证等一系列验证工作，主要考量的指标包含衰减、方向图增益平坦度和测角误差分布。
复睿智行雷达天线团队集结了一群既懂雷达天线、又理解算法和系统的工程师，他们在天线结构设计和天线布局设计进行了许多大胆的创新设计，充分满足ADAS和高阶自动驾驶应用对毫米波雷达要求。车载雷达天线设计的每一次迭代与优化都指向更强感知力，而这也正与复睿智行一直以来坚持的技术理念相契合——自动驾驶的未来属于感知，更敏锐的感知，能够让人车路的关系更加无间。
