CN104515001B - 整合微波侦测功能的照明装置 - Google Patents

Abstract

一种照明装置，包含微波侦测器及电源模块。该微波侦测器可从数个距离闸之中选取的一距离闸以决定其侦测范围。微波侦测器的主动式天线模块发射第一调频连续波信号的带宽是依据该距离闸调整。微波侦测器用来于目标位于该距离闸之内时，依据第一调频连续波信号和从目标反射的第二调频连续波信号所解调产生的差频信号，计算微波侦测器与目标之间的距离，再用来依据差频信号解调后的都卜勒信号计算目标的移动速度，并用来依据目标的移动速度以及距离决定是否产生触发信号。电源模块用来依据触发信号决定是否提供电源以驱动光源发出光线。

Description

整合微波侦测功能的照明装置

技术领域

本发明为一种照明装置，尤指一种整合微波侦测功能以侦测侦测目标移动距离及速度的照明装置。

背景技术

基于现代化智能型居家与绿色节能的需求，大部分的照明装置均考虑将省电与节能的架构纳入控制灯具电源开关或灯具照明强度。常用的低功率微型化传感器，分为红外线传感器与微波传感器两种。红外线传感器是一种可以侦测物体移动的电子装置，其利用人体发射出来的红外线的变化，来感应物体的移动。微波传感器则是通过量测移动物体的都卜勒信号，来计算物体的移动速度。

但受限于传感器体积的大小与波束方向的考虑，传感器通常外挂于灯具之外，以配合单芯片与切换选择开关进行灯具开关与亮度控制。当人类进入到外接于灯具之外的红外线侦测器的感应范围时，会触发红外线侦测器送出信号以使控制器启动光源的照明功能。

然而欲将省电与节能的传感器与控制器纳入灯具系统时，需考虑室内布线的问题与外接控制器。若是用于一般住家、学校与办公大楼，灯具系统更换维修非一般民众所能执行，且整个灯具系统的耗电量可能大于单一灯具的耗能。

此外，红外线侦测器与高频段(24GHz)的微波侦测器，虽然整体体积较小，但其波束宽度(Beam-width)较窄不易设计成全向性(Omnidirectional)的侦测。因此有些红外线传感器以二次光学的设计将侦测角度扩大。如果降低微波侦测器的发射信号频率，虽然可以增加天线场形的波束宽度，但是也会增加微波侦测器的体积。若不改变发射信号频率而改变天线设计，有可能将侦测角度变大，但其天线场形会产生旁瓣(Side-lobe)，产生侦测的死角，因此要将侦测器与灯具系统整合在单一模块具有技术上的困难。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种照明装置，包含一光源、一微波侦测器及一电源模块。该微波侦测器包含一主动式天线模块、一调变模块及一鉴别控制模块。该主动式天线模块用来以一扫频周期朝一目标发射一第一调频连续波信号，并接收由该目标反射回来的一第二调频连续波信号。该调变模块电性连接于该主动式天线模块，用来依据从数个距离闸之中选取的一距离闸产生一调变信号予该主动式天线模块，该第一调频连续波信号的带宽依据该调变信号的振幅调整，其中该数个距离闸是一对一对应数个第一调频连续波信号的带宽。该鉴别控制模块电性连接该调变模块，用来于该目标位于该距离闸之内时，依据该第一调频连续波信号以及该第二调频连续波信号解调产生的差频信号，计算该微波侦测器与该目标之间的距离，用来依据该差频信号解调后的都卜勒信号的频率计算该目标的移动速度，并用来依据该目标的移动速度以及该距离决定是否产生一触发信号。该电源模块电性连接于该微波侦测器以及该光源之间，用来依据该触发信号决定是否提供电源以驱动该光源发出光线。

依据本发明的实施例，该主动式天线模块包含一回路天线及一射频晶体管。该回路天线包含一发射端以及一接收端，该发射端用来传递该第一调频连续波信号，该接收端用来传递该第二调频连续波信号。该射频晶体管具有一控制埠、一第一埠以及一第二埠，该第二埠耦接该发射端，该控制埠耦接该接收端，且该控制埠与该第二埠为反相。

依据本发明的实施例，该微波侦测器另包含一第一低通滤波器及一第二解调器。该第一低通滤波器电性连接该射频晶体管的第一埠，其中该第一低通滤波器与该射频晶体管形成一第一解调器，该第一解调器用来依据一距离闸解调出该差频信号，且该差频信号具有该第一调频连续波信号和该第二调频连续波信号的频率差。该第二解调器电性连接该第一解调器输出，用来解调该差频信号以产生该都卜勒信号，该都卜勒信号的频率等于一上扫差频和一下扫差频的频率差。

依据本发明的实施例，该第二解调器包含：一包迹检测器，电性连接该射频晶体管的第一埠；及一第二低通滤波器，电性连接包迹检测器，用来输出该都卜勒信号。

依据本发明的实施例，该射频晶体管为一双极性接面晶体管，该控制埠为一基极，该第一埠为一发射极，且该第二埠为一集电极。

依据本发明的实施例，该射频晶体管为一场效晶体管，且该场效晶体管系包含一假型高速电子迁移率晶体管，该控制埠为一栅极，该第一埠为一源极，且该第二埠为一漏极。

依据本发明的实施例，该微波侦测器另包含一第一电容，该第一电容的两端跨接该射频晶体管的该第一埠和该第二端口，其中该回路天线包含：一第一电感，耦接于该射频晶体管的该第二埠；一第二电感；一第三电感，耦接于该射频晶体管的该控制埠；一第二电容，耦接于该第一电感和该第二电感之间；以及一第三电容，耦接于该第二电感和该第三电感之间。

依据本发明的实施例，该鉴别控制模块包含一距离计算单元，电性连接于该射频晶体管的第一埠，用来依据一第一关系式计算该微波侦测器与该目标之间的距离，该第一关系式为R＝f_b×c×T）/(2×B)，R为该微波侦测器与该目标之间的距离，f_b为差频信号，B为扫频带宽，c为光速，T为扫频周期。

依据本发明的实施例，该主动式天线模块包含一基板，包含彼此相对的一第一表面以及一第二表面；一第一微带天线金属，设置于该基板的第一表面之上；一第二微带天线金属，设置于该基板的第一表面之上；一第三微带天线金属，设置于该基板的第一表面之上；一第一耦合金属片，设置于该基板的第二表面之上；一第二耦合金属片，设置于该第二表面之上；以及一第三耦合金属片，设置于该第二表面之上。该射频晶体管设置于该第一表面，该射频晶体管的控制埠连接至该第三微带金属，且该第一埠以及该第二埠分别连接至该第一耦合金属片以及该第一微带金属。其中，该第一微带天线金属的第一部分以及该第一耦合金属片构成一第一电容，该第一微带天线金属的第二部分、与该第一微带天线金属的该第一部分相邻的该第二微带天线金属的第一部分以及该第二耦合金属片构成一第三电容，该第二微带天线金属的第二部分、与该第二微带天线金属的该第二部分相邻的部分的该第三微带天线金属以及该第三耦合金属片构成一第三电容。

依据本发明的实施例，该主动式天线模块射出该第一调频连续波信号的方向与该目标移动方向呈一夹角，该速度计算单元用来依据该夹角、光速、该第一调频连续波信号的载波的中心频率计算该目标移动方向的速度。

依据本发明的实施例，该鉴别控制模块包含一速度计算单元，用来依据一第二关系式计算该目标移动方向的速度，该第二关系式为v＝（f_b ^--f_b ⁺）×c/(2×f_c×cosθ)，v为该目标移动方向的速度，f_b ^-为该下扫差频，f_b ⁺为该上扫差频，c为光速，f_c为该载波中心频率。

依据本发明的实施例，该调变信号产生器系一数字信号处理器的数字转模拟接口，合成产生该调变信号。

依据本发明的实施例，该调变信号产生器为具有一运算放大器的加法器，其包含数个输入端以及一输出端，每一输入端与该运算放大器的输入正端之间耦接不同电阻，当其中一个输入端接地时，其余输入端接浮接，用来输出具有不同振幅的该调变信号。

依据本发明的实施例，该照明装置另包含一灯体，其中该微波侦测器、该光源以及该电源模块皆收容于该灯体之中。

相较于习知技术，本发明照明装置使用的微波侦测器是将射频模块的震荡器、混波器与天线整合为一体，所以微波侦测器得以简化并缩小体积，以利于与光源、电源模块一同整合在灯体之中。也因此微波侦测器与光源都可以直接使用一般交流电源无需其他外接的控制电路与线路，如此省去居家的布线与灯具控制电路。此外，传统红外线侦测器及24GHz微波侦测器在侦测微波与光波频段的辐射体时，当频率愈高时，其辐射场型的3dB波束宽度(Beamwidth)愈窄，若以数组设计或调整天线形状来达成全向性场型时，会在某些角度产生侧旁波(Side-lobe)而发生量测死角。相较于传统红外线侦测器及24GHz微波侦测器，本发明照明装置使用微波侦测器100的辐射场型几乎为全相性，而没有量测死角。所以本发明照明装置通过使用微波侦测器，可用于短距离但是涵盖角度大时的移动目标侦测。本发明的微波侦测器的第一解调器利用二极管配合低通滤波器取代混波器，进行第一阶段的降频解调以取出用来计算距离的信息，再利用第二解调器进行第二阶段的降频解调以取出用来计算速度的信息。由于本发明的微波侦测器直接且快速由电路硬件取出并计算距离及速度等两种信息，大幅度减少传统微波侦测器的数字信号处理器设计的复杂度。此外，本发明利用改变调变信号产生器产生的调变信号的振幅以调整调变连续波信号的射频带宽大小，来控制不同侦测范围。本发明设定多个侦测范围，只有在设定的侦测范围内的目标才会被感应，将各段侦测范围设定明显化。

为让本发明的上述内容能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下：

附图说明

图1绘示本发明实施例的照明装置。

图2为本发明的照明装置的功能方块图。

图3为本发明的微波侦测器和电源模块的功能方块图。

图4是图3的主动式天线模块的等效电路图。

图5为本发明的主动式天线模块的结构的横向剖面图。

图6为图5的主动式天线模块的正面以及反面结构的对照图。

图7为图5的主动式天线模块的结构的正视图。

图8是本发明微波侦测器发射的第一调频连续波信号以及接收的第二调频连续波信号的频率与时间关系图。

图9系图3所示第二解调器的电路图。

图10为扫频带宽与距离的关系图。

图11系图3调变信号产生器的实施例的电路图。

图12绘示本发明的照明装置应用于室内空间。

图13绘示本发明照明装置挂在3公尺高的天花板，设定距离闸为5公尺下的辐射场型。

具体实施方式

以下各实施例的说明是参考附加的图式，用以例示本发明可用以实施的特定实施例。本发明所提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“水平”、“垂直”等，仅是参考附加图式的方向。因此，使用的方向用语是用以说明及理解本发明，而非用以限制本发明。

请参阅图1以及图2，图1绘示本发明实施例的照明装置10，图2为本发明的照明装置10的功能方块图。照明装置10包含一灯体11、一光源12、一微波侦测器100以及一电源模块20。光源12可以为发光二极管。微波侦测器100整合传统的主动式天线和射频模块，用来于目标位于侦测范围(亦即距离闸)之内时，计算微波侦测器100与该目标之间的距离以及计算该目标的移动速度，并用来依据该目标的移动速度以及该距离决定是否产生一触发信号。电源模块20电性连接于微波侦测器100以及光源12之间，用来将交流电源(例如商用交流电源)22转换成直流电源。电源模块20包含一启动单元24，用来于接收该触发信号时导通，以提供转换后的直流电源予光源12，使得光源12发出光线。光源12、微波侦测器100以及电源模块20皆收容于灯体11之中。微波侦测器100以可插拔的方式设置于灯体11之中。

请参考图3，图3为图2的微波侦测器100的功能方块图。微波侦测器100包含一主动式天线模块110、一第一低通滤波器120、一调变模块130、一第二解调器140b以及一鉴别控制模块160。主动式天线模块110整合天线和射频模块的功能，包含一回路天线101和一射频晶体管102。回路天线101用来朝一目标发射一第一调频连续波(frequencymodulationcontinuouswave，FMCW)信号，并接收由目标反射回来的一第二调频连续波信号。第一低通滤波器120与射频晶体管102形成一第一解调器140a，第一解调器140a用来依据一距离闸解调该第一调频连续波信号和第二调频连续波信号以产生一差频信号，且该差频信号具有该第一调频连续波信号和该第二调频连续波信号的频率差。第二解调器140b用来解调该差频信号以产生一都卜勒信号，该都卜勒信号的频率等于一上扫差频(up-sweepbeatfrequency)和一下扫差频(down-sweepbeatfrequency)之间的频率差。调变模块130电性连接于主动式天线模块110，用来依据从数个距离闸之中选取的一距离闸产生一调变信号予主动式天线模块110。该第一调频连续波信号的带宽依据该调变信号的振幅调整，其中该数个距离闸是一对一对应数个第一调频连续波信号的带宽。鉴别控制模块160电性连接调变模块130，用来于该目标位于该距离闸之外时，忽略对该目标的计算，并用来于该目标位于该距离闸之内时，依据该差频信号计算微波侦测器100与该目标之间的距离，以及依据该都卜勒信号的频率计算该目标的移动速度，并依据所计算出的速度与距离决定是否产生触发信号。调变模块130用来于依据不同侦测距离而产生不同振幅的调变信号。各组件的结构与运作容后详述。

请参阅图4，图4是图3的主动式天线模块110的等效电路图。主动式天线模块110具有自身混波解调架构，包含有一回路天线101和一射频晶体管102。回路天线101具有发射端101T以及接收端101R，发射端101T用来传递该第一调频连续波信号，接收端101R用来传递该第二调频连续波信号。回路天线101包含一第一电感L11、一第二电感L12、一第三电感L13、一第一电容C11、一第二电容C12、一第三电容C13以及一变容二极管103。射频晶体管102具有控制埠1023、第一埠1021以及第二埠1022。第二埠1022耦接发射端101T，控制埠1023耦接接收端101R。第一埠1021及第二埠1022分别连接第一电容C11的两端。第一埠1021电性连接第一低通滤波器120，用以作为中频(基频)解调信号的输出端。变容二极管103并联于第二电容C12。

值得注意的是，在图4中，发射端101T与接收端101R必需要相位差180°以形成正回授电路，才能使回路天线101获得良好的振荡。射频晶体管102系以双极性接面晶体管(bipolarjunctiontransistor，BJT)表示，但事实上，射频晶体管102亦可以为场效晶体管(fieldeffecttransistor，FET)，若为场效晶体管(fieldeffecttransistor，FET)时，可以为假型高速电子迁移率晶体管(P-Hemt)。当射频晶体管102为BJT时，控制埠1023为一基极，第一埠1021也就是降频埠为一发射极，而第二埠1022为一集电极。而当射频晶体管102为FET时，控制埠1023为一栅极，第一埠1021也就是降频埠为一源极，而第二埠1022为一漏极。

请参考图5和图6，图5为本发明的主动式天线模块的结构的横向剖面图，图6为图5的主动式天线模块的正面以及反面结构的对照图。主动式天线模块110包含有一第一微带天线金属1011、一第二微带天线金属1012、一第三微带天线金属1013、一基板106、一射频晶体管102、一第一耦合金属片1051、一第二耦合金属片1052以及一第三耦合金属片1053。第一微带天线金属1011、第二微带天线金属1012以及第三微带天线金属1013设置于基板106的第一表面107(即正面)上。而第一耦合金属片1051、第二耦合金属片1052以及第三耦合金属片1053系设置于基板106的第二表面108(即反面)上，第一表面107和第二表面108系指基板106的相对两面。第一微带天线金属1011、第二微带天线金属1012、第三微带天线金属1013、基板106、第一耦合金属片1051、第二耦合金属片1052以及第三耦合金属片1053系构成如图3所示的回路天线101。第一微带天线金属1011、第二微带天线金属1012、第三微带天线金属1013、第一耦合金属片1051、第二耦合金属片1052以及第三耦合金属片1053的材质可以为铜箔。射频晶体管102的第一埠1021、第二埠1022以及控制埠1023分别连接至第一耦合金属片1051、第一微带天线金属1011以及第三微带天线金属1013，且第一埠1021为一降频埠，用以作为中频(基频)解调信号的输出端。贯孔A、贯孔H、贯孔D、贯孔E均贯通基板106且有铜箔贴附以形成导电通道。贯孔A连接第一微带天线金属1011，也是做为天线电源信号输入端，即一天线电源信号系经由第一微带天线金属1011(等效于图4的第一电感L11)输入。贯孔H连接第二微带天线金属1012，也是做为调变信号输入端，亦即贯孔H耦接于调变模块130，使调变信号经由第二微带天线金属1012(等效于图4的第二电感L12)输入，且该调变信号可为三角波或是弦波。贯孔D连接第三微带天线金属1013，也是做为射频晶体管102的偏压输入端，当射频晶体管102为FET时，贯孔D所连接可以是固定电压(可为接地端)。贯孔E连接第一耦合金属片1051。

主动式天线模块110另可包含一变容二极管103，设置于第一表面107上。变容二极管107两端分别连接第一微带天线金属1011和第二微带天线金属1012。变容二极管107的电容会随施加于其两端的电压变化而改变。当主动式天线模块110应用于FM调谐器和FM调变电路时，用来调谐FM信号。

请参阅图7，图7为图5的主动式天线模块的结构的正视图。第一微带天线金属1011的第一部分10111以及第一耦合金属片1051重迭之处构成一第一电容C11。第一微带天线金属1011的第二部分10112、与第一微带天线金属1011的第二部分10112相邻的第二微带天线金属1012的第一部分10121以及第二耦合金属片1052重迭之处构成一第三电容C13。第一微带天线金属1011大致呈一弧型结构，其第一部分10111和第二部份10112分别位于该弧型结构的两端。第二微带天线金属1012的第二部分10122、与第二微带天线金属1012的第二部分10122相邻的第三微带天线金属1013的第一部分10131以及第三耦合金属片1053重迭之处构成一第二电容C12。第二微带天线金属1012大致呈一弧型结构，其第一部分10121和第二部份10122分别位于该弧型结构的两端。射频晶体管102则设置于第一表面107上，射频晶体管102的控制埠1023连接至第三微带天线金属1013。

在设计本发明的回路天线101时，必需透过实验的方式进行分析验证，即是将本发明的主动式天线模块110转换成如图3所示的双端口电路。请一并参考图7，平面的回路天线101其圆周长约为射频波长的二分之一(λ/2=2πr)，其正面的第一微带天线金属1011、第二微带天线金属1012以及第三微带天线金属1013的外缘直径为17.1mm，则其频率应大于2.79GHz，但以图7的结构可知，反面的铜箔实为等效的金属耦合电容，使得LC共振器(LCTank)的等效长度大于17.1π(mm)的圆周长，故使得天线频率降至2.79GHz以下。另外在射频晶体管102的相位控制，由于射频晶体管102本身的漏极-栅极或是集电极-基极存在不同电性相位长度(PhaseDelay)，其与天线在工作频率的相位长度结合后，形成正回授(180°)的长度时，即形成最佳的震荡条件。因此，经过实验测试，使用AT41486晶体管作为震荡器时，其震荡频率为2.3-2.4GHz，若采用BFR92晶体管作为震荡器时，则其震荡频率为2.0-2.1GHz，因此配合金属耦合电容及不同晶体管，可以使在原尺寸在2.79GHz震荡条件的天线，降至为2.0-2.1GHz的震荡，此一贡献即使天线尺寸进行缩装与微型化。

但是，必需注意的是，做调整时金属耦合电容会影响回路天线101的稳定性。以BJT作为射频晶体管102为例，由BJT的简易小信号模型方程式可知，若金属等效耦合电容作为第一电容C11的电容值愈小，则射频晶体管102内部阻抗愈小，使得基极电流I_B值增大，而基极电流I_B值增大就会使集电极电流I_C值增大，因此回路天线101的射频震荡辐射稳定性随之增加。另外，若射频晶体管102为BJT时，必需要考虑到基极电流I_B、发射极电流I_E以及集电极电流I_C，而若射频晶体管102为FET时，则必需考虑到栅极电流I_G、源极电压V_S以及漏极电流I_D。例如，发射极电流I_E决定了辐射信号的强弱，将直接影响侦测范围，因此在设计时就必需特别注意。可以理解的是，振荡器的工作点可以经由偏压来决定，理论值很容易求出，但是最适宜点则必需由实验验证，从信号噪声比(S/N)大于要求的情形中找出最佳的工作点。

在此结构中，第一微带天线金属1011、第二微带天线金属1012以及第三微带天线金属1013与第一耦合金属片1051、第二耦合金属片1052以及第三耦合金属片1053可以形成所欲选择的等效电感值与等效电容值。如前所述，配合金属耦合电容的长度设计，可以将主动式天线模块110的工作频率向低频做调整，换句话说，即是将半波长(λg/2)等效的尺寸加长，并且以射频晶体管102的工作点做调整，来补偿其相位的不同。最终将可设计出第一微带天线金属1011、第二微带天线金属1012以及第三微带天线金属1013与第一耦合金属片1051、第二耦合金属片1052以及第三耦合金属片1053作为与射频晶体管102谐振时的共振器。

请再参考图4，本发明的主动式天线模块110的工作频率系由电感值L(与第一微带天线金属1011、第二微带天线金属1012以及第三微带天线金属1013的长度相关)以及第一、第二、第三电容C11、C12、C13的电容值C(与第一电容C11与第二、第三电容C12、C13的长度相关)所决定，当LC值愈大时，射频振荡频率就愈低；相反地，当LC值愈小时，则射频振荡频率就愈高。但是值得注意的是，射频稳定度与耦合电容、旁路电容的选择有密切的关联。当射频晶体管102为BJT时，由简易小信号模型方程式I_C=βI_B可知，若旁路电容C2的电容值愈小，则射频晶体管102内部阻抗愈小，使得β值增大，亦即集电极电流I_C值增大，因此回路天线101的射频稳定度随之增加。而当当射频晶体管102为FET时，其简易小信号模型方程式如下：

$I_D=I_{\mathrm{DSS}}{(1-\frac{V_{\mathrm{GS}}}{V_P})}^2$

其中V_P为夹止电压，V_GS为栅极电压，I_DSS为汲-源极饱和电流。若旁路电容C2的电容值愈小，则射频晶体管102内部阻抗r_DS愈小，由于V_DS=r_DS×I_D，所以在定电压输入时(漏极-源极电压V_DS为定值)，I_D值相对增大。

总结来说，在此电路设计上，若做为旁路电容的第一电容C11的电容值愈小，其射频振荡将越趋稳定，反映在频谱分布图上时，谐波的能量减小，而主波的能量增大。相反地若第一电容C11的电容值愈大，其射频振荡越不稳定，反映在频谱分布图上时，各谐波能量增大，而主波能量减小。至于第二、第三电容C12、C13的效应，则恰好与第一电容C11相反，第二、第三电容C12、C13的电容值愈大，则系统愈稳定，反映在频谱分布图上时，各谐波能量减小而主波能量增大。相反地，若第二、第三电容C12、C13的电容值愈小，则系统愈不稳定，反映在频谱分布图上时，各谐波能量增大而主波能量减小。

若将图4的等效模型架构与标准的雷达架构作对照，等效于标准雷达的天线时，表面的金属(或是铜箔)和背面的金属(或是铜箔)相当于环型天线架构，另外作为压控振荡器(VCO)时，环形天线和背面的金属条纹是分别相当于等效电感(L)和等效电容(C)，且共同构成晶体管的共振腔。本发明主动天线模块100中，射频晶体管102的基极与发射极(或是栅极与漏极)等效于反向的二极管，可作为简易混波器之用。射频晶体管102亦具有压控振荡器以及混波器的功能。可藉由设计，得出第一微带天线金属1011、第二微带天线金属1012以及第三微带天线金属1013与第一耦合金属片1051、第二耦合金属片1052以及第三耦合金属片1053作为与射频晶体管102谐振时的共振器。在作为混波器时，系运用基极的偏压驱动射频晶体管102工作在接近饱和区，即可在发射极端检测出中频信号。

请继续参阅图4。由于主动式天线模块110的射频晶体管102具有混波器的功能，因此射频晶体管102和第一低通滤波器120可以做为解调器140a，用来对该第一调频连续波信号以及该第二调频连续波信号进行第一次降频解调以取得一差频信号。也就是说，当射频晶体管102的第二埠1022做为第一调频连续波信号(具有频率f_t)的发射端101T，且控制端口1023做为接收由目标反射回来的第二调频连续波信号(具有频率f_r)的接收端101R时，第一端1021输出的是差频信号，该差频信号的频率f_b(=f_t-f_r)可以用来计算微波侦测器100与目标之间的距离，其方式容后再述。

请参阅图8，图8是本发明微波侦测器100发射的第一调频连续波信号以及接收的第二调频连续波信号的频率与时间关系图。上扫差频(up-sweepbeatfrequency)f_b ⁺和下扫差频(down-sweepbeatfrequency)f_b ^-分别表示在上扫时和下扫时该第一调频连续波信号以及该第二调频连续波信号的频率差。当目标和微波侦测器100之间无相对移动时，f_b=f_b ⁺=f_b ^-。当目标朝微波侦测器100靠近时，f_b ⁺=f_b-f_d，f_b ^-=f_b+f_d，f_d表示都卜勒信号的频率。当目标远离微波侦测器100移动时，f_b ^-=f_b-f_d，f_b ⁺=f_b+f_d。所以f_b=（f_b ^-+f_b ⁺）/2。

请参阅图9，图9为第二解调器140b的电路图。第二解调器140b包含一包迹检测器(AMPeakenvelopdetector)141和一第二低通滤波器142。包迹检测器141电性连接第一解调器120的输出，包含二极管D1和D2。二极管D1的正端耦接于第一解调器120的输出，二极管D1的负端耦接于第二低通滤波器142。二极管D2的正端耦接于接地端，二极管D2的负端耦接于第二低通滤波器142。包迹检测器141用来以包迹解调方式(AMPeakEnvelopeDetection)从差频信号f_b取出分别具有f_b ^-+f_b ⁺与f_b ^--f_b ⁺频率的两信号。再通过第二低通滤波器142取得都卜勒信号，该都卜勒信号的频率f_d=|f_b ^--f_b ⁺|。

鉴别控制模块160包含一距离计算单元161、一速度计算单元162、一鉴别电路163以及一位准控制单元164。距离计算单元161用来依据差频信号f_b计算微波侦测器100和目标之间的距离。位准控制单元164则是用来调整第一调频连续波信号的扫频带宽B。鉴别电路163用来依据第二调频连续波信号的强度和目标的移动速度决定是否发送一触发信号予电源模块20的启动单元24。当目标反射回来的第二调频连续波信号的强度低于一预设强度时，则鉴别电路163会忽略该目标的计算结果。当目标反射回来的第二调频连续波信号的强度高于该默认强度时，鉴别电路163则会依据该目标的移动速度来产生触发信号。

距离计算单元161因为扫频带宽B(亦即第一调频连续波信号的带宽)与扫频周期T已知，且两者成正比，所以从主动式天线模块110发射的第一调频连续波信号到接收到被目标反射的第二调频连续波信号的来回时间(roundtriptime)Δt可以下方程式(1)所表示：

Δt＝f_b×T/B，(1)

其中，f_b为差频信号的频率，B为扫频带宽，T为扫频周期。

由于调频连续波信号为电磁波，在来回时间Δt内共走了两倍的距离R，因此2R＝c×Δt（c为光速），再将调频连续波信号的来回时间Δt代入，最后得到距离R用以下方程式(2)表示：

R＝（f_b×c×T）/(2×B)。(2)

速度计算单元162用来依据该都卜勒信号计算目标的移动速度v。因为都卜勒信号的频率f_d=f_b ^--f_b ⁺=(2×f_c×v×cosθ)/c，其中f_c为该载波中心频率，所以目标的移动速度v=（f_b ^--f_b ⁺）×c/(2×f_c×cosθ)。

请参阅图10，图10为扫频带宽与距离的关系图。图10采用12V操作电压下，第一调频连续波信号在扫频带宽在16MHz与40MHz两种模式下向不同距离的目标发射。可以观察到，扫频带宽在40MHz时，所有能量集中4公尺之内，自4公尺之后能量随着距离急遽衰减；扫频带宽在16MHz时，其能量较平均分布在7公尺以内。因此扫频带宽B(等于第一调频连续波信号的射频带宽Δf)愈大则微波侦测器100的侦测范围愈短，相反地扫频带宽B愈小则微波侦测器100的侦测范围愈远。

请参阅图3、图8和图10，调变模块130包含调变信号产生器131以及位准放大控制单元132。调变信号产生器131用来产生一调变信号，较佳地，该调变信号是三角波。位准放大控制单元132用来依据位准控制单元164产生的位准调整信号控制该调变信号的位准。第一调频连续波信号的射频带宽Δf会直接受到调变信号产生器131产生的调变信号的振幅影响，当该调变信号的振幅愈大则射频带宽Δf愈大，相反地，该调变信号的振幅愈小则射频带宽Δf愈小。所以当微波侦测器100需要提高侦测范围，则降低第一调频连续波信号的射频带宽Δf，相反地当微波侦测器100需要降低侦测范围，则提高第一调频连续波信号的射频带宽Δf。

依据本发明的实施例，微波侦测器100设定多段距离闸(亦即侦测范围)，每一段距离闸对应到一个调频连续波的射频带宽Δf，每一个调频连续波的射频带宽Δf对应到一个调变信号的振幅。假设微波侦测器100设定距离闸为4公尺，则调变信号产生器131会产生对应的三角波信号以产生40MHz的第一调变连续波信号。距离超过4公尺以上的目标所反射的第二调频连续波信号的能量相较于4公尺以下的目标所反射的第二调频连续波信号大幅衰减，因此鉴别控制模块160的鉴别电路163会忽略超过4公尺以上的目标所反射的第二调频连续波信号。通过上述方式，即是运用本发明微波侦测器100控制调变信号产生器131产生的调变信号的振幅来设定多段距离闸(rangegate)。每一段距离闸对应到一个侦测范围，只有位在设定侦测范围内的目标才会被侦测。因此本发明将各段侦测范围设定明显化。

调变信号产生器131可用数字信号处理器的数字转模拟接口，合成产生三角波的信号，其由数字信号处理器自行控制振幅的大小。调变信号产生器131也可以是模拟电路的三角波产生器，如图11所示。调变信号产生器131为具有运算放大器1311的加法器设计，其包含数个输入端X₁、X₂、……、X_n以及一输出端Y。每一输入端X₁、X₂、……、X_n与运算放大器1311的输入正端之间耦接不同电阻R₁、R₂、……、R_n。通过将其中一个输入端X1、X2、……、Xn接地，其余输入端浮接的方式，输出端Y会输出不同振幅的三角波调变信号。

请参阅图2、图3和图12，图12绘示本发明的照明装置10应用于室内空间。照明装置10可以视室内空间的大小调整微波侦测器100的距离闸，也就是改变调变信号产生器131产生的调变信号振幅。当目标(例如人类)进入距离闸的范围时，鉴别电路163依据目标的速度与距离决定是否产生触发信号。当启动单元24接收该触发信号时会导通，使得电源模块20提供转换后的直流电源予光源12，以控制光源12的运作，例如发出光线。

请参阅图13，图13绘示本发明照明装置10挂在3公尺高的天花板，设定距离闸为5公尺下的辐射场型。图13绘示的辐射场型是以光源12正下方为中心，并以主动式天线模块110上的射频晶体管102位置为0度为基准。当目标由不同方向进入时，记录光源12被开启时目标距离中心的距离。举例来说，当目标由右侧进入时，照明装置10在目标距离中心大约3.8公尺时会发光。由图13可以得知，微波侦测器100的辐射场型几乎为全相性。

本发明照明装置使用的微波侦测器是将射频模块的震荡器、混波器与天线整合为一体，所以微波侦测器得以简化并缩小体积，以利于与光源、电源模块一同整合在灯体之中。也因此微波侦测器与光源都可以直接使用一般交流电源无需其他外接的控制电路与线路，如此省去居家的布线与灯具控制电路。

此外，传统红外线侦测器及24GHz微波侦测器在侦测微波与光波频段的辐射体时，当频率愈高时，其辐射场型的3dB波束宽度(Beamwidth)愈窄，若以数组设计或调整天线形状来达成全向性场型时，会在某些角度产生侧旁波(Side-lobe)而发生量测死角。相较于传统红外线侦测器及24GHz微波侦测器，本发明照明装置使用微波侦测器100的辐射场型几乎为全相性，而没有量测死角。所以本发明照明装置通过使用微波侦测器，可用于短距离但是涵盖角度大时的移动目标侦测。

本发明的微波侦测器的第一解调器利用二极管配合低通滤波器取代混波器，进行第一阶段的降频解调以取出用来计算距离的信息，再利用第二解调器进行第二阶段的降频解调以取出用来计算速度的信息。由于本发明的微波侦测器直接且快速由电路硬件取出并计算距离及速度等两种信息，大幅度减少传统微波侦测器的数字信号处理器设计的复杂度。此外，本发明利用改变调变信号产生器产生的调变信号的振幅以调整调变连续波信号的射频带宽大小，来控制不同侦测范围。本发明设定多个侦测范围，只有在设定的侦测范围内的目标才会被感应，将各段侦测范围设定明显化。

综上所述，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，但该较佳实施例并非用以限制本发明，该领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与润饰，因此本发明的保护范围以权利要求界定的范围为准。

Claims (14)

1.一种照明装置，其特征在于，包含：

光源，用来产生光线；

微波侦测器，其包含：

主动式天线模块，用来以一扫频周期朝目标发射第一调频连续波信号，并接收由该目标反射回来的第二调频连续波信号；

调变模块，电性连接于该主动式天线模块，用来依据从数个距离闸之中选取的一距离闸产生调变信号予该主动式天线模块，该第一调频连续波信号的带宽依据该调变信号的振幅调整，其中该数个距离闸是一对一对应数个第一调频连续波信号的带宽；以及

鉴别控制模块，电性连接该调变模块，用来于该目标位于该距离闸之内时，依据该第一调频连续波信号以及该第二调频连续波信号解调产生的差频信号，计算该微波侦测器与该目标之间的距离，用来依据该差频信号解调后的都卜勒信号的频率计算该目标的移动速度，并用来依据该目标的移动速度以及该距离决定是否产生触发信号；以及

电源模块，电性连接于该微波侦测器以及该光源之间，用来依据该触发信号决定是否提供电源以驱动该光源发出光线。

2.如权利要求1所述的照明装置，其特征在于：该主动式天线模块包含：

回路天线，其包含发射端以及接收端，该发射端用来传递该第一调频连续波信号，该接收端用来传递该第二调频连续波信号；以及

射频晶体管，具有控制埠、第一埠以及第二埠，该第二埠耦接该发射端，该控制埠耦接该接收端，且该控制埠与该第二埠为反相。

3.如权利要求2所述的照明装置，其特征在于：该微波侦测器另包含：

第一低通滤波器，电性连接该射频晶体管的第一埠，其中该第一低通滤波器与该射频晶体管形成第一解调器，该第一解调器用来依据距离闸解调出该差频信号，且该差频信号具有该第一调频连续波信号和该第二调频连续波信号的频率差；以及

第二解调器，电性连接该第一解调器，用来解调该差频信号以产生该都卜勒信号，该都卜勒信号的频率等于上扫差频和下扫差频的频率差。

4.如权利要求3所述的照明装置，其特征在于：该第二解调器包含：

包迹检测器，电性连接该第一低通滤波器；及

第二低通滤波器，电性连接包迹检测器，用来输出该都卜勒信号。

5.如权利要求2所述的照明装置，其特征在于：该射频晶体管为双极性接面晶体管，该控制埠为基极，该第一埠为发射极，且该第二埠为集电极。

6.如权利要求2所述的照明装置，其特征在于：该射频晶体管为一场效晶体管，且该场效晶体管系包含一假型高速电子迁移率晶体管(P-Hemt)，该控制埠为栅极，该第一埠为源极，且该第二埠为漏极。

7.如权利要求2所述的照明装置，其特征在于：该微波侦测器另包含第一电容，该第一电容的两端跨接该射频晶体管的该第一埠和该第二埠，其中该回路天线包含：

第一电感，耦接于该射频晶体管的该第二埠；

第二电感；

第三电感，耦接于该射频晶体管的该控制埠；

第二电容，耦接于该第一电感和该第二电感之间；以及

第三电容，耦接于该第二电感和该第三电感之间。

8.如权利要求2所述的照明装置，其特征在于：该鉴别控制模块包含距离计算单元，电性连接于该射频晶体管的第一埠，用来依据第一关系式计算该微波侦测器与该目标之间的距离，该第一关系式为R＝(f_b×c×T)/(2×B)，R为该微波侦测器与该目标之间的距离，f_b为差频信号，B为扫频带宽，c为光速，T为扫频周期。

9.如权利要求2所述的照明装置，其特征在于：该主动式天线模块包含：

基板，包含彼此相对的第一表面以及第二表面；

第一微带天线金属，设置于该基板的第一表面之上；

第二微带天线金属，设置于该基板的第一表面之上；

第三微带天线金属，设置于该基板的第一表面之上；

第一耦合金属片，设置于该基板的第二表面之上；

第二耦合金属片，设置于该第二表面之上；以及

第三耦合金属片，设置于该第二表面之上；

该射频晶体管，设置于该第一表面，该射频晶体管的控制埠连接至该第三微带金属，且该第一埠以及该第二埠分别连接至该第一耦合金属片以及该第一微带金属；

其中，该第一微带天线金属的第一部分以及该第一耦合金属片构成第一电容，该第一微带天线金属的第二部分、与该第一微带天线金属的该第一部分相邻的该第二微带天线金属的第一部分以及该第二耦合金属片构成第三电容，该第二微带天线金属的第二部分、与该第二微带天线金属的该第二部分相邻的部分的该第三微带天线金属以及该第三耦合金属片构成第三电容。

10.如权利要求1所述的照明装置，其特征在于：该主动式天线模块射出该第一调频连续波信号的方向与该目标移动方向呈一夹角，该鉴别控制模块用来依据该夹角、光速、该第一调频连续波信号的载波的中心频率计算该目标移动方向的速度。

11.如权利要求10所述的照明装置，其特征在于：该鉴别控制模块包含速度计算单元，用来依据一第二关系式计算该目标移动方向的速度，该第二关系式为v＝(f_b ^--f_b ⁺)×c/(2×f_c×cosθ)，v为该目标移动方向的速度，f_b ^-为下扫差频，f_b ⁺为上扫差频，c为光速，f_c为该载波中心频率。

12.如权利要求1所述的照明装置，其特征在于：该调变模块包含数字信号处理器的数字转模拟接口，合成产生该调变信号。

13.如权利要求1所述的照明装置，其特征在于：该调变模块包含具有运算放大器的加法器，其包含数个输入端以及一输出端，每一输入端与该运算放大器的输入正端之间耦接不同电阻，当其中一个输入端接地时，其余输入端接浮接，用来输出具有不同振幅的该调变信号。

14.如权利要求1所述的照明装置，其特征在于：所述照明装置另包含灯体，其中该微波侦测器、该光源以及该电源模块皆收容于该灯体之中。