作者：鄒謀炎，中科院電子所研究員(退休)、博導(dǎo)，中國科學(xué)院大學(xué)崗位教授，北京華同微波科技有限公司董事長

成長中的高端民用微波產(chǎn)業(yè)
微波在雷達(dá)和通訊上的應(yīng)用是總所周知的。在民用方面，微波爐已經(jīng)走進(jìn)了千家萬戶。所謂高端民用微波，或稱高端商用微波，是指微波雷達(dá)、微波傳感器等技術(shù)在交通、工業(yè)、醫(yī)療、公共安全等方面的應(yīng)用。
 
中國在2004年就出現(xiàn)了使用測速雷達(dá)進(jìn)行交通超速管理的報(bào)道，并在以后幾年間陸續(xù)展開了大規(guī)模應(yīng)用。現(xiàn)有的組裝和生產(chǎn)雷達(dá)企業(yè)有十余家，基于雷達(dá)集成道路管理卡口和抓拍電子警察系統(tǒng)為主營的公司則有百家以上，雷達(dá)產(chǎn)值大致在億元左右，而系統(tǒng)產(chǎn)值要翻十倍。這在民用微波領(lǐng)域算是一個(gè)小產(chǎn)業(yè)。如果以購買國外雷達(dá)頭來生產(chǎn)組裝雷達(dá)，其技術(shù)層次較易于進(jìn)入。

工業(yè)用雷達(dá)的典型例子是雷達(dá)物位計(jì)。將它安裝于大型物料塔罐的頂部，測量塔中物料的高度。要求的測量高度為40米或更高，而測量精度為毫米級。在中國市場上一段時(shí)間內(nèi)，德國進(jìn)口的物位計(jì)占主導(dǎo)地位，但在幾年前國內(nèi)模仿和自研的物位計(jì)逐步占據(jù)了取代地位，市場份額有幾個(gè)億。
 
隨著智能交通、智慧城市等概念的提出，對雷達(dá)傳感器用于交通管理提出了更高的要求。車流量檢測器在中國市場上出現(xiàn)已有近十年的歷史，在北京、上海、杭州等城市，有關(guān)部門進(jìn)行了試驗(yàn)性應(yīng)用，但實(shí)質(zhì)性或規(guī)模化應(yīng)用并未展開。這主要決定于國家，特別是這些城市的智能交通實(shí)施計(jì)劃，以及對解決交通問題的策略性判斷。從這個(gè)意義來說，可能更現(xiàn)實(shí)有效的是一種能夠?qū)崿F(xiàn)紅綠燈自適應(yīng)管理的傳感器，用以提高城市交通的運(yùn)行效率。如果發(fā)展出這樣的雷達(dá)傳感器，它的市場可能不低于目前其他的交通用雷達(dá)。這是我們當(dāng)前正在努力的工作。
 
美國于2004年開始了汽車前向防撞雷達(dá)在長途公交上的規(guī)模化應(yīng)用。現(xiàn)今中國道路上出現(xiàn)的進(jìn)口高檔車上有的已經(jīng)安裝了這樣的雷達(dá)，具有防撞和自適應(yīng)導(dǎo)航的功能。雷達(dá)工作于77GHz頻率，測量距離超過150米，4度或更窄的雙波束或3波束，使用線性調(diào)頻或階梯線性調(diào)頻體制。規(guī)模化應(yīng)用統(tǒng)計(jì)表明，雷達(dá)的應(yīng)用能夠有效地減少汽車在高速路上發(fā)生前向尾追碰撞的事故。國外雷達(dá)價(jià)格為2~3千美元，而作為防撞和自適應(yīng)系統(tǒng)裝到車上需要的技術(shù)較多，價(jià)格更高，因此在低檔車上難以廣泛應(yīng)用。國內(nèi)大學(xué)和研究所開展這方面的研究至少可以追溯到80年代末，前幾年還不時(shí)出現(xiàn)某些零星報(bào)導(dǎo)，但沒有成形的產(chǎn)品。然而，隨著國內(nèi)商用微波技術(shù)的進(jìn)步，研發(fā)生產(chǎn)出低價(jià)汽車前向防撞雷達(dá)的可能性和現(xiàn)實(shí)性正在成熟。計(jì)劃中的雷達(dá)使用47GHz頻率，達(dá)到工藝上用分離微波器件可實(shí)施的上限。如果能夠?qū)⒗走_(dá)價(jià)格降低到1千美元以內(nèi)，它的規(guī)模化應(yīng)用應(yīng)該可以期待。
 
由于救災(zāi)和反恐的需要，一種能夠穿墻探測生命體移動甚至呼吸的雷達(dá)在國外已經(jīng)商品化。這種雷達(dá)使用頻率步跳式連續(xù)波(FSCW)，作用距離可以達(dá)到15米，其距離分辨率和速度靈敏度較高。隨著太赫茲技術(shù)越來越接近產(chǎn)品應(yīng)用，在太赫茲上達(dá)到幾個(gè)GHz的步跳相對容易，使得用寬的頻率步跳達(dá)到高的距離分辨率成為可能。對于短距離(幾十米以內(nèi))的應(yīng)用情況，使用低功率的FSCW雷達(dá)比脈沖雷達(dá)有較多的優(yōu)越性。原理上，F(xiàn)SCW雷達(dá)獲得距離信息不依賴于目標(biāo)移動，但結(jié)合多普勒效應(yīng)以及斷層反射效應(yīng)可以發(fā)展出針對各種探測應(yīng)用的不同雷達(dá)，具有更優(yōu)秀的品質(zhì)，例如非接觸式臨床監(jiān)視和診斷、大型水壩及其他建筑體探傷、考古、地基或路基探測等。
 
微波成像是一個(gè)很有吸引力的領(lǐng)域。一個(gè)典型應(yīng)用是在公共安全管理中取代X射線掃描儀，另一個(gè)應(yīng)用是場景成像監(jiān)測。若干研究機(jī)構(gòu)和大學(xué)公布了原理樣機(jī)，但實(shí)現(xiàn)規(guī)模化應(yīng)用還需要進(jìn)一步工作。

高端民用微波在中國的產(chǎn)品市場上剛剛初起，在這個(gè)領(lǐng)域內(nèi)國內(nèi)的研發(fā)能力普遍薄弱。國內(nèi)市場上出現(xiàn)的、能夠稱為“自主研制”的測速雷達(dá)和FSK監(jiān)測雷達(dá)迄今全部為筆者本人設(shè)計(jì)。大多數(shù)雷達(dá)生產(chǎn)企業(yè)使用國外的雷達(dá)頭和企業(yè)發(fā)展的信號處理部件組裝生產(chǎn)雷達(dá)，這是高端技術(shù)上整體落后的一個(gè)典型例子。筆者希望有更多的年輕研究者加進(jìn)來，共同努力，提升自主創(chuàng)造能力，做出更多的“中國創(chuàng)造”。
 
年輕研究者可以發(fā)現(xiàn)，這是一個(gè)大有可為的領(lǐng)域：你創(chuàng)造的一個(gè)產(chǎn)品可能衍生出一個(gè)產(chǎn)業(yè)，甚至一個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈，而這個(gè)領(lǐng)域可發(fā)展的產(chǎn)品非常多。這是一個(gè)有高度挑戰(zhàn)性的領(lǐng)域：包含了微波理論和技術(shù)、雷達(dá)技術(shù)、和信號處理技術(shù)的最新進(jìn)展，是電子信息技術(shù)領(lǐng)域中最受關(guān)注的前緣之一；包含了從理論、設(shè)計(jì)到工藝實(shí)現(xiàn)的全面要求。年輕研究者可以從一個(gè)應(yīng)用產(chǎn)品學(xué)起，逐步彌補(bǔ)知識和技能，逐步學(xué)習(xí)理論和實(shí)際的結(jié)合方法，這是在書本上難以得到的。