CN214151047U - 毫米波雷达智能监控系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于监控领域，特别涉及毫米波雷达智能监控系统。包括：分离式，印刷线路板型毫米波雷达智能探测器封装于盒体中，盒体内的印刷线路板型毫米波雷达智能探测器与被控制对象远程无线或有线连接；集成式，印刷线路板型毫米波雷达智能探测器直接设置在被控制对象中，印刷线路板型毫米波雷达智能探测器有线或无线连接被控制对象。毫米波雷达智能监控系统可广泛应用于智能家居、智能办公楼、医院疗卫生、仪器仪表、工矿企业、机场车站码头等公共场所远程非接触式监控系统上，其特点是光线的影响，可以实现开关控制又可以实施对现场人员动物物体状态的监控,毫米波可以穿透非金属材料,因而可将该开关隐蔽在设备的壳体后边,具有极强的隐避性。

Description

毫米波雷达智能监控系统

技术领域

本发明属于监控领域，特别涉及毫米波雷达智能监控系统。

背景技术

毫米波作为频率范围在30GHz到300GHz的微波信号具有广泛的应用领域, 毫米波雷达智能监控系统是其中非常重要的一个分支，现有的相关毫米波雷达监控系统专利CN209857323U和CN 111354221A中仅是从系统角度给出基本概念, 不具有可执行性,两个专利最关键的问题是都没有给出整个系统核心部件毫米波雷达的设计细节及如何将毫米波雷达与相关系统进行集成的设计。

发明内容

为解决背景技术中提到的问题，本发明展示了一种毫米波雷达智能监控系统。

为实现上述目的，现提供技术方案如下：

一种毫米波雷达智能监控系统，包括：

在分离式结构中，印刷线路板型毫米波雷达智能探测器封装于盒体中，盒体内的印刷线路板型毫米波雷达智能探测器与被控制对象远程无线或有线连接；

或在集成式结构中，印刷线路板型毫米波雷达智能探测器直接设置在被控制对象中，印刷线路板型毫米波雷达智能探测器无线或有线连接被控制对象。

进一步的，所述分离式，盒体为非金属材料制成，盒体面板与印刷线路板型毫米波雷达智能探测器相互平行或不平行，盒体面板为平面或凹型棱镜面或凸型棱镜面，盒体与印刷线路板型毫米波雷达智能探测器之间有天线罩或无天线罩。

进一步的，所述集成式，印刷线路板型毫米波雷达智能探测器所对的被控制对象的表面为非金属材料，被控制对象的表面为平面或凹型棱镜面或凸型棱镜面，印刷线路板型毫米波雷达智能探测器与被控制对象之间有天线罩或无天线罩。

进一步的，所述印刷线路板型毫米波雷达智能探测器包括毫米波雷达天线和毫米波雷达芯片，毫米波雷达芯片包括毫米波雷达发射接收芯片和毫米波雷达信号处理芯片；

或在集成式结构中：毫米波雷达天线、毫米波雷达发射接收芯片、毫米波雷达信号处理芯片、通讯接口电路、开关控制器和被控制对象依次有线电连接，通讯接口电路设置有网路接口；

在分离式结构中：毫米波雷达天线、毫米波雷达发射接收芯片、毫米波雷达信号处理芯片和通讯接口电路A有线电连接；通讯接口电路B、开关控制器和被控制对象有线电连接；通讯接口电路A和通讯接口电路B分别设置有网络接口，通过无线电连接。

进一步的，毫米波雷达天线包括多组发射天线阵列和多组接收天线阵列,其中发射天线阵列又包括多个发射天线，接收天线阵列又包括多个接收天线；

发射天线阵列和接收天线阵列在毫米波芯片上的布局为90度型或180度型结构；90度型时，发射天线阵列和接收天线阵列位于毫米波雷达芯片相邻的两边；180度型时，发射天线阵列和接收天线阵列位于毫米波雷达芯片相对的两边；

其中，发射天线阵列和接收天线阵列中的每个天线由1-10根串馈天线并联组成，每根串馈天线有1-30个贴片单元天线，具体串馈天线根数及每根串馈天线上贴片单元天线个数可由设计要求而定贴片单元天线的宽度从中间开始向两侧按泰勒或切比雪夫级数的规律逐渐减小；发射天线之间的距离为Td1，如Td1 大于等于0.5个波长；接收天线之间的间距Rd，如Rd大于等于0.5个波长。

进一步的，射频信号经所述毫米波芯片的射频信号输出端、射频输出传输线、及功率分配器后由发射天线阵列发射；

射频信号经接收天线阵列、射频输入传输线及功率分配器接收进入射频信号输入端；

其中，射频输出传输线为微带传输线或GCPW传输线；功率分配器为T型功率分配器或威尔金森功率分配器。

进一步的，90度型，发射天线阵列和接收天线阵列为同相水平结构或异相水平结构或同向倾斜结构或反向倾斜结构；

或在180度型中，发射天线阵列和接收天线阵列为同相水平结构或反相水平结构。

本发明的有益效果：

本发明公开了毫米波雷达的设计及如何将毫米波雷达监控系统与相关系统进行集成的设计,提出了独特的毫米波雷达智能监控系统的设计。

毫米波雷达智能监控系统可广泛应用于智能家居、智能办公楼、医院疗卫生、仪器仪表、工矿企业、机场车站码头等公共场所的远程非接触式监控系统上，其特点是不受天气、光线的影响，既可以实现开关控制又可以实施对现场人员状态 (如走动、摔倒、心脏、呼吸等)的监控,由于毫米波可以穿透非金属材料,因而可将该开关隐蔽在设备的壳体后边,具有极强的隐避性。

附图说明

图1和图2为集成式和分离式的连接框图；

图3至图16为盒体面板与印刷线路板型毫米波雷达智能探测器相互平行的结构示意图；

图17至图30为盒体面板与印刷线路板型毫米波雷达智能探测器相互不平行的结构示意图；

图31至图44为盒体面板与印刷线路板型毫米波雷达智能探测器相互平行的结构示意图；

图45至图58为盒体面板与印刷线路板型毫米波雷达智能探测器相互不平行的结构示意图；

图59至图60为吸顶式智能型空调的应用实例；

图61至图62为挂式智能型空调的的应用实例；

图63为立式智能型空调的的应用实例；

图64至图65普通电视应用实例；

图66为投影电视(仪)应用实例；

图67和图68为毫米波智能探测器置于屋顶的示意图；

图69和图70为毫米波智能探测器置于侧面墙壁上方的示意图；

图71和图72为将毫米波雷达智能探测器置于公路路灯架上跟踪监控两个方向；

图73至图121为毫米波雷达天线结构示意图。

具体实施方式

为使本领域技术人员更加清楚和明确本发明技术方案，下面结合附图对本发明技术方案进行详细描述，但本发明的实施方式不限于此。

由于雷达技术已经诞生了数十年,其相关的理论及信号处理方法已经相当成熟,并已经集成到半半导体芯片中,在世界各地广泛使用。因而毫米波雷达的设计中,如何按照实际要求解决在毫米波这样的超高频环境下设计生产雷达天线,又是整个毫米波雷达的设计中的核心,为此本专利中所陈述的毫米波雷达的设计均以如何设计毫米波雷达天线为主。雷达天线设计制造的方法有多种,本专利中则以印刷线路板型毫米波雷达天线为主,以及如何将以印刷线路板型毫米波雷达天线为基础而制成的微型毫米波雷达智能探测器与各种应用如空调,电视,仪器,机器人等相互集成的设计。

当前市场上比较通用的毫米波雷达频率为60-64GHz,76-81GHz或其它近似的频率,相应的波长在4.68mm-5mm和3.7mm-4mm,由于波长极小,因而本专利中的毫米波雷达智能探测器可以在人手掌大小的印刷线路板上设计完成,并集成到相关的系统中去。该毫米波雷达传感器采用了调频连续波(FMCW)雷达,以及波束成形(Beamforming)和多输入多输出(MIMO)天线技术,使得该毫米波雷达智能探测器可以在大范围内(几厘米到数百米)宽角度对众多物体(如人,动物,车辆,障碍物等) 移动的方向,距离,角度,速度,密度以及相互之间的位置进行实时监控,并将结果告知相应的控制执行设备。

一种毫米波雷达智能监控系统，包括：

分离式，印刷线路板型毫米波雷达智能探测器封装于盒体中，盒体内的印刷线路板型毫米波雷达智能探测器与被控制对象远程无线或有线连接；

集成式，印刷线路板型毫米波雷达智能探测器直接设置在被控制对象中，印刷线路板型毫米波雷达智能探测器无线或有线连接被控制对象。

分离式结构是将毫米波雷达智能监控系统与所控制的对象如空调,风扇,冰箱,电视,照明灯,家具,仪器仪表,机械设备分离开,两者之间通过有线或无线网络接口相联接,其特点是便于选择最佳位置安装毫米波雷达智能监控系统,进行现场人员跟踪探测。

集成式结构是将毫米波雷达智能监控系统集成到各种设备如空调,风扇,冰箱,电视,家具,仪器仪表,机械设备中或独立安装于现场。集成式和分离式毫米波雷达智能监控系统结构如图1和2。毫米波雷达智能监控系统较视频监控系统最大的优点是能够保护被频监人的个人隐私,非常适用于酒店,医院等处.多个此类的毫米波雷达智能监控系统单元,通过网络接口可以组成毫米波雷达智能网络监控系统。

所述分离式，盒体为非金属材料制成，盒体面板与印刷线路板型毫米波雷达智能探测器相互平行或不平行，盒体面板为平面或凹型棱镜面或凸型棱镜面，盒体与印刷线路板型毫米波雷达智能探测器之间有天线罩或无天线罩；如图3至图 30为分离式结构，其中图3至图16为盒体面板与印刷线路板型毫米波雷达智能探测器相互平行的结构，盒体面板与竖直面之间有一个夹角为A，图17至图30 为盒体面板与印刷线路板型毫米波雷达智能探测器相互不平行的结构，印刷线路板型毫米波雷达智能探测器与竖直面之间有一个夹角为B；在图3至图16中，图3至图6的盒体面板为平面型结构，图7至图10的盒体面板为凹面型结构的几种形式，图11至图16的盒体面板为凸面型结构；在图17至图30中，图17 至图20的盒体面板为平面型结构，图21至图24的盒体面板为凹面型结构的几种形式，图25至图30的盒体面板为凸面型结构。

所述集成式，印刷线路板型毫米波雷达智能探测器所对的被控制对象的表面为非金属材料，被控制对象的表面为平面或凹型棱镜面或凸型棱镜面，印刷线路板型毫米波雷达智能探测器与被控制对象之间有天线罩或无天线罩，如图31至图58为集成式结构，其中图31至图44为盒体面板与印刷线路板型毫米波雷达智能探测器相互平行的结构，盒体面板与竖直面之间有一个夹角为A，图45至图58为盒体面板与印刷线路板型毫米波雷达智能探测器相互不平行的结构，印刷线路板型毫米波雷达智能探测器与竖直面之间有一个夹角为B；在图31至图 44中，图31至图34的盒体面板为平面型结构，图35至图38的盒体面板为凹面型结构，图39至图44的盒体面板为凸面型结构；在图45至图58中，图45 至图48的盒体面板为平面型结构，图49至图52的盒体面板为凹面型结构，图52至图58的盒体面板为凸面型结构。

所述印刷线路板型毫米波雷达智能探测器包括毫米波雷达天线和毫米波雷达芯片，毫米波雷达芯片包括毫米波雷达发射接收芯片和毫米波雷达信号处理芯片，毫米波雷达天线即为图1和图2中的印刷线路板型毫米波雷达天线传感器；

集成式：毫米波雷达天线、毫米波雷达发射接收芯片、毫米波雷达信号处理芯片、通讯接口电路、开关控制器和被控制对象依次有线电连接，通讯接口电路设置有网路接口，如图1；

分离式：毫米波雷达天线、毫米波雷达发射接收芯片、毫米波雷达信号处理芯片和通讯接口电路A有线电连接；通讯接口电路B、开关控制器和被控制对象有线电连接；通讯接口电路A和通讯接口电路B分别设置有网络接口，通过无线电连接,如图2。

目前使用的空调(或风扇),通常使用红外线遥控或按键开关来调控空调的温度控制功能，一旦调好无论空调(或风扇)的有效温控范围内有无人员,密度多少, 空调(或风扇)始终会按已调好的状态进行工作,进而造成冷热不均或根本无人在现场,而空调(或风扇)空转,造成能源的巨大浪费。印刷线路板型毫米波雷达智能探测器可自动的根据空调(或风扇)的有效温控范围内是否有人,密度多少或人员所处的位置来决定是否开起空调(或风扇)及开多大的空调(或风扇),同时该印刷线路板型毫米波雷达智能探测器可以实施对现场人员状态(如走动、摔倒、心脏、呼吸等)的监控。如有必要还可根据手势及身体动作来调整空调或风扇,并可通过印刷线路板型毫米波雷达智能探测器上的网络接口,将数个此类毫米波雷达智能探测器相互连接形成空调(或风扇)毫米波雷达智能监控系统。既能达到节能环保的作用,又能同时具有安全监控的作用,较常用的视频安全监控系统相比最大的优点是体积小、功耗小、成本底,现场不需要灯光,保护被监控人员的个人肖像权及个人隐私。总之安装有印刷线路板型毫米波雷达智能探测器的空调(或风扇),在不增加成本的情况下,具有温度控制和安全监控双重功能。

按照空调的安装方式来分,空调可分为吸顶式,悬挂式和立式三种类型的空调,吸顶式空调指的是空调的出气孔位于屋内顶蓬处,悬挂式空调指的是空调的出气孔悬挂位于屋内墙壁上。立式空调指的是空调的出气孔位于放在房间内空调的柜机上.为了便于安装此处采用集成式结构,即将印刷线路板型毫米波雷达智能探测器分别集成到上述三种类型的空调中时必须考虑以下几点:1、空调内电磁干扰防护,环境温度及印刷线路板型毫米波雷达智能探测器散热,是否要要在印刷线路板型毫米波雷达智能探测器外部加装保护盒；2、如何设定印刷线路板型毫米波雷达智能探测器在悬挂式和立式空调箱体内所具有的上下垂直及左右水平探测角度及相应的探测距离和分辨率；3、如何设定印刷线路板型毫米波雷达智能探测器在吸顶式空调箱体内所具有的前后及左右水平探测角度.及相应的探测距离和分辨率；4、结合上述探测角度及相应的探测距离和分辨率等因素,合理选择印刷线路板型毫米波雷达智能探测器在空调箱体内的位置,以及是否要与处于印刷线路板型毫米波雷达智能探测器前方的空调箱体面板平行或成角度,是否要加凹凸型棱镜空调箱体面板；5、立式和分体式空调的外壳通常是由热塑性塑料制成,通常使用的材料是ABS,HIPS或PP等，必须考虑位于印刷线路板型毫米波雷达智能探测器前方的箱体材料特性的稳定性。

吸顶式智能型空调的应用实例,空调的出气孔位于屋内顶蓬处,利用集成于空调内的毫米波雷达智能探测器监控空调有效温度控制区(监控区)，如图59至图60。

挂式智能型空调的应用实例,空调的出气孔位于悬挂位于屋内墙壁上,利用集成于空调内的毫米波雷达智能探测器监控空调有效温度控制区(监控区)，如图 61至图62。

立式智能型空调的的应用实例,出气孔位于放在房间内空调的柜机上,利用集成于空调内的毫米波雷达智能探测器监控空调有效温度控制区(监控区)，如图 63。

目前使用的电视机,通常使用红外线遥控或按键开关来调控电视机,一旦调好无论电视机前有无观众,即使距离屏幕很近,电视机始终是开着,其屏幕的亮度对比度和声音都不变,尤其是对孩子的潜在的伤害会更大。毫米波智能电视机利用集成在电视机箱体内部的印刷线路板型毫米波雷达智能探测器自跟踪电视机前方人员的位置,来控制电视工作状态,如电视观众距离电视屏幕太近,电视会关闭或报警；如电视观众距离电视屏幕太远；毫米波智能探测器会提示电视观众应处于最佳的观看位置。并根据所探测到的观众位置,来最优化自动调节电视机的亮度对比度和声音。根据人手识别技术,可实现远程遥控电视机的开关及调控亮度对比度和声音等。如有需要还可以加入对电视机前观众进行心脏和呼吸的监控。为了便于安装此处采用集成式结构,即将印刷线路板型毫米波雷达智能探测器集成到电视机箱体中,必须考虑以下几点:1、电视机内电磁干扰防护,环境温度及印刷线路板型毫米波雷达智能探测器散热,是否要在印刷线路板型毫米波雷达智能探测器外部加装保护盒；2、如何设定印刷线路板型毫米波雷达智能探测器在电视机箱体内所具有的上下垂直及左右水平探测角度及相应的探测距离和分辨率； 3、结合上述探测角度及相应的探测距离和分辨率等因素,合理选择印刷线路板型毫米波雷达智能探测器在电视机箱体内的位置,以及是否要与处于印刷线路板型毫米波雷达智能探测器前方的电视机箱体面板平行或成角度,是否要加凹凸型棱镜电视机箱体面板；4、电视机的外壳通常是由热塑性塑料制成,通常使用的材料是ABS、HIPS或PP等，必须考虑位于印刷线路板型毫米波雷达智能探测器前方的箱体材料特性的稳定性。

普通电视应用实例,将印刷线路板型毫米波雷达智能探测器集成到电视箱体的下方或上方,利用集成于电视内的毫米波雷达智能探测器监控电视前方有效控制区(监控区)，如图64至图65。

投影电视(仪)应用实例,将印刷线路板型毫米波雷达智能探测器集成到投影电视(仪)背对投影镜头(面向观众)一侧,利用集成于投影电视(仪)内的毫米波雷达智能探测器监控电视前方有效控制区(监控区)，如图66。

通常办公楼,城市交通及各种公共场所均有照明系统,不管现场有无人员在照明范围内,照明系统总是处于常开状态,大量浪费能源,目前市场上的灯光控制开通常是由远红外和声控两种,其最大特点是监控距离有限,并不能判断出人员移动的方向及速度及人员多少,为此不管人员是否要进入照明区域,只要人员接近开关时开关就会启动,但当照明现场较大就会超出远红外和声控传感器的监控范围,而使其即刻失去监控功能。而毫米波雷达传感器远程监控距离可达数百米，并且可以根据人员移动的方向及速度及人员多少对现场实施监控。每一个灯按有一个毫米波雷达智能探测器,则成本过高,可采用分离式结构,用一个毫米波雷达智能探测器,控制多个灯具,将多个毫米波雷达智能探测器经网络接口相互联接形成一个网络系统,该系统同时具有灯光及安全监控两种功能,既使在无灯光的条件下,安全监控仍能正常工作。

毫米波智能探测器置于屋顶,通过跟踪监控区内人员,进而控制室内电灯开关,具体用几个需按实际情况而定，如图67至图68。

毫米波智能探测器置于侧面墙壁上方,通过跟踪监控区内人员,进而控制室内电灯开关,具体用几个需按实际情况而定，如图69至图70。

毫米波智能探测器对停车场范围内进行跟踪监控,当有人员或车辆进入停车场范围内,或停车场范围内有人员车辆移动,毫米波雷达传感器会自动定位,打开停车场内相应的照明灯,当人员或车辆离开停车场,停车场内无任何移动人员或车辆离移动,毫米波雷达传感器会自动关闭照明灯。

将毫米波雷达智能探测器置于公路路灯架上跟踪监控两个方向,当有人员和车辆在路灯照明范围内移动或存在,毫米波智能探测器将会打开相应的路灯,确保交通安全,否则毫米波雷达传感器将会自动关闭照明灯，如图71至图72。

同样的原理,本专利中所公开的印刷线路板型毫米波雷达智能探测器的集成方式及天线阵列的设计方法也可应用于广泛的其它领域如:

汽车,轨道交通周边环境及内部人员监控.

各种机器人周边环境监控,如除草,送货,生产线加工,清洁机器人.

无人机周边环境监控

工矿企业生产安全监控,如自动化生产线区域安全监控,仓库重地安全监控.

各种公共场所的安全监控,如机场,码头,公共交通枢纽,体育场馆,医院等.

较通常使用的视频安全监控具有以下主要优点:

可以非常好的保护监控现场每个人的肖像权以及个人隐私.

电能功耗极低,结构简单成本低廉.

不受天气条件的影响,如夜间,雾天,雨天等

毫米波雷达天线包括多组发射天线阵列和多组接收天线阵列,其中发射天线阵列又包括多个发射天线，接收天线阵列又包括多个接收天线；

发射天线阵列和接收天线阵列在毫米波芯片上的布局为90度型或180度型结构；90度型时，发射天线阵列和接收天线阵列位于毫米波雷达芯片相邻的两边；180度型时，发射天线阵列和接收天线阵列位于毫米波雷达芯片相对的两边；

其中，发射天线阵列和接收天线阵列的每个天线由1-10根串馈天线并联组成，每根串馈天线1-30个贴片单元天线，具体串馈天线根数及贴片单元天线个数可由设计要求而定贴片单元天线的宽度可相等或从中间开始向两侧按泰勒或切比雪夫级数的规律逐渐减小；发射天线之间的距离为Td1，如Td1大于等于0.5 个波长；接收天线之间的间距Rd，如Rd大于等于0.5个波长。

射频信号经所述毫米波芯片的射频信号输出端、射频输出传输线、及功率分配器后由发射天线阵列发射；

射频信号经接收天线阵列、射频输入传输线及功率分配器接收进入射频信号输入端；

其中，射频输入传输线为微带传输线或GCPW传输线；功率分配器为T型功率分配器或威尔金森功率分配器。

90度型，发射天线阵列和接收天线阵列为同相水平结构或异相水平结构或同向倾斜结构或反向倾斜结构；

180度型，发射天线阵列和接收天线阵列为同相水平结构或反相水平结构。

印刷线路板型毫米波雷达智能探测器是由毫米波天线和毫米波芯片组成,其中毫米波天线设计是本专利设计的中心，为了更好的对现场进行监控，毫米波监控传感器中的毫米波天线必须根据现场要求，如监控视角的宽窄,距离的远近，对物体分辨率的大小，物体移动速度的快慢，雷达通道对信号的衰减等相关要求来具体设计天线，该毫米波天线将会是一种天线阵列，它将会由多组发射及多组接收天线(MIMO)所组成,即整个天线阵列有N(＝1...n)个发射天线及M(＝1...m)个接收天线，如一发一收、二发三收、一发四收、两发四收、三发四收、三发六收、三发八收、四发六收、四发八收、六发八收、十二发十六收等。由于采用了多组发射及多组接收天线设计理念，为此该天线阵列对监控区内的物体间隔具有极强的分辨率，便于对监控区内的众多个体进行跟踪，并判别出众多个体的行进方向及速度。为了提高监控范围，多组发射天线还兼有波束成形(Beamforming)天线阵列的功能，通过控制发射天线阵列中各个天线的角度，实现了对天线阵列发射角度的控制,便于对某一个特定区域的实施监控，并提高了发射天线探测的距离。

发射天线阵列可根据实际要求进行设计，通常可分为:

多组发射及多组接收(MIMO)型天线,通常发射天线阵列中,每一个发射天线之间的间距为Tda(a＝1,2…)可相等或不等,具体可根据设计要求而定,如选Tda大于0.5个波长。

波束成形(Beamforming)型天线,通常发射天线阵列中,每一个发射天线之间的间距相等为Td,具体可根据设计要求而定,如选Td在0.5到0.6个波长。

同时兼有多组发射及多组接收(MIMO)和波束成形(Beamforming)型天线,每一个发射天线之间的间距相等为Td,具体可根据设计要求而定,如选Td在在0.5到1 个波长。

而接收天线阵列通常可分为：

等距型多组接收天线，每一个发射天线之间的间距相等为Rd。

不等距型多组接收天线，每一个发射天线之间的间距不相等为Rdb(b＝1、2…)

由于毫米波极高频率的特征,毫米波天线阵列与芯片之间的激励和接受为方式可分为两种:

串馈(Series feeding)方式,即每一根串馈天线上的贴片单元天线头尾相连形成一个天线串,其点是结构性简单，尤其便于在天线阵列中使用；但随着贴片单元天线个数的增加,天线在水平和垂直方向上的辐射角度越发不均衡。

企业馈电(Corporate feeding)方式见图85-94,即每一根企业馈电天线上的贴片单元天线由传输线并行相连接形成一个天线方阵。其点是结构性相对复杂,但天线在水平和垂直方向上的辐射角度均衡。企业馈电方式与串馈(Series feeding) 方式主要区别是贴片单元天线由串型变为四方并行,不易多个天线布局成为天线阵列。其中的贴片单元天线,传输线,贴片单元天线间距的结构设计与串馈(Series feeding)方式相同。

毫米波雷达智能探测器中的毫米波雷达芯片可由一个或数个并联而成,毫米波雷达芯片为长方形；每个毫米波雷达芯片可以同时带多个发射天线和接收天线端口，可组成诸如:

二个发射天线构成的发射天线阵列和四个接收天线构成的接收天线阵列；

三个发射天线构成的发射天线阵列和四个接收天线构成的接收天线阵列；

三个发射天线构成的发射天线阵列和六个接收天线构成的接收天线阵列；

三个发射天线构成的发射天线阵列和八个接收天线构成的接收天线阵列；

四个发射天线构成的发射天线阵列和八个接收天线构成的接收天线阵列；

所述发射天线阵列和接收天线阵列在毫米波雷达芯片上的布局分为90度型或180度型结构；

对于90度型毫米波雷达芯片结构,发射天线阵列和接收天线阵列分别位于毫米波雷达芯片相邻的两边如图73，按照天线的布局可分为发射天线阵列和接收天线阵列，包括：

同相水平结构，即发射天线阵列和接收天线阵列与毫米波雷达芯片边沿平行或垂直方向相同见图73。

异相水平结构，即发射天线阵列和接收天线阵列与毫米波雷达芯片边沿平行或垂直但方向不同见图76，其中RX1,RX4与Rx2,RX3,TX1,TX2,TX3反向。

同相倾斜结构，即发射天线阵列和接收天线阵列与毫米波雷达芯片边沿成夹角,方向相同见图78，其中RX1,RX2,RX3,RX4与TX1,TX2,TX3都向一个方向倾斜，但互相平行。

反相倾斜结构，即发射天线阵列和接收天线阵列与毫米波雷达芯片边沿成夹角,方向相反见图80，其中RX1,RX2,RX3,RX4与TX1,TX2,TX3反向,毫米波雷达芯片倾斜。

对于180度型毫米波雷达芯片结构,发射天线阵列和接收天线阵列分别位于毫米波雷达芯片相对的两边如图95,按照天线的布局可分为发射天线阵列和接收天线阵列:

同相水平结构,即发射天线阵列和接收天线阵列与毫米波雷达芯片边沿平行或垂直方向相同，见图95.

反相水平结构,即发射天线阵列和接收天线阵列与毫米波雷达芯片边沿平行或垂直方向相反，见图96。

其中,对于串馈(Series feeding)方式,发射天线阵列通常由N(＝1...n)个发射天线组成,每一个发射天线之间的间距为Tda(a＝1,2…),可相等或不等,具体可根据设计要求而定,如选Tda大于0.5个波长。每个发射天线可由1到10根串馈天线可经功率分配器并联而组成，这1到10根串馈天线之间的间距为Td；根据设计要求的不同每根串馈天线上可有1到30个贴片单元天线。最常选用的贴片单元天线是垂直极化和水平极化单元天线两种,垂直极化单元天线具有较小的偶合性,但其水平视野较窄。水平极化单元天线具有较大的偶合性其水平视野较宽。为了提高天线的性能,加大旁瓣衰减幅度,每根串馈天线中的贴片单元天线宽度从中间开始向两侧按泰勒或切比雪夫级数的规律逐渐减小(如图73Tx1,Tx2,Tx3)；发射天线阵列中的每个发射天线具有相同或不同的贴片单元天线个数,长短相同或不同。每个发射天线可以处于相同的水平位置(如图82、117)或高低不同(如图73、82、112、118、119、121)。变化范围可根据设计要求而定，如变化范围在0.5-3个波长, 得以兼顾发射天线阵列(Tx1,Tx2...Txn)在水平(Azimuth)和垂直(elevation)方向辐射的性能。而发射天线阵列(Tx1,Tx2...Txn)中的每一个每个发射天线Txn有的串馈天线根可按设计要求选择相等(如图73)或不等(如图120)。

接收天线阵列通常由M(＝1...m)个接收天线组成，每个接收天线可由1-10 根串馈天线可经功率分配器并联而组成，每根串馈天线上有1到30个贴片单元天线。为了提高天线的性能,加大旁瓣衰减幅度,每根串馈天线中的贴片单元天线宽度从中间开始向两侧按泰勒或切比雪夫级数的规律逐渐减小(如图 73Rx1,Rx2,Rx3),数个接收天线阵列间的间距可按设计要求设计成相等或不等,Rd,Rd1,Rd2...Rdj,Rrd。

射频信号经所述毫米波雷达芯片的射频信号输出端(Out1,Out2...Outi)、射频输出传输线(Tt1,Tt2,Tti)、及功率分配器后由发射天线阵列(Tx1,Tx2...Txi) 发射,探测到物体后反射回的射频信号射频信号经接收天线阵列 (Rx1,Rx2,...Rxj)、射频输入传输线及功率分配器接收进入毫米波雷达芯片射频信号输入端(In1,In2...Inq)。其中,射频输入传输线为微带传输线或GCPW传输线；功率分配器为T型功率分配器或威尔金森功率分配器。微带传输线结构简单具有较好的相位稳定性,损耗较大；GCPW传输线损耗较小,但结构较为复杂。功率分配器分为T型功率分配器或威尔金森功率分配器,T型功率分配器结构简单,但通道间隔离性较差,而威尔金森功率分配器容易产生不必要的损耗,实际设计中必须适当选择。

对于企业馈电(Corporate feeding)方式,发射天线阵列通常由Q(＝1...q) 个发射天线组成每个发射天线由k(＝1,2,4,8,16,32,64,128,256)个并联天线单元经传输线并联连接而成,每个并联天线单元又是由四个长方形贴片单元天线经传输线并联连接而成.接收天线阵列通常由S(＝1...s)个接收天线组成,其结构与发射天线相同.具体设计,如贴片单元天线、传输线、功率分配器、天线阵列每个天线的间距选择与串馈(Series feeding)方式天线相同

最常选用的贴片单元天线是垂直极化和水平极化单元天线两种,垂直极化单元天线具有较小的偶合性,但其水平视野较窄。水平极化单元天线具有较大的偶合性其水平视野较宽，实际设计中适当选择。

图73-104中天线阵列的单元天线为垂直极化单元天线方案。

图105-121中天线阵列的单元天线为水平极化单元天线设计方案。

图73-95,105-118中.所述发射天线阵列和接收天线阵列布局为90度型，即发射天线阵列和接收天线阵列位于毫米波雷达芯片相邻的两边。

图96-104中,119-121为所述发射天线阵列和接收天线阵列布局180度型时, 发射天线阵列和接收天线阵列位于毫米波雷达芯片相对的两边。

图73到121中公开列举了一些以一发一收,二发二收,三发四收天线阵列位设计示例用于说明本专利中所描述的N(＝1...n)个发射天线及M(＝1...m)个接收天线所构成的毫米波智能探测器天线阵列的结构设计。

图73中发射天线阵列和接收天线阵列设计方案为90度型毫米波雷达芯片同相水平结构布局,发射天线阵列中的每个发射(接收)天线有两根各拥有十个贴片单元天线的串馈天线组成,每根串馈天线间距为Td(Rd),每个发射天线 Tx1,Tx2,Tx3间距为Td1,每根串馈天线的十个贴片单元天线宽度从中间开始向两侧按泰勒(Taylor)级数的规律逐渐减小,用于加大旁瓣衰减幅度,改善整个毫米波监控传感器的信躁比(SNA).为了提高发射天线阵列Tx1,Tx2,Tx3垂直方向 (Elevation)的性能,将Tx2与Tx1,Tx3高度做相对高低调整,具体幅度取决于对发射天线阵列中的每个发射天线Tx1,Tx2,Tx3的整体要求,可以将Tx1,Tx2,Tx3 置于水平高度相同,三个彼此高度各不相同,或两个保持相同高度.图73中给出了发射天线阵列中发射天线Tx2较发射天线Tx1,Tx3高半个波长的示例.为了获得兼有多组发射及多组接收(MIMO)和波束成形(Beamforming)型天线。由于发射天线阵列中的每个发射天线Tx1,Tx2,Tx3与接收天线阵列中的每个接收天线 Rx1,Rx2,Rx3,Rx4均由两根间距为Td,Rd的串馈天线组成，两根串馈天线之间选用T型功率分器相联接。

图74与图73方案的区别在于每一路发射及接收天线均由三根串馈天线并联而成。图75发射天线阵列和接收天线阵列设计方案为异相水平结构布局,其中 RX1,RX4与Rx2,RX3,TX1,TX2,TX3反向,天线阵列中每个发射(接收)天线有一根各拥有三个贴片单元天线的串馈天线组成,发射天线阵列和接收天线阵列排成上下结构,得以改善天线阵列的性能。

图76与图75方案的区别在于,天线阵列中每个发射天线有两根各拥有四个贴片单元天线的串馈天线经功率分配器连接而成,每个接收天线为各拥有四个贴片单元天线的串馈天线，每一个串馈天线顶端的贴片单元天线加有阻抗匹配槽。

图77发射天线阵列和接收天线阵列设计方案为90度型毫米波雷达芯片同相倾斜结构布局,其中TX1,TX2,TX3与RX1,RX2,RX3,RX4都向一个方向倾斜,但互相平行.每个天线有两根各拥有十个贴片单元天线的串馈天线组成。图78与图 77方案的区别在于每个天线由一根串馈天线拥有五个贴片单元天线组成.图79 与图77方案的区别在于天线阵列中每个发射天线有两根各拥有四个贴片单元天线的串馈天线经功率分配器连接而成,每个接收天线为各拥有四个贴片单元天线的串馈天线，每根串馈天线的顶部贴片单元天线,加有阻抗匹配槽。

图80发射天线阵列和接收天线阵列设计方案为90度型毫米波雷达芯片反相倾斜结构布局,发射天线Tx1,Tx2,Tx3和接收天线Rx1,Rx2,Rx3反向,其余与图 73方案相同.图81与图80方案的区别在于天线阵列中每个发射天线有两根各拥有十个贴片单元天线的串馈天线经功率分配器连接而成,且发射天线位于不同的水平,用以改善天线的性能。

图82-91方案中发射天线阵列和接收天线阵列设计方案,拥有企业馈电(Corporate feeding)方式的90度型毫米波雷达芯片异相水平结构布局.图 82-85中每个天线有一个并联天线单元,每个并联天线单元又是由四个长方形贴片单元天线经传输线并联连接而成.图86-91中每个天线有两个并联天线单元, 每个并联天线单元又是由四个长方形贴片单元天线经传输线并联连接而成。

图92-93方案中发射天线阵列和接收天线阵列设计方案为90度型毫米波雷达芯片反相倾斜结构布局,其余与图82-91中方案相同。

图94-103方案中发射天线阵列和接收天线阵列设计方案为180度型毫米波雷达芯片结构布局图104-121方案中贴片单元天线是水平极化单元天线,包括90 度型毫米波雷达芯片和180度型毫米波雷达芯片结构布局。

专利CN208401045U,CN208444939U,CN210666009U给出了毫米波天线的相关设计细节。

以上所述，仅是本发明的最佳实施例而已，并非对本发明的任何形式的限制，任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围的情况下利用上述揭示的方法和内容对本发明做出的许多可能的变动和修饰，均属于权利要求书保护的范围。

Claims (7)

1.一种毫米波雷达智能监控系统，其特征在于，包括：

在分离式结构中，印刷线路板型毫米波雷达智能探测器封装于盒体中，盒体内的印刷线路板型毫米波雷达智能探测器与被控制对象远程无线或有线连接；

或在集成式结构中，印刷线路板型毫米波雷达智能探测器直接设置在被控制对象中，印刷线路板型毫米波雷达智能探测器无线或有线连接被控制对象。

2.根据权利要求1所述的毫米波雷达智能监控系统，其特征在于：所述分离式，盒体为非金属材料制成，盒体面板与印刷线路板型毫米波雷达智能探测器相互平行或不平行，盒体面板为平面或凹型棱镜面或凸型棱镜面，盒体与印刷线路板型毫米波雷达智能探测器之间有天线罩或无天线罩。

3.根据权利要求1所述的毫米波雷达智能监控系统，其特征在于：所述集成式，印刷线路板型毫米波雷达智能探测器所对的被控制对象的表面为非金属材料，被控制对象的表面为平面或凹型棱镜面或凸型棱镜面，印刷线路板型毫米波雷达智能探测器与被控制对象之间有天线罩或无天线罩。

4.根据权利要求1所述的毫米波雷达智能监控系统，其特征在于：所述印刷线路板型毫米波雷达智能探测器包括毫米波雷达天线和毫米波雷达芯片，毫米波雷达芯片包括毫米波雷达发射接收芯片和毫米波雷达信号处理芯片；

在分离式结构中，毫米波雷达天线、毫米波雷达发射接收芯片、毫米波雷达信号处理芯片和通讯接口电路A有线电连接；通讯接口电路B、开关控制器和被控制对象有线电连接；通讯接口电路A和通讯接口电路B分别设置有网络接口，通过无线或有线电连接；

或在集成式结构中，毫米波雷达天线、毫米波雷达发射接收芯片、毫米波雷达信号处理芯片、通讯接口电路、开关控制器和被控制对象依次无线或有线电连接，通讯接口电路设置有网路接口。

5.根据权利要求4所述的毫米波雷达智能监控系统，其特征在于:毫米波雷达天线包括多组发射天线阵列和多组接收天线阵列,其中发射天线阵列又包括多个发射天线，接收天线阵列又包括多个接收天线；

发射天线阵列和接收天线阵列在毫米波芯片上的布局为90度型或180度型结构；90度型时，发射天线阵列和接收天线阵列位于毫米波雷达芯片相邻的两边；180度型时，发射天线阵列和接收天线阵列位于毫米波雷达芯片相对的两边；

其中，发射天线阵列和接收天线阵列的每个天线由1-10根串馈天线并联组成，每根串馈天线有1-30个贴片单元天线，贴片单元天线的宽度从中间开始向两侧按泰勒或切比雪夫级数的规律逐渐减小。

6.根据权利要求5所述的毫米波雷达智能监控系统，其特征在于：射频信号经所述毫米波芯片的射频信号输出端、射频输出传输线、及功率分配器后由发射天线阵列发射；

射频信号经接收天线阵列、射频输入传输线及功率分配器接收进入射频信号输入端；

其中，射频输出传输线为微带传输线或GCPW传输线；功率分配器为T型功率分配器或威尔金森功率分配器。

7.根据权利要求5所述的毫米波雷达智能监控系统，其特征在于：90度型，发射天线阵列和接收天线阵列为同相水平结构或异相水平结构或同向倾斜结构或反向倾斜结构；

或在180度型中，发射天线阵列和接收天线阵列为同相水平结构或反相水平结构。

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