《智能汽车传感器技术》教案 项目二 毫米波雷达技术.docx

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课题

项目二毫米波雷达技术

课时

6课时（270min）

教学目标

知识目标：

（1）了解毫米波的基本知识

（2）掌握毫米波雷达的特点、分类及组成

（3）了解毫米波雷达的应用

（4）熟悉毫米波雷达的测距原理及技术参数

（5）掌握毫米波雷达的常见故障及其检修方法

技能目标：

（1）能熟练使用毫米波雷达的拆装工具

（2）能拆装毫米波雷达

（3）能检修毫米波雷达的常见故障

素质目标：

（1）弘扬爱岗敬业、忠于职守的职业精神

（2）激发心系国家建设，勇担时代使命的爱国情怀

（3）培育执着专注、踏实认真的工匠精神

教学重难点

教学重点：认识毫米波雷达，了解毫米波雷达的应用

教学难点：能熟练使用毫米波雷达的拆装工具，能检修毫米波雷达的常见故障

教学方法

讲授法、问答法、讨论法

教学用具

电脑、投影仪、多媒体课件、教材

教学过程

主要教学内容及步骤

考勤

【教师】使用APP进行签到

【学生】按照老师要求签到

案例导入

【教师】展示“领克02”图片（详见教材），讲述“小王开着他新买的领克02避免追尾”案例（详见教材），并提出问题

“领克02”是利用什么技术实现自动紧急制动功能的？

【学生】聆听、思考

传授新知

【教师】通过大家的发言，引入新的知识点，讲解超声波的特性，超声波雷达的特点、分类、组成和应用等知识

2.1.1毫米波概述

毫米波是一种波长为1～10mm的电磁波，其频率范围为30GHz～300GHz。毫米波既具有电磁波的一般特点，如传播速度快、传播不需要介质等，也具有其自身独特的特点，如波长短、频段宽、波束窄、分辨率高、不易受干扰等。

1．电磁波的定义

【教师】利用多媒体展示“电磁波的分类”表格（详见教材），并进行讲解

变化的电场可产生磁场，变化的磁场可产生电场，两者互为因果、相互依存，从而形成电磁场。电磁场总是以光速向四周传播，形成电磁波。电磁波是由同相振荡且互相垂直的电场和磁场在空间中衍生发射的振荡粒子波，是以波为形式传播的电磁场。电磁波的传播不需要介质，其在真空中的传播速度为光速，约为。按波长的不同，电磁波可分为无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、伽马射线等，其分类如表所示。当电磁波在空间中传播时，一旦传播的介质发生改变，电磁波就会出现吸收、反射、透射、衍射等现象。这些现象的发生一方面取决于物体的材质，另一方面则取决于电磁波的波长。

例如，水会吸收电磁波，因此水下探测很少使用电磁波，而较多使用声波；广播信号会穿过墙壁，因此在室内也能接收到广播信号，但是WiFi信号的强度却很容易受到墙壁的影响。在实际中，应根据不同的应用场景合理选用电磁波。一般来说，波长越短，电磁波越容易发生反射；波长越长，电磁波越容易发生衍射和透射。

2．毫米波的特点

毫米波主要具有以下特点。

1）频带宽

毫米波的带宽高达270GHz，是微波以下各频段带宽之和的9倍。考虑到空气对毫米波的吸收衰减作用，通常使用大气窗口附近的频段，但其频段总带宽也达到了135GHz，是微波以下各频段带宽之和的近5倍。极为富裕的带宽资源可保证大量的电磁波信号在该频段内工作而不会相互干扰，且可使工作时信号的时延极小。5G通信也使用了毫米波技术，其使用的频段一般为24GHz～100GHz，比4G通信时使用的频段宽几十倍。

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大气窗口也称大气窗区，是指电磁波能够较好地穿透大气的一些频段。由于大气中的各种粒子（如水蒸气和气体分子）对电磁波辐射具有吸收和反射作用，因此仅某些频段的电磁波更容易被地面装置接收。

2）波长短

毫米波的波长位于厘米波和红外线相交叠的波长范围内，因此毫米波兼具了两者的优点，既容易发生反射，又不容易受到干扰。毫米波和厘米波同属于微波，可全天候使用，受外界环境影响小，抗干扰能力强，不受物体表面颜色、形状的影响；与红外线相似，毫米波的频率较高、波束较窄，因此具有较高的分辨率和精度，可分辨距离较近的小目标并可清晰地探测目标的细节。

3）穿透能力强

毫米波在大气中传播时，虽然其衰减程度比其他微波的大，但却比红外线和激光的小得多。毫米波可有效地穿透水滴、烟尘、云、雾和等离子体，且对恶劣环境的适应能力强，可全天候工作，因此广泛应用于环境遥感、军事侦察等领域。

4）大气传播衰减大

毫米波波长短，因此在大气中传播时容易被阻挡和吸收，仅在大气窗口传播时衰减才较小，而在非大气窗口传播时，毫米波的衰减较为严重，尤其在60GHz、120GHz和180GHz这3个频率附近，毫米波的衰减达到极大值，即衰减峰。衰减峰频段可用于要求安全性能较高的隐蔽网络。

3．车载毫米波雷达频段

目前世界各国对车载毫米波雷达的频段并无统一的标准，主要集中在24GHz、60GHz、77GHz和79