工程塑料在车载毫米波雷达罩上的应用

汽车“新四化”——“电动化、网联化、智能化、共享化”发展趋势日益强烈，全球主要车企均顺应趋势积极布局自动驾驶相关的汽车电子产品。汽车电子设备需求增加将进一步推动工程塑料的发展。和通用塑料相比，工程塑料在机械性能、耐久性、耐腐蚀性、耐热性、电磁兼容等方面能达到更高的要求。

汽车智能网联化发展趋势下，高级驾驶辅助系统（ADAS）加速落地，ADAS中热门的毫米波雷达传感器，从高端车型向中低端逐渐普及。作为雷达“保护伞”的雷达罩对材料的市场需求也在逐步扩大。

下面我们来看看毫米波雷达结构以及雷达罩上的应用的几种工程塑料。

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一: 车载毫米波雷达结构

毫米波雷达通过发射电磁波并通过检测回波来探测目标的有无、距离、速度和方位，由前端 (RFE)（具有天线结构的微波部件）和用于信号处理的元器件组成，主要结构由雷达整流罩、MMIC、PCB板、底板等结构组成。前端是雷达的实际核心，是天线发射和接受电磁信号的部位。

图 承泰科技77G中长前向毫米波雷达

为了保证结构稳定可靠的表现，满足材料的耐候性、尺寸稳定性、耐化学性以及电磁兼容新的要求，BASF 、SABIC、DSM、宝理、索尔维、塞拉尼斯、东丽等都开发出用于雷达结构的材料，实现强量化设计，替换金属材料，优化结构，进一步减少潜在的系统成本。

           图  SABIC 研发的LNP系列材料用于毫米波雷达的前板、中板、后盖、以及印刷线路板  

其中被称为天线“保护伞”雷达罩，作为发射和接受毫米波的传媒介质，电磁波的窗口，提高其工作可靠性，保证雷达天线全天侯工作，对材料的特性要求尤为关键。

二: 雷达天线罩材料的选择

在设计天线罩时，除了结构、材料的选择也至关重要。如果电磁波传播过程中遇到物体或人体，该物质的特性会影响传播。为了找到适用于天线罩的材料，需要考虑雷达波传输对物质的特性要求。

表 1 概述了各种材料对微波的吸收和反射特性，以及微波对这些材料的穿透力。

材料	吸收	反射	波穿透
金属	无	垂直入射：完全反射；倾斜入射：可能发生折射和部分反射	几乎不可能，只能透入表面毫米级深度（趋肤效应）
木材（取决于湿度）	中到高	低	低
水	非常高	取决于入射角：可能会部分或完全反射	无（吸收的原因）
泡沫（例如聚苯乙烯、Roofmate 隔热材料）	低	无	非常好
塑料	低到高（取决于材料和厚度）	低到高（取决于材料、厚度和距离）	低到高（取决于材料、厚度和距离）

表 1：各种材料对雷达波的影响 来自digikey

雷达波必须能够穿透天线罩。从上表可以看出雷达波可穿透雨雾、雨雪，不受气候影响，但是金属对雷达传感器具有屏蔽性，遇到金属会产生高反射性，因此金属不适合用于保护壳的材料。木镶板对电磁波对它的穿透力有限。聚苯乙烯等泡沫稳定性低和对化学物质敏感性，也并不适用。

因此，塑料是生产雷达罩最常见的替代材料。但是，在设计天线罩时，设计人员必须考虑塑料的特性，并不是所有的塑料都能制作雷达罩。

1. 介电特性

在实际应用中，介电常数和介电损耗角正切（tan）是衡量透波材料透波能力的两个重要指标。一般情况下， 在0. 3Ghz ~ 300Ghz 频率范围内，透波材料的介电常数在1 ~ 4，介电损耗角正切10 -2 ~10-3 ，这样才能获得理想的透波性能。

2. 力学性能

毫米波雷达一般安装在保险杠附件、车标背后，容易受到外界撞击，为了不影响天线工作，信号传输的准确性，因此对材料的弯曲性能和抗冲击性能有一定要求，需要增强对外部的物理或化学破坏的抵抗能力。

3. 可加工性

电波在传输过程中通过面的翘曲，电波可能会发生折射、损耗，因此雷达罩一般采用一体成型使其满足雷达罩结构壁薄，表面平整度高，从而保证雷达系统的正常工作。

4. 耐候性能

为了保证传感器在各种环境都能达到稳定可靠的表现,，耐候性、尺寸稳定性、耐化学性等要求高。

三：工程塑胶在毫米波雷达罩上的应用

其中用于雷达罩透波的工程塑料有低介电常数PBT、PPO、PPS、LCP等，以下是部分案例信息，以供参考，如有不足之处欢迎指正；

1. PBT

PBT是主链上含有酯基的线性热塑性饱和聚酯，其化学名称为Polybutylene terephthalate，简称PBT，高熔点与结晶度，吸水率与热膨胀系数低，尺寸稳定性较好。其介电常数在2.9~4.0，电磁波穿透力好，衰减性小。

图 雷达前罩采用PBT材料的大陆ARS408 毫米波雷达

2. PPO 

通常指聚2,6-二甲基-1,4-苯醚， 简称PPO(Polyphenylene Oxide) ，是一种综合性能优良的热塑性工程塑料。具有刚性大、耐热性高、难燃、强度较高电性能优良等优点，而且介电常数和介电损耗在工程塑料中是最小的品种之一。聚苯醚由于尺寸稳定性，还可以用于激光焊接，防止吸湿。不过PPO在加工过程需要避免应力开裂。

图 采用改性PPO的车载毫米波雷达外壳 来自PREPERM

3. PPS

PPS是一种综合性能优异的特种工程塑料。PPS介电常数小，介电损耗低，具有优良的耐高温、耐腐蚀、耐辐射、阻燃、均衡的物理机械性能和极好的尺寸稳定性以及优良的电性能等特点。不过PPS价格较高，韧性较差。

图 DENSO毫米波雷达采用DURAFIDE®PPS  来自宝理官网

除了以上常见的三种，还有厂家采用PC+PBT、PC、LCP用于雷达罩加工成型，其透波性能优越，不过最终选择哪种材料作为市场主流需求，还需要看加工成本和性能之间的平衡。

除了前端模块的雷达罩，部分毫米波雷达厂家逐渐在底板屏蔽盖上采用具有电磁屏蔽作用的塑胶替代金属，一体化注塑成型，大大降低加工成本，而且有利于提高产品的密封性。

图 车规级毫米波雷达外壳一体化注塑成型  来自行易道官网

根据美国市场研究公司Grand View Research的相关报告，到2025年，全球ADAS市场规模有望以19.0%的年均复合增长率实现增长，随之而来的是传感器、摄像头、控制设备、逆变器等零部件需求也将逐步加大。为了保证各种传感器在各种工况中都能达到稳定可靠的表现，选择更有优势的工程塑料有利于进一步优化雷达信号传输的准确性。

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