感測器位居自動駕駛核心
自動駕駛需要大量周圍環境訊息，這些訊息通常由人眼捕獲並由人大腦處理。技術層面的對應物是感測器，它們是實現自動駕駛的關鍵零組件，目前市面上已有數百萬部汽車雷達投入使用。汽車雷達是高階車輛的標準配置，配合高級駕駛輔助系統使用，用於預防事故發生並提高駕駛舒適性。
雷達感測器主要使用調頻連續波(FMCW)訊號，由於傳送延遲和多普勒頻移，感測器能夠量測和解析多個目標的距離和徑向速度；根據天線陣列特性，還可量測和解析方位角甚至是仰角。在訊號處理期間，感測器電子裝置生成目標列表，其中包含量測得到的目標位置和速度以及目標類型資料(行人、汽車等)。該列表被發送到車輛電子控制單元(ECU)，ECU用該列表對操控車輛即時做出決策，這些資料的準確性和可靠性對於車輛、乘客和其他道路使用者的安全極為重要(圖1)。
確保雷達訊號 天線罩測試挑戰油然而生
出於美觀考慮，雷達系統一般不是安裝在車輛顯眼處。通常，它們隱藏在散熱器格柵上品牌徽標後面以及前、後塑料保險桿後面，這些徽標和保險桿就成了雷達天線罩。
作為天線罩，必須對它們的射頻性能進行評估，因為它們會影響隱藏在其後面的雷達偵測性能和準確度。鑑於訊號必須在到達目標的去程和從目標返回途中穿過天線罩，其材料的射頻傳輸損耗會使訊號衰減兩次。根據訊號傳送定律，發送訊號的功率與每個方向距離r的平方成反比，這意味著發送訊號在經過來回傳送後功率減小了r4倍。
例如，對於具備3W輸出功率和25dBi天線增益的77GHz雷達，要偵測雷達截面為10m且最低可檢測訊號電平為-90dBm之目標，在沒有雷達天線罩時，最大雷達可偵測距離為109.4m。如果天線罩的雙向衰減為3dB，雷達偵測距離將減少16%，僅為92.1m。
除了材料衰減外，天線罩材料反射率和均勻度對雷達性能也有重要影響。例如，塗料中金屬顆粒的反射和基材的射頻失配都會在天線罩內(即靠近感測器)產生干擾雜訊。這些干擾雜訊在接收鏈路中被接收並且變頻，這能降低雷達的檢測靈敏度。
許多車輛製造商試圖透過在特定角度安裝天線罩來減輕這種影響，以便發送的雷達訊號不會直接反射回接收器前端，但這種方法受到設計限制，且不能消除導致射頻能量損失的寄生反射。另一個問題是材料不均勻度(如夾帶雜物、密度變化和三維品牌標識中的不同材料厚度)會干擾輸出和輸入波陣面。材料不均會產生材料變形，導致角度量測不準確。因此，雷達感測器校準可在一定限度內將這種影響降至最低，但不能使之完全消除，因為被校準雷達可能安裝在不同製造商生產的天線罩後面。
確保可靠性 雷達校準/驗證不可缺
為確保雷達可靠性，保證輔助駕駛系統和自動駕駛之安全性，必須驗證雷達天線罩及其性能表現。材料校正非常耗時且昂貴，對於汽車製造商來說難以承受，且隨著車輛變得越來越自主獨立，需要高質量的天線罩，其衰減特性不僅要最小，而且要恆定不變，還要在細節上一清二楚。由於時間限制，汽車製造商希望盡可能縮短測試時間，因此能夠提供已經過測試，且具有這些性能和訊息的天線罩供應商具備明顯競爭優勢。
為此，供應商需要做可靠而詳盡的產品測試。天線罩製造商通常使用參考雷達(黃金裝置)來測試他們的產品(圖2)，用多個雷達反射器組成的固定裝置，在有和無天線罩兩種狀態下，在各種距離和角度下進行對比量測。當某個值保持在規定的公差範圍內時，天線罩測試合格；而隨著感測器和傳動裝置承擔更多功能以及天線罩本身的複雜度增加，這種選擇性測試已明顯難以滿足需求。
僅使用一個反射器和放置在轉盤上的雷達和天線罩的測試方法更準確。以各種角度重複量測，並將量測結果與轉盤上指示的角度進行對照。轉盤的定位越精確，測試的角度越大，結果越有效。但是，這種方法需要耗費很多時間，因此不適合於進行生產測試。
雷達天線罩測試裝置滿足實用定性與量化測試
為此，量測儀器業者，如羅德史瓦茲(Rohde&Schwarz)公司便開發出汽車雷達天線罩測試裝置，不僅可給出測試流程，提供可靠的資料，且就成本和量測速度而論也十分實用。
舉例而言，該公司旗下的R&S QAR測試裝置(圖3)，其使用大型面板，而不是黃金裝置，面板上有幾百個發送天線和接收天線，運作頻率範圍與汽車雷達相同。同時該裝置的天線能夠發現汽車雷達看到的東西，且由於具有大口徑，能以更高的解析度(mm範圍)量測距離、方位角和仰角。
這種高解析度能夠將反射率可視化為一種X射線影像，即使不是專家亦能立即進行質量評估。在第二個分析步驟中，可透過X射線影像計算質量參數，這意味著先前的生產測試可由簡單的合格/失敗測試替代。使用許多發送天線和接收天線可以在幾秒鐘內一次性(一次性方法)詳細測試整個天線罩，完全不需要耗時的量測序列。
另外，該產品可量測空間各點的反射率和被測零組件的透射率。反射率是透過量測由天線罩材料反射的能量，這會降低雷達的性能表現。某些區域由於多種原因會有較高的反射率，例如，材料缺陷，空氣夾雜物，不同材料層間有害的相互作用或過量的某些材料成分。該量測方法透過對所有反射訊號幅度和相位的相干處理，來提供空間各點的量測結果。此結果可視化能夠得到其內在、定性和可靠的合格/失敗評估，以及產生對被測零組件反射行為的量化評估。
高解析度雷達影像(圖4)顯示了由這個圓頂蓋天線罩(圖5)遮蓋的雷達感測器能夠看到什麼。亮度水平代表反射率。某個區域越亮，表面反射的雷達訊號越多。金屬物體顯示為白色(四角位置的螺釘)。徽標的清晰可見輪廓表明高反射率和非常不均的整體影像。
透過對傳送訊號的量測可以確定天線罩材料的頻率匹配和衰減，這是天線罩材料是否適用的基礎。位於被測零組件後面經校準的發送單元掃描選定的頻率範圍，接收陣列接收訊號，能夠精確評估天線罩的發送頻率響應。此頻率響應提供被測零組件是否適合這個頻段。這些訊息與雷達單元使用的實際訊號波形無關，因此適用於能夠安裝在天線罩後面的所有類型雷達。
因應雷達可靠性測試 量測儀器推陳出新
自動駕駛需要可靠雷達以正確地偵測周圍區域內的物體，這取決於雷達質量和安裝位置。用作雷達天線罩的車身零組件會使訊號產生損耗，或導致目標位置誤判。當下，這些零組件不僅要承擔原有的機械件功能，還需要有特定的射頻特性。要靠準確和實用的量測方法來驗證這些特性。為此，量測儀器商提供了一種創新、獨特的方法，可在極短時間內給出空間各點射頻反射率和透射量測，並提供更加詳盡的量測結果。
對於汽車製造商而言，更多的測試意味著更高的成本和更低的生產率。但對於供應商來說，這些則代表了機會。他們可以自己測試需要的零組件。這不僅提高了自己的質量標準，還使他們能夠透過提供具有量測資料的特定附加服務來提高客戶忠誠度。
