4D单芯片波导雷达&多芯片级联4D成像雷达报告解析

01.

4D单芯片波导雷达定义及现状  

4D毫米波雷达根据不同的分辨率提高技术路径，可以将4D毫米波雷达分为多芯片级联型和单芯片集成型雷达，4D单芯片波导雷达指的是在单个芯片上集成，全频段，片内集成了射频前端、信号处理单元和控制单元，提供多个信号发射和接收通道，并结合波导天线与芯片技术LoP（Launch on Package）的高性能雷达。

单芯片集成方案指的是将多发多收天线集成在一颗芯片中。该方案的优点一方面在于硬件尺寸较小，另一方面在于具有更加灵活的调制方式与架构。整体而言，该方案可将毫米波雷达的体积大大缩小，并可以市场上每通道最低的成本实现了最先进的射频性能。

传统上，4D成像雷达的高昂成本限制了其对高端汽车的增强安全优势。然而，美国Uhnder S81 以极具吸引力的价格提供紧凑的 4D 单芯片解决方案，从而彻底改变了这一格局，这得益于其利用数字代码调制 （DCM） 的优势。这一突破大大降低了高级驾驶辅助系统（ADAS）的成本门槛，并将促进这项备受追捧的技术的广泛采用。

1.2 4D单芯片波导雷达应用优势  

相比套片方案，单芯片雷达可以有效减少PCB面积，简化设计并加速产品推向市场的时程。更重要的是，由于节省了外围器件和射频传输线路所占据的空间，单芯片方案可以满足雷达小型化的设计需求。

目前4D单芯片方案经过博世、大陆、安波福等多毫米波雷达企业技术验证，已经批量上市验证，随着4D单芯片方案技术升级问题解决，4D单芯片方案将成为4D毫米波雷达的主要技术应用方向。

1.3 4D单芯片波导雷达VS 多芯片级联4D成像雷达  

从目前市面上的4D成像雷达产品来看，传统的Tier1供应商产品主要是采用多级联的方案，比如2片或4片MMIC以及非常庞大的数字处理器的方案。一般单片MMIC具有3发4收，所以4片MMIC（加上处理器）级联的4D毫米波雷达就可以达到12发16收，共192个虚拟通道。

为了获得更好的性价比和稳定性，4D成像雷达制造商会采用单芯片集成的方案。比如Uhnder。Uhnder目前的数字雷达芯片能够提供192个虚拟通道（12发16收），如果终端客户产品用目前主流的FMCW芯片，要达到Uhnder数字雷达芯片提供的性能水平，需要级联4个FMCW芯片，同时需要添加一个处理器来处理电路集成，所有这些芯片都需要在非常高的频率下工作。    

在性能相比目前市场主流产品大幅提升的同时，凭借CMOS技术的集成优势，数字雷达采用的单芯片解决方案成本要更低。

02.

单芯片方案满足4D毫米波雷达技术迭代  

提升毫米波雷达分辨率的一个方法是通过前端射频芯片MMIC级联提供更多的天线虚拟通道，从而增加分辨率。不过，这就带来了许多问题，比如级联之间的同步信号要做到始终同步，甚至阻抗要完全一致。对于精度、功耗、设计复杂度以及雷达尺寸都构成了不小挑战。此外，这里面也涉及到一个关键问题——成本。现在越来越多的企业专家均认为单芯片的集成方案，即所有射频和工艺在一颗芯片中实现，即将成为主流趋势。

“2025年以后，单芯片将成为角雷达领域的主导方案。”恩智浦半导体执行副总裁兼射频处理业务部总经理Torsten Lehmann如此表示。

2.2.1 4D多芯片级联芯片技术缺陷  

2.2.2 4D单芯片波导雷达方案优势  

由于级联技术在产品尺寸、成本、性能等方面皆存在限制，因此新开发一款将多天线集成的芯片方案被提出。单颗芯片的应用无论是在体积、性能还是量产成本上而言相对于级联方案都要有优势，集成芯片优势是可将 4D 毫米波雷达的体积大大缩小，并能以市场上每通道最低的成本实现最先进的射频性能。从长期发展来说，是取代拼凑型的级联方案的最佳途径。

03.

4D毫米波雷达技术路径选择 

4D毫米波雷达的最关键能力之一是测量目标的俯仰角，这等同于提高俯仰分辨率。具体的方法可以分为硬件和软件两个层面。

3.2 4D单芯片波导雷达技术创新分析  

3.2.1 芯片LOP封装  

3.2.2 波导天线技术  

近期，Gapwaves 公司推出用于成像雷达的新一代波导天线。这种创新型波导天线设计小巧紧凑，通道数量极多。该天线有 48 个发射器和 48 个接收器，可提供 96 个信道，与现有的雷达天线相比，可在小范围内提供更优越的性能。它的尺寸仅为 120 x 105 x 3.25 毫米，结构紧凑，全频段覆盖 76-81GHz，是高分辨率雷达应用的独特解决方案。它专为 Sensrad 的 4D 成像雷达Hugin D1 而设计。

Gapwaves 研发总监 Nils Dagås 评论说：“这种最先进的波导天线展示了我们专有技术的能力。为了提高车辆的自动驾驶水平，对更高分辨率的需求推动了更大孔径的应用。虽然对高性价比小型阵列的需求一直存在，但我们发现对更复杂的多通道天线的需求也在不断增长。这种天线兼具极高的分辨率和非常紧凑的外形尺寸，从而提高了传感器的天线集成度"。

波导缝隙阵天线具有口面场分布容易控制、天线口径效率高、性能稳定结构简单紧凑、强度 高、安装方便等特点，而且容易实现窄波束、低副瓣乃至超低副瓣。（源于以下几点：第一，是金属，没那么脆弱，而且金属的散热性能好，所以可以承受更高的功率，第二，相比 于微带阵列，介质损耗是很少的，所以辐射效率高）

波导天线可以根据波导和天线分类，具体如下图所示

（1）空气波导天线技术

传统波导理论上能够保证电磁波无损传播，但在实际加工过程中，为了确保部件之间的精准定位和无缝装配，通常使用许多螺钉来紧固。当存在微小的装配缝隙时，波导中的场会被破坏，能量发生泄露。随着频率的升高，波长变短，缝隙的加工容差越来越严格。  

（2）波导天线对比微带天线

目前，波导天线在性能和设计上都有显著的优势，随着LOP芯片封装技术发展，波导天线生产工艺及成本的问题逐渐改善让波导天线技术方案得以实现。LoP封装技术提供了诸多优势，在损耗、热管理、通道一致性、隔离度、成本、设计灵活性上都有明显的优势，可以预见，将LoP技术和3D波导天线进行集成将会是毫米波雷达发展过程中的一个重要里程碑，也是未来的发展大势。LoP技术和3D波导天线技术都提出了更高的挑战。

对于LoP技术：    

（1）高精度制造和低要求组装容差

（2）大通道数、高隔离度、紧凑尺寸

（3）低成本、高效热管理

对于3D波导天线技术：

（1）高可靠制造工艺

（2）低成本量产

3.2.3 步进线性调频信号技术  

3.2.4 超分辨率算法技术（HRT）  

超分辨率算法技术（HRT），鲁棒性（Robustness：是指系统在异常和危险情况下生存的能力）更强，角度分辨率提高了2倍。

超分辨率 (Super-Resolution, SR)，简单来说，就是将低分辨率 (low resolution, LR) 的图像通过算法提升到高分辨率 (high resolution, HR)。相较于低分辨率图像，高分辨率图像拥有更大的像素密度和更丰富的纹理细节，具备更高的可信赖度。这种技术可以克服或补偿由于图像采集系统或采集环境本身的限制而导致的成像模糊、图像质量低下等问题，在特征提取、信息识别等图像的后续处理上提供了重要支持。    

（1）超分辨率算法分类

目前，超分辨率方法主要分为三类：基于插值的方法、基于重构的方法和基于学习的方法。

现如今，深度学习已经成为超分辨率领域的主流方法。

04.

行业发展趋势和市场规模：4D单芯片波导雷达成主流

恩智浦预计，2025年之后单芯片的方案将占据主流。行业的趋势是将所有的射频和工艺都在一颗芯片中集成。关于单芯片的射频集成，要实现77GHz的波段是一大挑战，因为要在单芯片中布置天线，必须控制干扰，芯片中的模拟前端要保证高性能，在实现高性能的同时，其敏感性也非常高，处理器的噪声则是另一项要克服的因素。

4D 毫米波雷达:受汽车智能化趋势的影响， 华泰证券预测 2030 年中国 4D 毫米波雷达市场 规模有望达到 449 亿元。 

龙头企业技术引领行业  

4D单芯片波导雷达芯片厂商恩智浦、TI、英飞凌纷纷推出高性能4D雷达单个集成芯片，毫米波雷达巨头大陆、安波福纷纷加入4D单芯片波导雷达行列。    

05.

代表企业分析

（一）大陆集团  

2024年一季度，大陆集团第六代毫米波雷达传感器产品实现量产。毫米波雷达在汽车上应用较为广泛，主要用于自适应巡航和跟随前车，以及检测前后车距离和角度等。大陆集团第六代毫米波雷达采用了模块化设计，在降低复杂性的同时性能也有了大幅提升，通过四大技术创新，不仅提高了探测距离和探测精度，也降低了成本，更有利于量产。

恩智浦半导体发布Trimension®️ SR250，首款将片上处理能力与短程UWB雷达和安全测距集成于一体的单芯片解决方案。该产品可基于位置、存在或运动检测，为消费者或工业物联网应用带来了更广泛的新用户体验，是恩智浦在推动世界实现可预测和自动化方面的又一次飞跃。 

Trimension SR250结合6-8.5 GHz低功率短程UWB雷达、安全测距和到达角（AoA）计算，以实现基于UWB地图、人体或物体检测和安全定位的新应用场景。因此，它能够在智能家居中提供便利、高效、安全和隐私的功能，例如根据人的存在是否来打开或关闭灯或电视、实现安全的住宅门禁功能，甚至可以在不使用侵入式摄像头的情况下监控独居老人的安全。它还能够支持工业环境中的功能安全、信息安全和生产应用，跟踪工人、货物或资产的位置、实现访问控制、防撞、危险区域检测等。 

（三）安波福：FLR4+和FLR7HD

FLR4+是2级联版本，FLR7HD是4级联版本。

MMIC：2 * TEF8232，4 * TEF8232，空气波导天线（SIW缝隙天线）

处理器：S32R45

性能指标

FLR4+：

• 距离（范围、精度、分辨率）：300m, ±0.12m, 0.2m

• 速度（范围、精度、分辨率）：30m/s, ±0.05m/s, 0.07m/s

• 俯仰角（范围、精度、分辨率）：±15°, ±0.5°, 2.4°

• 水平角（范围、精度、分辨率）：±60°, ±0.2°, 1.4°

FLR7HD：

• 距离（范围、精度、分辨率）：366m, ±0.06m, 0.15m

• 速度（范围、精度、分辨率）：30m/s, ±0.05m/s, 0.06m/s

• 俯仰角（范围、精度、分辨率）：±22°, ±0.2°, 1.3°

• 水平角（范围、精度、分辨率）：±60°, ±0.1°, 0.8°

安波福4D毫米波雷达采用了空气波导天线，空气波导天线也是波导天线的一种。类似于大陆ARS540采用的腔体波导天线，空气波导天线也有更大的辐射效率，可以实现更小的雷达体积，制造成本也较高。

（四）圭步微电子发布全球首颗8发8收CMOS工艺4D成像雷达射频单芯片

2024年7月10日，圭步微电子成功研发出了业界首颗高性能8发8收CMOS工艺4D成像雷达射频单芯片。目前芯片测试性能优异，已经在Tier1开始正式送样，调试开发。成功研发出了业界首颗高性能8发8收CMOS工艺4D成像雷达射频单芯片。目前芯片测试性能优异，已经在Tier1开始正式送样，调试开发。该芯片是完全自主研发的车载77GHz高性能4D成像毫米波雷达芯片，是业界首颗采用CMOS工艺开发的8T8R 单芯片，是业界唯一能够单片支持4D成像雷达以及卫星雷达头系统架构的单芯片传感器

尺寸缩小：是业内能够支持8T8R 64个虚拟通道的最小尺寸的单芯片方案；同时支持LoP封装形式，采用3D波导天线，将进一步减小雷达系统尺寸(对比行业标杆T*2544方案将传感器尺寸缩小了30%)，有利于实现更紧凑的雷达系统设计。视频展示看出基于圭步8T8R单芯片开发的室内行人的演示，对比目前市场主流的两片3T4R MMIC级联效果，呈现了更加丰富的点云。同时，室外路测数据正在采集中，相关视频敬请期待。

（五）领瞳科技  

领瞳科技首创了准空气集成波导（AIW）天线技术，成为了国内率先在波导天线领域实现重要破局的中国本土厂商。

领瞳科技推出了高性能波导4D毫米波前雷达和角雷达，以及域控制器中央计算平台等一系列产品。波导4D毫米波前雷达和角雷达均采用了领瞳科技独创的准空气集成波导（AIW）天线技术，将雷达系统的性能提升到了一个新的水平。相比传统设计，AIW天线传输损耗更低、带宽更宽、功率承载能力更高，同时保持了更可靠，业内最薄的结构设计。

（六）承泰科技  

承泰科技作为中国车载毫米波雷达行业的领军者，提供最新一代4D单芯片波导毫米波雷达产品、大规模量产出货的77GHz毫米波前雷达、77GHz毫米波角雷达，以及全新研发的舱内雷达、车门雷达和短距雷达等丰富的毫米波雷达系列产品矩阵。

承泰科技拥有专业研发团队，能够紧跟市场需求，持续推动技术的创新和产品优化，承泰科技与汽车制造商、零部件供应商等紧密合作，共同探索智能出行的新模式与新应用，为汽车智能化领域的发展注入了新动能。

CTLRR - 530（波导天线）

高性能：超强EMC抗干扰性，波束宽度FOV可设计，测角精度更高；

高增益：馈线损耗小，等效的天线增益更高，输出信噪比更高；

宽频带：可覆盖更宽频带，满足高距离分辨率要求。 (参考来源： 旺兴资本)