毫米波雷达降本成因及市场规模预测

毫米波雷达持续降本推动渗透至中低端车型。

1. 降本主因：核心芯片工艺改进，成本下降 70%

毫米波雷达核心元器件主要是 MMIC、毫米波雷达专用处理器、PCB，占 BOM 比重 分别为 20%、30%、10%。毫米波雷达 MMIC 芯片集成了锯齿波发生器、合成器、功率 放大器 PA、低噪声放大器 LNA、滤波器、模数转换器 ADC 等器件；主要作用是产生并放 大、接收毫米波信号，最后将毫米波信号转化为数字信号。毫米波雷达专用处理器集成了 CPU、雷达信号专用处理单元、存储（SRAM、Flash、DDR/LPDDR），其中雷达信号专 用处理单元可以是 FPGA、DSP、或者专用单元。

从毫米波雷达工作流程也可以看出，“MMIC”芯片和“雷达专用处理器”是毫米波 雷达最核心的两大元器件。以 77GHz 车载毫米波雷达为例，MMIC 芯片上的锯齿波发生器 和合成器生成 25.3-27GHz 周期性的 Chirp 信号，经过 3 倍频器将 Chirp 信号的频率变换 为 76-81 GHz，一部分信号被传输至混频器另一部分传输至移相器将信号的相位移动一定 角度，再经过功率放大器（PA）放大信号之后通过发射天线将 Chirp 信号发射到远方物体 上，经过物体反射由接收天线接收反射回来的信号。反射回来的信号经过低噪声放大器 （LNA）放大天线接收到的信号并且降低噪声干扰之后，传到混频器将 Rx 信号和 Tx 信号 进行混频得到 IF 中频信号，传输到低通滤波器（用于限制信号，仅允许频率之差的信号通 过）,通过 ADC 进行采样和模数转换最终将中频信号转化为数字信号——以上所有过程由 MMIC 芯片器件完成处理。之后，数字信号再传输到集成了 DSP 和 MCU 的毫米波雷达专 用处理器上经过算法计算出距离、速度、方位角和俯仰角，并进行目标分类和识别。

MMIC 芯片工艺改进（GaAs-SiGe-CMOS）推动车载毫米波雷达系统成本持续下行 至初代工艺对应成本的 30%。（1）GaAs 工艺时代（1990-2007）：早期 PCBA 上大部 分的器件都可以使用硅来制造，只有射频部分没有办法使用，主流都是采用砷化镓（GaAs） 的工艺来制造；由于砷化镓工艺所需要的材料比较稀缺，不管是材料成本和制造成本都比 较高，对于生产线的要求也很高。因此在 2009 年之前，毫米波雷达中的前端射频芯片最初 也是使用的 GaAs 工艺，而且集成度很低，一个毫米波雷达只需要 7-8 颗 MMICs、3-4 颗 BBICs，所以前端射频芯片成本非常高占毫米波雷达整体成本大约 40%左右。（2）SiGe 工艺时代（2007-2017）：SiGe（锗硅）拥有硅工艺的集成度、良率和成本优势，从 2009 年开始 SiGe 工艺逐渐代替 GaAs 工艺，毫米波雷达前端射频芯片的集成度大幅提升，一个 毫米波雷达只需要 2-5 颗 MMICs、1-2 颗 BBICs，毫米波雷达整个系统成本降低 50%，其 中前端射频芯片 MMIC 占总成本比重从 40%下降至 36%。（3）CMOS 工艺时代（2017 年至今）：最初 CMOS 工艺没法用在毫米波雷达芯片，是因为不能工作在高频中，以 180nm 为例，SiGe 可以工作在 180GHz 以上，而 CMOS 工作频率只能达到 40GHz；直到 2010 年工艺进步到 40nm，才使得 CMOS 用于 77GHz 毫米波雷达成为可能。由于 CMOS 晶圆价格非常便宜（SiGe 是 8 英寸晶圆，CMOS 是 12 英寸晶圆，1 个 12 英寸晶圆比 8 英寸 晶圆产出的芯片数量要多很多，SiGe 单颗芯片成本比 CMOS 高约 20%）而且集成度非常 高（可以把 MMIC 和数字处理芯片同时集成到一起），一个毫米波雷达只需要 1 颗 MMIC 芯片、1 颗 BBIC 芯片；CMOS 工艺与上一代 SiGe 相比，毫米波雷达整体系统成本进一步 下降了 40%，其中 MMIC 占系统总成本比重从 36%下降至 18%。（4）SoC 时代（2019 年至今）：还会带来 30%的成本降低，而 CMOS AiP（封装天线）将会让成本进一步下降。

2.降本次因：国产突破，打破垄断利润

国内 77GHz 毫米波雷达启动是在 2015 年，国内最早量产国产 24GHz 毫米波雷达是 在 2018 年，国产厂商最早量产国产 77GHz 毫米波雷达是在 2019 年。2015 年左右，NXP 向国内少数本土企业开放 77GHz CMOS 毫米波雷达芯片，国产毫米波雷达的征程由此开 始。2016 年 TI 向任意客户全面开放 77GHz CMOS 毫米波雷达芯片，引发了第一波车载 毫米波雷达创业热潮。2018 年，以森思泰克、华域汽车为代表的国产毫米波雷达厂商率先 量产 24GHz 毫米波雷达。2019 年森思泰克、纳瓦电子率先量产 77GHz 毫米波雷达，随 后华域汽车、德赛西威、楚航科技等国产厂商也陆续量产 77GHz 雷达。 从 2018 年以来毫米波雷达价格呈现持续下降趋势，主要由于雷达获得国产突破，国 内厂商将长期占据垄断地位的海外雷达厂商价格打了下来。目前角雷达单价大约 250 元， 普通 3D/4D 前雷达单价大约 500 元，4D 成像毫米波雷达单价大约 1500 元，而 4D 成像 雷达价格将从 1500 元下降至 1000 元左右。

3.降本次因：77GHz 全面替代 24GHz

77GHz 毫米波雷达必然将完全取代 24GHz 毫米波雷达，一方面是因为性能上： 77GHz 毫米波雷达的波长比 24GHz 更小，并且可用带宽比 24GHz 更大，从原理上来讲 就可以实现更好的性能。A.波长差异：77GHz 毫米波波长是 3.9mm，24GHz 毫米波波长 大约 12.5mm。B.可用带宽差异：76-77GHz 有 1G 频段可以用，而 77-81 有 4G 频段可 以用；而在 24GHz 这个频段只有 250M 可以用。上述两个原理上的差异会直接导致以下 性能指标上的差异： （1）距离分辨率：扫频带宽越宽，距离分辨率越小。77GHz 的扫频带宽是 24GHz 的 4 倍甚至 16 倍，77GHz 毫米波雷达能够实现更小的距离分辨率，性能更好。实际上，77GHz 雷达可实现的距离分辨率通常为 4cm，24GHz 雷达分辨率为 75cm。 （2）速度分辨率：假设帧周期相同，和波长越小，速度分辨率越小。77GHz 的波长 是 24GHz 的 1/3，所以 77GHz 毫米波雷达的速度分辨率要比 24GHz 精细 3 倍以上。 （3）角分辨率：假定 PCB 面积相当，那么角分辨率是和 PCB 天线阵的电尺寸大小是 正相关的。在相等的 PCB 面积下，波长越小，能够摆放的天线和天线阵就越大（因为天线 间距一般设为波长的一半），所以能够提升角分辨率。

另一方面是因为从成本上讲，77GHz 雷达工作波长变小，对应雷达天线尺寸和口径变 小能够让雷达尺寸变小进而成本降低。天线间隔一般取波长的一半，而 77GHz 的电磁波波 长是 24GHz 的 1/3，因此整体天线阵列尺寸也可以分别在长和宽上减小约 3 倍。

4.2025 年中国市场规模预计 204 亿

2021 年中国乘用车前雷达、后角雷达、前角雷达的前装渗透率分别为 34%、14%、 2%。2021 年中国乘用车前装毫米波雷达出货量总计 1360 万颗，同比+42.3%，其中：前 雷达 692 万颗，同比+27%，渗透率为 33.9%。角雷达 668 万颗，同比+63%，其中：后 角雷达 580 万颗，渗透率 14%；前角雷达 88 万颗，渗透率 2%。

预计行泊一体 5V5R 方案占比提升+ADAS 渗透率提升将带动中国乘用车毫米波雷达 市场规模从 2021 年的 52 亿升至 2025 年的 204 亿。2021 年，L1 级 ADAS 系统的主流 感知方案 1R1V 和 1R 的市场份额开始萎缩，3R1V 方案（1 个前雷达+2 个后角雷达）占比上升；L2 级 ADAS 系统感知方案中，1R1V 份额下滑，但仍然是市场主流，3R1V 占比 上升，5R1V 方案（1 个前雷达+2 个后角雷达+2 个前角雷达）逐步增长。根据下表中的假 设，我们计算得到 2021 年中国乘用车毫米波雷达市场规模为 52 亿，其中前雷达 35 亿， 后角雷达 14 亿，前角雷达 2 亿；我们预计 2025 年毫米波雷达市场规模为 204 亿，其中 前雷达 92 亿（4D 成像雷达占 48 亿），后角雷达 67 亿，前角雷达 45 亿。