Radar mmW : Guide technique de la technologie radar à ondes millimétriques

Le radar mmW (radar à ondes millimétriques) est une technologie de détection et de télémétrie radio qui utilise des ondes électromagnétiques d''une longueur d''onde de 1 à 10 mm (correspondant à des fréquences de 30 à 300 GHz) pour détecter des objets, mesurer leur distance et leur vitesse, et dans certains cas identifier leur nature en analysant le signal réfléchi. Les bandes radar mmW commerciales les plus courantes sont 24 GHz (24,0–24,25 GHz), 60 GHz (57–64 GHz) et 77 GHz (76–81 GHz), chaque bande offrant des compromis différents entre portée, résolution, taille d''antenne, environnement réglementaire et coût du chipset. La bande 60 GHz est devenue la fréquence dominante pour la détection de présence en intérieur car elle offre 7 GHz de bande passante sans licence, ce qui permet une résolution de distance de 2,1 cm et une détection micro-Doppler de la respiration humaine à 0,2–0,5 Hz à des distances de 6 à 8 mètres. La bande 77 GHz est principalement utilisée pour le radar automobile et les applications industrielles longue portée, tandis que la bande 24 GHz est utilisée pour les applications de détection de mouvement uniquement, sensibles au coût.

Ce guide fournit un aperçu technique complet du radar mmW, couvrant la physique, les bandes de fréquences, le traitement FMCW, la conception d''antenne et les principales applications.

Radar mmW : La physique

La physique du radar mmW est régie par les mêmes principes électromagnétiques que les systèmes radio à basse fréquence, mais la courte longueur d''onde et les larges bandes passantes disponibles dans la gamme de fréquences mmW confèrent à la technologie des capacités inaccessibles aux fréquences inférieures.

Radar mmW : Longueur d''onde et bandes de fréquences

La longueur d''onde d''une onde électromagnétique est inversement proportionnelle à sa fréquence. À 24 GHz, la longueur d''onde est d''environ 12,5 mm ; à 60 GHz, elle est d''environ 5,0 mm ; à 77 GHz, elle est d''environ 3,9 mm. La longueur d''onde plus courte aux fréquences plus élevées permet des antennes plus petites pour un gain donné.

Les trois principales bandes radar mmW commerciales sont :

• Bande 24 GHz (24,0–24,25 GHz) : la bande mmW la plus ancienne et la plus mature, avec une allocation ISM à bande étroite de 250 MHz. Adaptée à la détection de mouvement et à la résolution de distance FMCW de base.
• Bande 60 GHz (57–64 GHz) : la bande dominante pour la détection de présence en intérieur, avec 7 GHz de bande passante sans licence. Offre une résolution de distance de 2,1 cm et une détection micro-Doppler de la respiration humaine.
• Bande 77 GHz (76–81 GHz) : la bande radar automobile principale, avec 5 GHz de bande passante. Adaptée au radar longue portée (20–30 m) et à une résolution angulaire fine.

Radar mmW : Bande passante et résolution de distance

La résolution de distance d''un système radar est déterminée par la bande passante : c / (2 × B), où c est la vitesse de la lumière et B est la bande passante. À 24 GHz avec 250 MHz de bande passante, la résolution de distance est d''environ 0,6 m. À 60 GHz avec 7 GHz de bande passante, la résolution de distance est d''environ 2,1 cm. À 77 GHz avec 5 GHz de bande passante, la résolution de distance est d''environ 3 cm.

La large bande passante à 60 GHz et 77 GHz est ce qui permet à ces systèmes de détecter le micro-mouvement de la respiration humaine. Une personne qui respire produit un déplacement de la paroi thoracique de 5 à 20 mm à une fréquence de 0,2–0,5 Hz, et la détection de ce mouvement nécessite une résolution de distance de l''ordre de 5 mm ou mieux.

Radar mmW : Atténuation atmosphérique

L''atténuation atmosphérique des signaux radar mmW varie considérablement selon la fréquence. À 24 GHz et 77 GHz, l''atténuation atmosphérique est relativement faible (généralement 0,5–1 dB/km). À 60 GHz, l''atténuation atmosphérique est beaucoup plus élevée (~15 dB/km) en raison de la résonance d''absorption de l''oxygène à cette fréquence.

Pour les applications de détection en intérieur où la portée maximale est généralement de 8 à 12 m, l''atténuation atmosphérique dans n''importe laquelle de ces bandes est négligeable. Cependant, l''atténuation élevée à 60 GHz a un effet secondaire bénéfique : elle empêche les signaux 60 GHz de se propager entre les pièces, ce qui constitue un avantage en matière de confidentialité pour les déploiements hôteliers et résidentiels.

Radar mmW : Traitement FMCW

La forme d''onde la plus couramment utilisée dans les radars mmW commerciaux est le chirp à onde continue modulée en fréquence (FMCW).

Radar mmW : Le chirp FMCW

Dans un radar FMCW, l''émetteur émet un signal dont la fréquence balaie linéairement une bande passante définie sur une courte période appelée durée du chirp (généralement 50–200 microsecondes). Le signal émis est mélangé avec une copie de lui-même (le signal de l''oscillateur local), et le signal réfléchi par une cible est également mélangé avec le signal de l''oscillateur local. Le résultat est un signal de battement dont la fréquence est proportionnelle à la distance de la cible.

En effectuant une transformée de Fourier rapide (FFT) sur le signal de battement, le processeur radar peut déterminer la distance de chaque cible dans la zone de détection avec une résolution de c / (2 × B). Pour un système 60 GHz avec 7 GHz de bande passante, la résolution de distance est d''environ 2,1 cm.

Radar mmW : Traitement Doppler

En plus de la distance, un radar FMCW peut déterminer la vitesse d''une cible en analysant la phase du signal de battement sur plusieurs chirps. Une cible stationnaire produit un signal de battement avec une phase constante d''un chirp à l''autre ; une cible en mouvement produit un signal de battement dont la phase se décale de chirp en chirp, le déphasage étant proportionnel à la vitesse de la cible.

En effectuant une seconde FFT sur les chirps de chaque case de distance (une « FFT Doppler »), le processeur radar peut déterminer la vitesse de chaque cible dans la zone de détection. La résolution de vitesse est déterminée par la longueur d''onde et la durée de la trame. Pour un système 60 GHz avec une durée de trame de 50 ms, la résolution de vitesse est d''environ 0,05 m/s.

Radar mmW : Analyse micro-Doppler

L''effet micro-Doppler est le phénomène par lequel le micro-mouvement de parties d''une cible produit des signatures Doppler distinctives. Dans la détection de présence humaine, la signature micro-Doppler la plus importante est la signature respiratoire : le mouvement périodique de la paroi thoracique à 0,2–0,5 Hz produit une modulation Doppler distincte du bruit de fond et des signatures Doppler des objets inanimés.

Un capteur de présence radar mmW bien conçu utilise des techniques de traitement du signal pour extraire la signature respiratoire du retour radar. Le traitement implique généralement :

1. FFT de distance : déterminer la distance de chaque cible dans la zone de détection.
2. FFT Doppler : déterminer la vitesse de chaque cible à chaque distance.
3. Carte distance-Doppler : produire une carte 2D de la distance par rapport à la vitesse.
4. Extraction du micro-mouvement : pour chaque case de distance contenant une cible, analyser la signature Doppler variant dans le temps pour identifier les composantes périodiques (respiration, battement cardiaque) qui indiquent une présence humaine.
5. Classification : utiliser un modèle d''apprentissage automatique (ou un classificateur basé sur des règles) pour classer la cible comme « humain présent », « aucun humain présent » ou « ambigu ».

Radar mmW : Conception d''antenne

La conception d''antenne détermine la résolution angulaire, le champ de vision et le facteur de forme du système radar mmW.

Radar mmW : Réseaux d''antennes MIMO

Les systèmes radar mmW modernes utilisent des réseaux d''antennes à entrées multiples et sorties multiples (MIMO) pour déterminer la position angulaire des cibles dans la zone de détection. Un réseau MIMO 2×2 (deux émetteurs, deux récepteurs) offre une résolution angulaire de base dans une dimension. Un réseau MIMO 3×3 offre une résolution angulaire dans deux dimensions avec une résolution plus fine. Un réseau MIMO 4×4 offre la résolution angulaire la plus fine.

Pour un capteur de présence monté au plafond, un réseau d''antennes typique est une configuration MIMO 2×2 ou 3×3 qui offre un champ de vision d''environ ±60° en azimut et ±40° en élévation.

Radar mmW : Champ de vision

Le champ de vision d''un système radar mmW est la plage angulaire sur laquelle l''antenne peut efficacement émettre et recevoir des signaux. Un champ de vision large est souhaitable pour un capteur de présence monté au plafond qui doit couvrir une pièce entière. Un champ de vision étroit est souhaitable pour un capteur longue portée qui doit se concentrer sur une zone spécifique.

Radar mmW : Indicateurs de performance

La performance d''un capteur de présence radar mmW est caractérisée par plusieurs indicateurs clés.

Radar mmW : Détection d''occupant immobile

Le taux de vrais positifs (TVP) pour un occupant immobile est le pourcentage de temps pendant lequel un occupant humain immobile est correctement signalé comme présent. Pour un radar mmW 60 GHz, le TVP est supérieur à 99 % en test contrôlé et supérieur à 95 % en déploiement réel.

Radar mmW : Taux de faux positifs

Le taux de faux positifs est le pourcentage de temps pendant lequel le capteur signale une présence alors que la pièce est réellement vide. Pour un radar mmW bien conçu, le taux de faux positifs est inférieur à 1 % sur une période de 24 heures.

Radar mmW : Portée de détection

La portée de détection d''un radar mmW 60 GHz est de 6 à 8 m pour les occupants immobiles et de 8 à 12 m pour les occupants en mouvement lorsqu''il est monté au plafond à 2,5–3,0 m.

Radar mmW : Latence de détection

La latence de détection est le temps entre l''entrée d''un occupant dans la zone de détection et le signalement du changement par le capteur. Pour un radar mmW, la latence est généralement de 0,5 à 3 secondes.

Radar mmW : Applications

Le radar mmW a un large éventail d''applications dans de nombreux secteurs.

Radar mmW : Détection de présence

L''application la plus courante du radar mmW en 2026 est la détection de présence pour les hôtels, les bureaux, les établissements de santé et les maisons intelligentes résidentielles. Un radar mmW 60 GHz peut détecter à la fois les occupants en mouvement et les occupants immobiles, permettant une véritable détection de présence plutôt qu''une simple détection de mouvement.

Radar mmW : Automobile

Le radar mmW 77 GHz est la technologie dominante pour le radar automobile, utilisé pour le régulateur de vitesse adaptatif, l''évitement de collision, la détection d''angle mort et d''autres systèmes avancés d''aide à la conduite (ADAS).

Radar mmW : Détection industrielle

Le radar mmW est utilisé dans les applications industrielles pour la mesure de niveau (liquides et poudres dans les réservoirs et les silos), la surveillance de convoyeurs et l''évitement de collision robotique.

Radar mmW : Santé

Le radar mmW est utilisé dans le domaine de la santé pour la détection de chutes, la surveillance des patients et la mesure des signes vitaux (fréquence cardiaque, fréquence respiratoire).

Radar mmW : Recommandation finale

Le radar mmW est la technologie dominante pour la détection de présence en 2026, et la bande 60 GHz est le choix par défaut pour la plupart des applications en intérieur. La technologie offre une détection fiable des occupants immobiles, un excellent profil de confidentialité et un facteur de forme compact, ce qui la rend adaptée aux chambres d''hôtel, aux bureaux, aux établissements de santé et aux maisons intelligentes résidentielles.

Pour une équipe d''approvisionnement ou un consommateur sélectionnant un produit radar mmW, la bonne approche consiste à commencer par une définition claire des exigences de l''application, puis à évaluer les produits disponibles par rapport à ces exigences, puis à sélectionner un fournisseur ayant fait ses preuves dans le secteur vertical cible. Les produits recommandés pour la plupart des applications sont le ceiling-presence-sensor-zigbee, le ceiling-presence-sensor-wifi et le ceiling-presence-sensor-matter provenant de fournisseurs disposant de solides portefeuilles de produits et d''antécédents de déploiement éprouvés.

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