中国毫米波雷达产业分析6——毫米波雷达行业发展展望_毫米波雷达的技术路径图和发展趋势介绍-程序员宅基地

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一、行业发展驱动力分析

(一)需求带动

        当前,全球智能化变革浪潮正在汽车、交通、安防、工业、家居、健康监护等诸多产业蓬勃发展,创造了巨大的感知产品增量需求。        

        在汽车领域,毫米波雷达传感器作为一种非接触式传感技术,现在主要应用在汽车ADAS/AD系统中。近几年随着车载安全和智能驾驶的兴起,汽车毫米波雷达发展势头十分强劲,在L2以上智能驾驶系统中基本成了标配。未来随着汽车智能化等级的提升,单车毫米波雷达装载数量也将逐渐上升,智能驾驶将成为毫米波雷达发展的长期驱动力。

        在交通领域,目前许多大型城市都面临交通堵塞的难题,其发展问题已提升至国家战略层面,具有国家政策支持。车路协同系统通过毫米波雷达可以同时监控多个车道的单车速度、平均速度、车流量、车道占有率、车型、排队长度和事件分析等交通流基本信息,并根据交通流信息更有效地调整交通信号灯,提高道路通行效率(可提高10%),促进节能减排(可降低10%-15%的油耗)。随着中国车路协同市场的发展,毫米波雷达的需求量也将随之上涨。

        在智能家居、健康监护领域,毫米波雷达的应用案例正不断增加,是可以预见的重要潜在市场。由于毫米波雷达可以监测到人体呼吸、心跳等微动,在全屋智能中可实现精准的人体存在感知,从而与室内照明、窗帘、空调等产生联动;同时,随着老龄化进程的加速,毫米波雷达与智慧养老相结合已演化出跌倒报警、睡眠呼吸心率监测等很多新用例。

(二)技术驱动

        毫米波雷达芯片工艺路线经历了由最早的砷化镓(GaAs)工艺,到锗硅(SiGe)工艺,再到CMOS工艺的演进路径。

        1990-2007年间,毫米波雷达主要采用砷化镓(GaAs)工艺,费用昂贵,多用于高频高功率应用,且由于金属层少,芯片集成度低,需要大量芯片搭建毫米波射频前端(7-8颗MMIC/3-4颗BBIC),导致雷达模块体积和价格不具备吸引力;2007-2017年,锗硅(SiGe)工艺逐渐开始成熟,系统所需射频芯片数量大幅下降(2-5颗MMIC/1-2颗BBIC),雷达体积也逐渐缩小,推动了毫米波
雷达在汽车ADAS系统上的应用。但价格仍然较贵(上百美金),除了高端车系,SiGe工艺的77GHz产品还是难以满足大批量应用;而从2017年至今,低造价、高集成的CMOS工艺已经使雷达射频芯片数量减少到1颗MMIC/1颗BBIC。        

图表63:毫米波雷达芯片工艺演进路径

        CMOS工艺可以将射频模块、控制器模块以及数字信号处理模块集成在一块芯片内部。雷达芯片集成度的大幅提高不仅大幅度降低了芯片造价,同时也简化了电路设计难度,应用简便,为毫米波雷达在更多领域的大批量应用提供了可能。其中在汽车、交通、安防领域已经形成一定规模的市场,家居家电、健康监测领域也是可以预见的重要潜在市场。

(三)政策引导

        近年来,国家及地方各级政府在汽车、交通、工业、农业、城市管理及健康养老等诸多领域积极推动智能化数字化建设,有效地激发了毫米波雷达应用市场的活力,为毫米波雷达应用创造了良好的条件。
        2020-2022年中国各地政府部门在半导体、传感器、雷达,以及车载、交通、养老、物联网等领域出台相关政策。其中,工信部发布的《车载雷达无线电管理暂行规定》中,加强了车载雷达无线电的管理,对推动车载雷达技术应用和产业发展起到重要作用。
        另外,在物联网、智能交通、智慧养老、计量等重要应用领域,国家及各地方在政策层面制定了相应行动计划和方案,推动产业新型基础设施建设,极大促进了毫米波雷达技术在相关领域的应用实践。

图表64:2020-2022年中国毫米波雷达相关行业政策汇总

发布日期 主题      发文机关 政策名称
2020-10 交通管理 公安部交通管理局 《关于进一步加强城市道路交通信号控制应用工作的指导意见》
2020-10 交通管理 公安部交通管理局 《关于进一步加强城市道路交通信号控制应用工作的指导意见》
2021-01 传感器 工信部 《基础电子元器件产业发展行动计划(2021-2023年)》
2021-08 智能交通 交通运输部 《交通运输领域新型基础设施建设行动方案(2021—2025年)》
2021-09 物联网 工信部、中央网信办、科技部等 《物联网新型基础设施建设三年行动计划(2021—2023年)》
2021-10 智能交通 交通运输部 《数字交通“十四五”发展规划》
2021-10 健康养老 工信部、民政部、卫健委 《智慧健康养老产业发展行动计划(2021-2025年)》
2021-12 汽车雷达 工信部 《关于印发汽车雷达无线电管理暂行规定的通知》
2022-01 计量 国务院 《关于印发计量发展规划(2021—2035年)的通知》
2022-01 智能交通 交通运输部 《公路“十四五”发展规划》
2022-03 半导体 国家发改委、工信部
财政部
《关于做好2022年享受税收优惠政策的集成电路
企业或项目、软件企业清单制定工作有关要求
的通知》
2022-04 健康养老 温州市民政局
温州市卫健委
《关于印发计量发展规划(2021—2035年)的通知》
2022-06 车载 深圳发改委、科创委、工信局、交通局、市监局 关于发布《深圳市培育发展智能网联汽车产业集群行动计划(2022-2025年)》的通知

二、行业未来发展趋势

(一)市场预测

        1、2027年我国毫米波雷达市场总规模有望突破270亿元

        随着智能车载、智能家居、智慧康养、智能交通等产业的智能化升级不断推进,未来我国毫米波雷达的市场规模将进一步扩大。预计到2027年我国毫米波雷达市场有望突破270亿元,年复合增长率为26%。
        在市场结构方面,我们预测未来五年车规级毫米波雷达仍牢牢占据民用毫米波雷达市场主体地位。同时在工业级市场,未来五年工业级(室内)毫米波雷达将会成为市场增长主力引擎,并且市场规模将超过工业级(室外)毫米波雷达。

        2、预计2026年我国毫米波雷达年出货量将增长至7798万颗

        据AIoT星图研究院测算数据显示,2022-2026年预计我国毫米波雷达年出货量将从2700万颗增长到7798万颗,增长超1.8倍。分析各细分频段产品未来出货量情况可以看出,其中未来增量出货空间最大的是77GHz雷达产品,增长率最大的是60GHz雷达。

图表 65:2022-2026年中国毫米波雷达出货量及预测(万颗)

        随着无线电法规层面将各应用领域毫米波雷达使用频率范围的划分进一步明确,未来各频段细分毫米波雷达产品应用分化将愈加明显。76-29GHz频段雷达明确仅用于车载领域;24GHz雷达市场结构将持续由车载转向家居家电和其他工业领域,2026年出货量预计在1673万颗;60GHz雷达借助智慧康养等AIoT市场的兴起,2026年国内出货量有望突破500万颗。

(二)技术趋势

        1、微型化高集成

        以车载毫米波雷达产品的演进情况为例,相比10年前,车载雷达尺寸缩小了5倍,微型化发展趋势明显。而雷达芯片方面,高集成的CMOS工艺已经使雷达射频芯片数量从之前多颗减少到1颗MMIC/1颗BBIC。

图表 66:毫米波雷达产品演进:微型化高集成

        随着雷达研究频段的不断升高,未来雷达天线的尺寸将大幅度的缩小;系统级芯片(System on Chip,SOC)、系统级封装(System in a Package,SIP)、片上天线(Antenna on Chip,AOC)以及封装天线(Antenna in Package,AIP)等技术的不断成熟,为未来毫米波雷达微型化高集成发展提供了技术支持基础。

        2、高精度高分辨

        高精度和高分辨率是毫米波雷达产品追求的两个关键指标。目前常见的高精度应用为高精度测距和高精度测角。对于高精度测距而言,当前更多的是高精度算法的仿真。对于高精度测角而言,通常使用MIMO雷达对提高角度分辨率。高精度可以使毫米波雷达衍生出更多的应用,例如生命体征测量、无人驾驶、室内目标跟踪等。

图表 67:毫米波雷达发展趋势:高精度高分辨

        在高分辨方面,4D成像雷达是未来发展的重要方向。4D成像雷达在原有距离、方位、速度的基础上增加了对目标的高度维数据解析,能够实现“3D+速度”四个维度的信息感知,可以有效地解析目标的轮廓、类别、行为。调研机构Yole预测,4D成像雷达将推动下一波增长浪潮,到2027年将达到43亿美元,相当于整个雷达市场的30%。

        3、高频率高带宽

        毫米波雷达技术从初始的看得见到现在的看得准、看的清的要求使得人们对雷达频率的研究越来越高。经过多年的发展,不论是应用在车载领域,还是应用在工业领域,雷达模块主要使用的是24GHz和77GHz频段。相比于24GHz频段,77GHz频段拥有高达4GHz的带宽,具有高的距离分辨率和测距精度;77GHz电磁波波长约为4mm,24GHz电磁波波长约为12mm,对于一样的天线视场和增益时,77GHz天线阵列的尺寸在X维度和Y维度上可以比24GHz天线阵列减少约3倍;较高的射频频率可以为相同尺寸的天线和传感器提供更窄的波束,使得雷达信号较多的射向目标方向,从而减小干扰并获得更高的准确测量结果。

结束语

        路虽远,行必达。随着中国各领域智能化、数字化变革目标的提出与确立,必将为毫米波雷达的应用发展创造更多机遇。国内一众领先毫米波雷达企业需要坚定遵循国家战略指引,制定清晰的发展路径,在发展过程中找准自身定位,抓住行业变革的“大风口”、“大机遇”,实现从高速增长到高质量发展的转变,进而打造未来企业发展的核心增长曲线。
        需要注意的是,毫米波雷达产品是需要不断测试、验证,积累数据经验和迭代产品的。由于目前国内毫米波雷达产业发展过快且竞争激烈,企业难以静下心来改善产品质量,特别是初创企业往往容易忽视测试环节。但好产品恰恰是在测试过程中找到不足,然后再去改进设计、迭代,这非常重要。国产毫米波雷达厂商需要更加重视产品测试验证,再加上我们的迭代速度、响应速度、创新能力等优势,完全可以达到国际领先水平,实现国产化也就水到渠成。
        展望未来,毫米波雷达将深度融入到各个物联网应用场景中,作为物联网基础设施建设的重要感知部件,在新一轮数字化智能化浪潮中广泛应用。相信长期耕耘其中的毫米波雷达厂商,终将获得回报。

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