CN111208476A - 一种x波段芯片级多普勒雷达 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种X波段芯片级多普勒雷达，其解决了现有多普勒雷达传感器一致性差、加工复杂、成本高以及体积过大等技术问题，其设有介质基板，介质基板设有射频前端和基带电路，射频前端包括用于输出信号的X波段雷达芯片、用于发射、接收信号的收发天线以及芯片周边阻容元件，雷达芯片分别与收发天线以及芯片周边阻容元件连接，基带电路主要包括用于供电的电源转换单元、用于处理并输出信号的信号处理单元以及输入输出接口；收发天线为微带天线，通过微带线与雷达芯片收发管脚相连，负责发射、接收电磁波信号。本发明可广泛应于智慧照明、安防探测、自动驾驶以及智能家居等领域。
Description
技术领域
本发明涉及一种多普勒雷达，特别是涉及一种基于雷达芯片级的X波段多普勒雷达。
背景技术
多普勒雷达是一种以多普勒频移为原理的运动目标检测装置，具有灵敏度高，抗干扰能力强，全天候、全天时等优势，广泛应用于智慧照明、安防探测、自动驾驶以及智能家居等领域。
传统的多普勒雷达传感器多采用分立器件搭建而成，由于器件本身的限制很难做到高频段，并且产品的一致性和稳定性难以保证。此外由于高频电路易受干扰，设计人员往往采用射频前端与基带电路分离的设计，并且雷达前端部分需要外加金属屏蔽罩。从而导致多普勒雷达在体积和价格上都不具备优势，极大的限制了其应用场景，市场急需一种全新的解决方案。
发明内容
本发明为了解决现有多普勒雷达传感器一致性差、加工复杂、成本高以及体积过大等技术问题，提供一种传感器一致性好，体积小，易加工，成本低的X波段芯片级多普勒雷达。
本发明提供一种X波段芯片级多普勒雷达，设有介质基板，介质基板设有射频前端和基带电路，射频前端包括用于输出信号的X波段雷达芯片、用于发射、接收信号的收发天线以及芯片周边阻容元件，雷达芯片分别与收发天线以及芯片周边阻容元件连接，基带电路主要包括用于供电的电源转换单元、用于处理并输出信号的信号处理单元以及输入输出接口；收发天线为微带天线，通过微带线与雷达芯片收发管脚相连，负责发射、接收电磁波信号。
优选地，收发天线周围设有隔离金属带。
优选地，隔离金属带以过孔的形式与介质基板背面的反射地板相连。
优选地，芯片周边阻容元件的参数能够调整。
优选地，微带天线与雷达芯片位于介质基板的正面，介质基板的背面设有微带天线的反射地板。
优选地，电源转换单元为信号处理单元以及雷达芯片供电，信号处理单元对雷达芯片的中频输出信号进行处理并且输出控制信号。
本发明的有益效果是：
(1)本发明通过采用X波段雷达芯片方案，简化了系统结构，解决了传统多普勒雷达传感器普遍存在的技术问题，提高了多普勒雷达的一致性以及稳定性。
(2)本发明将雷达芯片、收发天线以及基带电路做到同一块介质基板，并且位于同一面，极大的减小了雷达传感器的体积，拓宽了其应用场景。
(3)本发明使用隔离金属带将收发天线与其他部分隔开，通过合理设计，无需外加屏蔽罩，有效降低了物料成本以及加工成本，总体成本约为同级别传统雷达传感器的50％，使得X波段芯片级多普勒雷达传感器具有极高的性价比。
附图说明
图1a是本发明正面结构示意图；
图1b是本发明反面结构示意图；
图2是本发明收发天线S参数的仿真数据；
图3是本发明电路的系统框图；
图4是本发明射频前端输出的中频模拟信号；
图5是本发明传感器输出的数字控制信号。
附图符号说明：
1.X波段雷达芯片；2.发射天线；3.接收天线；4.隔离金属带；5.反射地板；6.介质基板；7.电源转换单元；8.信号处理单元；9.输入输出端口；10.电源转换单元电路；11.射频前端电路；12.信号处理单元电路。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对可本发明做进一步说明，以使本发明所属技术领域的技术人员能够容易实施本发明。
实施例1：如图1a-1b所示，分别是本发明X波段芯片级多普勒雷达的正面和反面结构示意图，本发明包括射频前端和基带电路两大部分，包括X波段雷达芯片1、发射天线2、接收天线3、介质基板6、反射地板5、隔离金属带4、电源转换单元7、信号处理单元8和输入输出端口9和芯片周边阻容元件。其中射频前端包括X波段雷达芯片1、发射天线2、接收天线3以及芯片周边阻容元件。雷达芯片1对射频信号进行处理，输出中频模拟信号。发射天线2与接收天线3为微带天线，通过微带线与雷达芯片1收发管脚相连，负责发射、接收电磁波信号。微带天线与雷达芯片位于介质基板6的同一面，介质基板6的背面为微带天线的反射地板5。X波段雷达芯片的发射功率大小以及中频输出信号的大小可以通过芯片周边阻容元件的参数进行调整。
基带电路主要包括电源转换单元7、信号处理单元8以及输入输出接口9。电源转换单元7以及信号处理单元8构成雷达传感器，基带部分具有为雷达传感器器供电以及将雷达芯片的中频输出转化为控制信号的功能。电源转换单元7为信号处理单元8以及雷达芯片1供电，信号处理单元8对雷达芯片1的中频输出信号进行处理并且输出控制信号。输入输出端口9包含电源输入以及控制信号输出接口，负责与外部设备进行交互。
收发天线周围设有隔离金属带4，隔离金属带4将发射天线2与接收天线3与其他部分相隔开,可避免基带电路以及雷达芯片对天线造成干扰，并且可以提高收发天线之间的隔离度，确保收发天线在距离较近时仍然可以满足隔离度的要求。
隔离金属带4以过孔的形式与介质基板6背面的反射地板5相连。
如图2所示，是本发明收发天线S参数的仿真数据，其中S(TX,TX)为发射天线的S11参数，S(RX,RX)为接收天线的S11参数，S(TX,RX)表示为收发天线的隔离度。可以看出发射天线和接收天线的-10dB带宽约从9.6GHz-10.3GHz,收发天线的隔离度最大值为-23dB，基本都位于-25dB以下，满足实际应用的要求。
图3是本实施例中X波段芯片级多普勒雷达传感器的系统框图，其包括输入输出端口9、电源转换单元电路10、射频前端电路11和信号处理单元电路12。在此实施例中，外部供电电压为5-16V，电源转换单元将其转化为3.3V以及1.2V，分别为射频前端电路和信号处理单元电路供电。射频前端电路通过发射、接收电磁波并对高频电磁波进行处理可得到包含运动目标的中频模拟信号。信号处理单元对中频模拟信号进一步处理输出具有控制功能的高低电平信号。多普勒雷达传感器通过输入输出端口与外部设备进行交互。
如图4所示，是射频前端电路输出的中频模拟信号，其横坐标代表时间，纵坐标为模拟信号的大小，图中可以看出无运动目标时输出为幅值很小的固有噪声信号，当有运动目标时，输出变为随运动目标状态变化的模拟信号。
信号处理单元对中频模拟信号进行采样并进行处理，输出具有控制功能的数字信号。如图5所示，无运动目标时控制信号处于低电平，有运动目标时控制信号转换为高电平。
在具体实际应用中，本发明中的各个部分可以根据需求做出修改，使其符合应用环境的具体要求，均在本申请发明的保护范围内。
以上所述仅对本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡是在本发明的权利要求限定范围内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种X波段芯片级多普勒雷达，设有介质基板，其特征在于，所述介质基板设有射频前端和基带电路，所述射频前端包括用于输出信号的X波段雷达芯片、用于发射、接收信号的收发天线以及芯片周边阻容元件，所述雷达芯片分别与所述收发天线以及芯片周边阻容元件连接，所述基带电路主要包括用于供电的电源转换单元、用于处理并输出信号的信号处理单元以及输入输出接口；所述收发天线为微带天线，通过微带线与雷达芯片收发管脚相连，负责发射、接收电磁波信号。
2.根据权利要求1所述X波段芯片级多普勒雷达，其特征在于，所述收发天线周围设有隔离金属带。
3.根据权利要求2所述的X波段芯片级多普勒雷达，其特征在于，所述隔离金属带以过孔的形式与介质基板背面的反射地板相连。
4.根据权利要求3所述的X波段芯片级多普勒雷达，其特征在于，所述芯片周边阻容元件的参数能够调整。
5.根据权利要求4所述的X波段芯片级多普勒雷达，其特征在于，所述微带天线与雷达芯片位于介质基板的正面，介质基板的背面设有微带天线的反射地板。
6.根据权利要求5所述的X波段芯片级多普勒雷达，其特征在于，所述电源转换单元为信号处理单元以及雷达芯片供电，所述信号处理单元对所述雷达芯片的中频输出信号进行处理并且输出控制信号。
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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