CN115515309A - 毫米波探测装置和系统 - Google Patents

Abstract

本申请实施例提供了一种毫米波探测装置和系统，涉及毫米波雷达技术领域。毫米波探测装置，其特征在于，包括：射频控制板，设有毫米波雷达芯片；数据传输板，与所述射频控制板相对设置且电连接，所述数据传输板设有数据传输芯片；多个支撑柱，位于所述射频控制板和所述数据传输板之间，所述支撑柱的一端与所述射频控制板连接，所述支撑柱的另一端与所述数据传输板连接，以使所述射频控制板和所述数据传输板之间的间隙形成散热通道。毫米波探测装置体积小且散热良好。

Description

毫米波探测装置和系统

技术领域

本申请实施例涉及毫米波雷达技术领域，尤其涉及一种毫米波探测装置和系统。

背景技术

毫米波雷达是工作在毫米波波段的雷达。由于毫米波雷达兼有微波雷达和光电雷达的一些优点，得到了越来越广泛的应用。然而，现有搭载毫米波雷达芯片的探测装置要么体积较大，要么散热较差。

亟需提供一种体积小且散热性能好的毫米波探测装置。

发明内容

本申请实施例提供一种毫米波探测装置和系统，体积小且散热性能好。

一方面，本申请实施例提供了一种毫米波探测装置，包括：

射频控制板，设有毫米波雷达芯片；

数据传输板，与所述射频控制板相对设置且电连接，所述数据传输板设有数据传输芯片；

多个支撑柱，位于所述射频控制板和所述数据传输板之间，所述支撑柱的一端与所述射频控制板连接，所述支撑柱的另一端与所述数据传输板连接，以使所述射频控制板和所述数据传输板之间的间隙形成散热通道。

在一些实施方式中，所述射频控制板设有第一导热片，所述数据传输板设有第二导热片，所述支撑柱为金属支撑柱，所述支撑柱通过所述第一导热片与所述射频控制板连接，所述支撑柱通过所述第二导热片与所述数据传输板连接。

在一些实施方式中，沿所述支撑柱的周向，所述支撑柱上设有多个散热鳍片。

在一些实施方式中，所述数据传输芯片为无线数据传输芯片。

在一些实施方式中，所述数据传输板上未被所述射频控制板的正投影覆盖的区域为探出区域，所述无线数据传输芯片设置在所述探出区域。

在一些实施方式中，所述无线数据传输芯片位于所述探出区域朝向所述射频控制板的一侧。

在一些实施方式中，所述射频控制板和所述数据传输板相对的两侧通过连接器组件电连接。

在一些实施方式中，所述连接器组件位于所述射频控制板和所述数据传输板的边缘。

在一些实施方式中，所述射频控制板背离所述数据传输板的一侧设有所述毫米波雷达芯片、三位拨码开关和安全模块，所述射频控制板朝向所述数据传输板的一侧设有闪存芯片；

所述数据传输板朝向所述射频控制板的一侧设有USB－UART转换芯片、多路复用器，所述数据传输板背离所述射频控制板的一侧设有按键开关和滑动开关；

所述毫米波雷达芯片包括三个发射天线和四个接收天线。

另一方面，本申请实施例提供了一种毫米波探测系统，包括所述的毫米波探测装置以及与所述毫米波探测装置通信连接的主控设备。

本申请实施例提供的毫米波探测装置和系统，将数据传输板和射频控制板分体并相对设置，相对与一体式的整张PCB板，可以减少毫米波探测装置的体积。并且，数据传输板和射频控制板间隔设置，使得数据传输板和射频控制板之间的间隙形成散热通道，位于数据传输板和射频控制板之间的电子元件可以通过散热通道散热，提高了毫米波探测装置的散热效果。此外，将射频控制板和数据传输板分体设置，可以实现模块化，提高了射频控制板的复用率。

附图说明

图1为本申请实施例提供的一种毫米波探测装置的示意图；

图2为三位拨码开关的接线图；

图3为本申请实施例提供的一种毫米波探测装置的结构框图；

图4为射频控制板的示意图；

图5为数据传输板的示意图。

附图标记：

10－射频控制板；

20－数据传输板；

30－支撑柱；31－散热鳍片；

41－第一连接器；42－第二连接器；

50－毫米波雷达芯片；

60－数据传输芯片。

具体实施方式

雷达(radio detection and ranging，缩写为radar)工作时向特定方向的空间内发射电磁波，并接收位于此空间内的物体所反射的电磁波，从而计算出该物体相对雷达的距离、方向、速度等参数。

毫米波雷达是工作在毫米波波段进行探测的雷达，毫米波是指频率在30～300GHz频段，波长在(1－10mm)之间的电磁波。这个波段的电磁波介于厘米波波段与微波波段之间，因此毫米波雷达兼具微波雷达和光电雷达的一些优点。具体地，毫米波天线体积较小，质量较轻，可以安装于小型，便携的设备中。相比于光波，毫米波在大气中传播时衰减小，能够穿透雾、烟、尘，并且受自然光及热辐射源的影响较小，因此具有全天候、全天时感知的特点。波束窄，分辨率高，可以检测到毫米级的微动。

随着集成电路等技术的发展，毫米波雷达设备越来越小型化，可以集成在一些便携的嵌入式设备中，由于嵌入式设备的算力是有限的，往往需要将雷达初步计算得到的数据传输到电脑或其他计算设备中做进一步分析处理。

本申请实施例提供了一种毫米波探测系统，包括毫米波探测装置以及与毫米波探测装置通信连接的主控设备。工作时，毫米波探测装置用于探测外部物体的数据并将数据传输到主控设备中，主控设备对传输来的数据进行进一步分析计算。

毫米波探测系统可以应用在多种场景中。

示例性地，毫米波探测系统可以用于老年人看护。应用时，毫米波探测装置安装在房间内，用于探测老年人的位置、姿态、速度等数据。主控设备可以为电脑主机或手机，与毫米波探测装置通信连接。主控设备接收到毫米波探测装置的数据后，通过分析老年人的位置、姿态、速度等数据判断老年人是否跌倒。当判断老年人跌倒时可以发出警报。

相关技术中的毫米波探测装置要么体积较大，不方便安装或携带，要么体积较小但散热性较差，导致长时间使用后温度升高，影响性能。

如图1至图5所示，本申请实施例中的毫米波探测装置，包括射频控制板10、数据传输板20和支撑柱30。

射频控制板10可以为印刷电路板(Printed Circuit Board，简称PCB)，其上设有图形化电路和用于与外部电子元件焊接的焊盘。PCB工艺较为成熟，且其上电路集成度较高，可以减少射频控制板10的体积。

射频控制板10上设有毫米波雷达芯片50。毫米波雷达芯片50可以向特定方向的空间内辐射电磁波，并接收物体反射回的电磁波。实际应用时，射频控制上设有多个焊盘，毫米波雷达芯片50通过焊盘焊接在射频控制板10上，使毫米波雷达芯片50和射频控制板10之间的电连接更加可靠。

毫米波雷达芯片50可以包括三个发射天线和四个接收天线。示例性地，毫米波雷达芯片50可以为得州仪器的IWR68431SK－ODS。当然，毫米波雷达芯片50还可以为其他型号，本申请实施例对毫米波雷达芯片50的种类和型号不作限定。

实际应用过程中，射频控制板10上还可以设有其他电子元件，例如三位拨码开关、安全模块、闪存芯片、连接器等。

图2为三位拨码开关的接线示意图。如图2所示，三位拨码开关的三个针脚与毫米波雷达芯片50连接，另外三个针脚通过下拉电阻接地。三位拨码开关用于控制工作模式的配置信号。工作模式包括烧写模式、Debug模式和运行模式。烧写模式时，可以通过UART接口、SPI接口或CAN总线接口下载固件到闪存芯片。Debug模式可以通过JTAG接口将程序下载到片上RAM。运行模式可以从闪存芯片中读取程序并执行。

数据传输板20可以为印刷电路板(Printed Circuit Board，简称PCB)，其上设有图形化电路和用于与外部电子元件焊接的焊盘。PCB工艺较为成熟，且其上电路集成度较高，可以减少射频控制板10的体积。

数据传输板20与射频控制板10相对设置且电连接。示例性地，数据传输板20与射频控制板10平行且间隔设置。将数据传输板20和射频控制板10分体并相对设置，相对与一体式的整张PCB板，可以减少毫米波探测装置的体积。并且，数据传输板20和射频控制板10间隔设置，使得数据传输板20和射频控制板10之间的间隙形成散热通道，位于数据传输板20和射频控制板10之间的电子元件可以通过散热通道散热，提高了毫米波探测装置的散热效果。

其中，本申请对数据传输板20和射频控制板10之间的间距不作限定，实际应用过程中可以根据空间要求及散热要求灵活设置。

数据传输板20设有数据传输芯片60，数据传输芯片60用于将毫米波雷达芯片50探测到的数据传输到主控设备中。数据传输芯片60可以通过有线的方式传输数据(例如网线、数据线)。

数据传输芯片60也可以通过无线的方式传输数据。当数据传输芯片60通过无线的方式传输数据时，数据传输芯片60可以为无线传输芯片，例如WiFi芯片、蓝牙芯片、ZigBee、4G、5G等芯片。采用无线方式传输数据使得毫米波探测装置的安装位置更加灵活，不再受制于数据线或网线的走线。并且，使得远程分析数据成为可能。

此外，将射频控制板10和数据传输板20分体设置，可以实现模块化，提高了射频控制板10的复用率。例如，当需要通过WiFi传输数据时，射频控制板10可以与搭载WiFi芯片的数据传输板20电连接，当需要通过蓝牙传输数据时，射频控制板10可以与搭载蓝牙芯片的数据传输板20电连接。

实际应用时，数据传输板20还可以包括电源模块，电源模块用于向射频控制板10和搭载在数据传输板20上的其他电子元件提供电能。

支撑柱30用于支撑和连接射频控制板10和数据传输板20，位于射频控制板10和数据传输板20之间，支撑柱30的一端与射频控制板10连接，支撑柱30的另一端与数据传输板20连接，以使射频控制板10和数据传输板20之间的间隙形成散热通道。

支撑柱30可以包括多个，多个支撑柱30间隔设置。示例性地，射频控制板10为矩形，射频控制板10的每个角均设置一个支撑柱30，支撑柱30和射频控制板10之间通过螺钉连接，使得射频控制板10和数据传输板20之间连接更加紧固。

支撑柱30的长度可以根据毫米波探测装置的空间要求和散热要求灵活设置。

在一些实施方式中，射频控制板10设有第一导热片，数据传输板20设有第二导热片，支撑柱30为金属支撑柱30，支撑柱30通过第一导热片与射频控制板10连接，支撑柱30通过第二导热片与数据传输板20连接。

实际使用过程中，毫米波雷达芯片50、数据传输芯片60等电子元件会产生大量热量，热量传递给射频控制板10和数据传输板20导致温度上升。设置第一导热片和第二导热片，并使金属支撑柱30与第一导热片和第二导热片连接，可以使射频控制板10和数据传输板20的热量传递给金属支撑住。由于金属支撑柱30导热性能好，可以快速的将热量传递给周围空间，从而提高了毫米波探测装置的散热效果。

示例性地，第一导热片和第二导热片为内置在PCB板上的铜片，支撑柱30为铜柱。PCB板上的图形化电路的材料通常为铜，将第一导热片和第二导热片设置为铜片可以在制备图形化电路时一同制备第一导热片和第二导热片，工艺更加简单。当然，支撑柱30的材料还可以为铝、钢等材料，本申请对此不作限定，只要满足散热性能和强度要求即可。

在一些实施方式中，沿支撑柱30的周向，支撑柱30上设有多个散热鳍片31。在支撑柱30上设置多个散热鳍片31可以提高支撑柱30的散热效果。

示例性地，支撑柱30包括靠近射频控制板10的第一区域、靠近数据传输板20的第二区域、以及位于第一区域和第二区域之间的中间区域，第一区域和第二区域上设有散热鳍片31。由于第一区域和第二区域靠近PCB板，温度较高，因此在第一区域和第二区域设置散热鳍片31。

在一些实施方式中，数据传输板20上未被射频控制板10的正投影覆盖的区域为探出区域，无线数据传输芯片60设置在探出区域。

无线数据传输芯片60内通常设有天线，当天线被外部物体遮挡时，会影响无线数据传输的速度，甚至出现数据丢失的情况。将射频控制板10设置的较小，而数据传输板20设置的较大，从而使得数据传输板20相对射频控制板10探出一块区域，形成探出区域，探出区域不被射频控制板10遮挡，从而提高了无线数据传输的效果。

实际应用过程中，无线数据传输芯片60可以部分位于射频控制板10和数据传输板20之间，只要使得无线数据传输芯片60的天线在探出区域即可。

在一些实施方式中，无线数据传输芯片60位于探出区域朝向射频控制板10的一侧。将无线数据传输芯片60设置在探出区域朝向射频控制板10的一侧，可以充分利用探出区域的空间。相对于无线数据传输芯片60位于探出区域背离射频控制板10的一侧，位于朝向射频控制板10的一侧使得结构更加紧凑，体积更小。

在一些实施方式中，射频控制板10和数据传输板20相对的两侧通过连接器组件电连接。

示例性地，射频控制板10朝向数据控制板的一侧设有第一连接器41，数据传输板20朝向射频控制板10的一侧设有第二连接器42，第一连接器41和第二连接器42配合形成连接器组件。

当然，射频控制板10和数据传输板20之间还可以通过柔性电路电连接。相对于通过柔性电路电连接，连接器组件不仅可以实现电连接，并且可以起到支撑射频控制板10和数据传输板20的作用。

在一些实施方式中，连接器组件位于射频控制板10和数据传输板20的边缘。将连接器组件设置在边缘可以防止连接器组件阻挡散热通道。示例性地，连接器组件可以位于相邻两个支撑柱30之间，从而方式连接器组件受到外部的碰撞。

其中，本申请实施例对连接器组件所在边缘的位置不作限定，可以位于射频控制板10的任意一条边缘，只要不阻挡散热通道即可。

在一些实施方式中，如图4中左侧图所示，射频控制板10背离数据传输板20的一侧设有毫米波雷达芯片50、三位拨码开关和安全模块，如图4中右侧图所示，射频控制板10朝向数据传输板20的一侧设有闪存芯片。如图5左侧图所示，数据传输板20朝向射频控制板10的一侧设有USB－UART转换芯片、多路复用器，如图5右侧图所示，数据传输板20背离射频控制板10的一侧设有按键开关和滑动开关。

在射频控制板10和数据传输板20的两侧均设置电子元件，使得毫米波探测装置的结构更加紧凑。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者终端设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者终端设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者终端设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种毫米波探测装置，其特征在于，包括：

射频控制板，设有毫米波雷达芯片；

数据传输板，与所述射频控制板相对设置且电连接，所述数据传输板设有数据传输芯片；

多个支撑柱，位于所述射频控制板和所述数据传输板之间，所述支撑柱的一端与所述射频控制板连接，所述支撑柱的另一端与所述数据传输板连接，以使所述射频控制板和所述数据传输板之间的间隙形成散热通道。

2.根据权利要求1所述的毫米波探测装置，其特征在于，所述射频控制板设有第一导热片，所述数据传输板设有第二导热片，所述支撑柱为金属支撑柱，所述支撑柱通过所述第一导热片与所述射频控制板连接，所述支撑柱通过所述第二导热片与所述数据传输板连接。

3.根据权利要求2所述的毫米波探测装置，其特征在于，沿所述支撑柱的周向，所述支撑柱上设有多个散热鳍片。

4.根据权利要求1所述的毫米波探测装置，其特征在于，所述数据传输芯片为无线数据传输芯片。

5.根据权利要求4所述的毫米波探测装置，其特征在于，所述数据传输板上未被所述射频控制板的正投影覆盖的区域为探出区域，所述无线数据传输芯片设置在所述探出区域。

6.根据权利要求5所述的毫米波探测装置，其特征在于，所述无线数据传输芯片位于所述探出区域朝向所述射频控制板的一侧。

7.根据权利要求1所述的毫米波探测装置，其特征在于，所述射频控制板和所述数据传输板相对的两侧通过连接器组件电连接。

8.根据权利要求6所述的毫米波探测装置，其特征在于，所述连接器组件位于所述射频控制板和所述数据传输板的边缘。

9.根据权利要求1所述的毫米波探测装置，其特征在于，所述射频控制板背离所述数据传输板的一侧设有所述毫米波雷达芯片、三位拨码开关和安全模块，所述射频控制板朝向所述数据传输板的一侧设有闪存芯片；

所述数据传输板朝向所述射频控制板的一侧设有USB－UART转换芯片、多路复用器，所述数据传输板背离所述射频控制板的一侧设有按键开关和滑动开关；

所述毫米波雷达芯片包括三个发射天线和四个接收天线。

10.一种毫米波探测系统，其特征在于，包括如权利要求1－9任一项所述的毫米波探测装置以及与所述毫米波探测装置通信连接的主控设备。

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