成长中的高端民用微波产业

                                                                                    邹谋炎

      微波在雷达和通讯上的应用是总所周知的。在民用方面，微波炉已经走进了千家万户。所谓高端民用微波，或称高端商用微波，是指微波雷达、微波传感器等技术在交通、工业、医疗、公共安全等方面的应用。
      中国在2004年就出现了使用测速雷达进行交通超速管理的报道，并在以后几年间陆续展开了大规模应用。现有的组装和生产雷达企业有十余家，基于雷达集成道路管理卡口和抓拍电子警察系统为主营的公司则有百家以上，雷达产值大致在亿元左右，而系统产值要翻十倍。这在民用微波领域算是一个小产业。如果以购买国外雷达头来生产组装雷达，其技术层次较易于进入。
      工业用雷达的典型例子是雷达物位计。将它安装于大型物料塔罐的顶部，测量塔中物料的高度。要求的测量高度为40米或更高，而测量精度为毫米级。在中国市场上一段时间内，德国进口的物位计占主导地位，但在几年前国内模仿和自研的物位计逐步占据了取代地位，市场份额有几个亿。
      随着智能交通、智慧城市等概念的提出，对雷达传感器用于交通管理提出了更高的要求。车流量检测器在中国市场上出现已有近十年的历史，在北京、上海、杭州等城市，有关部门进行了试验性应用，但实质性或规模化应用并未展开。这主要决定于国家，特别是这些城市的智能交通实施计划，以及对解决交通问题的策略性判断。从这个意义来说，可能更现实有效的是一种能够实现红绿灯自适应管理的传感器，用以提高城市交通的运行效率。如果发展出这样的雷达传感器，它的市场可能不低于目前其他的交通用雷达。这是我们当前正在努力的工作。
      美国于2004年开始了汽车前向防撞雷达在长途公交上的规模化应用。现今中国道路上出现的进口高档车上有的已经安装了这样的雷达，具有防撞和自适应导航的功能。雷达工作于77GHz频率，测量距离超过150米，4度或更窄的双波束或3波束，使用线性调频或阶梯线性调频体制。规模化应用统计表明，雷达的应用能够有效地减少汽车在高速路上发生前向尾追碰撞的事故。国外雷达价格为2~3千美元，而作为防撞和自适应系统装到车上需要的技术较多，价格更高，因此在低档车上难以广泛应用。国内大学和研究所开展这方面的研究至少可以追溯到80年代末，前几年还不时出现某些零星报导，但没有成形的产品。然而，随着国内商用微波技术的进步，研发生产出低价汽车前向防撞雷达的可能性和现实性正在成熟。计划中的雷达使用47GHz频率，达到工艺上用分离微波器件可实施的上限。如果能够将雷达价格降低到1千美元以内，它的规模化应用应该可以期待。
      由于救灾和反恐的需要，一种能够穿墙探测生命体移动甚至呼吸的雷达在国外已经商品化。这种雷达使用频率步跳式连续波（FSCW），作用距离可以达到15米，其距离分辨率和速度灵敏度较高。随着太赫兹技术越来越接近产品应用，在太赫兹上达到几个GHz的步跳相对容易，使得用宽的频率步跳达到高的距离分辨率成为可能。对于短距离（几十米以内）的应用情况，使用低功率的FSCW雷达比脉冲雷达有较多的优越性。原理上，FSCW雷达获得距离信息不依赖于目标移动，但结合多普勒效应以及断层反射效应可以发展出针对各种探测应用的不同雷达，具有更优秀的品质，例如非接触式临床监视和诊断、大型水坝及其他建筑体探伤、考古、地基或路基探测等，。
       微波成像是一个很有吸引力的领域。一个典型应用是在公共安全管理中取代X射线扫描仪，另一个应用是场景成像监测。若干研究机构和大学公布了原理样机，但实现规模化应用还需要进一步工作。
      高端民用微波在中国的产品市场上刚刚初起，在这个领域内国内的研发能力普遍薄弱。国内市场上出现的、能够称为“自主研制”的测速雷达和FSK监测雷达迄今全部为笔者本人设计。大多数雷达生产企业使用国外的雷达头和企业发展的信号处理部件组装生产雷达，这是高端技术上整体落后的一个典型例子。笔者希望有更多的年轻研究者加进来，共同努力，提升自主创造能力，做出更多的“中国创造”。
     年轻研究者可以发现，这是一个大有可为的领域：你创造的一个产品可能衍生出一个产业，甚至一个产业链，而这个领域可发展的产品非常多。这是一个有高度挑战性的领域：包含了微波理论和技术、雷达技术、和信号处理技术的最新进展，是电子信息技术领域中最受关注的前缘之一；包含了从理论、设计到工艺实现的全面要求。年轻研究者可以从一个应用产品学起，逐步弥补知识和技能，逐步学习理论和实际的结合方法，这是在书本上难以得到的。

（本文作者为北京华同微波科技有限公司主管，公司网址www.ftmwt.com）
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