具有距離閘功能的微波偵測(cè)器的制造方法
【專利摘要】一種微波偵測(cè)器，包含主動(dòng)式天線模塊，用來(lái)朝目標(biāo)發(fā)射第一FMCW信號(hào)，并接收由目標(biāo)反射回來(lái)的第二FMCW信號(hào)。射頻晶體管的第二埠和控制端口耦接回路天線的發(fā)射端和接收端，且控制埠與第二埠為反相，分別用來(lái)解調(diào)第一及第二FMCW信號(hào)，以產(chǎn)生差頻信號(hào)。再利用另一解調(diào)器解調(diào)差頻信號(hào)以產(chǎn)生都卜勒信號(hào)。本偵測(cè)器利用電路上二階段的降頻方式代替軟件，用來(lái)依據(jù)差頻信號(hào)計(jì)算偵測(cè)器與目標(biāo)之間的距離，以及依據(jù)都卜勒信號(hào)計(jì)算目標(biāo)的移動(dòng)速度。并利用調(diào)頻連續(xù)波的距離閘特性控制，律定目標(biāo)的偵測(cè)范圍，再依據(jù)其移動(dòng)速度來(lái)啟動(dòng)傳感器觸發(fā)功能。
【專利說(shuō)明】具有距離閘功能的微波偵測(cè)器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明為一種微波偵測(cè)器，尤指一種用于偵測(cè)距離及速度的微波偵測(cè)器。

【背景技術(shù)】
[0002] 請(qǐng)參閱圖1，圖1為現(xiàn)有技術(shù)中微波偵測(cè)器的結(jié)構(gòu)示意圖。微波偵測(cè)器1包括一射 頻模塊10、一調(diào)變電路11、一中頻模塊20、一數(shù)字信號(hào)處理器30、一發(fā)射天線15和一接收 天線16、射頻模塊10包含有一壓控振蕩器12、一功率分配器13、一驅(qū)動(dòng)放大器14、一低噪 聲放大器17以及一混波器18。調(diào)變電路11是用以產(chǎn)生所需的調(diào)變信號(hào)，然后將該調(diào)變信 號(hào)輸出至壓控振蕩器12。壓控振蕩器12是一種電子振蕩電路設(shè)計(jì)，可經(jīng)由輸入電壓的不同 來(lái)控制振蕩頻率，最后輸出調(diào)頻連續(xù)波，并由發(fā)射天線15發(fā)射出發(fā)射波。但是在經(jīng)過(guò)發(fā)射 天線15之前，功率分配器13會(huì)將壓控振蕩器12輸出功率的一部分輸入到混波器18,以利 于之后獲得中頻信號(hào)。同時(shí)，調(diào)頻連續(xù)波在被發(fā)射天線15接收之前，會(huì)經(jīng)由驅(qū)動(dòng)放大器14 做放大處理。
[0003] 接收天線16于接收到反射后的調(diào)頻連續(xù)波之后，會(huì)將所接收到的信號(hào)輸入至混 波器18,但是信號(hào)在傳遞到混波器18之前，會(huì)先經(jīng)過(guò)低噪聲放大器17,將信號(hào)做放大處理 的同時(shí)，又盡可能抑制噪聲，以便于后續(xù)的電子組件做處理。然后混波器18會(huì)計(jì)算出發(fā)射 波與接收波之間的頻率差，進(jìn)而降頻并輸出中頻信號(hào)。接著，再透過(guò)后端的中頻模塊20來(lái) 律定偵測(cè)距離范圍，以取得偵測(cè)目標(biāo)的數(shù)據(jù)。最后會(huì)經(jīng)過(guò)模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換，將信號(hào)送至數(shù)字信 號(hào)處理器30中，再以數(shù)字信號(hào)處理器30進(jìn)行傅立葉變換計(jì)算目標(biāo)距離。若需進(jìn)行相對(duì)速 度的量測(cè)，則多以目標(biāo)通過(guò)的時(shí)間推導(dǎo)速度或以發(fā)射與接收差頻信號(hào)的頻率差計(jì)算速度。
[0004] 然而微波偵測(cè)器1是將天線15、16與射頻模塊10做分開(kāi)獨(dú)立的設(shè)計(jì)，然后做進(jìn)一 步的整合。但是微波偵測(cè)器1是以標(biāo)準(zhǔn)雷達(dá)原理作為偵測(cè)方式，換句話說(shuō)，即主要是以功率 大小作為偵測(cè)距離遠(yuǎn)近的參考。同時(shí)天線的尺寸與工作頻率為直接相關(guān)，當(dāng)工作頻率愈低 時(shí)，尺寸愈大，但是3dB波束寬度較大，偵測(cè)的范圍也較廣。反之，當(dāng)工作頻率愈高時(shí)，尺寸 愈小，但是3dB波束寬度變小，偵測(cè)的范圍也相對(duì)變小。當(dāng)采用雙天線架構(gòu)時(shí)，因?yàn)槭褂秒p 天線必定使體積變大，非常不適用于一般的小型偵測(cè)器。但是若提高載波頻率，又會(huì)導(dǎo)致天 線的3dB波束寬度變小，并不利于寬角度環(huán)境下的移動(dòng)物體偵測(cè)。另外數(shù)字信號(hào)處理器30 必須使用大量傅立葉變換以計(jì)算目標(biāo)距離，再進(jìn)行速度計(jì)算，因此數(shù)字信號(hào)處理器30的設(shè) 計(jì)復(fù)雜度較高，因此不符合低單價(jià)、小體積（直徑在2cm以內(nèi)）、低耗能（耗能在I. 5W以內(nèi)） 的產(chǎn)品，并且需考慮距離閘條件下進(jìn)行量測(cè)速度（三段距離閘）。
[0005] 因此，如何設(shè)計(jì)出新的微波偵測(cè)器，不僅將天線與射頻模塊得以整合在一起，同時(shí) 減少數(shù)字信號(hào)處理器設(shè)計(jì)復(fù)雜度，以因應(yīng)微型化實(shí)體的需求，便成為十分重要的課題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 因此，本發(fā)明的目的是提供一種低功率的微波偵測(cè)器，包含一主動(dòng)式天線模塊，用 來(lái)以一掃頻周期朝一目標(biāo)發(fā)射一第一調(diào)頻連續(xù)波信號(hào)，并接收由該目標(biāo)反射回來(lái)的一第二 調(diào)頻連續(xù)波信號(hào)，其包含：一回路天線，其包含一發(fā)射端以及一接收端，該發(fā)射端用來(lái)傳遞 該第一調(diào)頻連續(xù)波信號(hào)，該接收端用來(lái)傳遞該第二調(diào)頻連續(xù)波信號(hào)；以及一射頻晶體管，具 有一控制埠、一第一埠以及一第二埠，該第二埠耦接該發(fā)射端，該控制埠耦接該接收端，且 該控制埠與該第二埠為反相。該微波偵測(cè)器另包含第一低通濾波器，電性連接該射頻晶體 管的第一埠，其中該第一低通濾波器與該射頻晶體管形成一第一解調(diào)器，該第一解調(diào)器用 來(lái)依據(jù)一距離閘解調(diào)出一差頻信號(hào)，且該差頻信號(hào)具有該第一調(diào)頻連續(xù)波信號(hào)和該第二調(diào) 頻連續(xù)波信號(hào)的頻率差；一第二解調(diào)器，電性連接該射頻晶體管的第一埠，用來(lái)解調(diào)該差頻 信號(hào)以產(chǎn)生一都卜勒信號(hào)，該都卜勒信號(hào)的頻率等于一上掃差頻和一下掃差頻的頻率差； 一調(diào)變模塊，電性連接于該主動(dòng)式天線模塊，用來(lái)依據(jù)從數(shù)個(gè)距離閘之中選取的一距離閘 產(chǎn)生一調(diào)變信號(hào)予該主動(dòng)式天線模塊，該第一調(diào)頻連續(xù)波信號(hào)的帶寬依據(jù)該調(diào)變信號(hào)的振 幅調(diào)整，其中該數(shù)個(gè)距離閘是一對(duì)一對(duì)應(yīng)數(shù)個(gè)第一調(diào)頻連續(xù)波信號(hào)的帶寬；及一鑒別控制 模塊，電性連接該調(diào)變模塊，用來(lái)于該目標(biāo)位于該距離閘之外時(shí)，忽略對(duì)該目標(biāo)的計(jì)算，并 用來(lái)于該目標(biāo)位于該距離閘之內(nèi)時(shí)，依據(jù)該差頻信號(hào)計(jì)算該微波偵測(cè)器與該目標(biāo)之間的距 離，以及依據(jù)該都卜勒信號(hào)的頻率計(jì)算該目標(biāo)的移動(dòng)速度。
[0007] 依據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，該微波偵測(cè)器另包含一第一低通濾波器，電性連接于該射 頻晶體管的第一埠。
[0008] 依據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，該射頻晶體管為一雙極性接面晶體管，該控制埠為一基極， 該第一埠為一發(fā)射極，且該第二埠為一集電極。
[0009] 依據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，該射頻晶體管為一場(chǎng)效晶體管，且該場(chǎng)效晶體管包含一假 型高速電子遷移率晶體管，該控制埠為一柵極，該第一埠為一源極，且該第二埠為一漏極。 [0010] 依據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，該微波偵測(cè)器另包含一第一電容，該第一電容的兩端跨接 該射頻晶體管的該第一埠和該第二端口，其中該回路天線包含：一第一電感，耦接于該射頻 晶體管的該第二埠；一第二電感；一第三電感，耦接于該射頻晶體管的該控制埠；一第二電 容，耦接于該第一電感和該第二電感之間；以及一第三電容，耦接于該第二電感和該第三電 感之間。
[0011] 依據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，該調(diào)變信號(hào)產(chǎn)生器是一數(shù)字信號(hào)處理器的數(shù)字轉(zhuǎn)模擬接 口，合成產(chǎn)生該調(diào)變信號(hào)。
[0012] 依據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，該調(diào)變信號(hào)產(chǎn)生器為具有一運(yùn)算放大器的加法器，其包含 數(shù)個(gè)輸入端以及一輸出端，每一輸入端與該運(yùn)算放大器的輸入正端之間耦接不同電阻，當(dāng) 其中一個(gè)輸入端接地時(shí)，其余輸入端接浮接，用來(lái)輸出具有不同振幅的該調(diào)變信號(hào)。
[0013] 依據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，該鑒別控制模塊包含一距離計(jì)算單元，電性連接于該射頻 晶體管的第一埠，用來(lái)依據(jù)一第一關(guān)系式計(jì)算該微波偵測(cè)器與該目標(biāo)之間的距離，該第一 關(guān)系式為R=fbXcXT) /(2XB),R為該微波偵測(cè)器與該目標(biāo)之間的距離，fb為差頻信號(hào)， B為掃頻帶寬，c為光速，T為掃頻周期。
[0014] 依據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，該主動(dòng)式天線模塊射出該第一調(diào)頻連續(xù)波信號(hào)的方向與該 目標(biāo)移動(dòng)方向呈一夾角，該速度計(jì)算單元用來(lái)依據(jù)該夾角、光速、該第一調(diào)頻連續(xù)波信號(hào)的 載波的中心頻率計(jì)算該目標(biāo)移動(dòng)方向的速度。
[0015] 依據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，該鑒別控制模塊包含一速度計(jì)算單元，用來(lái)依據(jù)一第二關(guān) 系式計(jì)算該目標(biāo)移動(dòng)方向的速度，該第二關(guān)系式為V= (fV_fb+)Xe/(2XfeXcos0 ),V為 該目標(biāo)移動(dòng)方向的速度，fV為該下掃差頻，fb+為該上掃差頻，C為光速,f。為該載波中心頻 率。
[0016] 依據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，該第二解調(diào)器包含：一包跡檢測(cè)器，電性連接該射頻晶體管 的第一埠；及一第二低通濾波器，電性連接包跡檢測(cè)器，用來(lái)輸出該都卜勒信號(hào)。
[0017] 依據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，該第一解調(diào)器具有距離閘功能的偵測(cè)方式，律定該目標(biāo)的 偵測(cè)范圍。
[0018] 相較于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的微波偵測(cè)器適用于小型偵測(cè)器，應(yīng)用于短距離但是涵 蓋角度大時(shí)的移動(dòng)目標(biāo)偵測(cè)。由于其將射頻模塊的震蕩器、混波器與天線整合為一體，更使 射頻收發(fā)機(jī)得以簡(jiǎn)化并縮小體積。同時(shí)將壓控振蕩器與混波器以一顆BJT或是FET(例如： P-Hemt)取代，無(wú)論在體積或是功耗率上，都有明顯的改善。此外，本發(fā)明的微波偵測(cè)器的解 調(diào)器利用二極管配合低通濾波器取代混波器，進(jìn)行二階段的降頻解調(diào)。另外本發(fā)明的微波 偵測(cè)器直接且快速由電路硬件取出并計(jì)算距離及速度等兩種數(shù)據(jù)，大幅度減少傳統(tǒng)微波偵 測(cè)器的數(shù)字信號(hào)處理器設(shè)計(jì)的復(fù)雜度。此外，本發(fā)明利用改變調(diào)變信號(hào)產(chǎn)生器產(chǎn)生的調(diào)變 信號(hào)的振幅以調(diào)整調(diào)變連續(xù)波信號(hào)的射頻帶寬大小，來(lái)控制不同偵測(cè)范圍。本發(fā)明設(shè)定多 個(gè)偵測(cè)范圍，只有在設(shè)定的偵測(cè)范圍內(nèi)的目標(biāo)才會(huì)被感應(yīng)，將各段偵測(cè)范圍設(shè)定明顯化。 [0019] 為讓本發(fā)明的上述內(nèi)容能更明顯易懂，下文特舉較佳實(shí)施例，并配合所附圖式，作 詳細(xì)說(shuō)明如下：

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0020] 圖1為現(xiàn)有技術(shù)中微波偵測(cè)器的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021] 圖2為本發(fā)明的微波偵測(cè)器的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022] 圖3是圖2的主動(dòng)式天線模塊的等效電路圖。
[0023] 圖4為本發(fā)明的主動(dòng)式天線模塊的結(jié)構(gòu)的橫向剖面圖。
[0024] 圖5為圖4的主動(dòng)式天線模塊的正面以及反面結(jié)構(gòu)的對(duì)照?qǐng)D。
[0025] 圖6為圖4的主動(dòng)式天線模塊的結(jié)構(gòu)的正視圖。
[0026] 圖7是本發(fā)明微波偵測(cè)器發(fā)射的第一調(diào)頻連續(xù)波信號(hào)以及接收的第二調(diào)頻連續(xù) 波信號(hào)的頻率與時(shí)間關(guān)系圖。
[0027] 圖8為第二解調(diào)器的電路圖。
[0028] 圖9為掃頻帶寬與距離的關(guān)系圖。
[0029] 圖10為圖2調(diào)變信號(hào)產(chǎn)生器的實(shí)施例的電路圖。

【具體實(shí)施方式】
[0030] 以下各實(shí)施例的說(shuō)明是參考附加的圖式，用以例示本發(fā)明可用以實(shí)施的特定實(shí)施 例。本發(fā)明所提到的方向用語(yǔ)，例如"上"、"下"、"前"、"后"、"左"、"右"、"頂"、"底"、"水平"、 "垂直"等，僅是參考附加圖式的方向。因此，使用的方向用語(yǔ)是用以說(shuō)明及理解本發(fā)明，而 非用以限制本發(fā)明。
[0031] 請(qǐng)參考圖2,圖2為本發(fā)明的微波偵測(cè)器100的結(jié)構(gòu)示意圖。微波偵測(cè)器100包含 一主動(dòng)式天線模塊110、一第一低通濾波器120、一調(diào)變模塊130、一第二解調(diào)器140b、一鑒 別控制模塊160以及一啟動(dòng)單元170。主動(dòng)式天線模塊110整合天線和射頻模塊的功能， 包含一回路天線101和一射頻晶體管102?；芈诽炀€101用來(lái)朝一目標(biāo)發(fā)射一第一調(diào)頻連 續(xù)波（frequencymodulationcontinuouswave，F(xiàn)MCW)信號(hào)，并接收由目標(biāo)反射回來(lái)的一 第二調(diào)頻連續(xù)波信號(hào)。第一低通濾波器120與射頻晶體管102形成一第一解調(diào)器104a，第 一解調(diào)器l〇4a用來(lái)依據(jù)一距離閘解調(diào)該第一調(diào)頻連續(xù)波信號(hào)和第二調(diào)頻連續(xù)波信號(hào)以產(chǎn) 生一差頻信號(hào)，且該差頻信號(hào)具有該第一調(diào)頻連續(xù)波信號(hào)和該第二調(diào)頻連續(xù)波信號(hào)的頻率 差。第二解調(diào)器140b用來(lái)解調(diào)該差頻信號(hào)以產(chǎn)生一都卜勒信號(hào)，該都卜勒信號(hào)的頻率等于 一上掃差步頁(yè)（up-sweepbeatfrequency)和一下掃差步頁(yè)（down-sweepbeatfrequency)之 間的頻率差。調(diào)變模塊130電性連接于主動(dòng)式天線模塊110,用來(lái)依據(jù)從數(shù)個(gè)距離閘之中 選取的一距離閘產(chǎn)生一調(diào)變信號(hào)予主動(dòng)式天線模塊110。該第一調(diào)頻連續(xù)波信號(hào)的帶寬依 據(jù)該調(diào)變信號(hào)的振幅調(diào)整，其中該數(shù)個(gè)距離閘是一對(duì)一對(duì)應(yīng)數(shù)個(gè)第一調(diào)頻連續(xù)波信號(hào)的帶 寬。鑒別控制模塊160電性連接調(diào)變模塊130,用來(lái)于該目標(biāo)位于該距離閘之外時(shí)，忽略對(duì) 該目標(biāo)的計(jì)算，并用來(lái)于該目標(biāo)位于該距離閘之內(nèi)時(shí)，依據(jù)該差頻信號(hào)計(jì)算微波偵測(cè)器100 與該目標(biāo)之間的距離，以及依據(jù)該都卜勒信號(hào)的頻率計(jì)算該目標(biāo)的移動(dòng)速度，并依據(jù)所計(jì) 算出的速度與距離決定是否產(chǎn)生觸發(fā)信號(hào)。啟動(dòng)單元170則依據(jù)該觸發(fā)信號(hào)決定是否啟動(dòng) 其它控制，例如發(fā)出警示、閃燈等操作。調(diào)變模塊130用來(lái)于依據(jù)不同偵測(cè)距離而產(chǎn)生不同 振幅的調(diào)變信號(hào)。各組件的結(jié)構(gòu)與運(yùn)作容后詳述。
[0032] 請(qǐng)參閱圖3,圖3是圖2的主動(dòng)式天線模塊110的等效電路圖。主動(dòng)式天線模塊110 具有自身混波解調(diào)架構(gòu)，包含有一回路天線101和一射頻晶體管102?；芈诽炀€101具有發(fā) 射端101T以及接收端101R，發(fā)射端101T用來(lái)傳遞該第一調(diào)頻連續(xù)波信號(hào)，接收端101R用 來(lái)傳遞該第二調(diào)頻連續(xù)波信號(hào)?；芈诽炀€101包含一第一電感L11、一第二電感L12、一第 三電感L13、一第一電容C11、一第二電容C12、一第三電容C13以及一變?nèi)荻O管103。射 頻晶體管102具有控制埠1023、第一埠1021以及第二埠1022。第二埠1022耦接發(fā)射端 101T，控制埠1023耦接接收端101R。第一埠1021及第二埠1022分別連接第一電容Cll的 兩端。第一埠1021電性連接第一低通濾波器120,用以作為中頻（基頻）解調(diào)信號(hào)的輸出 端。變?nèi)荻O管103并聯(lián)于第二電容C12。
[0033] 值得注意的是，在圖3中，發(fā)射端101T與接收端101R必需要相位差180°以形成 正回授電路，才能使回路天線101獲得良好的振蕩。射頻晶體管102以雙極性接面晶體管 (bipolarjunctiontransistor，BJT)表示，但事實(shí)上，射頻晶體管102亦可以為場(chǎng)效晶體 管（fieldeffecttransistor，F(xiàn)ET)，若為場(chǎng)效晶體管（fieldeffecttransistor，F(xiàn)ET) 時(shí)，可以為假型高速電子遷移率晶體管（P-Hemt)。當(dāng)射頻晶體管102為BJT時(shí)，控制埠1023 為一基極，第一埠1021也就是降頻埠為一發(fā)射極，而第二埠1022為一集電極。而當(dāng)射頻晶 體管102為FET時(shí)，控制埠1023為一柵極，第一埠1021也就是降頻埠為一源極，而第二埠 1022為一漏極。
[0034] 請(qǐng)參考圖4和圖5,圖4為本發(fā)明的主動(dòng)式天線模塊的結(jié)構(gòu)的橫向剖面圖，圖5為 圖4的主動(dòng)式天線模塊的正面以及反面結(jié)構(gòu)的對(duì)照?qǐng)D。主動(dòng)式天線模塊110包含有一第一 微帶天線金屬1011、一第二微帶天線金屬1012、一第三微帶天線金屬1013、一基板106、一 射頻晶體管102、一第一稱合金屬片1051、一第二稱合金屬片1052以及一第三稱合金屬片 1053。第一微帶天線金屬1011、第二微帶天線金屬1012以及第三微帶天線金屬1013設(shè)置 于基板106的第一表面107(即正面）上。而第一稱合金屬片1051、第二稱合金屬片1052 以及第三稱合金屬片1053設(shè)置于基板106的第二表面108(即反面）上，第一表面107和 第二表面108指基板106的相對(duì)兩面。第一微帶天線金屬1011、第二微帶天線金屬1012、 第三微帶天線金屬1013、基板106、第一稱合金屬片1051、第二稱合金屬片1052以及第三 耦合金屬片1053構(gòu)成如圖2所示的回路天線101。第一微帶天線金屬1011、第二微帶天線 金屬1012、第三微帶天線金屬1013、第一稱合金屬片1051、第二稱合金屬片1052以及第三 耦合金屬片1053的材質(zhì)可以為銅箔。射頻晶體管102的第一埠1021、第二埠1022以及控 制埠1023分別連接至第一稱合金屬片1051、第一微帶天線金屬1011以及第三微帶天線金 屬1013,且第一埠1021為一降頻埠，用以作為中頻（基頻）解調(diào)信號(hào)的輸出端。貫孔A、貫 孔H、貫孔D、貫孔E均貫通基板106且有銅箔貼附以形成導(dǎo)電通道。貫孔A連接第一微帶 天線金屬1011，也是做為天線電源信號(hào)輸入端，即一天線電源信號(hào)經(jīng)由第一微帶天線金屬 1011(等效于圖3的第一電感L11)輸入。貫孔H連接第二微帶天線金屬1012,也是做為調(diào)變 信號(hào)輸入端，亦即貫孔H耦接于調(diào)變模塊130,使調(diào)變信號(hào)經(jīng)由第二微帶天線金屬1012 (等 效于圖3的第二電感L12)輸入，且該調(diào)變信號(hào)可為三角波或是弦波。貫孔D連接第三微帶 天線金屬1013,也是做為射頻晶體管102的偏壓輸入端，當(dāng)射頻晶體管102為FET時(shí)，貫孔 D所連接可以是固定電壓（可為接地端）。貫孔E連接第一耦合金屬片1051。
[0035] 主動(dòng)式天線模塊110另可包含一變?nèi)荻O管103,設(shè)置于第一表面107上。變?nèi)?二極管107兩端分別連接第一微帶天線金屬1011和第二微帶天線金屬1012。變?nèi)荻O管 107的電容會(huì)隨施加于其兩端的電壓變化而改變。當(dāng)主動(dòng)式天線模塊110應(yīng)用于FM調(diào)諧器 和FM調(diào)變電路時(shí)，用來(lái)調(diào)諧FM信號(hào)。
[0036] 請(qǐng)參閱圖6,圖6為圖4的主動(dòng)式天線模塊的結(jié)構(gòu)的正視圖。第一微帶天線金屬 1011的第一部分10111以及第一耦合金屬片1051重疊之處構(gòu)成一第一電容C11。第一微 帶天線金屬1011的第二部分10112、與第一微帶天線金屬1011的第二部分10112相鄰的第 二微帶天線金屬1012的第一部分10121以及第二耦合金屬片1052重疊之處構(gòu)成一第三電 容C13。第一微帶天線金屬1011大致呈一弧型結(jié)構(gòu)，其第一部分10111和第二部份10112 分別位于該弧型結(jié)構(gòu)的兩端。第二微帶天線金屬1012的第二部分10122、與第二微帶天線 金屬1012的第二部分10122相鄰的第三微帶天線金屬1013的第一部分10131以及第三耦 合金屬片1053重疊之處構(gòu)成一第二電容C12。第二微帶天線金屬1012大致呈一弧型結(jié)構(gòu)， 其第一部分10121和第二部份10122分別位于該弧型結(jié)構(gòu)的兩端。射頻晶體管102則設(shè)置 于第一表面107上，射頻晶體管102的控制埠1023連接至第三微帶天線金屬1013。
[0037] 在設(shè)計(jì)本發(fā)明的回路天線101時(shí)，必需透過(guò)實(shí)驗(yàn)的方式進(jìn)行分析驗(yàn)證，即是將本 發(fā)明的主動(dòng)式天線模塊110轉(zhuǎn)換成如圖2所示的雙端口電路。請(qǐng)一并參考圖6,平面的回 路天線101其圓周長(zhǎng)約為射頻波長(zhǎng)的二分之一（A/2=2r)，其正面的第一微帶天線金屬 1011、第二微帶天線金屬1012以及第三微帶天線金屬1013的外緣直徑為17. 1mm，則其頻率 應(yīng)大于2. 79GHz，但以圖6的結(jié)構(gòu)可知，反面的銅箔實(shí)為等效的金屬耦合電容，使得LC共振 器（LCTank)的等效長(zhǎng)度大于17.I(mm)的圓周長(zhǎng)，故使得天線頻率降至2. 79GHz以下。 另外在射頻晶體管102的相位控制，由于射頻晶體管102本身的漏極-柵極或是集電極-基 極存在不同電性相位長(zhǎng)度（PhaseDelay)，其與天線在工作頻率的相位長(zhǎng)度結(jié)合后，形成正 回授（180° )的長(zhǎng)度時(shí)，即形成最佳的震蕩條件。因此，經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)試，使用AT41486晶體 管作為震蕩器時(shí)，其震蕩頻率為2. 3-2. 4GHz，若采用BFR92晶體管作為震蕩器時(shí)，則其震蕩 頻率為2. 0-2. 1GHz，因此配合金屬耦合電容及不同晶體管，可以使在原尺寸在2. 79GHz震 蕩條件的天線，降至為2. 0-2.IGHz的震蕩，此一貢獻(xiàn)即使天線尺寸進(jìn)行縮裝與微型化。
[0038] 但是，必需注意的是，調(diào)整金屬耦合電容會(huì)影響回路天線101的穩(wěn)定性。以BJT作 為射頻晶體管102為例，由BJT的簡(jiǎn)易小信號(hào)模型方程式可知，若金屬等效耦合電容作為第 一電容Cll的電容值愈小，則射頻晶體管102內(nèi)部阻抗愈小，使得基極電流Ib值增大，而基 極電流Ib值增大就會(huì)使集電極電流I。值增大，因此回路天線101的射頻震蕩輻射穩(wěn)定性隨 之增加。另外，若射頻晶體管102為BJT時(shí)，必需要考慮到基極電流Ib、發(fā)射極電流Ie以及 集電極電流I。，而若射頻晶體管102為FET時(shí)，則必需考慮到柵極電流Is、源極電壓Vs以及 漏極電流ID。例如，發(fā)射極電流Ie決定了輻射信號(hào)的強(qiáng)弱，將直接影響偵測(cè)范圍，因此在設(shè) 計(jì)時(shí)就必需特別注意?？梢岳斫獾氖?，振蕩器的工作點(diǎn)可以經(jīng)由偏壓來(lái)決定，理論值很容易 求出，但是最適宜點(diǎn)則必需由實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，從信號(hào)噪聲比（S/N)大于要求的情形中找出最佳 的工作點(diǎn)。
[0039] 在此結(jié)構(gòu)中，第一微帶天線金屬1011、第二微帶天線金屬1012以及第三微帶天線 金屬1013與第一f禹合金屬片1051、第二f禹合金屬片1052以及第三f禹合金屬片1053可以形 成所欲選擇的等效電感值與等效電容值。如前所述，配合金屬耦合電容的長(zhǎng)度設(shè)計(jì)，可以將 主動(dòng)式天線模塊110的工作頻率向低頻做調(diào)整，換句話說(shuō)，即是將半波長(zhǎng)（Ag/2)等效的尺 寸加長(zhǎng)，并且以射頻晶體管102的工作點(diǎn)做調(diào)整，來(lái)補(bǔ)償其相位的不同。最終將可設(shè)計(jì)出第 一微帶天線金屬1011、第二微帶天線金屬1012以及第三微帶天線金屬1013與第一稱合金 屬片1051、第二耦合金屬片1052以及第三耦合金屬片1053作為與射頻晶體管102諧振時(shí) 的共振器。
[0040] 請(qǐng)?jiān)賲⒖紙D3,本發(fā)明的主動(dòng)式天線模塊110的工作頻率由電感值L(與第一微帶 天線金屬1011、第二微帶天線金屬1012以及第三微帶天線金屬1013的長(zhǎng)度相關(guān)）以及第 一、第二、第三電容Cll、C12、C13的電容值C(與第一電容Cll與第二、第三電容C12、C13 的長(zhǎng)度相關(guān)）所決定，當(dāng)LC值愈大時(shí)，射頻振蕩頻率就愈低；反之，當(dāng)LC值愈小時(shí)，則射頻 振蕩頻率就愈高。但是值得注意的是，射頻穩(wěn)定度與耦合電容、旁路電容的選擇有密切的關(guān) 聯(lián)。當(dāng)射頻晶體管102為BJT時(shí)，由簡(jiǎn)易小信號(hào)模型方程式I。= @Ib可知，若旁路電容C2的 電容值愈小，則射頻晶體管102內(nèi)部阻抗愈小，使得P值增大，亦即集電極電流I。值增大， 因此回路天線101的射頻穩(wěn)定度隨之增加。而當(dāng)當(dāng)射頻晶體管102為FET時(shí)，其簡(jiǎn)易小信 號(hào)模型方程式如下：

【權(quán)利要求】
1. 一種微波偵測(cè)器，其特征在于，包含： 主動(dòng)式天線模塊，用來(lái)以掃頻周期朝目標(biāo)發(fā)射第一調(diào)頻連續(xù)波信號(hào)，并接收由該目標(biāo) 反射回來(lái)的第二調(diào)頻連續(xù)波信號(hào)，其包含： 回路天線，其包含發(fā)射端以及接收端，該發(fā)射端用來(lái)傳遞該第一調(diào)頻連續(xù)波信號(hào)，該接 收端用來(lái)傳遞該第二調(diào)頻連續(xù)波信號(hào)；以及 射頻晶體管，具有控制埠、第一埠以及第二埠，該第二埠耦接該發(fā)射端，該控制埠耦接 該接收端，且該控制埠與該第二埠為反相； 第一低通濾波器，電性連接該射頻晶體管的第一埠，其中該第一低通濾波器與該射頻 晶體管形成第一解調(diào)器，該第一解調(diào)器用來(lái)依據(jù)一距離閘解調(diào)出差頻信號(hào)，且該差頻信號(hào) 具有該第一調(diào)頻連續(xù)波信號(hào)和該第二調(diào)頻連續(xù)波信號(hào)的頻率差； 第二解調(diào)器，電性連接該射頻晶體管的第一埠，用來(lái)解調(diào)該差頻信號(hào)以產(chǎn)生都卜勒信 號(hào)，該都卜勒信號(hào)的頻率等于上掃差頻和下掃差頻的頻率差； 調(diào)變模塊，電性連接于該主動(dòng)式天線模塊，用來(lái)依據(jù)從數(shù)個(gè)距離閘之中選取的一距離 閘產(chǎn)生一調(diào)變信號(hào)予該主動(dòng)式天線模塊，該第一調(diào)頻連續(xù)波信號(hào)的帶寬依據(jù)該調(diào)變信號(hào)的 振幅調(diào)整，其中該數(shù)個(gè)距離閘是一對(duì)一對(duì)應(yīng)數(shù)個(gè)第一調(diào)頻連續(xù)波信號(hào)的帶寬；以及 鑒別控制模塊，電性連接該調(diào)變模塊，用來(lái)于該目標(biāo)位于該距離閘之外時(shí)，忽略對(duì)該目 標(biāo)的計(jì)算，并用來(lái)于該目標(biāo)位于該距離閘之內(nèi)時(shí)，依據(jù)該差頻信號(hào)計(jì)算該微波偵測(cè)器與該 目標(biāo)之間的距離，以及依據(jù)該都卜勒信號(hào)的頻率計(jì)算該目標(biāo)的移動(dòng)速度。
2. 如權(quán)利要求1所述的微波偵測(cè)器，其特征在于：該射頻晶體管為雙極性接面晶體管， 該控制埠為基極，該第一埠為發(fā)射極，且該第二埠為集電極。
3. 如權(quán)利要求2所述的微波偵測(cè)器，其特征在于：該射頻晶體管為場(chǎng)效晶體管，且該場(chǎng) 效晶體管包含假型高速電子遷移率晶體管，該控制埠為柵極，該第一埠為源極，且該第二埠 為漏極。
4. 如權(quán)利要求1所述的微波偵測(cè)器，其特征在于：所述微波偵測(cè)器另包含第一電容，該 第一電容的兩端跨接該射頻晶體管的該第一埠和該第二端口，其中該回路天線包含： 第一電感，耦接于該射頻晶體管的該第二埠； 第二電感； 第三電感，耦接于該射頻晶體管的該控制埠； 第二電容，耦接于該第一電感和該第二電感之間；及 第三電容，耦接于該第二電感和該第三電感之間。
5. 如權(quán)利要求1所述的微波偵測(cè)器，其特征在于：該調(diào)變模塊包含一數(shù)字信號(hào)處理器 的數(shù)字轉(zhuǎn)模擬接口，合成產(chǎn)生該調(diào)變信號(hào)。
6. 如權(quán)利要求1所述的微波偵測(cè)器，其特征在于：該調(diào)變模塊包含具有一運(yùn)算放大器 的加法器，其包含數(shù)個(gè)輸入端以及一輸出端，每一輸入端與該運(yùn)算放大器的輸入正端之間 耦接不同電阻，當(dāng)其中一個(gè)輸入端接地時(shí)，其余輸入端接浮接，用來(lái)輸出具有不同振幅的該 調(diào)變信號(hào)。
7. 如權(quán)利要求1所述的微波偵測(cè)器，其特征在于：該鑒別控制模塊包含一距離計(jì)算單 元，電性連接于該射頻晶體管的第一埠，用來(lái)依據(jù)一第一關(guān)系式計(jì)算該微波偵測(cè)器與該目 標(biāo)之間的距離，該第一關(guān)系式為R= (fbXcXT)A2XB)，R為該微波偵測(cè)器與該目標(biāo)之間 的距離，fb為差頻信號(hào)，B為掃頻帶寬，c為光速，T為掃頻周期。
8. 如權(quán)利要求1所述的微波偵測(cè)器，其特征在于：該主動(dòng)式天線模塊射出該第一調(diào)頻 連續(xù)波信號(hào)的方向與該目標(biāo)移動(dòng)方向呈一夾角，該鑒別控制模塊用來(lái)依據(jù)該夾角、光速、該 第一調(diào)頻連續(xù)波信號(hào)的載波的中心頻率計(jì)算該目標(biāo)移動(dòng)方向的速度。
9. 如權(quán)利要求8所述的微波偵測(cè)器，其特征在于：該鑒別控制模塊包含一速度計(jì)算單 元，用來(lái)依據(jù)一第二關(guān)系式計(jì)算該目標(biāo)移動(dòng)方向的速度，該第二關(guān)系式為v=(fV-fb+)Xc/ (2Xf；Xcos9 ),v為該目標(biāo)移動(dòng)方向的速度，fj為該下掃差頻，fb+為該上掃差頻，c為光 速，f。為該載波中心頻率。
10. 如權(quán)利要求1所述的微波偵測(cè)器，其特征在于：該第二解調(diào)器包含： 包跡檢測(cè)器，電性連接該第一低通濾波器；及 第二低通濾波器，電性連接包跡檢測(cè)器，用來(lái)輸出該都卜勒信號(hào)。
11. 如權(quán)利要求1所述的微波偵測(cè)器，其特征在于：該第一解調(diào)器具有距離閘功能的偵 測(cè)方式，律定該目標(biāo)的偵測(cè)范圍。
【文檔編號(hào)】G01S13/58GK104515986SQ201310460098
【公開(kāi)日】2015年4月15日 申請(qǐng)日期:2013年9月30日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月30日
【發(fā)明者】張繼禾, 宋云鈞, 徐明聰, 黃仁志, 陸國(guó)忠, 曹昺昌, 蘇麗玉 申請(qǐng)人:均利科技股份有限公司