CN102043146A - 无线传感器装置 - Google Patents

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Abstract

一种可防止无线电波的干扰而且可实现装置小型化的无线传感器装置。该无线传感器装置(10)具备：第1及第2极化天线，构成为辐射波的极化面互相正交；第1混频电路(14a)，连接于第1极化天线上并输入在该第1极化天线接收的第1接收信号；第2混频电路(14b)，连接于第2极化天线上并输入在该第2极化天线接收的第2接收信号；信号发生电路(11)，生成向第1及第2极化天线馈送和向第1及第2混频电路(14a、14b)供给的脉冲信号；以及差动放大电路(15)，差动放大第1混频电路(14a)混合第1接收信号和脉冲信号后的混合输出、以及第2混频电路(14b)混合第2接收信号和脉冲信号后的混合输出。

Description

无线传感器装置
技术领域
本发明涉及一种利用无线电波从对象物的反射波检测出对象物的运动等的无线传感器装置。
背景技术
历来，作为此种无线传感器装置，公知如下装置：将振荡器的输出信号馈送到天线上并发射无线电波，然后接收该无线电波在对象物反射的反射波，而且从接收到的反射波检测出对象物的方位和运动(例如，参照专利文献1)。
图3为表示利用振荡器输出的脉冲信号检测对象物的运动等的无线传感器装置的图。在图3所示的无线传感器装置1上设有2个发送接收天线A1和A2。从RF振荡电路2在相同定时输出2个脉冲信号，并馈送给发送接收天线A1和A2，而且作为局部信号发送到混频电路3a和3b上。被供给了脉冲信号的发送接收天线A1和A2发射无线电波，并分别在发送接收天线A1和A2接收对象物O反射的反射波。接收到的反射波作为电接收信号被输入到混频电路3a和3b，并与从RF振荡电路2输入的一部分脉冲信号在时间上重合而被混合。混频电路3a和3b输出的信号被输入到差动放大电路4而差动放大，在低通滤波器(LPF)5取出低频成分(包含DC信号)。通过LPF5的信号在图中没有表示的A/D转换器被转换成数字信号并输入到信号处理电路6。在信号处理电路6，根据低通滤波器(LPF)5输出的低频成分信号，检测有没有对象物O的运动。如果对象物处于停止状态，左右混频电路3a、3b的输出就不发生变化，所以差动放大电路4的输出也不发生变化，但是，只要对象物O移动，左右混频电路3a、3b的输出就不同，所以在差动放大电路4被差动放大，从而能够通过输出信号的变化检测出对象物O的移动。随着对象物O的移动出现的差动放大电路4的差动放大输出信号为低频成分，因此在低通滤波器5对其去掉高频成分和不需要的噪声，只取出需要信号。
专利文献1：(日本)特开2004-245602号公报
但是，在图3所示的无线传感器装置1中，因为从RF振荡电路2同时向发送接收天线A1和A2提供脉冲信号，所以存在从各天线A1和A2同时发射出的无线电波成为对方的干扰波而互相干扰的问题。如上述无线传感器装置1，当为了提高天线接收灵敏度而2个发送天线A1和A2同时发射无线电波时，有必要确保对天线接收灵敏度及动态范围影响很大的天线之间的隔离。然而，为了解除干扰波的干扰而隔开天线之间的距离时，装置就变大型化，所以存在无法兼顾天线接收灵敏度和装置小型化的问题。
发明内容
本发明是鉴于上述以往问题而提出的，其目的在于提供一种从多个天线同时发射时防止从一个天线发射出的辐射波成为其他天线的干扰波而能够实现装置小型化的无线传感器装置。
本发明的无线传感器装置的特征在于，具备：第1及第2极化天线，构成为辐射波的极化面互相正交；第1混频电路，连接于上述第1极化天线上并输入该第1极化天线接收的第1接收信号；第2混频电路，连接于上述第2极化天线上并输入该第2极化天线接收的第2接收信号；信号发生电路，生成向上述第1及第2极化天线馈送而且向上述第1及第2混频电路供给的脉冲信号；以及差动放大电路，差动放大上述第1混频电路混合上述第1接收信号和上述脉冲信号后的混合输出、以及上述第2混频电路混合上述第2接收信号和上述脉冲信号后的混合输出。
根据该结构，从第1及第2极化天线发射互相正交的正交极化波，所以即使从第1及第2极化天线同时发射，从第1极化天线发射出的辐射波也不会成为第2极化天线的干扰波，从第2极化天线发射的辐射波也不会成为第1极化天线的干扰波，从而可防止对对方天线的干扰。因此，即使不扩大天线间隔，也能够防止无线电波的干扰，能实现无线传感器装置的小型化。
在上述无线传感器装置中，可用垂直极化天线来构成上述第1极化天线，用水平极化天线来构成上述第2极化天线。
在上述无线传感器装置中，可用右旋圆极化天线来构成上述第1极化天线，用左旋圆极化天线来构成上述第2极化天线。
在上述无线传感器装置中，上述第1极化天线和上述第2极化天线作为1个天线装置成为一体是最为理想的。根据该结构，能够使无线传感器装置更加小型化。
在上述无线传感器装置中，使上述第1及第2极化天线具有兼用为发送天线和接收天线的结构也可以。
在上述无线传感器装置中，使上述第1及第2极化天线具有分别设置馈送上述脉冲信号并发射无线电波的天线和接收对象物反射的反射波并输出上述第1或第2接收信号的天线的结构也可以。
根据本发明，从多个天线同时发射时，防止从一个天线发射出的辐射波成为其他天线的干扰波，从而能够实现装置的小型化。
附图说明
图1为本发明实施方式所涉及到的无线传感器装置的功能框图。
图2为表示本发明实施方式所涉及到的无线传感器装置的天线元件结构一例的模式图。
图3为表示以往无线传感器装置的图。
图中标记：
10无线传感器装置，11RF振荡电路(信号发生电路)，12分配器，13a、13b馈送点，14a混频电路(第1混频电路)，14b混频电路(第2混频电路)，15差动放大电路，16LPF，17信号处理电路，ANT发送接收天线，O对象物
具体实施方式
下面，将参照附图详细说明本发明的实施方式。本发明的实施方式所涉及的无线传感器装置，具备具有互相正交的极化波特性的天线，而且将在RF振荡电路生成的脉冲信号馈送给天线并同时发射2个正交极化波，并且通过该无线电波被对象物反射的反射波检测出对象物的运动等。
图1为本发明的实施方式所涉及到的无线传感器装置的功能框图。如图1所示，无线传感器装置10具备发送接收天线ANT、生成向发送接收天线ANT供给的脉冲信号的RF振荡电路11以及分配器12。
RF振荡电路11生成向发送接收天线ANT馈送的脉冲信号，并发送到分配器12上。分配器12分配从RF振荡电路11接收的脉冲信号并分别送到发送接收天线ANT的各馈送点13a、13b，而且将送到该发送接收天线ANT的各馈送点13a、13b上的脉冲信号的一部分分别送到混频电路14a、14b。
发送接收天线ANT具有辐射波的极化面互相正交的结构，而且构成为使所发射的无线电波所含有的2个极化波成分彼此可分离。作为构成相正交的极化面的极化波，例如有，无线电波在空间传播时的电场的振动(极化波)方向相对于传播方向形成一定的振动波的直线极化波。在该直线极化波的情况下，极化面相对于地面垂直的垂直极化波和相对于该垂直极化波的极化面成水平的水平极化波、这两个极化波成分互相正交。
图2为表示适用直线极化波的发送接收天线ANT的天线元件结构一例的模式图。图2(a)为天线元件的俯视图，同图(b)为天线元件的截面图。
如图2(a)及(b)所示，天线元件由配设在接地板20上的介质21和配设在介质21上的电极部22构成。在电极部22的极化面(极化波成分)互相正交的位置上配设2个馈送点13a、13b。当通过分配器12分别向该2个馈送点13a、13b馈送脉冲信号时，发送接收天线ANT就发射包含垂直极化波成分及水平极化波成分的无线电波(辐射波)。然后，发送接收天线ANT发射的无线电波被对象物O反射，并通过发送接收天线ANT将该反射波作为电信号接收。此时，被包含在接收信号内的垂直极化波成分及水平极化波成分，分别在各馈送点13a、13b被取出，分别送到后述的混频电路14a、14b中。即，因为垂直极化波的极化面和水平极化波的极化面互相正交，所以即使重叠发送相同波长的无线电波，因相互的极化波成分正交，所以各极化波成分彼此之间也互不干扰。而且，将反射波作为接收信号接收时，也因接收信号所含有的各极化波成分互相正交，所以可进行分离，能够在各馈送点13a、13b彼此不受干扰地分别取出各极化波成分。馈送点13a为实现垂直极化波特性的馈送点，馈送点13b为实现水平极化波特性的馈送点。而且，将被馈送到馈送点13a的脉冲信号作为第1脉冲信号，被馈送到馈送点13b的脉冲信号作为第2脉冲信号进行说明。
本实施方式所涉及到的无线传感器装置10，作为接收侧的结构要素具备2个混频电路14a、14b、差动放大电路15、低通滤波器(LPF)16以及信号处理电路17。对于成为第1混频电路的混频电路14a，通过分配器12作为局部信号而输入馈送给发送接收天线ANT的馈送点13a上的第1脉冲信号的一部分。而且，对于混频电路14a从成为接收侧的发送接收天线ANT输入接收到对象物O的反射波后的接收信号(第1接收信号)。混频电路14a混合第1脉冲信号和第1接收信号。同样，对于成为第2混频电路的混频电路14b，通过分配器12，输入馈送给发送接收天线ANT的馈送点13b上的第2脉冲信号的一部分。而且，对于混频电路14b从成为接收侧的发送接收天线ANT输入接收到对象物O的反射波后的接收信号(第2接收信号)。混频电路14b混合第2脉冲信号和第2接收信号。此时，如果对象物O有运动，在2个混频电路14a、14b中，各局部信号和接收信号之间的相位差变化就不同，而输出互不相同的低频信号。另一方面，如果对象物O没有运动，2个混频电路14a、14b就输出没有变化的信号。从各混频电路14a、14b输出的信号(混合输出)被输入到差动放大电路15中。
从混频电路14a、14b在相同定时输入的各信号在差动放大电路15中被差动放大，并在LPF16中取出低频成分。通过了LPF16的低频信号，在图中没有表示的A/D转换器内转换成数字信号之后被输入到信号处理电路17中。当对象物O移动时，通过分析从差动放大电路15输出的低频信号的变化，检测出对象物O的运动等。而且，在混频电路14a、14b与差动放大电路15之间可以设置DC切断电路及LPF。
接着，将说明无线传感器装置10的动作。
当在RF振荡电路11生成脉冲信号时，所生成的脉冲信号通过分配器12作为第1脉冲信号被送到发送接收天线ANT的馈送点13a上，作为第2脉冲信号被送到发送接收天线ANT的馈送点13b上。被馈送了第1及第2脉冲信号的发送接收天线ANT，分别发射由垂直极化波及水平极化波成分组成的无线电波，而且将放射的无线电波被对象物O反射的反射波作为电接收信号接收。此时，发送接收天线ANT同时发射极化面处于互相正交关系的2个无线电波，所以从一个天线发射出的无线电波不会成为其他天线的干扰。虽然接收信号以合成了垂直极化波及水平极化波成分的状态被接收，但是在馈送点13a取出接收信号内的垂直极化波成分，而且在馈送点13b取出水平极化波成分。包含在馈送点13a上被取出的垂直极化波成分在内的接收信号输入到混频电路14a，包含在馈送点13b被取出的水平极化波成分在内的接收信号输入到混频电路14b。
在混频电路14a混合从RF振荡电路输入的第1脉冲信号的一部分和包含垂直极化波成分的接收信号，在混频电路14b混合从RF振荡电路输入的第2脉冲信号的一部分和包含水平极化波成分的接收信号。混频电路14a和混频电路14b输出的信号，以相同定时被输入到差动放大电路15。如果对象物O移动，则混频电路14a的输出信号和混频电路14b的输出信号的变化就不相同，所以该变化之差在差动放大电路15被差动放大。而且，如果对象物O停止，则混频电路14a及混频电路14b的输出为稳定的信号，所以差动放大电路15的输出变化将成为0。差动放大电路15的输出信号在LPF16被取出低频信号，然后被输入到信号处理电路17。因为在LPF16被取出的低频信号中含有有关对象物O的运动或位置的信息，所以通过分析该低频信号来检测对象物O的运动等。
如上所述，根据本实施方式，使发送接收天线ANT形成将处于正交极化波关系的2个无线电波发射的结构，所以即使从发送接收天线ANT同时发射2个无线电波(辐射波)，也可防止从一个天线发射出的无线电波成为其他天线的干扰。因此，能够防止在天线之间彼此的无线电波互相干扰，而且没必要扩大天线间隔，所以能够实现无线传感器装置的小型化。尤其是，在本实施方式中，使极化面正交的2个天线(垂直极化天线及水平极化天线)成为一体构成了1个天线装置，所以使无线传感器装置10的更加小型化成为可能。
而且，在上述实施方式中，作为构成正交极化波特性的波以直线极化波为例子进行了说明，但是，并不受限于该结构，例如还可适用极化方向边旋转边在空间中传播的圆极化波。在适用圆极化波时，将构成具有由向右旋转的右旋圆极化波和向左旋转的左旋圆极化波构成的正交极化特性的天线元件。
而且，在上述实施方式中，将极化面正交的2个天线成一体地构成1个天线装置，并且还以单一的发送接收天线ANT兼用(共用)发射天线和接收天线的结构作为例子进行了说明，但是只要是彼此的极化特性正交的组合，则以单独的天线构成也可以。例如，在直线极化波时，能够以单独的天线分别构成垂直极化天线和水平极化天线；在圆极化波时，能够以单独的天线分别构成右旋圆极化天线和左旋圆极化天线。而且，采用将各极化天线分为单独的发射天线和接收天线的结构，也可以。
而且，这次公开的实施方式全部方面为例示，不只限于该实施方式。本发明的范围，不只通过上述实施方式的说明，而是通过专利请求范围来表示，意图包括与专利请求范围同等的含义及范围内的所有变更。
本发明可适用于，利用无线电波从对象物的反射波检测对象物运动等的无线传感器装置。

Claims (6)

1.一种无线传感器装置，其特征在于，具备：
第1及第2极化天线，构成为辐射波的极化面互相正交；
第1混频电路，连接于上述第1极化天线上，并输入在该第1极化天线接收的第1接收信号；
第2混频电路，连接于上述第2极化天线上，并输入在该第2极化天线接收的第2接收信号；
信号发生电路，生成向上述第1及第2极化天线馈送而且向上述第1及第2混频电路供给的脉冲信号；以及
差动放大电路，对上述第1混频电路混合上述第1接收信号和上述脉冲信号后的混合输出、以及上述第2混频电路混合上述第2接收信号和上述脉冲信号后的混合输出进行差动放大。
2.根据权利要求1所述的无线传感器装置，其特征在于，
上述第1极化天线由垂直极化天线构成，上述第2极化天线由水平极化天线构成。
3.根据权利要求1所述的无线传感器装置，其特征在于，
上述第1极化天线由右旋圆极化天线构成，上述第2极化天线由左旋圆极化天线构成。
4.根据权利要求1到3中任意一项所述的无线传感器装置，其特征在于，
上述第1极化天线和上述第2极化天线作为1个天线装置成为一体。
5.根据权利要求1到4中任意一项所述的无线传感器装置，其特征在于，
上述第1及第2极化天线兼用为发送天线和接收天线。
6.根据权利要求1到3中任意一项所述的无线传感器装置，其特征在于，
上述第1及第2极化天线，分别设置有被馈送上述脉冲信号并发射无线电波的发送天线和接收从对象物反射的反射波并输出上述第1或第2接收信号的接收天线。
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