詳解微功率脈衝雷達的運動傳感器的電路設計
發布時間:2020-04-30 責任編輯:lina
【導讀】超寬帶UWB(Ultra-Wide Band)定義為:相對其中心頻率有高比例的帶寬。即任何波形,隻要帶寬大於中心頻率的25%,就可認為是超寬帶。超寬帶使用脈寬很窄的基帶脈衝,典型為納秒量級。
超寬帶UWB(Ultra-Wide Band)定義為:相對其中心頻率有高比例的帶寬。即任何波形,隻要帶寬大於中心頻率的25%,jiukerenweishichaokuandai。chaokuandaishiyongmaikuanhenzhaidejidaimaichong,dianxingweinamiaoliangji。congpinyushangkan,qinengliangxibodikuosanzaizhenggeshiyongdedaikuanli。chaokuandaijishuzaixuduojunshilingyuyouzheguangfandeyingyong,ruchaokuandaiyinbitongxin、超寬帶傳感器、穿牆監控、非金屬地雷探測、穿透植物尋的製導等領域。
基於微功率脈衝雷達(Micro power Impulse Radar)deyundongchuanganqikezuoweifangdaobaojingqi,yinbidianzhuangzaifangwudetianhuabanshang,takeyichuanguotianhuabantancezhidingquyuneirentideyidong。weigonglvmaichongleidadeweigonglv、低成本等特性要求其具體電路設計必須要有其自身的特點。
1、 MIR運動傳感器實現原理
MIR運動傳感器由發射單元、接收顯示單元和天線三部分組成,如圖1所示。發射部分是從脈衝振蕩產生(1.8MHz,占空比50%),窄脈衝成形(脈寬幾十納秒),最後經階躍二極管成形脈寬為400ps左右的快脈衝,由偶極子超寬帶天線發射出去;接收部分采用相關取樣的辦法,提取從目標反射回來的超寬帶信號,由取樣延遲、取樣門信號產生、積分取樣、寬帶信號放大、帶通濾波和顯示部分組成。

quyangyanchishijiangfashebufendezhaimaichongxinhaoyanchi,jingkuaimaichongchengxinghouzuoweixiangguanjieshoujidecankaoxinhao。quyangmenkuandemaichongkuandujuedingchuanganqidekongjianfenbianlv,genjujutixuyaokequ100ps~400ps。積分取樣是將天線接收的微弱的、被目標反射的超寬帶信號進行積分,從而提高信噪比。對於重複頻率為1MHz的發射脈衝,如果積分時間常數取1毫秒,將有10000個脈衝在積分器被平均。被平均的接收信號經過放大1000倍後,通過一個帶通濾波器就可以將信號檢測出來。對於人體運動的檢測,其上、下截止頻率可分別取0.1Hz和10Hz。
電路見圖2。圖2中較有特色的是發射端的“電感激勵快脈衝成形”和“相關檢測電路”。在該電路的印製板設計中,必需考慮分布參數,並采用微帶工藝。

1.1 電感激勵快脈衝成形
jieyuehuifuerjiguanshiyizhongteshudebianrongguan,youchengzuojieyueerjiguan。tazaitubiandianyajilixia,nengchanshengchixushijianjiduandekuaimaichong,yibanyongyushibeiyishangdebeipin。
D1、D2為階躍二極管,L1、L2為微帶電感(nH級)。該gai電dian路lu可ke以yi激ji勵li輸shu入ru為wei窄zhai脈mai衝chong的de方fang波bo,成cheng形xing為wei皮pi秒miao級ji的de快kuai脈mai衝chong。其qi中zhong一yi路lu用yong於yu發fa射she脈mai衝chong,另ling一yi路lu延yan遲chi快kuai成cheng形xing後hou用yong於yu取qu樣yang門men信xin號hao。在zai該gai電dian路lu的de具ju體ti參can數shu選xuan擇ze中zhong,脈mai衝chong寬kuan度du和he脈mai衝chong幅fu度du是shi一yi對dui矛mao盾dun,即ji為wei追zhui求qiu較jiao窄zhai的de脈mai衝chong寬kuan度du,必bi須xu以yi犧xi牲sheng輸shu出chu脈mai衝chong幅fu度du為wei代dai價jia,降jiang低di輸shu出chu的de平ping均jun功gong率lv。
經過多次電路試驗,得到了上升沿小於350ps左右的脈衝源(見圖3),脈衝底寬小於800ps。在實際運動傳感器參數選擇中,主要考慮信號頻譜匹配於天線的帶寬(500MHz~1.4GHz),同時要考慮有盡可能大的輸出幅度。

1.2 微功率脈衝雷達信號的相關檢測電路
是shi否fou能neng在zai微wei瓦wa級ji發fa射she功gong率lv的de條tiao件jian下xia檢jian測ce到dao被bei測ce物wu體ti微wei弱ruo的de反fan射she信xin號hao是shi接jie收shou係xi統tong的de關guan鍵jian。相xiang關guan檢jian測ce的de優you點dian是shi它ta以yi相xiang對dui於yu參can考kao信xin號hao的de形xing式shi積ji累lei被bei接jie受shou信xin號hao,可ke以yi產chan生sheng大da於yu噪zao聲sheng電dian平ping輸shu出chu信xin號hao。
圖2中,當無天線信號時,A點電平為偏置基準電平,為50mV~150mV。當接收天線接收到物體反射信號時,信號在C1偏置電平的基準上充電。此時取樣門的負信號經Cp使D導通,物體的反射信號按信號的重複周期和取樣脈衝信號脈寬多次充放電,在A點平均並能很好地抑製外來噪聲,此電壓經A1運放輸出,其波形時間關係如圖4所示。

2 、微功率脈衝雷達運動傳感器探測實驗
對所完成的運動傳感器係統主要做了兩種試驗:(1)不同材質目標探測和分辯率試驗;(2)穿透性試驗。實驗(1)選用多種材質(金屬、木材、人體等)。實驗表明:其探測靈敏度和材料的介電常數ε成正比,和目標的體積成正比。
穿透性試驗以檢驗傳感器係統的穿透性為目的,這也是超寬帶探測最為顯著的特點。用TEK602存儲示波器接MIR接收機的輸出,在實驗室穿透30cm磚牆能清楚地探測到走廊上人體運動穿過探測區域時,由該傳感器獲取的波形。
圖5是人在走廊上走過,MIR在實驗室裏天線貼牆、方向向著走廊。從圖5中可以看出人進出探測區域一進一出的兩個波峰。

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