毫米波雷达是汽车和工业应用中的主要传感方法之一，因为它可以在恶劣的环境条件下以高精度的距离、角度和速度探测几厘米到几百米的物体。

典型的雷达传感器包括雷达芯片组和其他电子元件，如装配在PCB上的电源管理电路、闪存和外围接口设备。而发射和接收天线通常都是在PCB上实现的，但是要实现高的天线性能，就需要使用高频的基板材料，比如Rogers的RO3003，这样会增加PCB的成本和复杂度。此外，天线最多可以占据电路板的30%空(图1)。

图1 PCB上的雷达传感器天线约占板级的30%空。来源:德州仪器。

天线封装技术

可以通过将毫米波传感器直接集成到封装基板中来设计毫米波传感器，从而减小传感器的尺寸和传感器设计的复杂性。图2描绘了具有背腔的E形贴片天线元件，其向自由空空间辐射60或77 GHz毫米波。在设备的封装上布置几个这样的天线元件将创建多输入多输出(MIMO)阵列，该阵列可以感测3D空房间中的物体和人。

图2带背腔的E形贴片天线单元向自由空空间辐射毫米波。来源:德州仪器。

图3显示了AWR6843AOP汽车雷达传感器上三个发射器天线元件和四个接收器天线元件的布置。该天线可以在方位角和仰角方向上实现宽的可视范围。

图3封装上带有天线元件的AWR6843AOP器件形成MIMO阵列。来源:德州仪器。

天线封装技术给开发者带来了以下好处:

较小的尺寸可以设计具有非常小形状的传感器。带天线封装的雷达传感器比PCB传感器的天线小30%左右。

通过绕过PCB中昂贵的高频基板材料，可以降低BOM成本。

因为不需要天线工程师设计天线，所以通过模拟工具的性能和设计实际电路板，可以表征不同参数的性能，因此可以降低工程成本。

因为从硅片到天线的路径更短，所以可以实现更高的效率和更低的功耗。

对于MIMO系统而言，在小型且经济高效的封装解决方案中实现高性能天线极具挑战性。现有的解决方案在芯片的顶部或底部实现天线元件。辐射通过这种有损耗的模具材料传播，这降低了效率并导致杂散辐射。倒装芯片封装技术可以在没有模具的情况下将天线放置在基板上。此外，天线和硅芯片可以支持堆叠在多层基板上，从而带来更紧凑解决方案。

堆叠天线如何帮助车内感应

“欧洲新车评估计划”等监管机构正在解决儿童被留在车内导致死亡的问题。汽车制造商和Tier1制造商正转向60 GHz毫米波传感器，以在恶劣的环境条件下准确检测汽车中的儿童和宠物。

考虑到车辆的内部设计可能非常不同，传感器的外部尺寸必须非常小，以便无缝集成。例如，可能很难将传感器集成到带有全景天窗的车顶中。而是必须集成在空之间的有限位置，比如后视镜周围的顶置控制台或者支柱。

图PCB天线与芯片集成天线对比来源:德州仪器

传感器上的单贴片FoV天线非常适合放置在车顶下甚至汽车前部的前方位置。它支持车内传感用例，如检测和定位汽车、儿童、宠物或车内乘客空。该传感器还可以在低功耗工作模式下，在具有挑战性的环境条件下检测入侵者。

开发人员还可以受益于集成的DSP、MCU、雷达硬件加速器和片内存储器。将射频、数字技术和天线元件集成在一个芯片上，可以消除许多复杂性，使设计更简单、更快速。

使用60 GHz封装天线的儿童存在和乘员检测参考设计通过毫米波雷达捕捉测试结果，以检测各种座位上的儿童和成人。传感器放置在汽车的前部和上部。

图5这是模拟婴儿在汽车后座呼吸的测试结果。来源:德州仪器。

图6本试验中检测到四名乘客:驾驶员、乘客、一名成人和一名儿童。来源:德州仪器。

图7该测试检测车辆附近的入侵者。来源:德州仪器。

堆叠天线技术可以帮助雷达传感器设计人员以更少的工作量和更快的上市时间创建非常小尺寸的传感器，同时还提供系统级成本优势。TI的60 GHz AWR6843AOP传感器通过支持各种应用(如儿童存在检测、安全带提醒、驾驶员生命体征检测和手势控制)简化了车内传感。