CN212483846U - 一种基于电磁混合耦合滤波器结构的微波传感器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种基于电磁混合耦合滤波器结构的微波传感器,包括混频器单元、信号收发单元和具有电磁混合耦合滤波器结构的振荡器单元；所述振荡器单元，用于产生单频点信号，并分别传输给信号收发单元和混频器单元；所述信号收发单元，将来自振荡器单元的信号对外发送，并接收检测对象的反射信号，传输给混频器单元；所述混频器单元，将来自振荡器单元和信号收发单元的信号进行混频后对外输出。本实用新型采用电磁混合耦合结构滤波器做振荡器选频电路，结构简单，带宽窄，Q值高，具有高带外抑制，使振荡器有较好的相位噪声，进而提高了传感器的检测精度。
Description
技术领域
本实用新型涉及微波技术领域，特别是涉及一种基于电磁混合耦合滤波器结构的微波传感器。
背景技术
随着智能家居技术的发展，微波传感器越来越多的应用于智能家居领域，目前一般采用5.8GHz频率检测物体移动，微波移动传感器是利用多普勒效应，由发射模块产生5.8GHz信号，并经过混合环及微带天线发射之后，与接收到的信号进行混频，通过对中频信号进行处理，判断是否有物体移动，是理想的低成本，低功耗，小尺寸移动检测器。广泛应用在物联网智能家电，自动门感应器，灯光控制开关，防盗报警等。和红外传感器比，微波传感器具有，有以下优点，与红外感应模块相比，感应距离更远、角度更广、无死区，无透镜和透镜老化问题；
不受温度、湿度、气流、灰尘、噪声、亮暗等影响，抗干扰能力强；可以穿透亚克力、玻璃以及薄的非金属材料；遇到障碍物易于反射，传输性能良好，易于制造加工，受环境影响小。目前市面上的传感器存在尺寸大，精度差等问题。
实用新型内容
本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于电磁混合耦合滤波器结构的微波传感器，采用电磁混合耦合结构滤波器做振荡器选频电路，结构简单，带宽窄，Q值高，具有高带外抑制，使振荡器有较好的相位噪声，进而提高了传感器的检测精度。
本实用新型的目的是通过以下技术方案来实现的：一种基于电磁混合耦合滤波器结构的微波传感器，包括混频器单元、信号收发单元和具有电磁混合耦合滤波器结构的振荡器单元；
所述振荡器单元，用于产生单频点信号，并分别传输给信号收发单元和混频器单元；
所述信号收发单元，将来自振荡器单元的信号对外发送，并接收检测对象的反射信号，传输给混频器单元；
所述混频器单元，将来自振荡器单元和信号收发单元的信号进行混频后对外输出；
所述振荡器单元包括电磁混合耦合滤波器U1和三极管Q1，所述三极管Q1的集电极通过第一电阻R1连接到VCC供电端口，所述第一电阻R1和VCC供电端口的公共端通过第一电容C1接地，所述三极管Q1的集电极还分别通过第二电容C2和第四电容C4接地；所述三极管Q1的基极通过第三电容C3接地，三级管Q1的发射极直接接地；所述电磁混合耦合滤波器U1的一端与三极管Q1的基极连接，电磁混合耦合滤波器U1的另一端与三极管Q1的集电极连接；所述电磁混合耦合滤波器U1的两端还并联有第二电阻R2；所述三极管Q1的基极作为振荡器单元的输出端，分别与所述信号收发单元和混频器单元连接。
优选地，所述信号收发单元为天线单元，所述天线单元可以采用微带天线、偶极子天线、单极子天线和螺旋天线中的一种；所述电磁混合耦合滤波器U1包括接地通孔和关于接地通孔对称的两组耦合带线；每一组耦合带线均包括一段电耦合微带线和一段磁耦合微带线，在同一组耦合带线中，所述磁耦合微带线的一端与接地通孔连接，另一端与电耦合微带线连接；
两段所述的电耦合微带线正对，且两段电耦合微带线的缝隙位于接地通孔的正上方，两段电耦合微带线的缝隙之间产生电耦合；两段磁耦合微带线连接所述接地通孔产生磁耦合，进行形成了电磁耦合混合滤波器U1；所述接地通孔为金属化过孔；
其中一条磁耦合微带线上任意一点作为电磁耦合混合滤波器U1的一端连接到三极管Q1的基极，另一条磁耦合微带线上任意一点作为电磁耦合混合滤波器U1的另一端连接到三极管Q1的集电极。
优选地，所述混频器单元包括混频器、滤波器和中频信号输出端口，所述混频器的一路输入端与所述振荡器单元的输出端连接，混频器的另一路输入端与信号收发单元的输出端连接，混频器的输出端通过滤波器与所述中频信号输出端口连接。
本实用新型的有益效果是：采用电磁混合耦合结构滤波器做振荡器选频电路，结构简单，带宽窄，Q值高，具有高带外抑制，使振荡器有较好的相位噪声，进而提高了传感器的检测精度；同时可以采用微带天线形成对信号的发射及接收，微带天线具有地剖面，效率高，易加工等优点，使电路更加简化，并具有易加工、体积小的优势。
附图说明
图1为本实用新型的原理框图；
图2为振荡器单元的电路原理图；
图3为电磁混合耦合滤波器的结构示意图；
图4为实施例中电磁混合耦合滤波器的仿真结果示意图；
图5为微波传感器的一种实施例示意图；
图中，1-接地通孔，2-电耦合微带线，3-磁耦合微带线，4-混频振荡层，5-金属接地层，6-天线层。
具体实施方式
下面结合附图进一步详细描述本实用新型的技术方案，但本实用新型的保护范围不局限于以下所述。
如图1所示，一种基于电磁混合耦合滤波器结构的微波传感器，包括混频器单元、信号收发单元和具有电磁混合耦合滤波器结构的振荡器单元；
所述振荡器单元，用于产生单频点信号，并分别传输给信号收发单元和混频器单元；
所述信号收发单元，将来自振荡器单元的信号对外发送，并接收检测对象的反射信号，传输给混频器单元；
所述混频器单元，将来自振荡器单元和信号收发单元的信号进行混频后对外输出；
如图2所示，所述振荡器单元包括电磁混合耦合滤波器U1和三极管Q1，所述三极管Q1的集电极通过第一电阻R1连接到VCC供电端口，所述第一电阻R1和VCC供电端口的公共端通过第一电容C1接地，所述三极管Q1的集电极还分别通过第二电容C2和第四电容C4接地；所述三极管Q1的基极通过第三电容C3接地，三级管Q1的发射极直接接地；所述电磁混合耦合滤波器U1的一端与三极管Q1的基极连接，电磁混合耦合滤波器U1的另一端与三极管Q1的集电极连接；所述电磁混合耦合滤波器U1的两端还并联有第二电阻R2；所述三极管Q1的基极作为振荡器单元的输出端，分别与所述信号收发单元和混频器单元连接。
上述电路（图2）属于反馈式振荡器电路结构，振荡器中三极管产生电扰动信号，电磁混合耦合滤波器在振荡器中作为选频网络，滤除不需要的扰动信号，并与C3和C4共同组成反馈网络，供电端口接入的电源通过R1,R2为三极管提供工作电压和电流，C3和C4采用（微带）传输线实现，调节这两个电容的大小即调节对应传输线的长度，可以改变振荡频率；C1为电源的滤波电容，C2采用扇形的微带低通滤波电路实现，滤除高频干扰信号，三极管产生的电扰动信号经选频网络选频后，将其中某一频率的信号反馈到三级管的基极，再经三极管放大后通过三极管集电极输出，再经反馈→放大→反馈的循环，该信号的幅度不断增大，振荡由小到大建立起来。随着信号振幅的增大，放大器将进入非线性状态，增益下降，当反馈电压正好等于输入电压时，振荡幅度不再增大进入平衡状态；
在本申请的实施例中，所述信号收发单元为天线单元，所述天线单元可以采用微带天线、偶极子天线、单极子天线和螺旋天线中的一种。
如图3所示，在本申请的实施例中，所述电磁混合耦合滤波器U1包括接地通孔1和关于接地通孔1对称的两组耦合带线；每一组耦合带线均包括一段电耦合微带线2和一段磁耦合微带线3，在同一组耦合带线中，所述磁耦合微带线3的一端与接地通孔1连接，另一端与电耦合微带线2连接；
两段所述的电耦合微带线2正对，且两段电耦合微带线2的缝隙位于接地通孔1的正上方，两段电耦合微带线2的缝隙之间产生电耦合；两段磁耦合微带线3连接所述接地通孔1产生磁耦合，进行形成了电磁耦合混合滤波器U1。
其中一条磁耦合微带线3上任意一点作为电磁耦合混合滤波器U1的一端连接到三极管Q1的基极，另一条磁耦合微带线3上任意一点作为电磁耦合混合滤波器U1的另一端连接到三极管Q1的集电极。
在该实施例中，所述电耦合微带线具有较大的宽度和较低的阻抗，所述磁耦合微带线采用折叠的微带线，具有较小的宽度和较高的阻抗。仿真结果如图4所示，可见，该滤波器具有带宽窄，阻带抑制好的特点，且设计灵活，体积小，成本低。
在本申请的实施例中，所述接地通孔为金属化过孔，所述混频器单元包括混频器、滤波器和中频信号输出端口，所述混频器的一路输入端与所述振荡器单元的输出端连接，混频器的另一路输入端与信号收发单元的输出端连接，混频器的输出端通过滤波器与所述中频信号输出端口连接。
如图5所示，在一些实施例中，整个微波传感器呈多层一体化结构，包括由上置下的混频振荡层4、金属接地层5和天线层6，多层结构之间可以通过粘接、压合、焊接等常见的方式进行固定；混频振荡层包括介质基板，振荡器单元和混频器单元集成以微带电路的形式集成在所述介质基板的上表面；金属接地层为金属薄片；天线层6包括厚度为1mm的FR4介质板以设置于介质板下表面的辐射贴片，介质板、辐射贴片和所述金属接地层构成了微带天线；并且辐射贴片通过贯穿混频振荡层4、金属接地层5和天线层6和过孔实现与振荡器单元和混频器单元之间的电连接，即实现了微带天线与混频器单元和混频器单元的连接；在另一些实施例中，微波传感器也可以是分体式结构，利用金属接地层、FR4介质板和辐射贴片以相同的方式形成微带天线，并在另一块介质板上集成所述振荡器单元和混频器单元，通过馈线将微带天线与混频器单元和振荡器单元进行连接。在另一些实施例中，天线也可以是其他形式的天线（如偶极子天线、单极子天线、螺旋天线等），通过金属化通孔与混频器单元和振荡器单元进行电连接。
以上所述是本实用新型的优选实施方式，应当理解本实用新型并非局限于本文所披露的形式，不应该看作是对其他实施例的排除，而可用于其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，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实用新型的精神和范围，则都应在本实用新型所附权利要求的保护范围内。
Claims (5)
1.一种基于电磁混合耦合滤波器结构的微波传感器，其特征在于：包括混频器单元、信号收发单元和具有电磁混合耦合滤波器结构的振荡器单元；
所述振荡器单元，用于产生单频点信号，并分别传输给信号收发单元和混频器单元；
所述信号收发单元，将来自振荡器单元的信号对外发送，并接收检测对象的反射信号，传输给混频器单元；
所述混频器单元，将来自振荡器单元和信号收发单元的信号进行混频后对外输出；
所述振荡器单元包括电磁混合耦合滤波器U1和三极管Q1，所述三极管Q1的集电极通过第一电阻R1连接到VCC供电端口，所述第一电阻R1和VCC供电端口的公共端通过第一电容C1接地，所述三极管Q1的集电极还分别通过第二电容C2和第四电容C4接地；所述三极管Q1的基极通过第三电容C3接地，三级管Q1的发射极直接接地；所述电磁混合耦合滤波器U1的一端与三极管Q1的基极连接，电磁混合耦合滤波器U1的另一端与三极管Q1的集电极连接；所述电磁混合耦合滤波器U1的两端还并联有第二电阻R2；所述三极管Q1的基极作为振荡器单元的输出端，分别与所述信号收发单元和混频器单元连接。
2.根据权利要求1所述的一种基于电磁混合耦合滤波器结构的微波传感器，其特征在于：所述信号收发单元为天线单元。
3.根据权利要求1所述的一种基于电磁混合耦合滤波器结构的微波传感器，其特征在于：所述电磁混合耦合滤波器U1包括接地通孔（1）和关于接地通孔（1）对称的两组耦合带线；每一组耦合带线均包括一段电耦合微带线（2）和一段磁耦合微带线（3），在同一组耦合带线中，所述磁耦合微带线（3）的一端与接地通孔（1）连接，另一端与电耦合微带线（2）连接；
两段所述的电耦合微带线（2）正对，且两段电耦合微带线（2）的缝隙位于接地通孔（1）的正上方，两段电耦合微带线（2）的缝隙之间产生电耦合；两段磁耦合微带线（3）连接所述接地通孔（1）产生磁耦合，进行形成了电磁耦合混合滤波器U1；
其中一条磁耦合微带线（3）上任意一点作为电磁耦合混合滤波器U1的一端连接到三极管Q1的基极，另一条磁耦合微带线（3）上任意一点作为电磁耦合混合滤波器U1的另一端连接到三极管Q1的集电极。
4.根据权利要求3所述的一种基于电磁混合耦合滤波器结构的微波传感器，其特征在于：所述接地通孔（1）为金属化过孔。
5.根据权利要求1所述的一种基于电磁混合耦合滤波器结构的微波传感器，其特征在于：所述混频器单元包括混频器、滤波器和中频信号输出端口，所述混频器的一路输入端与所述振荡器单元的输出端连接，混频器的另一路输入端与信号收发单元的输出端连接，混频器的输出端通过滤波器与所述中频信号输出端口连接。
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