據(jù)麥姆斯咨詢報(bào)道，汽車行業(yè)正在競(jìng)相為車輛提供更多的高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS）功能，例如自適應(yīng)巡航控制（ACC）、緊急制動(dòng)輔助（EBA）和車道保持輔助（LKA）。為了給車輛提供環(huán)境感知必需的信息，這些系統(tǒng)日益復(fù)雜化，反過來又推動(dòng)了對(duì)車載雷達(dá)系統(tǒng)的需求。

雷達(dá)如何實(shí)現(xiàn)環(huán)境感知？汽車?yán)走_(dá)系統(tǒng)的工作原理是發(fā)射連續(xù)的高頻信號(hào)，然后測(cè)量其反射信號(hào)的傳播延遲和多普勒頻移，這樣可以計(jì)算車輛與其他物體之間的距離及其徑向速度。帶有陣列天線的高級(jí)雷達(dá)系統(tǒng)還可以測(cè)量車輛行駛路徑與檢測(cè)物體之間的方位角（水平面的角度）和仰角（垂直面的角度）。

汽車?yán)走_(dá)系統(tǒng)工作的準(zhǔn)確性和可靠性很重要，因?yàn)檐囕v的控制系統(tǒng)需要根據(jù)它們提供的數(shù)據(jù)來了解車身周圍環(huán)境并做出實(shí)時(shí)的操縱決策。錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)將導(dǎo)致致命的決策。例如，如果在兩輛車相距100米時(shí)，雷達(dá)系統(tǒng)的角度測(cè)量誤差為1度，那么當(dāng)它們靠近時(shí)彼此的距離或間隔的誤差就有1.5米。這個(gè)距離誤差足以影響這兩輛車是能夠安全駛過他們的車道，還是不幸地迎面相撞。

麻煩的雷達(dá)“天線罩”

雷達(dá)傳感器通常隱藏在車輛散熱器格柵上的品牌標(biāo)志或其保險(xiǎn)杠后面。這主要出于美觀考慮，不過代價(jià)是在雷達(dá)信號(hào)傳播的路徑中引入了衰減材料。這些標(biāo)志或保險(xiǎn)杠將成為雷達(dá)傳感器的“穹頂”或“天線罩”，成為其射頻（RF）系統(tǒng)的一部分，它們會(huì)改變傳輸信號(hào)，在某種程度上可能影響雷達(dá)的探測(cè)性能和準(zhǔn)確性。

這會(huì)產(chǎn)生什么影響呢？根據(jù)平方反比定律，雷達(dá)發(fā)射信號(hào)的功率隨目標(biāo)距離r的平方而線性衰減，這意味著雷達(dá)傳感器接收的反射信號(hào)的功率將是其發(fā)射功率的1/r4。例如，如果一個(gè)輸出功率為3W和天線增益為25dBi的77GHz雷達(dá)，要能夠探測(cè)的雷達(dá)截面積為10m2且最小信號(hào)為-90dBm的目標(biāo)，那么它的最大雷達(dá)探測(cè)距離將為109.4m。但是如果增加了天線罩，會(huì)導(dǎo)致雙向衰減3dB，那么雷達(dá)的探測(cè)距離會(huì)減少16%，實(shí)際值僅為92.1m，比沒有天線罩時(shí)少了幾個(gè)車長。

天線罩還產(chǎn)生了其他的問題。在基材與雷達(dá)信號(hào)之間可能產(chǎn)生射頻失配。通常塑料制品的材料特性不均勻，這會(huì)導(dǎo)致不可預(yù)測(cè)的信號(hào)失真。光潔的金屬表面引起的射頻散射也會(huì)產(chǎn)生類似的影響。由此產(chǎn)生的干擾信號(hào)會(huì)降低雷達(dá)接收器的探測(cè)靈敏度。解決這些問題的方法之一是安裝天線罩，使發(fā)射的雷達(dá)信號(hào)不會(huì)直接反射回接收器。但是，這種方法受到車輛設(shè)計(jì)的限制，并且不能消除寄生反射的問題。

通過校準(zhǔn)提高系統(tǒng)性能

雷達(dá)系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員面臨的挑戰(zhàn)是，盡管他們的系統(tǒng)存在多種不確定性，雷達(dá)的性能都必須要達(dá)到一定的水平。任何可減少系統(tǒng)不確定性因素的方法，都將有助于更容易達(dá)到性能要求。

例如，雷達(dá)傳感器制造商可以對(duì)其產(chǎn)品進(jìn)行校準(zhǔn)。然而，RF系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員知道，制造商無法預(yù)測(cè)他們的傳感器將安裝在哪種天線罩下，用的什么涂漆工藝以及它的材料特性變化。所以，傳感器的校準(zhǔn)只是解決方案的一部分，以達(dá)到必要的系統(tǒng)性能。

讓性能更加確定的另一個(gè)步驟是為天線罩供應(yīng)商測(cè)試和驗(yàn)證其產(chǎn)品的屬性，以便讓雷達(dá)系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員知道他們使用的是怎樣的天線罩。但是，在車輛生產(chǎn)線上測(cè)試和調(diào)整每種天線罩的性能的替代方案成本太過昂貴。

因此，天線罩供應(yīng)商需要對(duì)他們的產(chǎn)品做詳細(xì)且可靠的生產(chǎn)級(jí)測(cè)試。他們通常使用參考雷達(dá)系統(tǒng)來測(cè)試他們的產(chǎn)品，該參考雷達(dá)是由多個(gè)雷達(dá)反射器組成的固定裝置。在有和無天線罩兩種狀態(tài)下，在各種距離和角度下進(jìn)行對(duì)比測(cè)量，并創(chuàng)建參考規(guī)范。當(dāng)天線罩的測(cè)量值在參考測(cè)量值規(guī)定的公差范圍內(nèi)時(shí)，天線罩便通過測(cè)試。

還有一種更精細(xì)的測(cè)試方法，將雷達(dá)和天線罩固定在轉(zhuǎn)盤上并正對(duì)一個(gè)反射器，然后旋轉(zhuǎn)進(jìn)行各種角度的測(cè)量。這種方法可以創(chuàng)建更詳細(xì)的參考測(cè)量集，但是這種方法太慢，不適合生產(chǎn)測(cè)試。

更好的天線罩測(cè)試儀

鑒于雷達(dá)系統(tǒng)的性能在汽車系統(tǒng)中的重要性日益增加，在生產(chǎn)過程中測(cè)試汽車?yán)走_(dá)天線罩的任何方法都需要在幾秒鐘而不是幾分鐘內(nèi)完成。為了解決整個(gè)汽車業(yè)共同的難題，一種創(chuàng)新的使用數(shù)百個(gè)雷達(dá)發(fā)射和接收天線陣列的測(cè)試解決方案應(yīng)運(yùn)而生，該方案由羅德與施瓦茨公司（簡(jiǎn)稱R&S公司）開發(fā)。它相比使用商業(yè)雷達(dá)解決方案的基于轉(zhuǎn)盤的方法，可提供更高的測(cè)量分辨率。

該測(cè)試儀提供可靠的測(cè)試數(shù)據(jù)，其成本和測(cè)試速度非常實(shí)用，適用于生產(chǎn)環(huán)境。利用這種方法可以直觀的觀察天線罩對(duì)測(cè)試信號(hào)的影響。還可以分析所得到的圖像以提取質(zhì)量參數(shù)，然后將其處理成簡(jiǎn)單的通過/失敗標(biāo)準(zhǔn)。

圖1：汽車?yán)走_(dá)天線罩測(cè)試儀（R&S?QAR），提供一種快速測(cè)試復(fù)雜射頻部件通過/失敗的方法

圖2：在測(cè)試天線罩的表面上方僅突出0.5 mm的R&S公司標(biāo)志，在77GHz出現(xiàn)失配

圖3：左圖顯示了測(cè)試天線罩的非均勻反射圖像，右圖顯示了它的單向衰減

測(cè)試儀還可以評(píng)估透射率，確定材料的頻率匹配和衰減，因此確認(rèn)其在特定頻率下的適用性。經(jīng)校準(zhǔn)的發(fā)射單元位于被測(cè)部件后面（圖1），按選定的頻率范圍進(jìn)行掃描，天線陣列接收信號(hào)，能夠精確評(píng)估天線罩的發(fā)射頻率響應(yīng)。此頻率響應(yīng)還顯示了被測(cè)天線罩在預(yù)期工作頻率下與雷達(dá)信號(hào)的射頻匹配的程度。

確保安全關(guān)鍵數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性

自動(dòng)駕駛輔助系統(tǒng)要能夠精確地感知周圍環(huán)境，必須從多個(gè)雷達(dá)系統(tǒng)獲取高質(zhì)量和可靠的數(shù)據(jù)。不過由于雷達(dá)天線罩會(huì)在雷達(dá)射頻信號(hào)傳播路徑中引入不確定因素，將破壞這些數(shù)據(jù)的質(zhì)量和可靠性。但是，在車輛生產(chǎn)線上檢查和調(diào)整雷達(dá)天線罩的性能過于復(fù)雜、昂貴且耗時(shí)，制造商將不得不將天線罩作為獨(dú)立部件來測(cè)試和驗(yàn)證其射頻性能。

對(duì)于汽車制造商來說，更多的測(cè)試意味著更高的成本和更低的生產(chǎn)率，但對(duì)于天線罩供應(yīng)商來說，它們代表了機(jī)會(huì)。他們可以自己測(cè)試需要的部件。這不僅提高了他們自己的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，還使他們能夠通過提供具有測(cè)量數(shù)據(jù)的特定附加服務(wù)來增加客戶的忠誠度。另一方面，汽車制造商有了這些測(cè)量數(shù)據(jù)，可以精確地定位和鑒別各種材料的問題，比如影響雷達(dá)性能的任何材料錯(cuò)誤或不均性問題，有利于為汽車開發(fā)性能更準(zhǔn)確和更可靠的雷達(dá)系統(tǒng)。