CN104515986A - 具有距离闸功能的微波侦测器 - Google Patents

Abstract

一种微波侦测器，包含主动式天线模块，用来朝目标发射第一FMCW信号，并接收由目标反射回来的第二FMCW信号。射频晶体管的第二埠和控制端口耦接回路天线的发射端和接收端，且控制埠与第二埠为反相，分别用来解调第一及第二FMCW信号，以产生差频信号。再利用另一解调器解调差频信号以产生都卜勒信号。本侦测器利用电路上二阶段的降频方式代替软件，用来依据差频信号计算侦测器与目标之间的距离，以及依据都卜勒信号计算目标的移动速度。并利用调频连续波的距离闸特性控制，律定目标的侦测范围，再依据其移动速度来启动传感器触发功能。

Description

具有距离闸功能的微波侦测器

技术领域

本发明为一种微波侦测器，尤指一种用于侦测距离及速度的微波侦测器。

背景技术

请参阅图1，图1为现有技术中微波侦测器的结构示意图。微波侦测器1包括一射频模块10、一调变电路11、一中频模块20、一数字信号处理器30、一发射天线15和一接收天线16、射频模块10包含有一压控振荡器12、一功率分配器13、一驱动放大器14、一低噪声放大器17以及一混波器18。调变电路11是用以产生所需的调变信号，然后将该调变信号输出至压控振荡器12。压控振荡器12是一种电子振荡电路设计，可经由输入电压的不同来控制振荡频率，最后输出调频连续波，并由发射天线15发射出发射波。但是在经过发射天线15之前，功率分配器13会将压控振荡器12输出功率的一部分输入到混波器18，以利于之后获得中频信号。同时，调频连续波在被发射天线15接收之前，会经由驱动放大器14做放大处理。

接收天线16于接收到反射后的调频连续波之后，会将所接收到的信号输入至混波器18，但是信号在传递到混波器18之前，会先经过低噪声放大器17，将信号做放大处理的同时，又尽可能抑制噪声，以便于后续的电子组件做处理。然后混波器18会计算出发射波与接收波之间的频率差，进而降频并输出中频信号。接着，再透过后端的中频模块20来律定侦测距离范围，以取得侦测目标的数据。最后会经过模拟数字转换，将信号送至数字信号处理器30中，再以数字信号处理器30进行傅立叶变换计算目标距离。若需进行相对速度的量测，则多以目标通过的时间推导速度或以发射与接收差频信号的频率差计算速度。

然而微波侦测器1是将天线15、16与射频模块10做分开独立的设计，然后做进一步的整合。但是微波侦测器1是以标准雷达原理作为侦测方式，换句话说，即主要是以功率大小作为侦测距离远近的参考。同时天线的尺寸与工作频率为直接相关，当工作频率愈低时，尺寸愈大，但是3dB波束宽度较大，侦测的范围也较广。反之，当工作频率愈高时，尺寸愈小，但是3dB波束宽度变小，侦测的范围也相对变小。当采用双天线架构时，因为使用双天线必定使体积变大，非常不适用于一般的小型侦测器。但是若提高载波频率，又会导致天线的3dB波束宽度变小，并不利于宽角度环境下的移动物体侦测。另外数字信号处理器30必须使用大量傅立叶变换以计算目标距离，再进行速度计算，因此数字信号处理器30的设计复杂度较高，因此不符合低单价、小体积(直径在2cm以内)、低耗能(耗能在1.5W以内)的产品，并且需考虑距离闸条件下进行量测速度(三段距离闸)。

因此，如何设计出新的微波侦测器，不仅将天线与射频模块得以整合在一起，同时减少数字信号处理器设计复杂度，以因应微型化实体的需求，便成为十分重要的课题。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种低功率的微波侦测器，包含一主动式天线模块，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，其包含：一回路天线，其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；以及一射频晶体管，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。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一第一解调器，该第一解调器用来依据一距离闸解调出一差频信号，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；一第二解调器，电性连接该射频晶体管的第一埠，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和一下扫差频的频率差；一调变模块，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；及一鉴别控制模块，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该微波侦测器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。

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，电性连接于该射频晶体管的第一埠。

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，该调变信号产生器是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，该第一解调器具有距离闸功能的侦测方式，律定该目标的侦测范围。

相较于现有技术，本发明的微波侦测器适用于小型侦测器，应用于短距离但是涵盖角度大时的移动目标侦测。由于其将射频模块的震荡器、混波器与天线整合为一体，更使射频收发机得以简化并缩小体积。同时将压控振荡器与混波器以一颗BJT或是FET(例如：P-Hemt)取代，无论在体积或是功耗率上，都有明显的改善。此外，本发明的微波侦测器的解调器利用二极管配合低通滤波器取代混波器，进行二阶段的降频解调。另外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数据，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为现有技术中微波侦测器的结构示意图。

图2为本发明的微波侦测器的结构示意图。

图3是图2的主动式天线模块的等效电路图。

图4为本发明的主动式天线模块的结构的横向剖面图。

图5为图4的主动式天线模块的正面以及反面结构的对照图。

图6为图4的主动式天线模块的结构的正视图。

图7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8为第二解调器的电路图。

图9为扫频带宽与距离的关系图。

图10为图2调变信号产生器的实施例的电路图。

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。

请参考图2，图2为本发明的微波侦测器100的结构示意图。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、一鉴别控制模块160以及一启动单元170。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(frequency modulationcontinuous wave，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104a，第一解调器104a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-sweep beat frequency)和一下扫差频(down-sweep beat frequency)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。启动单元170则依据该触发信号决定是否启动其它控制，例如发出警示、闪灯等操作。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3，图3是图2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3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以双极性接面晶体管(bipolar junction transistor，BJT)表示，但事实上，射频晶体管102亦可以为场效晶体管(field effect transistor，FET)，若为场效晶体管(field effect transistor，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4和图5，图4为本发明的主动式天线模块的结构的横向剖面图，图5为图4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构成如图2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，即一天线电源信号经由第一微带天线金属1011(等效于图3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3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6，图6为图4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重叠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重叠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重叠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2所示的双端口电路。请一并参考图6，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6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(Phase Delay)，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，调整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3，本发明的主动式天线模块110的工作频率由电感值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；反之，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为漏-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。反之若第一电容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。反之，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3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。本发明的主动式天线模块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，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3。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7，图7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-sweepbeat frequency)f_b ⁺和下扫差频(down-sweep beat frequency)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8，图8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(AM Peak envelop detector)141和一第二低通滤波器142。包迹检测器141电性连接射频晶体管102的第一埠1021，包含二极管D1和D2。二极管D1的正端耦接于射频晶体管102的第一埠1021，二极管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(AM PeakEnvelope Detection)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启动单元170。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频宽)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(roundtrip time)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9，图9为扫频带宽与距离的关系图。图9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，反之扫频带宽B愈小则微波侦测器100的侦测范围愈远。

请参阅图2、图7和图9，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，反之，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，反之当微波侦测器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(range gate)。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10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。

综上所述，本发明的微波侦测器适用于小型侦测器，应用于短距离但是涵盖角度大时的移动目标侦测。由于其将射频模块的震荡器、混波器与天线整合为一体，更使射频收发机得以简化并缩小体积。同时将压控振荡器与混波器以一颗BJT或是FET(例如：P-Hemt)取代，无论在体积或是功耗上，都有明显的改善。此外，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数据，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数据。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数据，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 (11)

1.一种微波侦测器，其特征在于，包含：

主动式天线模块，用来以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，其包含：

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；

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一距离闸解调出差频信号，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，电性连接该射频晶体管的第一埠，用来解调该差频信号以产生都卜勒信号，该都卜勒信号的频率等于上扫差频和下扫差频的频率差；

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；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该微波侦测器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。

2.如权利要求1所述的微波侦测器，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。

3.如权利要求2所述的微波侦测器，其特征在于：该射频晶体管为场效晶体管，且该场效晶体管包含假型高速电子迁移率晶体管，该控制埠为栅极，该第一埠为源极，且该第二埠为漏极。

4.如权利要求1所述的微波侦测器，其特征在于：所述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端口，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；及

第三电容，耦接于该第二电感和该第三电感之间。

5.如权利要求1所述的微波侦测器，其特征在于：该调变模块包含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。

6.如权利要求1所述的微波侦测器，其特征在于：该调变模块包含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。

7.如权利要求1所述的微波侦测器，其特征在于：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。

8.如权利要求1所述的微波侦测器，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。

9.如权利要求8所述的微波侦测器，其特征在于：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。

10.如权利要求1所述的微波侦测器，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。

11.如权利要求1所述的微波侦测器，其特征在于：该第一解调器具有距离闸功能的侦测方式，律定该目标的侦测范围。