高頻毫米波雷達方興日盛。製程技術的進步，使得毫米波雷達開發成本逐漸降低，加上各國法規政策的影響，毫米波雷達市場普及率與日俱增，包含汽車、無人機或消費型等應用皆可看到毫米波雷達的蹤跡，成長潛力一片樂觀。
根據市場調研機構Yole Développement統計，24GHz汽車雷達是2018年市場的主流，產值規模約22億美元，而77GHz的產品則從2018年開始加速成長，預估2020年左右，77/79GHz雷達有望接棒成為主流。從模組的角度分析，24GHz模組價格仍有一定的競爭力，故2020年需求依舊會持續成長，但24GHz僅限於在窄頻(Narrow Band)操作，且79GHz模組也陸續面世，預估2020年起24GHz模組出貨量將逐漸減少。
超越24GHz雷達 77/79GHz接棒成為主流
為昇科技術長鍾世忠(圖1)表示，2020年可說是高頻毫米波雷達起飛的分水嶺，77/79GHz雷達將超車24GHz，成為接下來雷達技術的主力方案。以目前該公司的雷達出貨狀況來看，新車所提出的產品規格，大多都轉為77/79GHz雷達。
圖1 為昇科技術長鍾世忠指出頻寬是雷達感測精準度大小的關鍵指標，相較於24GHz，77/79GHz的偵測的精準度將提升8倍左右。
能夠有這樣的成績可從幾個面向看，首先，以頻寬特性來說，77/79GHz頻寬大，可提供較好的物體分辨度，同時高頻的天線較小，可加裝的天線數量也就更多，因此角度的分辨度也較高。相較於24GHz，77/79GHz距離與角度的分辨度可高出8倍左右。
其次，一直以來高頻毫米波雷達受限於成本高的問題，不過隨著製程技術的推陳出新，目前77/79GHz雷達已大多採用CMOS製程，使得射頻特性能更加優化，成本也更加平易近人，搭配既有的大頻寬優勢，成為接下來汽車應用的熱門方案。
最後，於政府政策規畫方面，歐美預計於2022年停止使用24GHz UWB頻段，也成為技術汰舊換新的一個契機。恩智浦(NXP)表示，在過去1~2年中，該公司看到對24GHz解決方案的需求越來越少，同時對77GHz雷達解決方案的需求相對強勁。主要是因為77GHz雷達解決方案改進了許多雷達解決方案的性能。77GHz雷達解決方案因有高解析度距離都普勒雷達成像，使一些更先進的應用(如自動緊急煞車(AEB)、LCA等)開始成為全球的標準。
據了解，中國地區的商用汽車已有法規規定強制安裝前雷達，其可偵測距離必須達到180~200公尺左右，作為前方碰撞警示(Forward Collision Warning, FCW)或AEB的應用。
鍾世忠談到，如果汽車雷達要支援180~200公尺偵測距離，該雷達天線數目就需要增加，以集中能量偵測到更遠的距離。例如為昇科的做法是提供3發4收的毫米波雷達模組，利用MIMO與波束成形(Beam Forming)技術調整12根天線的指向性，同時搭配特殊的演算法優化，使其模組可偵測橫向、縱向、垂直與速度的感測距離。呼應汽車需要的AEB功能，能有效判斷前方的靜止物是天橋、水溝蓋，或者是路上靜止不動的障礙物，進而決策是否告警煞車。
深耕雷達技術發展 為昇科產品布局三部曲
不過，深耕雷達領域發展的為昇科當然不僅止於此，除了既有的雷達方案之外，接下來將積極研發三種類型產品線，創造另一波成長高峰。首先是目標挑戰光達地位，積極開發成像雷達(Image Radar)技術。鍾世忠表示，光達本身偵測距離的精度與角度非常高，但容易受到天候的影響，且成本目前還居高不下，相反的毫米波雷達不受天候的影響，可以有效偵測距離範圍，而成像雷達將延續此優勢，以類似於光達點雲的技術，描繪出偵測目標的樣貌，提供汽車市場足以取代光達的替代方案。
其次是開發77/79GHz雙模的毫米波模組方案。以目前來講，由於頻譜支援問題，77GHz是各國採用度較高的毫米波方案，不過針對部分地區仍有79GHz需求，加上79GHz高精度的優勢，開發雙模的模組將更進一步滿足各地區的應用需求。
最後，隨著毫米波雷達數量的增加，汽車之間將容易出現干擾問題，未來為昇科將研發抗干擾的雷達技術，以因應毫米波雷達時代的干擾問題。鍾世忠分析，已知的抗干擾方法包含分時多工(Time-division Multiplexing)、分碼多重進接(Code-division Multiple Access)與分頻多路復用(Frequency-division Multiplexing)等技術，但哪一種是最理想的整合方式，已成為該公司與國際大廠合作的關注重要項目之一。
另一方面，成像雷達要如何擁有更細緻的畫素，其中涉及到天線陣列、高角度/分辨度演算法設計，以及足夠的頻寬範圍等問題，也因如此為昇科接下來預計開發雙模(77/79GHz)毫米波模組，覆蓋更完整的頻寬範圍。不過頻寬大小與波束寬度(Beamwidth)兩者之間有衝突，如何克服這些技術挑戰是接下來成像雷達設計需面臨的課題。
從迴避干擾的角度來看，3GPP在R16/R17版本已支援高達71GHz毫米波頻譜。其中，在R17正在研究更高的毫米波頻段(高達114GHz)，雖說目前討論技術挑戰時間尚早，但77/79GHz範圍頻段相關的議程已預計2020年下半年開始進行。
除了汽車應用之外，不同頻段的毫米波雷達還有許多其他可以發展的應用(表1)。舉例來說，無人機、消費型應用如智慧手機、電腦或掃地機器人等都是毫米波技術可深耕的市場，能夠協助進行手勢辨識、心率偵測、距離偵測與3D追蹤技術。
不受環境干擾影響 毫米波雷達3D感測發威
英飛凌科技電源與感測系統事業部行銷經理吳柏毅(圖2)談到，毫米波雷達相較於其他感測器技術最大的優勢在於不受環境干擾的特性，也因此能在惡劣環境下做出精準的判斷。
圖2 英飛凌科技電源與感測系統事業部行銷經理吳柏毅表示毫米波雷達本身具備抗環境干擾的特性，因此在昏暗或環境惡劣地區仍能提供高精準度的偵測能力。
說到3D感測，經常有人將毫米波雷達與ToF相提並論。不過吳柏毅認為，廠商選用哪一類型的技術，還是要看需求導向而判定。舉例來說，在國外地區對於隱私權非常重視，因此安裝相機一直以來不被歐美所接受，而毫米波透過訊號處理的方式，即能判別是否有人、物體存在，具有兼顧隱私的能力。
雖然毫米波雷達與ToF的應用案例非常類似，但開發方法學上卻大不相同。ToF是透過相機輔助偵測光的距離，而毫米波則是透過波形的差異，找出特徵點計算偵測距離，因此像是心跳偵測這類型的應用，就不是ToF能使上力的地方。
不過在手勢辨識這種ToF和毫米波都能支援的應用中，毫米波技術的優勢除了在昏暗地點仍可以精準量測手勢之外，60GHz雷達還能精準辨識高達2公分以內的微形手勢的差異。
吳柏毅表示，手勢辨識可分為大手勢辨識，如左滑、右滑這種方向性的移動，揮動距離超過20公分左右，透過2D ToF技術即能輕鬆實現。不過微型手勢的辨識則需要使用到60GHz的雷達才能達成，因為其解析度須要掃描2公分左右的距離。雖說ToF亦能滿足微型手勢辨識的能力，但要達到這樣的效果就要採用多點的ToF技術，所耗費的運算量與功耗也就會跟著提升。
事實上早在四年前，英飛凌曾和Google合作，將60GHz的晶片導入於Pixel 4智慧型手機之中，提供手勢控制功能。吳柏毅認為，60GHz是極具市場潛力的技術，接下來英飛凌下一步的開發計畫，就是將60GHz晶片做到更小、更省電，且建構更好的生態系統。
從應用角度來看，除了上述提供的距離偵測、手勢控制之外，美國政府不久前已立法，規定汽車後座需要偵測系統，偵測嬰兒是否坐在後座，而這項應用就非常適合採用60GHz雷達予以實現，以減少嬰兒獨自被遺留在車內的窘境。