Qu’est-ce qu’un radar à ondes millimétriques ?
Le radar à ondes millimétriques est un radar qui utilise des ondes radio millimétriques (longueur d’onde : 1 mm à 10 mm/fréquence : 30 GHz à 300 GHz) pour détecter la distance, la localisation et la vitesse relative d’un objet.
Les capteurs qui détectent généralement la distance sont les LiDAR, les caméras à ultrasons et les caméras stéréo, ainsi que les radars à ondes millimétriques. Les avantages du radar à ondes millimétriques sont qu’il peut détecter des distances de 150 m ou plus. Il n’est pas affecté par la lumière du soleil, la pluie ou le brouillard. Parmi ses inconvénients, on peut citer la difficulté à détecter des objets ayant une faible réflectivité des ondes radio, tels que le carton et le polystyrène.
Utilisations du radar à ondes millimétriques
Le radar à ondes millimétriques est utilisé dans les automobiles, les machines industrielles et les drones. Il est particulièrement utilisé dans les automobiles comme dispositif de sécurité.
L’ADAS (Advanced Driver-Assistance Systems) est un dispositif de sécurité actuellement largement utilisé dans les voitures, et la bande de 76 GHz du radar à ondes millimétriques est utilisée pour détecter la route à l’avant pour les fonctions ADAS telles que le régulateur de vitesse adaptatif et le freinage avec réduction des dommages en cas de collision. Le radar est utilisé pour détecter la route. Pour une meilleure résolution et une plus grande précision, le système passera à l’avenir à la bande des 79 GHz.
En outre, les moniteurs d’angle mort utilisent la bande des 24 GHz. Le radar à ondes millimétriques sera encore plus utilisé avec le développement des véhicules automatisés.
Principe du radar à ondes millimétriques
Les composants du radar à ondes millimétriques sont principalement un synthétiseur qui traite les ondes radio transmises, une antenne Tx qui transmet les ondes radio, une antenne Rx qui reçoit les ondes radio réfléchies et une unité centrale qui traite les signaux reçus.
Le principe du radar à ondes millimétriques est le suivant : les ondes radio traitées par le synthétiseur sont émises depuis le radar par l’antenne Tx, les ondes radio réfléchies par l’objet sont reçues par l’antenne Rx et traitées par l’unité centrale pour mesurer la distance et d’autres paramètres.
Les principales méthodes de mesure de la distance et de la vitesse sont la méthode des impulsions et la méthode FMCW. L’angle est principalement mesuré par la méthode du balayage électronique.
1. Méthode par impulsions
Cette méthode transmet des impulsions d’ondes radio millimétriques très linéaires et calcule la distance en fonction du temps nécessaire pour que les ondes radio réfléchies reviennent de l’objet.
2. Méthode FMCW
Cette méthode transmet des ondes radio dont la fréquence varie dans le temps et calcule la distance à partir de la fréquence de battement (différence de fréquence) générée par l’interférence entre le signal transmis et le signal réfléchi par l’objet.
3. Méthode par balayage électronique
Utilise plusieurs antennes Rx et détecte la différence de phase entre chaque antenne. L’angle de l’objet mesuré peut être calculé à partir de la différence de phase.
Autres informations sur le radar à ondes millimétriques
1. Précision du radar à ondes millimétriques
Le radar à ondes millimétriques diffuse de courtes longueurs d’onde dans la zone environnante et peut détecter des obstacles et des objets à proximité avec une grande précision. Il possède une résolution élevée et peut détecter la forme d’un objet et son déplacement (ou sa modification) à 0,1 mm près.
La distance sur laquelle les objets peuvent être détectés est également supérieure à celle des lasers infrarouges et à ultrasons. Alors que les lasers infrarouges et à ultrasons peuvent détecter des objets à une distance d’environ 20 m et les lasers à ultrasons à une distance d’environ 1 m, le radar à ondes millimétriques peut détecter des objets à une distance de 150 m.
Le radar à ondes millimétriques peut maintenir une grande précision même dans des environnements défavorables. Alors que les lasers infrarouges et ultrasoniques présentent des variations de précision dues aux changements de température ambiante, le radar à ondes millimétriques est un capteur radio, ce qui signifie qu’il est très linéaire et peut détecter des objets de manière stable, quel que soit l’environnement.
2. Interférences radio causées par les radars à ondes millimétriques
Si la conduite automatisée se généralise à l’avenir, les radars à ondes millimétriques seront utilisés plus fréquemment dans les environnements à forte densité, et les interférences radio entre radars sont un sujet de préoccupation.
Les interférences radio pourraient perturber la détection des cibles par les radars à ondes millimétriques et donner lieu à des faux positifs, ce qui pourrait entraîner de graves accidents de la route. Pour que le radar à ondes millimétriques puisse atteindre une résolution élevée, il faut que l’ensemble de la gamme de fréquences de 3 à 4 GHz allouée au radar soit utilisée par un seul véhicule. Il est essentiel de développer une technologie qui permette d’éviter cela.
3. Faiblesses du radar à ondes millimétriques
Il a été mentionné précédemment que le radar à ondes millimétriques peut facilement et de manière stable détecter des objets, même dans des environnements défavorables, mais qu’il n’est pas en mesure de détecter certains objets.
D’autre part, certains objets ne sont pas bien détectés : les objets relativement petits et ceux qui réfléchissent peu les ondes radio, comme le carton. En termes de distance par rapport à l’objet, le radar à ondes millimétriques détecte bien les objets éloignés, mais il présente aussi la caractéristique d’être difficile à détecter à courte distance.
Toutefois, le radar à ondes millimétriques est toujours en cours de développement et, en fonction de l’évolution technologique future, des radars capables de résoudre les faiblesses susmentionnées pourraient être mis au point.
4. Tendances technologiques futures du radar à ondes millimétriques
Bien que le LiDAR (Light Detection and Ranging), avec sa résolution de reconnaissance supérieure, ait été le principal capteur requis pour la conduite automatisée, les innovations dans la technologie radar permettent d’obtenir une résolution de reconnaissance proche de celle du LiDAR. Les mots clés de cette technologie sont les progrès de la microfabrication des semi-conducteurs, l’augmentation de la bande passante et la technologie des antennes telle que la formation de faisceaux.
Progrès de la technologie de microfabrication des semi-conducteurs
Les progrès de la technologie de microfabrication CMOS ne permettent pas seulement d’utiliser des circuits intégrés de traitement des signaux à ondes millimétriques plus petits et moins chers. La technologie numérique de formation de faisceaux, qui utilise la technologie analogique ultime des circuits à haute fréquence dans la bande des ondes millimétriques et la technologie numérique pour obtenir une formation de faisceaux très efficace, est actuellement activement développée par diverses entreprises et instituts de recherche.
Élargissement de la largeur de bande
Le facteur le plus important est la récente augmentation de la largeur de bande de 5 GHz, qui est passée de 76 à 81 GHz. L’augmentation de la largeur de bande de fréquences peut contribuer directement à l’augmentation de la portée des radars. La technologie des radars à ondes millimétriques devient de plus en plus importante. Dans un avenir proche, une largeur de bande continue de 12,5 GHz entre 136 GHz et 148,5 GHz dans la bande D sera disponible pour les radars.
Progrès dans la technologie des antennes
Les progrès dans la technologie des antennes, en particulier la technologie des antennes réseau et la technologie des modules intégrés d’antennes réseau ultra-compactes et à faible perte, sont importants. Elles permettront d’augmenter la puissance et l’efficacité des radars à ondes millimétriques.