CN108717186B - 微波感应模块 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种微波感应模块，包括控制电路板和微波传感器，其特征在于：所述的微波传感器是由电路板铜箔组成绘制型电容体，移动物体探测信号由电容体形成的高频电容耦合器馈送。所述的控制电路板根据感应灵敏度和光敏传感器设置，驱动微波传感器电源，使传感器处于探测感应的工作状态或未探测感应的休眠状态。所述的高频电容耦合器是两组非对称型平板式电容体Ct和Cr，所述的Ct和Cr由信号发射单元、信号接收单元和混频器组成；所述的Ct将信号产生单元的高频信号馈送到发射天线；所述的Cr将高频信号由接收天线输入到混频器中,移动物体感应信号由混频器底部输出。本发明通过感应灵敏度和光敏传感器设置，控制微波传感器电源，组成一种感应灵敏高的低功耗型微波感应模块。

Description

微波感应模块

技术领域

本申请涉及车辆移动感应探测、安防探头产品以及门感应器等人体移动感应探测领域，尤其涉及一种微波感应模块。

背景技术

微波传感器是利用微波多普勒原理，探测人体、物体移动，输出感应信号的电路模块。

微波感应模块是利用微波传感器和控制电路组合在一起，形成一种直接加电源的电路模组，使微波传感器使用简单化。微波感应模块可以在-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，广泛用于对于移动人体物体、移动车辆、液体和气体流动等探测领域。

微波传感器属于电流型器件，正常工作电流在50mA以上，对于目前电池供电要求的控制电流显然偏大，而用于照明控制也无需白天工作，且不合适是感应距离，会使感应模块的可靠性降低。

普通型的微波传感器灵敏度偏低，使微波感应模块不能满足低电压下小电流控制的低功耗要求。

发明内容

本发明的发明目的在于：针对上述存在的问题，在感应电路板上，采用绘制电路板铜箔，形成两组非对称型平板式电容体Ct和Cr，组成高频电容耦合器，将混频器设计成平板式电容体Ct和Cr极板结构，提高微波传感器的感应灵敏度，使传感器在较低的电压下启动工作。在控制电路板上，通过感应灵敏度和光敏传感器设置，控制微波传感器电源，组成一种感应灵敏高的低功耗型微波感应模块。

为了解决上述技术问题，本申请有如下技术方案：

本发明一种微波感应模块，包括控制电路板和微波传感器，其特征在于：

所述的微波传感器是由电路板铜箔组成绘制型电容体，移动物体探测信号由电容体形成的高频电容耦合器馈送。

所述的控制电路板根据感应灵敏度和光敏传感器设置，驱动微波传感器电源，使传感器处于探测感应的工作状态或未探测感应的休眠状态。

优选地，其中：

所述的高频电容耦合器是两组非对称型平板式电容体Ct和Cr。

优选地，其中：

所述的Ct和Cr由信号发射单元、信号接收单元和混频器组成；

优选地，其中：

所述的Ct将信号产生单元的高频信号馈送到发射天线；

优选地，其中：

所述的Cr将高频信号由接收天线输入到混频器中, 移动物体感应信号由混频器底部输出。

优选地，其中：

所述的感应灵敏度和光敏传感器设置是在控制电路板上连接短路点。

优选地，其中：

所述的微波传感器电源是控制电路板上的MOS管输出。

优选地，其中：

所述的微波传感器电路板上还包括信号产生单元、发射单元、接收单元、混频器、电源电路和感应信号输出；信号产生单元连接发射单元和混频器；混频器再与接收单元和感应信号输出连接，信号产生单元连接电源电路。

优选地，其中：

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：绘制电路板铜箔，使信号混频器下面部分成为250*200mil/100*120mil的凹陷型勺状体；

步骤二：绘制一个175*100mil的工字型、单边开口的信号端，用宽度65mil的线连接到混频器凹壁左侧的正中心；

步骤三：在工字型、单边开口的信号端对应面，绘制一个150*80mil信号端，用10mil的线路连接到接收单元的2个8*6mm的信号接收天线；

步骤四：调整接收单元线路宽度，使电容耦合器的容量Cr=4.6pF；

所述的非对称型平板式电容耦合器Ct的制作方法，包括以下几个步骤：

步骤一：绘制电路板铜箔，将信号混频器上面部分成为400*350mil堆积型山字形状；山字状底部的两边有两个75*75mil的方块由过孔接GND；

步骤二：绘制一个175*100mil的工字型、单边开口的信号端，用宽度45mil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；

步骤三：在工字型、单边开口的信号端对应面，绘制一个150*80mil信号端，用10mil的线路连接到发射单元的2个8*6mm的信号发射天线；

步骤四：根据权利要求2和根据计算公式Ct=jCr , j=2.4348，调整发射单元线路宽度，使电容耦合器的容量Ct=11.2pF。

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Ct和Cr，绝缘介质是为信号电路板，厚度分别为0.1-10mm,材质为FR4玻璃纤维料，覆盖阻焊绿油形成的绝缘体电容。

优选地，其中：

所述的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；

所述的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上。

优选地，其中：

所述的控制电路板上设置有电源电路、感应信号放大单元、控制单元、微波传感器电源电路、电源输入与感应信号输出接口。

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，达到如下效果：

一：用非对称型平板式电容体Ct极板与Cr馈送高频信号，混频器做在电容体的极板上面，组成微波传感器，提高了传感器的感应灵敏度，以满足模块较低电压下低功耗的控制要求。

二：使用计算公式Ct=jCr , j=2.4348，确定Cr=4.6pF和Ct=11.2pF，平板式电容值易于确定，方便匹配感应器不同的微波探测信号频率。

三：用厚度分别为0.1-10mm信号电路板，材质为FR4玻璃纤维料做电容的绝缘介质，覆盖阻焊绿油形成的高频电容耦合器Ct和Cr，电容j值变化小，微波传感器一致性好。

四：设置感应灵敏度，控制模块感应距离，提高模块的可靠性。

五：通过光敏传感器检测，关闭微波传感器电源，使传感器处于白天不工作的休眠状态，以适用感应控制灯具照明。

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传感器的结构示意图。

图3为本发明的所述控制电路板的元器件位置示意图。

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、电容器件和电路构成,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、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等，这些名称或词汇都以组件或以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和图3，为本申请所述一种移动物体感应器的具体实施例。

本实施例中的微波感应模块，微波传感器上包括：感应电路板、接收天线、信号耦合端301、发射天线、信号耦合端401、电源电路10、信号产生单元20、发射单元40、接收单元30、混频器50、电源电路10和感应信号输出60，信号端301、501、401、502、贴片电容70。

控制电路板80上包括：电源输入801、控制单元802、感应灵敏度设置803、MOS管804、光敏传感器设置805、钽电容滤波806、固定螺丝孔807、感应信号放大单元808、微波传感器信号输出809、微波感应模块电源输入、感应信号输出810和稳压电路811.

外部3.5-24V电源电压由微波感应模块接口801输入，经过稳压电路811和钽电容806滤波后提供给模块工作。

微波传感器的电源由MOS管804提供，控制单元802根据感应灵敏度和光敏传感器设置，驱动MOS管804，给微波传感器提供电源，当感应灵敏度803和光敏传感器805设置在全天工作时，控制单元802驱动MOS管804，打开微波传感器提供电源，使传感器处于探测感应的工作状态；当感应灵敏度803和光敏传感器805设置在光线明亮或白天不工作时，控制单元802驱动MOS管804，关闭微波传感器提供电源，使传感器处于未探测感应的休眠状态，以降低模块电路功耗。

微波传感器的移动物体感应信号由信号口809输入到感应信号放大单元808放大后，提供给控制单元802，感应控制信号由控制单元802从信号输出口810输出。两个螺丝孔807，方便感应模块安装定位。

微波传感器是由电路板铜箔组成绘制型电容体，移动物体探测信号由电容体形成的高频电容耦合器馈送，以减小微波信号损耗，提供信号传输效率。

高频电容耦合器是两组非对称型平板式电容体Ct和Cr，Ct和Cr由信号发射单元40、信号接收单元30和混频器50组成； Ct将信号产生单元40的高频信号馈送到发射天线；Cr将高频信号由接收天线输入到混频器50中, 高频信号的馈送传输在信号端301、501、401、502形成的电容耦合器进行。移动物体感应信号由混频器50底部输出。

感应灵敏度803和光敏传感器805设置是在控制电路板上连接短路点；通过连接此处短路点，将感应模块设置适合的灵敏度和光线强度，控制单元根据设置，驱动MOS管804开启或关闭微波传感器电源，使传感器处于探测感应的工作状态或未探测感应的休眠状态。

微波传感器电路板上还包括信号产生单元20、发射单元40、接收单元30、混频器50、电源电路10和感应信号输出60。信号产生单元20产生的微波信号通过信号端502、401输出到发射单元40的发射天线，实现移动探测物体信号发射，同时将发射信号通过贴片电容70输入到混频器50，接收单元30将感应信号通过信号端301、501输入到混频器50中，电源电路10连接到信号产生单元20提供电源，产生微波发射信号。

在微波传感器电路板上，电容耦合器是两组非对称型平板式电容体Ct和Cr，是用电路板的线路铜箔绘制组成的，用于微波信号的输入、输入馈送信号，Ct将信号产生单元20的高频信号由信号端301、501馈送到发射单元的发射天线上面； Cr将接收天线上面的高频信号由接收单元通过信号端401、502输入到混频器50中, 当有车辆、人体或物体在移动物体感应器探测范围内移动时，移动物体感应信号60由混频器底部输出。

两组非对称型平板式电容体Ct和Cr，是利用微波传感器的双面电路板铜箔绘制形成的，当前所使用的微波传感器，采用在电路板上设置过孔，把微波信号输送到发射天线，感应信号用过过孔连接输入到混频电路中。用于过孔在高频电路中出现较大的感抗，信号衰减严重，同时随着电路板生产工艺和批次不同，产生的劣性更为突出。使用电容耦合信号，消除以上所述的弊端。

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，绘制成一种不对称型的平板式电容结构体Ct和Cr，在结构体上面绘制信号耦合端，形成高频信号耦合电容，实现微波信号是输入输出，感应器的信号覆盖范围和感应灵敏度得到很大的提高。

根据感应器的微波信号频率的特性和感应距离要，需要确定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的高频微波信号，馈送到发射天线的输出电容Ct和接收天线输入到微波混频器50的电容Cr的容量比值j=2.4348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，通过绘制改变微带线的结构，将微波混频器50输出为凹形、漏斗状，底部连接扇形等特殊形状，FR4电路板材料形成的绝缘介质，和电路板底层的铜箔天线，使电容Cr=4.6pF，根据计算公式Ct=jCr , j=2.4348 , 用类似的设计方法使天线输出电容Ct=11.2pF ,使信号感应器达到最佳的匹配效果，同时传感器可以在较低电压下启动工作。

具体实施如下：

1：高频电容耦合器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：在双面电路板一面，首先绘制电路板铜箔，使信号混频器50下面部分成为250*200mil/100*120mil的凹陷型勺状体，形成 Cr极板1部分。

步骤二：再次绘制一个175*100mil的工字型、单边开口的信号端501，用宽度65mil的线连接到混频器50凹壁左侧的正中心，形成 Cr极板1部分。

步骤三：在工字型、单边开口的信号端对应面，即电路板的另一面，利用电路板底层铜箔，绘制一个150*80mil信号端301，用10mil的线路连接到接收单元的2个8*6mm的信号接收天线，形成 Cr极板2。

步骤四：调整发射单元线路宽度，使电容耦合器的容量Cr=4.6pF。

2：高频电容耦合器非对称型平板式电容耦合器Ct的制作方法，包括以下几个步骤：

步骤一：在Cr极板1面，绘制电路板铜箔，将信号混频器50上面部分成为400*350mil堆积型山字形状；山字状底部的两边有两个75*75mil的方块由过孔接GND，形成 Ct极板1。

步骤二：绘制一个175*100mil的工字型、单边开口的信号端502，用宽度45mil的线连接到山字状混频器的顶端，与一个贴片电容70连接到信号产生单元，形成 Ct极板1，贴片电容70将高频信号输入到混频器。

步骤三：在工字型、单边开口的信号端对应面，即双面电路板的另一面，利用电路板底层铜箔，绘制一个150*80mil信号端401，用10mil的线路连接到发射单元的2个8*6mm的信号发射天线，形成 Ct极板2。

步骤四：根据权利要求3和根据计算公式Ct=jCr , j=2.4348，调整发射单元线路宽度，使电容耦合器的容量Ct=11.2pF。

使用以上绘制的高频电容耦合器馈送微波信号，使微波传感器在较低的电压下启动工作，以达到降低功耗的目的。

混频器50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，提高混频器的检波灵敏度。

在混频器50底部正中心位置，连接一个扇形滤波器，输出的移动物体感应信号60，通过线路连接到电路板的右下角，以方便移动感应信号输出到控制电路板。

非对称型平板式电容体Ct和Cr设置在双面电路板上，利用电路板做电容体的绝缘介质，板材厚度分别为0.1-10mm,材质为FR4玻璃纤维料，在电路板生产过程中，将线路部分覆盖阻焊绿油形成的绝缘体电容，保证传感器有良好的一致性和稳定性。

在信号产生单元50，电源电路10有一个贴片电阻连接到信号产生单元HJ-FET管的D极提供电源，HJ-FET管封装为十字架型，D极于S极各有一块扇形状的微带反馈器，匹配信号，左侧有5*3mm的谐振体，用树脂胶贴在十字架底座的电路板上，固定器件，跟换不同的谐振体，可以产生5-17Ghz的高频微波信号，满足信号频率选择要求。根据计算公式Ct=jCr ,j=2.4348 ,确定耦合器Ct和Cr的容值，使信号微波传感器达到最佳的匹配效果。

为使微波感应模块可靠工作，在控制电路板上设置有电源电路811，给模块提供电源；微波探测感应信号由感应信号放大单元808放大完成；感应模块电路控制由控制单元802组成；微波传感器稳压电源电路811给模块供电；电源输入与感应信号输出接口810，连接外部电源输入和控制感应信号输出。

通过以上各实施例可知，本申请存在的有益效果是：

一：用非对称型平板式电容体Ct极板与Cr馈送高频信号，混频器做在电容体的极板上面，组成微波传感器，提高了传感器的感应灵敏度，以满足模块较低电压下低功耗的控制要求。

二：使用计算公式Ct=jCr , j=2.4348，确定Cr=4.6pF和Ct=11.2pF，平板式电容值易于确定，方便匹配感应器不同的微波探测信号频率。

三：用厚度分别为0.1-10mm信号电路板，材质为FR4玻璃纤维料做电容的绝缘介质，覆盖阻焊绿油形成的高频电容耦合器Ct和Cr，电容j值变化小，微波传感器一致性好。

四：设置感应灵敏度，控制模块感应距离，提高模块的可靠性。

五：通过光敏传感器检测，关闭微波传感器电源，使传感器处于白天不工作的休眠状态，以适用感应控制灯具照明。

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 (7)

1.一种微波感应模块，包括控制电路板和微波传感器，其特征在于：所述的微波传感器是由电路板铜箔组成绘制型电容体，移动物体探测信号由电容体形成的高频电容耦合器馈送；所述的控制电路板根据感应灵敏度和光敏传感器设置，驱动微波传感器电源，使传感器处于探测感应的工作状态或未探测感应的休眠状态；

所述的高频电容耦合器是两组非对称型平板式电容体Ct和Cr，所述的Ct和Cr由信号发射单元、信号接收单元和混频器组成；所述的Ct将信号产生单元的高频信号馈送到发射天线；所述的Cr将高频信号由接收天线输入到混频器中,移动物体感应信号由混频器底部输出；

所述的感应灵敏度和光敏传感器是设置在控制电路板上连接短路点；所述的微波传感器电源是控制电路板上的MOS管输出。

2.根据权利要求1所述的微波感应模块，其特征在于：所述的微波传感器电路板上还包括信号产生单元、电源电路和感应信号输出；信号产生单元连接信号发射单元和混频器；混频器再与信号接收单元和感应信号输出连接，信号产生单元连接电源电路。

3.根据权利要求1所述的微波感应模块，其特征在于：

所述的高频电容耦合器非对称型平板式电容耦合器Cr的制作方法，包括：

调整接信号收单元线路宽度，使电容耦合器的容量Cr＝4.6pF；

所述的高频电容耦合器非对称型平板式电容耦合器Ct的制作方法，包括：

根据Cr＝4.6pF和计算公式Ct＝j*Cr,j＝2.4348，调整信号发射单元线路宽度，使电容耦合器的容量Ct＝11.2pF。

4.根据权利要求1所述的微波感应模块，其特征在于：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。

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，绝缘介质是为信号电路板，厚度分别为0.1mm-10mm,材质为FR4玻璃纤维料，覆盖阻焊绿油形成的绝缘体电容。

6.根据权利要求2所述的微波感应模块，其特征在于：所述的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；

所述的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上。

7.根据权利要求1所述的微波感应模块，其特征在于：所述的控制电路板上设置有电源电路、感应信号放大单元、控制单元、微波传感器电源电路、电源输入与感应信号输出接口。