專利名稱：運動物體檢測裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用來檢測一運動物體、特別是用來檢測一物體如一人、一車輛、一障礙物、一固定物體等(以下統(tǒng)稱為“物體”)是否在運動的運動物體檢測裝置。
背景技術(shù)：
圖1示出一運動物體檢測裝置1的框圖。一振蕩電路11的輸出從一發(fā)射天線12向一物體發(fā)射，用一接收天線13接收從該物體反射的波；該反射波然后在一接收電路14中與發(fā)射波的一部分混合生成一差拍信號。作為檢測輸出的該差拍信號傳到一檢測電路，該檢測電路輸出一運動物體檢測信號。
如果該物體在運動，反射波的頻率由于多普勒效應(yīng)發(fā)生漂移。當(dāng)發(fā)射波的頻率例如為f0時，反射頻率為f0+Δ。這里，漂移量Δ由下式計算。
Δ＝反射頻率-發(fā)射頻率＝(2v/c)f0...(1)v運動物體與檢測裝置之間的相對速度c光速圖2示意出一種使用上述運動物體檢測裝置檢測一運動物體的方法的原理。在圖2中，xo表示運動物體在t＝0時的位置；當(dāng)從發(fā)射天線12發(fā)射的發(fā)射波Asin(ω0t)被以速度v接近的運動物體2反射時，反射波為Bsin{ω0(t-2x/c)}。在這里，x為運動物體2的位置，c為光速。如x＝xo-vt，則反射波為Bsin[ω0{t-2(xo/c-vt/c)}]Bsin{ω0(1+2v/c)t-ω0(2xo/c)}...(2)
圖3示意出從運動物體檢測裝置1發(fā)射的波與從物體2反射的波之間的相位關(guān)系。如圖3所示，當(dāng)物體靜止時，發(fā)射波與反射波之間的相位差為物體與運動物體檢測裝置1之間的距離L的函數(shù)。在圖3中，(a)示出發(fā)射波的波形，(b)示出相位差為0的反射波的波形，(c)示出相位差為90°的反射波的波形。發(fā)射波與反射波之間的相位差決定于運動物體檢測裝置1與物體2之間的距離。
圖4A-4C各示出發(fā)射波(a)和反射波及其疊加波之間的關(guān)系。圖4A示出反射波的相位差θ為0時的疊加波(Sab)。圖4B示出反射波(c)的相位差為90°時的疊加波(Sac)。圖4C示出反射波(d)的相位差為180°時的疊加波(Sad)。
從圖4A-4C可看出，只要物體的大小及其表面的材料保持不變(相同)，由發(fā)射波與接收波組合而成的疊加波的波形隨物體與檢測裝置之間的距離而變。因此，當(dāng)物體運動時，疊加波(S)如圖5所示變動。當(dāng)求出疊加波(S)的包絡(luò)(E)的變化量時，可得到一與物體的相對速度成正比的信號，從而可檢測物體是否在運動。
圖6示出一根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的單元件型運動物體檢測裝置。如圖6所示，一振蕩器11、一發(fā)射天線12、一接收天線13等裝在一空腔諧振器16中，通過一形成在該空腔諧振器16的一部分中的開口16-1發(fā)射和接收波可獲得一運動物體檢測信號。
圖7示出一根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的兩元件型運動物體檢測裝置。如圖7所示，一振蕩器11、一發(fā)射天線12、一接收天線13、一耦合器15、一用作檢測器的二極管D等等裝在一空腔諧振器16中，通過一形成在空腔諧振器16的一部分中的開口16-1發(fā)射和接收波可獲得一運動物體檢測信號。
把一場效應(yīng)晶體管(FET)如砷化鎵場效應(yīng)晶體管(GaAs FET)或異質(zhì)結(jié)場效應(yīng)晶體管(HEMT)用作振蕩器。
如圖所示，現(xiàn)有技術(shù)的運動物體檢測裝置都有兩個獨立的天線，發(fā)射天線12和接收天線13，從用作振蕩器的場效應(yīng)晶體管的漏區(qū)或源極提取出一作為檢測輸出的差拍分量。所有電路元件都裝在一電路板上，整個結(jié)構(gòu)裝在空腔諧振器16中，兩天線位于形成在空腔諧振器的一部分中的開口旁；需要時，可連接一外部天線。
圖8為空腔諧振器16、其上裝有電路元件如發(fā)射天線12和接收天線13的電路板18和外部天線17的配置示意圖。電路板18裝在空腔諧振器16中以提高天線效率等，空腔諧振器16上形成有開口16-1，使得天線12和13可向外部發(fā)射波和從外部接收波。需要時，外部天線17裝在空腔諧振器16的開口16-1中。
在上述現(xiàn)有技術(shù)的運動物體檢測裝置中，圖6所示單元件型的電路簡單，但問題是，如場效應(yīng)晶體管的放大增益不夠大，無法獲得滿意的接收靈敏度。
另一方面，圖7所示的兩元件型運動物體檢測裝置的問題是，由于電路復(fù)雜和元件數(shù)多，因此成本提高。
在單元件型和兩元件型運動物體檢測裝置中，由于所有電路元件都裝在空腔諧振器中，因此當(dāng)改變運動物體檢測區(qū)時必須把一天線連接到該開口上，因此問題是，不但成本提高，而且檢測器的尺寸也增大。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的一個目的是提供一種結(jié)構(gòu)簡單、尺寸和成本降低的運動物體檢測裝置。
按照本發(fā)明運動物體檢測裝置，一從一用作振蕩器的場效應(yīng)晶體管的柵區(qū)的振蕩輸出經(jīng)一諧振線耦合到一發(fā)射-接收天線，在該柵區(qū)接收一從該天線發(fā)射并作為反射波返回的波，將來自該柵區(qū)的由發(fā)射波與反射波之間的相位差造成的差拍信號分量輸出取作為運動物體檢測信號。
該場效應(yīng)晶體管和諧振線形成在一多層印制板上并裝在一空腔諧振器中，該天線設(shè)在該多層印制板底面上并由一種三板結(jié)構(gòu)槽口耦合到該諧振線上。
該場效應(yīng)晶體管使用砷化鎵場效應(yīng)晶體管或異質(zhì)結(jié)場效應(yīng)晶體管。
按照本發(fā)明，由于該運動物體檢測裝置利用一振蕩器和一發(fā)射-接收天線構(gòu)成，因此電路構(gòu)造可被簡化，尺寸和成本可被降低。此外，由于天線可設(shè)于空腔諧振器外部，因此提高了天線設(shè)計的自由度。因此，即使當(dāng)運動物體檢測區(qū)改變時，也無需如現(xiàn)有技術(shù)那樣在開口上連接一天線。


從結(jié)合附圖對優(yōu)選實施例的以下說明中可清楚看出本發(fā)明的上述目的和特征，附圖中圖1為一運動物體檢測裝置的方框圖；圖2為示出一種使用該運動物體檢測裝置檢測一運動物體的方法的原理的示意圖；圖3為示出從該運動物體檢測裝置發(fā)射的波與從一物體反射的波之間的相位關(guān)系的示意圖；圖4A-4C為各示出發(fā)射波和反射波及其疊加波之間的關(guān)系的示意圖；圖5為示出疊加波的包絡(luò)的示意圖；圖6為示出一現(xiàn)有技術(shù)的單元件型運動物體檢測裝置的示意圖；圖7為示出一現(xiàn)有技術(shù)的兩元件型運動物體檢測裝置的示意圖；圖8為簡示出該運動物體檢測裝置的結(jié)構(gòu)(配置)的示意圖；圖9為示出一本發(fā)明的運動物體檢測裝置的主要部分的示意圖；圖10為示出本發(fā)明運動物體檢測裝置的一個具體結(jié)構(gòu)例的示意圖；圖11為示出一種三板結(jié)構(gòu)的示意圖；以及圖12為示出本發(fā)明的運動物體檢測裝置外觀的示意圖。
具體實施例方式
圖9示出根據(jù)本發(fā)明的運動物體檢測裝置的主要部分。一場效應(yīng)晶體管11，如砷化鎵場效應(yīng)晶體管或異質(zhì)結(jié)場效應(yīng)晶體管，用作一空腔諧振器16中的振蕩器，場效應(yīng)晶體管11的柵區(qū)經(jīng)一諧振線20連接到一個設(shè)在空腔諧振器16外部的發(fā)射-接收天線19。該場效應(yīng)晶體管的源極和漏極之一與一電源連接，另一極接地。場效應(yīng)晶體管11的輸出經(jīng)諧振線20耦合到發(fā)射-接收天線19并向外發(fā)射；用同一發(fā)射-接收天線19接收反射波，并從一連接在天線19與場效應(yīng)晶體管11之間的節(jié)點P取得運動物體檢測信號，即檢測輸出。
通常，場效應(yīng)晶體管的柵區(qū)(柵極)由于其敏感而與外部隔離。相反，本發(fā)明利用這一特性實現(xiàn)一種使用簡單電路就能檢測運動物體的結(jié)構(gòu)。即，從用作振蕩器的場效應(yīng)晶體管11柵區(qū)的振蕩輸出經(jīng)諧振線20耦合到設(shè)在空腔諧振器16外部的發(fā)射-接收天線19，反射波被接收并耦合到同一柵區(qū)；當(dāng)來從外部的反射波加到場效應(yīng)晶體管11上時，產(chǎn)生一等于相位差的差拍信號分量，該分量是在諧振線2上的輸出并作為檢測輸出，即運動物體檢測信號。
這一結(jié)構(gòu)可把單個發(fā)射-接收天線設(shè)置在空腔諧振器16外部，從而可減少電路元件數(shù)，使整個尺寸減小。此外，當(dāng)檢測區(qū)變動時，只須改變外部天線的形狀，無需另外使用外部天線。
圖10例示出本發(fā)明運動物體檢測裝置的一種具體結(jié)構(gòu)。在該圖中，場效應(yīng)晶體管11的柵區(qū)與諧振線20連接，諧振線20轉(zhuǎn)而槽口耦合(SC)到設(shè)在空腔諧振器16外部的發(fā)射-接收天線19。場效應(yīng)晶體管11例如使用異質(zhì)結(jié)場效應(yīng)晶體管或砷化鎵場效應(yīng)晶體管。場效應(yīng)晶體管11的漏極和源極之一接地，另一極經(jīng)一匹配短線21和一電阻R1與一電源Vcc連接。23為高頻消除短線。諧振線20經(jīng)一電容C和一電阻R3接地，并經(jīng)一電阻R2與該電源連接；從連接在電阻R2與電容C之間的一節(jié)點取得檢測輸出。22為一高頻消除短線。除了天線19，這些電路元件都設(shè)置在空腔諧振器16內(nèi)部。
圖11例示出一用來槽口耦合諧振線20與發(fā)射-接收天線19的三板結(jié)構(gòu)。天線19設(shè)置在空腔諧振器16外部并用該三板結(jié)構(gòu)槽口耦合。在圖11中，標(biāo)號19為天線，18-1、18-2和18-3為構(gòu)成一電路板18的介電芯件，21為其中有一槽口S的接地件，20為諧振線。由于用上述三板結(jié)構(gòu)把天線19槽口耦合到諧振線20上，因此可把天線19設(shè)置在空腔諧振器16外部。如圖11所示，諧振線20置于電路板18上并裝在空腔諧振器16中。另一方面，天線19設(shè)在電路板18的底面上并位于空腔諧振器16外部。
在上述檢測電路中，使用常規(guī)的介電振蕩電路增加?xùn)艆^(qū)傳輸線，槽口S在該分層結(jié)構(gòu)中的位置離開一開口端的距離為所使用頻率的波長λ的1/4(λ/4)。這一位置根據(jù)電路板的介電常數(shù)而變。把一天線19如插接(配接)天線裝在電路板的底面上，使其位置與槽口S的中心對準(zhǔn)。這可提供天線設(shè)計的自由度。
圖12示出與圖11所示三板結(jié)構(gòu)的插接天線19和電路板18裝配在一起的空腔諧振器16的外觀。如圖12所示，插接天線裝在電路板18底面上，電路板18頂面由空腔諧振器16蓋住。
權(quán)利要求
1.一種運動物體檢測裝置，其中，一從一用作振蕩器的場效應(yīng)晶體管的柵區(qū)的振蕩輸出經(jīng)一諧振線耦合到一發(fā)射-接收天線，在所述柵區(qū)接收一從所述天線發(fā)射并作為反射波返回的波，將來自所述柵區(qū)的由所述發(fā)射波與所述反射波之間的相位差造成的一差拍信號分量輸出取作為運動物體檢測信號。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的運動物體檢測裝置，其特征在于，所述場效應(yīng)晶體管和所述諧振線形成在一多層印制板上并裝在一空腔諧振器中，所述天線裝在所述多層印制板的底面上并用一種三板結(jié)構(gòu)槽口耦合到所述諧振線。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的運動物體檢測裝置，其特征在于，所述場效應(yīng)晶體管為砷化鎵場效應(yīng)晶體管或異質(zhì)結(jié)場效應(yīng)晶體管。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的運動物體檢測裝置，其特征在于，所述場效應(yīng)晶體管為砷化鎵場效應(yīng)晶體管或異質(zhì)結(jié)場效應(yīng)晶體管。
全文摘要
一種運動物體檢測裝置，其中，一從一用作振蕩器的場效應(yīng)晶體管的柵區(qū)的振蕩輸出經(jīng)一諧振線與一發(fā)射－接收天線耦合，在所述柵區(qū)接收一從所述天線發(fā)射并作為反射波返回的波，將來自所述柵區(qū)的由所述發(fā)射波與所述反射波之間的相位差造成的一差拍信號分量輸出取作為運動物體檢測信號。
文檔編號G01R27/04GK1484041SQ03149820
公開日2004年3月24日 申請日期2003年7月25日 優(yōu)先權(quán)日2002年7月29日
發(fā)明者土橋長一郎, 佐佐木羲弘, 白鳥英喜, 喜, 羲弘 申請人:富士通天株式會社, 富士通株式會社