CN106125072B - 雷达装置与安全监控系统 - Google Patents

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Abstract

一种雷达装置与安全监控系统。该雷达装置用于检测一待测物，并包括：一信号源、一第一天线、一第二天线、一混频器，以及一90度耦合器。该信号源用于产生一入射信号。该第一天线用于传送该入射信号至该待测物。该第二天线用于接收来自该待测物的一反射信号。该混频器根据该入射信号和该反射信号来产生一基频信号。该第二天线经由该90度耦合器耦接至该混频器，或是该信号源经由该90度耦合器耦接至该第一天线。

Description

雷达装置与安全监控系统
技术领域
本发明关于一种雷达装置，特别关于可保护使用者的雷达装置和安全监控系统。
背景技术
传统雷达为避免检测零点的问题，通常于其中设计I/Q(In-phase/Quadrature)二路正交信号路径来解决。然而，使用I/Q正交信号路径来传递信号，则必须搭配至少二个混频器(Mixer)来作设计，此将占用额外的基板面积并增加整体制造成本。因此，有必要设计出一种全新的雷达装置，以克服现有技术的缺陷。
发明内容
在较佳实施例中，本发明提供一种雷达装置，用于检测一待测物，并包括：一信号源，产生一入射信号；一第一天线，传送该入射信号至该待测物；一第二天线，接收来自该待测物的一反射信号；一混频器，根据该入射信号和该反射信号，产生一基频信号；以及一90度耦合器，其中该第二天线经由该90度耦合器耦接至该混频器，或是该信号源经由该90度耦合器耦接至该第一天线。
在一些实施例中，该雷达装置为一多普勒雷达，而该基频信号包括该待测物的一速度信息。
在一些实施例中，该90度耦合器具有一第一输入端、一第二输入端、一第一输出端，以及一第二输出端，其中由该第一输入端或该第二输入端进入的信号将分割为二路并分别从该第一输出端和该第二输出端出来，而该第一输出端和该第二输出端之间的一信号相位差恰为90度。
在一些实施例中，该90度耦合器的该第一输入端耦接至该第二天线，该90度耦合器的该第二输入端经由一匹配电阻器耦接至一接地电位，而该90度耦合器的该第一输出端和该第二输出端皆耦接至该混频器。
在一些实施例中，该90度耦合器的该第一输入端和该第二输入端皆耦接至该第二天线，而该90度耦合器的该第一输出端和该第二输出端皆耦接至该混频器。
在一些实施例中，该90度耦合器的该第一输入端耦接至该信号源，该90度耦合器的该第二输入端经由一匹配电阻器耦接至一接地电位，而该90度耦合器的该第一输出端和该第二输出端皆耦接至该第一天线。
在一些实施例中，该90度耦合器的该第一输入端和该第二输入端皆耦接至该信号源，而该90度耦合器的该第一输出端和该第二输出端皆耦接至该第一天线。
在较佳实施例中，本发明提供一种雷达装置，用于检测一待测物，并包括：一信号源，产生一入射信号；一第一天线，传送该入射信号至该待测物；一第二天线，接收来自该待测物的一反射信号；以及一混频器，根据该入射信号和该反射信号，产生一基频信号；其中该第一天线为一圆极化天线且该第二天线为一线性极化天线，或是该第一天线为一线性极化天线且该第二天线为一圆极化天线。
在一些实施例中，该圆极化天线所接收或传送的信号具有正交极化方向以及恰为90度的相位差。
在一些实施例中，该线性极化天线所接收或传送的信号具有正交极化方向以及恰为0度的相位差。
在较佳实施例中，本发明提供一种安全监控系统，用于保护一使用者，并包括：一雷达装置，用于检测该使用者的一状态，并产生一基频信号；一信号处理器，解析该基频信号，并产生一控制信号；一反应元件；以及一控制器，根据该控制信号来操作该反应元件，以维护该使用者的安全。
在一些实施例中，该反应元件为一车轮马达。
在一些实施例中，当检测到该使用者的一移动速度下降时，该控制器即调降该车轮马达的一转动速度，而当检测到该使用者的该移动速度上升时，该控制器即调升该车轮马达的该转动速度。
在一些实施例中，该反应元件为一充气气垫。
在一些实施例中，当检测到该使用者发生一跌倒事件时，该控制器即控制该充气气垫立刻充饱气体，以支撑住该使用者。
在一些实施例中，该反应元件为一警示器。
在一些实施例中，当检测到该使用者发生一跌倒事件时，该控制器即控制该警示器发出闪光和声音。
在一些实施例中，该雷达装置包括：一信号源，产生一入射信号；一第一天线，传送该入射信号至该使用者；一第二天线，接收来自该使用者的一反射信号；一混频器，根据该入射信号和该反射信号，产生一基频信号；以及一90度耦合器，其中该第二天线经由该90度耦合器耦接至该混频器，或是该信号源经由该90度耦合器耦接至该第一天线。
在一些实施例中，该雷达装置包括：一信号源，产生一入射信号；一第一天线，传送该入射信号至该使用者；一第二天线，接收来自该使用者的一反射信号；以及一混频器，根据该入射信号和该反射信号，产生一基频信号；其中该第一天线为一圆极化天线且该第二天线为一线性极化天线，或是该第一天线为一线性极化天线且该第二天线为一圆极化天线。
附图说明
图1A显示根据本发明一实施例所述的雷达装置的示意图；
图1B显示根据本发明一实施例所述的雷达装置的示意图；
图1C显示根据本发明一实施例所述的雷达装置的示意图；
图1D显示根据本发明一实施例所述的雷达装置的示意图；
图2A显示根据本发明一实施例所述的雷达装置的示意图；
图2B显示根据本发明一实施例所述的雷达装置的示意图；
图3显示根据本发明一实施例所述的安全监控系统的示意图；
图4A显示根据本发明一实施例所述的安全监控系统的应用的示意图；
图4B显示根据本发明一实施例所述的安全监控系统的应用的示意图；
图4C显示根据本发明一实施例所述的安全监控系统的应用的示意图。
【符号说明】
101、102、103、104、201、202、310～雷达装置；
110～信号源；
121、221～第一天线；
122、222～第二天线；
130～混频器；
140～90度耦合器；
141～90度耦合器的第一输入端；
142～90度耦合器的第二输入端；
143～90度耦合器的第一输出端；
144～90度耦合器的第二输出端；
150～匹配电阻器；
180～待测物；
300、401、402、403～安全监控系统；
320～信号处理器；
330～控制器；
340、441、442、443～反应元件；
380～使用者；
450、480～行走辅具；
460～车轮；
S1～入射信号；
S2～反射信号；
SB～基频信号；
SC～控制信号；
VSS～接地电位。
具体实施方式
为让本发明的目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举出本发明的具体实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。
图1A显示根据本发明一实施例所述的雷达装置101的示意图。雷达装置101可检测一待测物(Objection Under Detection，OUD)180的一状态，例如：一位移、一速度，或是一加速度。如图1A所示，雷达装置101包括：一信号源110、一第一天线121、一第二天线122、一混频器(Mixer)130，以及一90度耦合器(90-degree Coupler)140。信号源110可以是一正弦波振荡器(Sinusoidal Oscillator)。第一天线121和第二天线122可以是任意种类的天线，例如：单极天线(Monopole Antenna)、偶极天线(Dipole Antenna)、环形天线(LoopAntenna)、圆极化天线(Circular Polarization Antenna)、椭圆极化天线(EllipticalPolarization Antenna)，或是螺旋天线(Helical Antenna)。混频器130用于将输入的信号于时域上执行相乘积后输出。90度耦合器140具有一第一输入端141、一第二输入端142、一第一输出端143，以及一第二输出端144，其中由第一输入端141或第二输入端142进入的信号将分割为二路并分别从第一输出端143和第二输出端144出来，而第一输出端143和第二输出端144之间的一信号相位差(Phase Difference)恰为90度。
以下图1A-1D的实施例用于说明本发明的雷达装置的不同组态，其主要利用90度耦合器140来取代传统需要至少二混频器的I/Q信号路径。必须理解的是，这些实施例仅为举例，并非用于限制本发明。
在图1A的实施例中，信号源110用于产生一入射信号S1。第一天线121用于传送入射信号S1至待测物180。第二天线122用于接收来自待测物180的一反射信号S2。第二天线122经由90度耦合器140耦接至混频器130，而90度耦合器140可用于分割反射信号S2并且调整反射信号S2的相位。混频器130再根据入射信号S1和反射信号S2，产生一基频信号SB。雷达装置101可以是一多普勒雷达(Doppler Radar)，而基频信号SB可以包括待测物180的一速度信息。详细而言，90度耦合器140的第一输入端141耦接至第二天线122，90度耦合器140的第二输入端142经由一匹配电阻器150耦接至一接地电位VSS，而90度耦合器140的第一输出端143和第二输出端144皆耦接至混频器130。在此设计下，混频器130将接收到来自90度耦合器140的二路已分割的反射信号S2，其间具有90度的信号相位差，此即近似于传统I/Q二路正交信号。因此，图1A的雷达装置101可以没有第二混频器的情况下，实现出二路正交信号传递路径。相较于现有技术，本发明至少具有简化设计、降低成本等优点，其适合应用于各种雷达检测的技术领域当中。
图1B显示根据本发明一实施例所述的雷达装置102的示意图。图1B和图1A相似。在图1B的实施例中，信号源110用于产生入射信号S1。第一天线121用于传送入射信号S1至待测物180。第二天线122用于接收来自待测物180的反射信号S2。第二天线122经由90度耦合器140耦接至混频器130，而90度耦合器140可用于分割反射信号S2并且调整反射信号S2的相位。混频器130再根据入射信号S1和反射信号S2，产生基频信号SB。详细而言，90度耦合器140的第一输入端141和第二输入端142皆耦接至第二天线122，而90度耦合器140的第一输出端143和第二输出端144皆耦接至混频器130。在此设计下，混频器130将接收到来自90度耦合器140的二路已分割的反射信号S2，其间具有90度的信号相位差，此即近似于传统I/Q二路正交信号。图1B的雷达装置102的其余特征皆与图1A的雷达装置101相似，故此二实施例均可达成相似的操作效果。
图1C显示根据本发明一实施例所述的雷达装置103的示意图。图1C和图1A相似。在图1C的实施例中，信号源110用于产生入射信号S1。信号源110经由90度耦合器140耦接至第一天线121，而90度耦合器140可用于分割入射信号S1并且调整入射信号S1的相位。第一天线121用于传送入射信号S1至待测物180。第二天线122用于接收来自待测物180的反射信号S2。混频器130再根据入射信号S1和反射信号S2，产生基频信号SB。详细而言，90度耦合器140的第一输入端141耦接至信号源110，90度耦合器140的第二输入端142经由一匹配电阻器150耦接至一接地电位VSS，而90度耦合器140的第一输出端143和第二输出端144皆耦接至第一天线121。在此设计下，第一天线121将传送出来自90度耦合器140的二路已分割的入射信号S1，其间具有90度的信号相位差，此即近似于传统I/Q二路正交信号。图1C的雷达装置103的其余特征皆与图1A的雷达装置101相似，故此二实施例均可达成相似的操作效果。
图1D显示根据本发明一实施例所述的雷达装置104的示意图。图1D和图1A相似。在图1D的实施例中，信号源110用于产生入射信号S1。信号源110经由90度耦合器140耦接至第一天线121，而90度耦合器140可用于分割入射信号S1并且调整入射信号S1的相位。第一天线121用于传送入射信号S1至待测物180。第二天线122用于接收来自待测物180的反射信号S2。混频器130再根据入射信号S1和反射信号S2，产生基频信号SB。详细而言，90度耦合器140的第一输入端141和第二输入端142皆耦接至信号源110，而90度耦合器140的第一输出端143和第二输出端144皆耦接至第一天线121。在此设计下，第一天线121将传送出来自90度耦合器140的二路已分割的入射信号S1，其间具有90度的信号相位差，此即近似于传统I/Q二路正交信号。图1D的雷达装置104的其余特征皆与图1A的雷达装置101相似，故此二实施例均可达成相似的操作效果。
图2A显示根据本发明一实施例所述的雷达装置201的示意图。雷达装置201可检测一待测物180的一状态，例如：一位移、一速度，或是一加速度。如图2A所示，雷达装置201包括：一信号源110、一第一天线221、一第二天线222，以及一混频器130。信号源110可以是一正弦波振荡器。第一天线221和第二天线222其中一个为一圆极化天线(CircularPolarization Antenna)，而另外一个为一线性极化天线(Linear PolarizationAntenna)。混频器130用于将输入的信号于时域上执行相乘积后输出。
以下图2A-2B的实施例用于说明本发明的雷达装置的不同组态，其主要利用圆极化天线和线性极化天线来取代传统需要至少二混频器的I/Q信号路径。必须理解的是，这些实施例仅为举例，并非用于限制本发明。
在图2A的实施例中，第一天线221为一圆极化天线且第二天线222为一线性极化天线。信号源110用于产生一入射信号S1。第一天线221用于传送入射信号S1至待测物180。第二天线222用于接收来自待测物180的一反射信号S2。第二天线222可以是一双端口正交线性极化天线，或是包括互相垂直的二单端口线性极化天线。混频器130再根据入射信号S1和反射信号S2，产生一基频信号SB。雷达装置201可以是一多普勒雷达，而基频信号SB可以包括待测物180的一速度信息。详细而言，第一天线221(圆极化天线)所传送的信号具有正交极化方向以及恰为90度的相位差(例如：第一天线221可传送X方向极化信号和Y方向极化信号，两者的信号相位差可为90度)，而第二天线222(线性极化天线)所接收的信号具有正交极化方向以及恰为0度的相位差(例如：第二天线222可接收X方向极化信号和Y方向极化信号，两者的信号相位差可为0度)，此即近似于传统I/Q二路正交信号。因此，图2A的雷达装置201可以没有第二混频器的情况下，实现出二路正交信号传递路径。相较于现有技术，本发明至少具有简化设计、降低成本等优点，其适合应用于各种雷达检测的技术领域当中。
图2B显示根据本发明一实施例所述的雷达装置202的示意图。图2B和图2A相似。在图2B的实施例中，第一天线221为一线性极化天线且第二天线222为一圆极化天线。信号源110用于产生入射信号S1。第一天线221用于传送入射信号S1至待测物180。第二天线222用于接收来自待测物180的反射信号S2。第一天线221可以是一双端口正交线性极化天线，或是包括互相垂直的二单端口线性极化天线。混频器130再根据入射信号S1和反射信号S2，产生基频信号SB。详细而言，第一天线221(线性极化天线)所传送的信号具有正交极化方向以及恰为0度的相位差(例如：第一天线221可传送X方向极化信号和Y方向极化信号，两者的信号相位差可为0度)，而第二天线222(圆极化天线)所接收的信号具有正交极化方向以及恰为90度的相位差(例如：第二天线222可接收X方向极化信号和Y方向极化信号，两者的信号相位差可为90度)，此即近似于传统I/Q二路正交信号。图2B的雷达装置202的其余特征皆与图2A的雷达装置201相似，故此二实施例均可达成相似的操作效果。
图3显示根据本发明一实施例所述的安全监控系统300的示意图。安全监控系统300可用于保护一使用者380。如图3所示，安全监控系统300包括：一雷达装置310、一信号处理器320、一控制器330，以及一反应元件340。雷达装置310用于检测使用者380的一状态(例如：一位移、一速度，或是一加速度)，并产生一基频信号SB。信号处理器320用于解析基频信号SB，并产生一控制信号SC。控制器330根据控制信号SC来操作反应元件340，以维护使用者380的安全。
以下图4A-4C的实施例用于说明本发明的安全监控系统的不同组态。必须理解的是，这些实施例仅为举例，并非用于限制本发明。
图4A显示根据本发明一实施例所述的安全监控系统401的应用的示意图。在图4A的实施例中，安全监控系统401设置于一行走辅具450上，其中行走辅具450具有多个车轮460，并可用于协助一使用者380进行移动。安全监控系统401的一反应元件441为一车轮马达，其可用于控制行走辅具450的车轮460的转动状态。例如，当安全监控系统401检测到使用者380的一移动速度下降时，其控制器可调降反应元件441(车轮马达)的一转动速度；反之，当安全监控系统401检测到使用者380的移动速度上升时，其控制器可调升反应元件441(车轮马达)的转动速度。换言之，安全监控系统401可自动控制行走辅具450的车轮460的转动速度，以配合使用者380的移动速度，此设计可预防使用者380因行走辅具450的速度不当而发生一跌倒事件。
图4B显示根据本发明一实施例所述的安全监控系统402的应用的示意图。在图4B的实施例中，安全监控系统402设置于一行走辅具480上，其中行走辅具480可以是一无轮式辅具，或是如图4A般的一有轮式辅具，并可用于协助一使用者380进行移动。安全监控系统402的一反应元件442为一充气气垫，其原本处于未充气状态。当安全监控系统402检测到使用者380发生一跌倒事件时(例如：使用者380的移动速度突然提高)，其控制器可控制反应元件(充气气垫)442立刻充饱气体，以支撑住使用者380。此设计可避免使用者380因跌倒事件而发生严重伤害。在一些实施例中，安全监控系统402的雷达装置可为一光感测雷达。此光感测雷达平常发射光线至使用者380并接收其反射光，而当光感测雷达检测到使用者380的反射光的强度变弱时，代表使用者380可能跌倒，此时安全监控装置402可立即将反应元件(充气气垫)442充饱气体。
图4C显示根据本发明一实施例所述的安全监控系统403的应用的示意图。在图4C的实施例中，安全监控系统403设置于一行走辅具480上。安全监控系统403的一反应元件443为一警示器，其原本处于不亮且无声状态。当安全监控系统403检测到使用者380发生一跌倒事件时，其控制器可控制反应元件(警示器)443发出闪光和声音。此设计可立即通知附近人员针对已跌倒的使用者380进行施救。
必须注意的是，图1A-1D、图2A-2B的实施例所述的雷达装置，均可应用于图3、4A-4C的实施例的安全监控系统当中，以监控使用者(等同待测物)的状态。本发明的安全监控系统可与传统行走辅具作结合，并应用于老人看护等领域，可保护老人或身障者的生命安全。
本发明虽以较佳实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明的范围，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，可做些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围是以本发明的权利要求书为准。

Claims (7)

1.一种雷达装置，用于检测一待测物，包括：
一信号源，产生一入射信号；
一第一天线，传送该入射信号至该待测物；
一第二天线，接收来自该待测物的一反射信号；
一混频器，根据该入射信号和该反射信号，产生一基频信号；以及
一90度耦合器，其中该第二天线经由该90度耦合器耦接至该混频器，或是该信号源经由该90度耦合器耦接至该第一天线，
其中该第一天线和该第二天线为相异且独立的两个天线。
2.如权利要求1所述的雷达装置，其中该雷达装置为一多普勒雷达，而该基频信号包括该待测物的一速度信息。
3.如权利要求1所述的雷达装置，其中该90度耦合器具有一第一输入端、一第二输入端、一第一输出端、以及一第二输出端，其中由该第一输入端或该第二输入端进入的信号将分割为二路并分别从该第一输出端和该第二输出端出来，而该第一输出端和该第二输出端之间的一信号相位差恰为90度。
4.如权利要求3所述的雷达装置，其中该90度耦合器的该第一输入端耦接至该第二天线，该90度耦合器的该第二输入端经由一匹配电阻器耦接至一接地电位，而该90度耦合器的该第一输出端和该第二输出端皆耦接至该混频器。
5.如权利要求3所述的雷达装置，其中该90度耦合器的该第一输入端和该第二输入端皆耦接至该第二天线，而该90度耦合器的该第一输出端和该第二输出端皆耦接至该混频器。
6.如权利要求3所述的雷达装置，其中该90度耦合器的该第一输入端耦接至该信号源，该90度耦合器的该第二输入端经由一匹配电阻器耦接至一接地电位，而该90度耦合器的该第一输出端和该第二输出端皆耦接至该第一天线。
7.如权利要求3所述的雷达装置，其中该90度耦合器的该第一输入端和该第二输入端皆耦接至该信号源，而该90度耦合器的该第一输出端和该第二输出端皆耦接至该第一天线。
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