自從17世紀(jì)的工業(yè)革命以來，人類開始進(jìn)入汽車時(shí)代，而到了2017年，先進(jìn)駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS）以及自動(dòng)車，已經(jīng)成為近年來汽車電子產(chǎn)業(yè)的火紅議題。相關(guān)軟硬體廠商無不使出洪荒之力，開發(fā)最新方案搶市。而推升這一波浪潮的其中一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，即為先進(jìn)的雷達(dá)科技。

雷達(dá)全面進(jìn)軍汽車產(chǎn)業(yè)

正是為了要能夠大幅降低車禍?zhǔn)鹿实膫鰴C(jī)率，目前全球車廠都已經(jīng)將行車安全視為是最重要的課題，因此在新款的車輛中，紛紛結(jié)合了更為先進(jìn)的科技，可以在行車中遭遇緊急狀況時(shí)，提供駕駛者快速且必要的協(xié)助。除了過往較為常見的車用攝影機(jī)及超音波感測(cè)器外，汽車產(chǎn)業(yè)正快速加入先進(jìn)的雷達(dá)技術(shù)，為車輛提供更為便利與安全的行車功能。

事實(shí)上，現(xiàn)在自駕車的議題十分火熱。放眼發(fā)展中的自駕車，多半都具備了盲點(diǎn)偵測(cè)、自動(dòng)跟車，以及自動(dòng)停車等先進(jìn)的功能。而這背後最重要的幕後功臣，就是車用雷達(dá)技術(shù)。只不過，這看似便利的技術(shù)應(yīng)用，卻攸關(guān)著駕車與乘車者的安全。市場(chǎng)上也必須要有個(gè)全方位的驗(yàn)證方案，來為先進(jìn)的車用雷達(dá)技術(shù)把關(guān)。

根據(jù)車廠Audi交通事故研究小組的一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)，超過九成的道路事故，其原因幾乎都可以歸咎於人為疏失，而透過自動(dòng)駕駛技術(shù)，目的正是為了要減少這些交通事故的事故發(fā)生率。放眼自動(dòng)駕駛技術(shù)，其實(shí)正是類似於飛機(jī)所使用的空中自動(dòng)駕駛系統(tǒng)。在現(xiàn)階段的車用市場(chǎng)中，已經(jīng)開始越來越普遍存在，在許多高階車款中已經(jīng)十分常見，甚至中階價(jià)位的車輛中也都已經(jīng)開始導(dǎo)入。

目前車輛中最普遍使用的自動(dòng)駕駛技術(shù)，除了停車輔助系統(tǒng)（parking-assistance system）之外，在新款的自駕車中，更開始導(dǎo)入許多駕駛輔助技術(shù)，例如車道變換輔助（lane-change assistant）、車輛盲點(diǎn)偵測(cè)（blind-spot detection）、智慧巡航控制（adaptive cruise control），這些功能在豪華電動(dòng)車特斯拉（Tesla）的車款上都已經(jīng)可見。

79GHz頻段將應(yīng)用在車用雷達(dá)上，其頻寬可達(dá)4GHz。由於訊號(hào)頻寬決定了距離的解析度，這對(duì)於行車的應(yīng)用相當(dāng)重要。

高頻雷達(dá)發(fā)揮所長

據(jù)了解，停車輔助系統(tǒng)是透過一個(gè)明確的引導(dǎo)程序，至於智慧巡航控制則是接收前方車輛訊息來對(duì)行駕駛速度加以修正。而這些功能，都必須透過車用雷達(dá)方可進(jìn)行。在車用市場(chǎng)中，汽車製造商目前可以利用24GHz及77GHz等兩種不同頻寬的頻段。在24GHz ISM頻段下，頻寬最大可達(dá)250MHz，24GHz超寬頻（UWB）則可提供達(dá)5GHz的頻寬。

然而，由於國際規(guī)範(fàn)的關(guān)係，這些頻段使用期限只能到2022年底為止。之後將再開放77GHz與81GHz間的頻率範(fàn)圍，例如79GHz頻段將被應(yīng)用在車用雷達(dá)上，其頻寬將可達(dá)到4GHz。由於訊號(hào)頻寬決定了距離的解析度，這對(duì)於行車的應(yīng)用相當(dāng)重要。

以目前77GHZ頻段的解析頻寬是1GHZ，79GHZ的解析頻寬則可達(dá)到4GHZ。而調(diào)變頻寬正關(guān)乎可以解析到多小的物體尺寸。例如24GHz的雷達(dá)解析頻寬只有1公尺，但79GHZ雷達(dá)則可以解析到30公分左右的距離。因此，對(duì)於未來的自動(dòng)停車功能，解析度更高的79GHz雷達(dá)，就會(huì)扮演非常重要的角色。例如，採用了79GHz雷達(dá)的自動(dòng)停車系統(tǒng)，就可以讓車子準(zhǔn)確的停入更狹小的停車空間，而不至於撞傷車輛。

未來79GHZ頻段將可能會(huì)取代目前24GHZ的倒車?yán)走_(dá)與盲點(diǎn)偵測(cè)。這主要是因?yàn)闅W洲法令的限制，是希望在盲點(diǎn)偵測(cè)系統(tǒng)上，可以同步偵測(cè)到兩個(gè)不同物體，例如將人與腳踏車分開識(shí)別。而這樣的能力，以目前24GHZ雷達(dá)是無法達(dá)到的，其將會(huì)受限於解調(diào)頻寬與天線。未來以79GHZ天線取代了24GHZ天線之後，這樣的偵測(cè)能力將得以實(shí)現(xiàn)。

此外，未來的車用雷達(dá)採用77GHz或79GHz頻段，還有一個(gè)好處，將更便於車用雷達(dá)的介面統(tǒng)一。因?yàn)楝F(xiàn)行的24GHz天線採用的是SMA介面，至於77GHz則是透過waveguide介面來饋入訊號(hào)，而未來車用天線一旦採用毫米波的高頻訊號(hào)，將更有利於介面的統(tǒng)一性。

事實(shí)上，雷達(dá)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，和相關(guān)元件的評(píng)估，對(duì)於提高遠(yuǎn)距量測(cè)之解析度與準(zhǔn)確度有非常大的幫助，並可提供防撞安全保護(hù)與行車控制所需的寬廣視角、廣角解析度、以及準(zhǔn)確度等。前文所提到的許多功能包括車道變換輔助、車輛盲點(diǎn)偵測(cè)、以及智慧巡航控制等，都是透過高頻的車用雷達(dá)來加以實(shí)現(xiàn)，例如79GHz頻段的毫米波雷達(dá)、FMCW雷達(dá)、以及脈衝壓縮雷達(dá)等。

雷達(dá)技術(shù)的測(cè)試考量

在設(shè)計(jì)雷達(dá)收發(fā)器時(shí)，包含傳播路徑的全系統(tǒng)分析至關(guān)重要。目前便有測(cè)試廠商提出了整體系統(tǒng)分析方案，包括傳播路徑中的各種干擾，並且在製作原型之前，預(yù)先分析發(fā)射與接收天線的模型。另外，也可藉由結(jié)合模擬環(huán)境與量測(cè)儀器，來執(zhí)行包含原型在內(nèi)的全系統(tǒng)分析。

此外，在設(shè)計(jì)用於毫米波雷達(dá)系統(tǒng)的毫米波IC和電路模組時(shí)，一定要預(yù)先考慮接線的特性。如果想充分了解佈局中的接線效應(yīng)，則必須執(zhí)行電磁分析。因此高度準(zhǔn)確設(shè)計(jì)所需的電路與電磁模擬環(huán)境是不可或缺的測(cè)試功能。至於模擬準(zhǔn)確度，則是取決於模擬模型，因此設(shè)計(jì)毫米波電路時(shí)，必須準(zhǔn)備支援毫米波的SPICE模型。因此，執(zhí)行高度準(zhǔn)確的模擬，必須擁有支援毫米波SPICE模型擷取和驗(yàn)證服務(wù)的儀器功能才行。

雷達(dá)技術(shù)在汽車與軍事用途上，有著許多不同考量點(diǎn)。事實(shí)上，雷達(dá)科技最初乃因應(yīng)軍事用途所開發(fā)，而應(yīng)用在汽車產(chǎn)業(yè)上，成本就成了首要考量，所以必須壓低元件成本。此外，車用雷達(dá)感測(cè)器通常安裝於汽車的車身前後，由於受限於非常限制，因此感測(cè)器必須更為精巧才行。

比起傳統(tǒng)攝影機(jī)與超音波等技術(shù)，車用雷達(dá)技術(shù)的最大優(yōu)勢(shì)，是雷達(dá)與物體間的距離偵測(cè)，不需要再透過視覺影像，不僅可於車輛設(shè)計(jì)的前期即導(dǎo)入車用雷達(dá)，也可大幅減少保險(xiǎn)桿的量產(chǎn)成本。而雷達(dá)技術(shù)可以在不同的天候條件下，快速並準(zhǔn)確測(cè)量不同物體的速度和距離，這使得雷達(dá)技術(shù)將成為實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛的關(guān)鍵要素。

結(jié)語

頻率調(diào)變的雷達(dá)訊號(hào)，主要都是透過頻譜分析儀來進(jìn)行分析，因此雷達(dá)元件的研發(fā)人員即可透過頻譜分析儀，即時(shí)的自動(dòng)偵測(cè)、量測(cè)與顯示雷達(dá)訊號(hào)。此外，信號(hào)分析儀與示波器等，也都能在雷達(dá)訊號(hào)的分析測(cè)試上派上用場(chǎng)。自動(dòng)駕駛車輛，將是人類運(yùn)輸歷史上的新里程碑，而測(cè)試儀器，肯定也不會(huì)在這場(chǎng)盛宴中缺席。

解決方案

安立知2埠E-band向量網(wǎng)路分析儀

安立知：「這是最經(jīng)濟(jì)的高頻測(cè)試解決方案！」

安立知的ShockLine系列擁有2埠的E-band VNA機(jī)種，這是透過安立知的VNA技術(shù)，整出兩個(gè)升頻的模組。安立知透過自身的技術(shù)，讓雙埠VNA可以直接擁有E-band功能，並可從原本支援的60~70GHZ，延伸到55~92GHZ，這也是目前市面上2埠到4埠VNA機(jī)型中，最經(jīng)濟(jì)的量測(cè)解決方案。

特別是在60GHZ這個(gè)頻段，現(xiàn)在常用的高解析影像，就是使用60GHZ這個(gè)頻段。如果頻率再往上的話，就可以看到無線通訊應(yīng)用的新趨勢(shì)，也就是點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的微波系統(tǒng)，這將會(huì)從Ka-Band升頻到大概80GHZ附近的頻率。而這款E-BAND專用的VNA可以直接提供客戶量測(cè)該頻段設(shè)備的能力，這也是目前最容易達(dá)到該頻段的測(cè)試機(jī)種。

圖一 : 安立知2埠E-band向量網(wǎng)路分析儀 圖片來源：anritsu.com

羅德史瓦茲FSW85高階訊號(hào)及頻譜分析儀

羅德史瓦茲：「這是要求嚴(yán)苛的研究單位與產(chǎn)品開發(fā)測(cè)試首選！」

全新的 R&S FSW85 高階訊號(hào)及頻譜分析儀率先支援單次掃描頻率範(fàn)圍由2Hz至85GHz，使用者即可於單機(jī)進(jìn)行基頻與射頻的測(cè)試應(yīng)用；由於 R&S FSW85 毋須額外搭配外部混頻器，因而大幅簡(jiǎn)化了測(cè)試配置。此外，內(nèi)置預(yù)選抑制了鏡像頻率與其他雜散發(fā)射(Spurious Emission)。

R&S FSW85 透過選配升級(jí)500MHz的內(nèi)部分析頻寬，提供雷達(dá)元件開發(fā)者各種分析選項(xiàng)，特別是車用與航太國防的應(yīng)用上。當(dāng)R&S FSW-B2000選配與 R&S RTO數(shù)位示波器結(jié)合， 即可達(dá)到2GHz的分析頻寬；研發(fā)人員即可進(jìn)行5G下世代行動(dòng)通訊訊號(hào)或複雜脈衝參數(shù)的寬頻訊號(hào)分析，以及雷達(dá)系統(tǒng)的訊號(hào)分析。

圖二 : 羅德史瓦茲FSW85高階訊號(hào)及頻譜分析儀 圖片來源：rohde-schwarz.com

是德科技高解析度廣角毫米波寬頻雷達(dá)解決方案

是德科技臺(tái)灣區(qū)總經(jīng)理張志銘：「是德科技是您毫米波元件評(píng)估最值得信賴的夥伴！」

雷達(dá)系統(tǒng)設(shè)計(jì)和相關(guān)元件評(píng)估，對(duì)於提高遠(yuǎn)距量測(cè)之解析度/準(zhǔn)確度有莫大的助益，並可提供防撞安全保護(hù)與行車控制所需的寬廣視角/廣角解析度/準(zhǔn)確度。

在設(shè)計(jì)雷達(dá)收發(fā)器時(shí)，包含傳播路徑的全系統(tǒng)分析至關(guān)重要。Keysight SystemVue/EMPro可對(duì)整體系統(tǒng)進(jìn)行分析，包括傳播路徑中的各種干擾，並且在製作原型之前，使用EMPro提供的更接近實(shí)際狀況的分析結(jié)果，來分析發(fā)射/接收天線模型。另外，藉由結(jié)合模擬環(huán)境與量測(cè)儀器，可執(zhí)行包含原型在內(nèi)的全系統(tǒng)分析。

在設(shè)計(jì)用於毫米波雷達(dá)系統(tǒng)的毫米波IC和電路模組時(shí)，一定要考慮接線的特性。如欲充分了解佈局中的接線效應(yīng)，須執(zhí)行電磁分析。Keysight ADS/Golden Gate可提供高度準(zhǔn)確設(shè)計(jì)所需的電路/電磁模擬環(huán)境。

模擬準(zhǔn)確度取決於模擬模型，因此設(shè)計(jì)毫米波電路時(shí)，必須準(zhǔn)備支援毫米波的SPICE模型。是德科技提供支援毫米波的SPICE 模型擷取和驗(yàn)證服務(wù)，以執(zhí)行高度準(zhǔn)確的模擬。

圖三 : 是德科技N9040B UXA高效能X系列信號(hào)分析儀 圖片來源：keysight.com

NI PXIe-5632向量網(wǎng)路分析器（VNA）

國家儀器技術(shù)行銷經(jīng)理潘建安：「NI向量網(wǎng)路分析儀可提供精準(zhǔn)的RF效能！」

NI針對(duì)精巧的模組化PXI平臺(tái)提供了向量網(wǎng)路分析儀(VNA)功能，可提供極為精準(zhǔn)的RF效能。其具備了300kHz~8.5GHz的頻率範(fàn)圍、10Hz到500kHz的IF頻寬、超過110dB的動(dòng)態(tài)範(fàn)圍、-30到+15dBm的來源功率範(fàn)圍、雙源架構(gòu)具備獨(dú)立頻率與功率調(diào)整功能等。

圖四 : NI PXIe-5632向量網(wǎng)路分析器（VNA） 圖片來源：ni.com