據(jù)麥姆斯咨詢報道，汽車行業(yè)正在競相為車輛提供更多的高級駕駛輔助系統(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，反過來又推動了對車載雷達(dá)系統(tǒng)的需求。
雷達(dá)如何實現(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，然后測量其反射信號的傳播延遲和多普勒頻移，這樣可以計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雷達(dá)系統(tǒng)還可以測量車輛行駛路徑與檢測物體之間的方位角（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，因為車輛的控制系統(tǒng)需要根據(jù)它們提供的數(shù)據(jù)來了解車身周圍環(huán)境并做出實時的操縱決策。錯誤的數(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，雷達(dá)系統(tǒng)的角度測量誤差為1度，那么當(dāng)它們靠近時彼此的距離或間隔的誤差就有1.5米。這個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)志或其保險杠后面。這主要出于美觀考慮，不過代價是在雷達(dá)信號傳播的路徑中引入了衰減材料。這些標(biāo)志或保險杠將成為雷達(dá)傳感器的“穹頂”或“天線罩”，成為其射頻（RF）系統(tǒng)的一部分，它們會改變傳輸信號，在某種程度上可能影響雷達(dá)的探測性能和準(zhǔn)確性。
這會產(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的功率將是其發(fā)射功率的1/r4。例如，如果一個輸出功率為3W和天線增益為25dBi的77GHz雷達(dá)，要能夠探測的雷達(dá)截面積為10m2且最小信號為-90dBm的目標(biāo)，那么它的最大雷達(dá)探測距離將為109.4m。但是如果增加了天線罩，會導(dǎo)致雙向衰減3dB，那么雷達(dá)的探測距離會減少16%，實際值僅為92.1m，比沒有天線罩時少了幾個車長。
天線罩還產(chǎn)生了其他的問題。在基材與雷達(dá)信號之間可能產(chǎn)生射頻失配。通常塑料制品的材料特性不均勻，這會導(dǎo)致不可預(yù)測的信號失真。光潔的金屬表面引起的射頻散射也會產(chǎn)生類似的影響。由此產(chǎn)生的干擾信號會降低雷達(dá)接收器的探測靈敏度。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)信號不會直接反射回接收器。但是，這種方法受到車輛設(shè)計的限制，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其產(chǎn)品進(jìn)行校準(zhǔn)。然而，RF系統(tǒng)設(shè)計人員知道，制造商無法預(yù)測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步驟是為天線罩供應(yīng)商測試和驗證其產(chǎn)品的屬性，以便讓雷達(dá)系統(tǒng)設(shè)計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)商需要對他們的產(chǎn)品做詳細(xì)且可靠的生產(chǎn)級測試。他們通常使用參考雷達(dá)系統(tǒng)來測試他們的產(chǎn)品，該參考雷達(dá)是由多個雷達(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)行對比測量，并創(chuàng)建參考規(guī)范。當(dāng)天線罩的測量值在參考測量值規(guī)定的公差范圍內(nèi)時，天線罩便通過測試。
還有一種更精細(xì)的測試方法，將雷達(dá)和天線罩固定在轉(zhuǎn)盤上并正對一個反射器，然后旋轉(zhuǎn)進(jìn)行各種角度的測量。這種方法可以創(chuàng)建更詳細(xì)的參考測量集，但是這種方法太慢，不適合生產(chǎn)測試。
更好的天線罩測試儀
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。為了解決整個汽車業(yè)共同的難題，一種創(chuàng)新的使用數(shù)百個雷達(dá)發(fā)射和接收天線陣列的測試解決方案應(yīng)運而生，該方案由羅德與施瓦茨公司（簡稱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，可提供更高的測量分辨率。
該測試儀提供可靠的測試數(shù)據(jù)，其成本和測試速度非常實用，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測試信號的影響。還可以分析所得到的圖像以提取質(zhì)量參數(shù)，然后將其處理成簡單的通過/失敗標(biāo)準(zhǔn)。
圖1：汽車?yán)走_(dá)天線罩測試儀（R&S QAR），提供一種快速測試復(fù)雜射頻部件通過/失敗的方法
圖2：在測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：左圖顯示了測試天線罩的非均勻反射圖像，右圖顯示了它的單向衰減
測試儀還可以評估透射率，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，能夠精確評估天線罩的發(fā)射頻率響應(yīng)。此頻率響應(yīng)還顯示了被測天線罩在預(yù)期工作頻率下與雷達(dá)信號的射頻匹配的程度。
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)天線罩會在雷達(dá)射頻信號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，制造商將不得不將天線罩作為獨立部件來測試和驗證其射頻性能。
對于汽車制造商來說，更多的測試意味著更高的成本和更低的生產(chǎn)率，但對于天線罩供應(yīng)商來說，它們代表了機(jī)會。他們可以自己測試需要的部件。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)。