CN108717185B - 微波感应模块 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种探测物体移动的微波感应模块，包括控制电路板、感应电路板、屏蔽罩体和光敏传感器。其特征在于：所述的感应电路板上设置有天线组件复合在控制电路板上面与屏蔽罩体组成微波传感器，所述的光敏传感器检测使用环境明暗度提供给控制电路板的控制电路单元驱动微波传感器处于探测物体移动发射微波信号的工作状态和关闭微波信号的休眠状态。所述的光敏传感器检测模式，由设置在电路板上的短路点控制。所述的微波感应模块的工作状态是由控制电路单元开启与关闭微波传感器电源；本发明将传感器所使用的外围电路设置在微波传感器的电路板上，并通过光敏传感器检测使用环境明暗度控制微波传感器工作状态，形成一种使微波传感器可以直接加电源使用的微波感应模块。

Description

微波感应模块
技术领域
本申请涉及用于物体、人体移动的微波探测等领域，尤其是一种微波感应模块。
背景技术
微波传感器广泛用于对于移动物体、液体和气体流动等领域的感应探测，是根据多普勒原理将微波信号通过发射和接收天线装置，产生差频信号，利用混频器检波，将差频信号输出，实现对移动物体、液体和气体流动感应探测，达到控制目的。微波传感器可以在-20º—70º的环境下工作，具有较宽的温度范围和较高的感应灵敏度。
微波传感器属于一种独立的电子元器件，是包括电路板和微波器件组成的一种电路模组，外形体积较大，使用时需要设计有源外围电路才能工作，目前大多以组成产品的形式出现在市面上，由于微波探测信号频率较高，设计电路对物体移动感应信号处理有一定的技术要求，使微波传感器应用受到局限。
发明内容
本发明的发明目的在于：针对上述存在的问题，将传感器所使用的外围电路设置在在微波传感器的电路板上形成控制电路板，并通过光敏传感器检测使用环境明暗度控制微波传感器工作状态，形成一种使微波传感器可以直接加电源使用的微波感应模块。
为了解决上述技术问题，本申请有如下技术方案：
一种探测物体移动的微波感应模块，包括控制电路板、感应电路板、屏蔽罩体和光敏传感器。
所述的感应电路板上设置有天线组件复合在控制电路板上面与屏蔽罩体组成微波传感器。
所述的光敏传感器检测使用环境明暗度提供给控制电路板的控制电路单元驱动微波传感器处于探测物体移动发射微波信号的工作状态和关闭微波信号的休眠状态。
所述的光敏传感器检测模式，由设置在电路板上的短路点控制。
所述的微波感应模块的工作状态是由控制电路单元开启与关闭微波传感器电源。
所述的电源电路给感应模块提供工作电源，移动感应信号由放大电路单元处理完成，物体移动感应信号由控制电路单元输出。
所述的屏蔽罩体内设置的微波振荡器给模块提供微波探测信号。
所述的微波传感器是由设置在控制电路板上面屏蔽罩体内的混频器与感应电路板上面的天线组件组成的极板外露的串列式电容体。
优选地，其中：
所述的串列式电容体极板组成感应电路板的感应模块的发射、接收天线；形成对称型平板电容Cf；
所述的串列式电容体极板组成混频器组件，与Cf形成非对称型平板式电容体Ct和Cr；
优选地，其中：
所述的混频器由两个非对称型平板式电容极板组成，上部分是Ct极板，下部分是Cr极板,混频管连接在Ct和Cr极板上。
优选地，其中：
所述的Cf的制作方法，包括以下几个步骤：
步骤一：绘制感应电路板铜箔，形成2个间隔6.5*6.5mm的方块；
步骤二：绘制一个6*2mm的信号极端，用宽度12mil的线连接到两个方块的正中心；
步骤三：镜像步骤一、二组件，调整镜像距离，使Cf=0.6pF；
所述的非对称型平板式电容耦合器Cr的制作方法，包括以下几个步骤：
步骤一：绘制信号电路板铜箔，使信号混频器下面部分成为245*200mil/95*100mil的凹陷型勺状体；
步骤二：绘制一个215*60mil的工字型、单边开口的信号端，用宽度20-90mil的线连接到混频器凹壁下侧的正中心；
步骤三：调整线路宽度，使混频器下面线路部分与Cf接收容板部分的耦合器容量Cr=4.7pF；
所述的Ct的制作方法，包括以下几个步骤：
步骤一：绘制信号电路板铜箔，将信号混频器上面部分成为390*350mil堆积型山字形状；山字状底部的两边有两个78*78mil的方块由过孔接GND；用宽度10-85mil的线连接到山字状混频器的顶端，与一个贴片电容连接到信号产生单元；
步骤二：根据Cr=4.2pF和根据计算公式Ct=jCr, j=1.766，调整山字状和10-65mil的线路宽度，使混频器上面部分与Cf发射容板部分耦合器的容量Cr=8.3pF。
优选地，其中：
所述的Ct和Cr，绝缘介质是感应电路板和控制电路板，厚度分别为0.1-10mm,材质为FR4玻璃纤维料，覆盖绝缘绿油形成串列式电容体。
优选地，其中：
所述的微波传感器的屏蔽罩体内电源电路有一个贴片电阻连接到信号产生单元HJ-FET管的D极； HJ-FET管封装为十字架型，左侧有5*3mm的谐振体，用树脂胶贴在十字架底座的电路板；D极与S极各有一块扇形状的微带反馈器。
优选地，其中：
所述的屏蔽罩体有固定齿插入电路板中；位于电路板的正中心；所述的电源输入和移动物体感应信号输出位置于控制电路板的四个角上。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本申请与现有技术相比，有益效果在于：
一：将控制电路板和感应电路板复合在一起形成微波传感器，电路元器件分布在传感器周围，感应模块结构紧凑，减小了微波感应模块的体积。
二：微波传感器设置成极板外露的串列式电容体结构，微波信号在电容体极板间耦合，增强信号传输效率，提高模块感应灵敏度。
三：光敏传感器控制微波传感器的工作状态，可根据需要设置感应模块在光线较暗的环境下工作，以减少模块的电路功耗。
四：感应模块电路板上具有信号放大和控制电路，方便直接加电使用。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1为本发明的所述微波感应模块的结构示意图。
图2为本发明的所述微波感应模块的电路板组件位置示意图。
具体实施方式
如在说明书及权利要求当中使用了某些名称、词汇或术语来指称特定组件和电路构成,本领域技术人员应可理解，工程技术人员、硬件、元器件制造商可能会用不同名词和词汇来称呼同一个组件和名称。为便于理解、描述和说明，技术人员也会使用相同的名称或术语描述组件和单元电路构成的感应器，如本申请在通篇说明书及权利要求当中所提及的电路板、微带线、信号端、电容耦合器、串列式电容、非对称型平板式电容体Ct和Cr、绝缘介质、信号产生单元、信号馈送、信号输出输入、发射单元、接收单元、混频器、电源电路和感应信号输出等，这些名称或词汇都以组件或电路单元的形式出现在本申请中。
本申请的说明书、说明书附图、说明书摘要、摘要附和图权利要求并不以名称的差异来作为区分组件或电路形成的方式，而是以组件或电路形成在结构上、功能上、应用规则上、设计方法和使用构想上等、于本申请的技术方案方面存在的差异来作为区分的准则。
说明书后续描述为实施本申请的较佳实施方式，然所述描述乃以说明本申请的一般原则为目的，并非用以限定本申请的范围。本申请的保护范围当视所附权利要求所界定者为准。
“包含”为一开放式用语，故应解释成“包含但不限定于”。“大致”是指在可接收的误差范围内，本领域技术人员能够在一定误差范围内解决所述技术问题，基本达到所述技术效果。此外，“耦接”一词在此包含任何直接及间接的电性耦接手段。因此，若文中描述一第一装置耦接于一第二装置，则代表所述第一装置可直接电性耦接于所述第二装置，或通过其他装置或耦接手段间接地电性耦接至所述第二装置。说明书后续描述为实施本申请的较佳实施方式，然所述描述乃以说明本申请的一般原则为目的，并非用以限定本申请的范围。本申请的保护范围当视所附权利要求所界定者为准。
参见图1、图2为本申请所述一种微波感应模块的具体实施例。
如图1、图2所示，本实施例中的移动物体感应器，电路板上包括：微波传感器10、光敏传感器20，模式控制201、控制电路单元30、电源电路40、信号输出50、控制电路板60和感应信号放大电路单元70。屏蔽罩体101、感应电路板102、感应天线组件103。滤波钽电容401、固定螺丝孔601、电源输入602和感应信号输出口603。
如图1、图2所示，一种探测物体移动的微波感应模块，包括控制电路板60、感应电路板10、屏蔽罩体101和光敏传感器20。感应电路板102上设置有天线组件103复合在控制电路板30上面与屏蔽罩体101组成微波传感器10。
控制电路板60上面设置工作模式的有短路点，可以讲控制感应模块设置在全天工作或只有在夜晚或较暗的光线下工作，以减少电路功耗。通过光敏传感器20通过模式控制201检测使用环境明暗度，来判断探测感应环境的光线明亮或者阴暗提供给控制电路板的控制电路单元30，根据工作模式设置，当需要感应时，控制电路开启微波传感器电源，使其处于探测物体移动发射微波信号的工作状态；当不需要感应时，控制电路关闭微波传感器电源，使其处于关闭微波信号的休眠状态。
光敏传感器20由设置在电路板上的检测模式201短路点控制，微波感应模块的工作状态是由控制电路单元施加与撤销微波传感器10电源，是感应模块处于正常工作状态或休眠状态。
外部电源由电路板上电源输入602到电源电路40，和滤波钽电容401给感应模块提供工作电源，移动感应信号由放大电路单元70处理完成，物体移动感应信号由控制电路单元70输出到感应信号输出口603，方便信号外接控制使用。电路板上设置有固定螺丝孔601，用于微波感应模块安装固定。
模块用于感应探测的微波传感器10是由控制电路板60、感应电路板10和屏蔽罩体101组成，感应电路板10上面设置有天线组件103，微波探测信号输出到组件的反射天线上面，移动物体感应信号通过接收天线输入到混频器中。
为使微波感应模块正常工作，在屏蔽罩体101内设置的微波振荡器，产生频率为5-17Ghz的微波，给感应模块提供探测感应信号。
微波传感器是由设置在控制电路板上面屏蔽罩体内的混频器与感应电路板上面的天线组件组成的极板外露的串列式电容体。使微波信号在电容体的极板间高效馈送，将发射和感应天线设置成串列式电容体极板上面，使信号感应更加灵敏。
串列式电容体极板组成感应电路板的感应模块的发射、接收天线；形成对称型平板电容Cf，；串列式电容体极板组成混频器组件，与Cf形成非对称型平板式电容体Ct和Cr，由此组成一种串列式的电容体，利用微波信号的高效传输。
混频器由两个非对称型平板式电容极板组成，上部分是Ct极板，下部分是Cr极板,混频管连接在Ct和Cr极板上。将混频器设置在电容体极板上面，使微波传感器10具有更高的感应灵敏度。
经过长久的研究和实验发现，利用线路板的铜箔，将混频器、发射单元和接收单元的电路部分，设置在串列电容体的极板上面，传感器的感应器感应灵敏度得到很大的提高。
根据传感器的高频信号频率特性和感应距离要，需要确定Cr、Ct和Cr信号电容的容值。本申请经过无数次的实验、精确计算和反复测试发现，对于5-17Ghz的微波信号，当Cf的容值为0.6pF，Ct和Cr的容量比值j=1.766时，感应信号覆盖范围和灵敏度达到最佳效果。
根据以上特点，在感应电路板10上面，绘制电路板铜箔，使Cf的容值为0.6pF，在控制电路板60上面，绘制电路板铜箔，改变微带线结构，将微波混频器输出设置为凹形、漏斗状，底部连接扇形等特殊形状，利用FR4电路板材料形成的绝缘介质，和感应电路板Cf接收天线极板部分组成电容体，使电容Cr=4.7pF，根据计算公式Ct=jCr, j=1.766 , 用类似的设计方法使天线输出电Ct=8.3pF ,使传感器的电容体达到最佳的信号匹配状态。
串列式电容体具体实施如下：
1：对称型平板电容Cf的制作方法，包括以下几个步骤：
Cf的制作方法，包括以下几个步骤：
步骤一：绘制感应电路板铜箔，形成2个间隔6.5*6.5mm的方块；
步骤二：绘制一个6*2mm的信号极端，用宽度12mil的线连接到两个方块的正中心；
步骤三：镜像步骤一、二组件，调整镜像距离，使Cf=0.6pF；
Cr的制作方法，包括以下几个步骤：
步骤一：绘制信号电路板铜箔，使信号混频器下面部分成为245*200mil/95*100mil的凹陷型勺状体；
步骤二：绘制一个215*60mil的工字型、单边开口的信号端，用宽度20-90mil的线连接到混频器凹壁下侧的正中心；
步骤三：调整线路宽度，使混频器下面线路部分与Cf接收容板部分的耦合器容量Cr=4.7pF；
Ct的制作方法，包括以下几个步骤：
步骤一：绘制信号电路板铜箔，将信号混频器上面部分成为390*350mil堆积型山字形状；山字状底部的两边有两个78*78mil的方块由过孔接GND；用宽度10-85mil的线连接到山字状混频器的顶端，与一个贴片电容连接到信号产生单元；
步骤二：根据Cr=4.2pF和根据计算公式Ct=jCr, j=1.766，调整山字状和10-65mil的线路宽度，使混频器上面部分与Cf发射容板部分耦合器的容量Cr=8.3pF。
微波传感器是由Cr、Ct和Cr组成一种串列式的电容体，将感应电路板102上的电容体极板外露，形成感应模块的天线组件，微波信号在电容体的极板间传输，使微波敢于模块具有更高的感应灵敏度。
移动感应型号由电路板上的信号放大电路单元70放大处理后，由控制电路单元60从信号输出50将移动感应信号连接到电路板感应信号输出口603上面。
电容Cf覆盖绝缘绿油形成对称型平板电容Cf，电路板叠压在控制电路板上面与Ct和Cr组成串列式电容体。
Ct和Cr，绝缘介质是为感应电路板和信号电路板，两块电路板的厚度分别为0.1-10mm,材质为FR4玻璃纤维料，在电路板生产过程中，覆盖阻焊绿油形成的绝缘体，将两款电路板复合在一起后，组成串列式电容，高频信号在两块电路板形成的高频信号耦合器中传输。
微波传感器的屏蔽罩体内电源电路有一个贴片电阻连接到信号产生单元HJ-FET管的D极；给微波振荡器提供电源，产生微波信号用于物体感应探测信号发射，HJ-FET管封装为十字架型封装结构，左侧有5*3mm的谐振体，用树脂胶贴在十字架底座的电路板；根据感应需要，更换谐振体，振荡器可产生5-17Ghz不同频率的微波信号，D极与S极各有一块扇形状的微带反馈器，提高信号电路的稳定性。
屏蔽罩体有固定齿插入电路板中位于电路板的正中心，防止屏蔽罩体滑动和方便布置电路组件，所述的电源输入和移动物体感应信号输出位置于微波感应模块控制电路板的四个角上，方便电源输入和感应信号外接输出使用。
通过以上各实施例可知，本申请存在的有益效果是：
一：将控制电路板和感应电路板复合在一起形成微波传感器，电路元器件分布在传感器周围，感应模块结构紧凑，减小了微波感应模块的体积。
二：微波传感器设置成极板外露的串列式电容体结构，微波信号在电容体极板间耦合，增强信号传输效率，提高模块感应灵敏度。
三：光敏传感器控制微波传感器的工作状态，可根据需要设置感应模块在光线较暗的环境下工作，以减少模块的电路功耗。
四：感应模块电路板上具有信号放大和控制电路，方便直接加电使用。
上述说明示出并描述了本申请的若干优选实施例，但如前所述，应当理解本申请并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述发明构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本申请的精神和范围，则都应在本申请所附权利要求的保护范围内。

Claims (6)

1.一种探测物体移动的微波感应模块，包括控制电路板、感应电路板、屏蔽罩体和光敏传感器，其特征在于：所述的感应电路板上设置有天线组件复合在控制电路板上面与屏蔽罩体组成微波传感器；所述的光敏传感器检测使用环境明暗度、提供给控制电路板的控制电路单元驱动微波传感器处于探测物体移动发射微波信号的工作状态和关闭微波信号的休眠状态;
所述的感应电路板上面的天线组件组成极板外露的串列式电容体；
所述的微波传感器上设置有电容：Cf、Ct和Cr；
所述的Cf形成非对称型平板式电容Ct和Cr；
所述的串列式电容体的极板组成感应电路板的微波感应模块的发射、接收天线；形成对称型平板电容Cf；
所述的串列式电容体极板组成混频器组件，与Cf形成非对称型平板式电容Ct和Cr;
所述的混频器由两个非对称型平板式电容极板组成，上部分是Ct极板，下部分是Cr极板,混频管连接在Ct和Cr极板上;
所述的屏蔽罩体有固定齿插入电路板中，位于电路板的正中心；电源输入端和移动物体感应信号输出端，设置于控制电路板的四个角上。
2.根据权利要求1所述的微波感应模块，其特征在于：
所述的光敏传感器检测模式，由设置在电路板上的短路点控制；
所述的微波感应模块的工作状态是由控制电路单元开启与关闭微波传感器电源；
所述的控制电路板有电源电路，给微波感应模块提供工作电源，移动感应信号由放大电路单元处理完成，物体移动感应信号由控制电路单元输出。
3.根据权利要求1所述的微波感应模块，其特征在于：
所述的屏蔽罩体内设置的微波振荡器给微波感应模块提供微波探测信号；
所述的微波传感器是由设置在控制电路板上面屏蔽罩体内的混频器与感应电路板上面的天线组件组成的极板外露的串列式电容体。
4.根据权利要求1-3之一所述的微波感应模块，其特征在于：
所述的Cf的制作方法，包括以下几个步骤：
步骤一：绘制感应电路板铜箔，形成2个间隔6.5mm*6.5mm的方块；
步骤二：绘制一个6mm*2mm的信号极端，用宽度12mil的线连接到两个方块的正中心；
步骤三：镜像步骤一、二组件，调整镜像距离，使Cf＝0.6pF；
所述的非对称型平板式电容Cr的制作方法，包括以下几个步骤：
步骤一：绘制信号电路板铜箔，使信号混频器下面部分成为245mil*200mil/95mil*100mil的凹陷型勺状体；
步骤二：绘制一个215mil*60mil的工字型、单边开口的信号端，用宽度20mil-90mil的线连接到混频器凹壁下侧的正中心；
步骤三：调整线路宽度，使混频器下面线路部分与Cf接收容板部分的耦合器容量Cr＝4.7pF；
所述的Ct的制作方法，包括以下几个步骤：
步骤一：绘制信号电路板铜箔，将信号混频器上面部分成为390mil*350mil堆积型山字形状；山字状底部的两边有两个78mil*78mil的方块由过孔接地；用宽度10mil-85mil的线连接到山字状混频器的顶端，与一个贴片电容连接到信号产生单元；
步骤二：根据Cr＝4.2pF和根据计算公式Ct＝jCr,j＝1.766，调整山字状和10mil-65mil的线路宽度，使混频器上面部分与Cf发射容板部分耦合器的容量Ct＝8.3pF。
5.根据权利要求1所述的微波感应模块，其特征在于，所述的Ct和Cr，绝缘介质是感应电路板和控制电路板，厚度分别为0.1mm-10mm,材质为FR4玻璃纤维料，覆盖绝缘绿油形成串列式电容体。
6.根据权利要求1所述的微波感应模块其特征在于：
所述的微波传感器的屏蔽罩体内电源电路有一个贴片电阻连接到信号产生单元HJ-FET管的D极；HJ-FET管封装为十字架型，左侧有5mm*3mm的谐振体，用树脂胶贴在十字架底座的电路板；D极与S极各有一块扇形状的微带反馈器。
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