RU2074406C1 - Module of doppler radar - Google Patents
Module of doppler radar Download PDFInfo
- Publication number
- RU2074406C1 RU2074406C1 RU94007801A RU94007801A RU2074406C1 RU 2074406 C1 RU2074406 C1 RU 2074406C1 RU 94007801 A RU94007801 A RU 94007801A RU 94007801 A RU94007801 A RU 94007801A RU 2074406 C1 RU2074406 C1 RU 2074406C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- antenna
- module
- radiating
- transistor
- output
- Prior art date
Links
Landscapes
- Radar Systems Or Details Thereof (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к радиотехнике, а точнее к приборам обнаружения перемещения человека и различных предметов, и может быть использовано для охранной сигнализации в различных помещениях. The invention relates to radio engineering, and more specifically to devices for detecting the movement of a person and various objects, and can be used for burglar alarms in various rooms.
Известен модуль доплеровского радиолокатора, содержащий диэлектрический слой, антенну, блок активного элемента, соединенный с излучающим торцом антенны, расположенной на диэлектрическом слое (Microwave Plus Passine Jnfrared Detector MICRO-Х фирмы Electronics Line (EL) Ltd). A known Doppler radar module comprising a dielectric layer, an antenna, an active element unit connected to a radiating end of an antenna located on a dielectric layer (Microwave Plus Passine Jnfrared Detector MICRO-X from Electronics Line (EL) Ltd).
К недостаткам данного модуля можно отнести большую сложность, т.е. активный элемент выполняется отдельно от полосковой антенны, что вызывает необходимость в специальных цепях согласования для генератора и смесителя. The disadvantages of this module include greater complexity, i.e. the active element is carried out separately from the strip antenna, which necessitates special matching circuits for the generator and mixer.
Наиболее близким техническим решением к предложенному и принятым за прототип является модуль доплеровского радиолокатора, содержащий антенну, элемент ответвителя, генераторный элемент (Заявка Японии 56-100369, опубл. 1981, кл. G 01 S 13/50, 7/02). The closest technical solution to the proposed and adopted as a prototype is a Doppler radar module containing an antenna, coupler element, generator element (Japanese application 56-100369, publ. 1981, class G 01 S 13/50, 7/02).
Недостатком известного технического решения является его сложность, т.к. для передачи сигнала от генератора на излучающую антенну и с антенны на смесительный диод необходим волновод сложной формы, резонатор, циркулятор. A disadvantage of the known technical solution is its complexity, because To transmit a signal from a generator to a radiating antenna and from an antenna to a mixing diode, a complex waveguide, resonator, and circulator are required.
Перемножение излучаемого и принимаемого сигнала производится на специальном элементе смесительном диоде, а для передачи части мощности с генератора на смесительный диод требуется также специальный элемент - направленный ответвитель. Multiplication of the emitted and received signal is performed on a special element of the mixing diode, and to transfer part of the power from the generator to the mixing diode, a special element is also required - a directional coupler.
Для согласования генератора и смесительного диода с прямоугольным волноводом необходим волноводно-полосковый переход. To match the generator and the mixing diode with a rectangular waveguide, a waveguide-strip transition is necessary.
Другим недостатком известного модуля является ограниченная дальность действия, т. к. согласующие переходы расположены не в местах максимальной концентрации электрического поля СВЧ. Another disadvantage of the known module is the limited range, because matching transitions are not located at the maximum concentration of the microwave electric field.
Цель изобретения упрощение модуля и повышение дальности его действия. The purpose of the invention is to simplify the module and increase the range of its action.
Цель достигается тем, что модуль доплеровского радиолокатора, содержащий антенну, элемент ответвителя, генераторный элемент, дополнительно содержит проводящий экранирующий слой, диэлектрический слой, расположенный на проводящем экранирующем слое, причем антенна выполнена прямоугольной формы и расположена на диэлектрическом слое, первый и второй фильтры СВЧ-колебаний, генераторный элемент выполнен на транзисторе, коллектор которого соединен с излучающим торцом антенны, эмиттер с первым выводом первого фильтра СВЧ-колебаний, второй вывод которого является выходом модуля, первый вывод второго фильтра СВЧ-колебаний соединен с базой транзистора, а второй вывод является первым входом смещения модуля, элемент ответвителя выполнен в виде проводящей полоски, расположенной на диэлектрическом слое вдоль излучающего торца антенны, причем, первый конец проводящей полоски соединен с базой транзистора, второй вход смещения модуля соединен с неизлучающим торцом антенны. The goal is achieved in that the Doppler radar module containing the antenna, the coupler element, the generator element further comprises a conductive shielding layer, a dielectric layer located on the conductive shielding layer, the antenna being rectangular in shape and located on the dielectric layer, the first and second microwave filters oscillations, the generator element is made on a transistor, the collector of which is connected to the radiating end of the antenna, an emitter with the first output of the first filter of microwave oscillations, the second in the water of which is the output of the module, the first output of the second microwave filter is connected to the base of the transistor, and the second output is the first input of the bias of the module, the coupler element is made in the form of a conductive strip located on the dielectric layer along the radiating end of the antenna, and the first end of the conductive strip connected to the base of the transistor, the second bias input of the module is connected to the non-radiating end of the antenna.
Для большего повышения дальности действия радиолокатора длины излучающих и неизлучающих торцов антенны соотносятся следующим образом:
,
lи длина излучающих торцов антенны;
lн.и длина неизлучающих торцов антенны;
εд диэлектрическая проницаемость диэлектрического слоя.To further increase the range of the radar, the lengths of the radiating and non-radiating ends of the antenna are correlated as follows:
,
l and the length of the radiating ends of the antenna;
l N. and the length of the non-radiating ends of the antenna;
ε d is the dielectric constant of the dielectric layer.
Для повышения КПД модуля диэлектрический слой может быть многослойным. В этом случае длины излучающих и неизлучающих торцов антенны соотносятся следующим образом: средняя диэлектрическая проницаемость слоев, составляющих диэлектрический слой.To increase the efficiency of the module, the dielectric layer can be multilayer. In this case, the lengths of the radiating and non-radiating ends of the antenna are correlated as follows: the average dielectric constant of the layers constituting the dielectric layer.
Для повышения КПД модуля он может содержать проводящую область прямоугольной формы, расположенную на диэлектрическом слое с примыканием к второму концу проводящей полоски элемента ответвителя. To increase the efficiency of the module, it may contain a rectangular conductive region located on the dielectric layer adjacent to the second end of the conductive strip of the coupler element.
Предложенный модуль доплеровского радиолокатора имеет следующие новые признаки по сравнению с прототипом: наличие проводящего экранирующего слоя, диэлектрического слоя, выполнение генераторного элемента на транзисторе, выполнение элемента ответвителя в виде проводящей полоски первый и второй фильтры СВЧ колебаний, а также взаимное расположение к связи перечисленных элементов. The proposed Doppler radar module has the following new features compared to the prototype: the presence of a conductive shielding layer, a dielectric layer, the execution of the generator element on the transistor, the implementation of the coupler element in the form of a conductive strip of the first and second microwave oscillation filters, as well as the relative position of the above elements.
Выполнение антенны прямоугольной формы и ее расположение на диэлектрическом слое является признаком, известным из других технических решений (Microwove Plus Passive Jnfrared Detector MICRO-Х фирмы Electronics Line (EL) Ltd.). The implementation of the rectangular antenna and its location on the dielectric layer is a feature known from other technical solutions (Microwove Plus Passive Jnfrared Detector MICRO-X from Electronics Line (EL) Ltd.).
Выполнение генераторного элемента на транзисторе позволяет существенно упростить модуль, т. к. транзистор в совокупности с антенной осуществляет генерацию СВЧ колебаний, и одновременно переход эмиттер-база транзистора осуществляет функцию перемножения излучаемого сигнала и принимаемого сигнала. Прием отраженного сигнала производится той же самой антенной. Этот признак позволяет исключить из модуля выполняемые в прототипе по отдельности генератор, смесительный диод, полосковые волноводы. The implementation of the generator element on the transistor can significantly simplify the module, because the transistor in combination with the antenna generates microwave oscillations, and at the same time the emitter-base transition of the transistor performs the function of multiplying the emitted signal and the received signal. Reception of the reflected signal is made by the same antenna. This feature allows you to exclude from the module separately executed in the prototype generator, mixing diode, strip waveguides.
Выполнение элемента ответвителя в виде проводящей полоски с указанным расположением относительно антенны также позволяет упростить модуль, т.к. передача с части принятой мощности СВЧ сигнала в элемент ответвителя и, соответственно, в базу транзистора производится непосредственно с излучающего торца антенны. Это позволяет избежать использование ответвителя, как специального элемента, в модуле, а также связанных с ним полосковых волноводов. The implementation of the element of the coupler in the form of a conductive strip with a specified location relative to the antenna also allows you to simplify the module, because transmission from part of the received power of the microwave signal to the coupler element and, accordingly, to the transistor base is made directly from the radiating end of the antenna. This avoids the use of a coupler as a special element in the module, as well as associated strip waveguides.
Фильтры СВЧ энергии предназначены для развязки цепей прохождения СВЧ сигнала от низкочастотного выхода модуля, и от цепей смещения эмиттерного переход транзистора. Microwave energy filters are designed for decoupling the microwave signal paths from the low-frequency output of the module, and from the bias circuits of the emitter junction of the transistor.
Выполнение антенны с указанным соотношением длин излучающих и неизлучающих торцов позволяет повысить КПД модуля, т.к. при этом генератор на транзисторе и антенне работает на заданной частоте в резонансе. Выполнение диэлектрического слоя многослойным позволяет оптимальным образом выбрать сочетание материалов диэлектрика для уменьшения тангенса угла потерь в нем. The implementation of the antenna with the specified ratio of the lengths of the radiating and non-radiating ends allows you to increase the efficiency of the module, because while the generator on the transistor and the antenna operates at a given frequency in resonance. The implementation of the dielectric layer multilayer allows you to optimally choose a combination of dielectric materials to reduce the tangent of the loss angle in it.
Наличие проводящей области прямоугольной формы позволяет оптимизировать мощность передаваемую из антенны в базу транзистора в зависимости от выбора рабочей частоты. The presence of a rectangular conducting region allows you to optimize the power transmitted from the antenna to the base of the transistor, depending on the choice of operating frequency.
На чертеже представлен вид модуля доплеровского радиолокатора в плане. The drawing shows a view of the Doppler radar module in plan.
Модуль содержит проводящей экранирующий слой 1, диэлектрический слой 2, антенну 3, транзистор 4, коллектор которого соединен с излучающим торцом антенны 3, первый фильтр 5 СВЧ колебаний, второй фильтр 6 СВЧ энергии, проводящую полоску 7 элемента ответвителя, проводящую область 8 прямоугольной формы. Второй вывод фильтра 5 является выходом 9 модуля, а второй вывод фильтра 6 является первым входом 10 смещения модуля. Второй вход 11 смещения модуля. Фильтры 5, 6 в зависимости от рабочей частоты могут представлять собой проводники (для более высоких частот) или дросселя (для менее высоких частот). Выполнение фильтров не является существенным признаком данного устройства и известно из литературы (Элементы радиоэлектронной аппаратуры, вып. 48, М. Радио и связь, 1985, с. 20, рис.1.15). The module contains a conductive shielding layer 1, a dielectric layer 2, an antenna 3, a transistor 4, the collector of which is connected to the radiating end of the antenna 3, a first microwave oscillation filter 5, a second microwave energy filter 6, a conductive strip 7 of the coupler element, a conductive region 8 of a rectangular shape. The second output of the filter 5 is the output 9 of the module, and the second output of the filter 6 is the first input 10 of the offset module. The second input 11 of the bias module. Filters 5, 6, depending on the operating frequency, can be conductors (for higher frequencies) or chokes (for lower frequencies). The implementation of filters is not an essential feature of this device and is known from the literature (Elements of electronic equipment, vol. 48, M. Radio and communications, 1985, p. 20, Fig. 1.15).
Модуль доплеровского радиолокатора представляет собой доплеровскую систему гетеродинного типа и работает следующим образом. The Doppler radar module is a heterodyne type Doppler system and operates as follows.
Антенна 3 излучает в пространство СВЧ энергию с частотой fo, которая генерируется в резонансной системе, состоящей из транзистора 4 и самой антенны 3. Энергия колебаний, отраженная от движущегося объекта, принимается той же антенной 3 на частоте . Часть принятой антенной 3 мощности передается в элемент 7 ответвителя, а из него на эмиттерный переход транзистора 4. На эмиттерном переходе, который является смесителем, принимаемая частота преобразуется в напряжение на выходе 9 модуля на частоте
V скорость перемещения объекта;
λo длина волны, излучаемой антенной 3;
fo частота, излучаемая антенной 3;
fд доплеровская частота.Antenna 3 emits microwave energy into the space with a frequency f o , which is generated in a resonant system consisting of a transistor 4 and antenna 3. The oscillation energy reflected from a moving object is received by the same antenna 3 at a frequency . Part of the power received by antenna 3 is transmitted to the coupler element 7, and from there to the emitter junction of transistor 4. At the emitter junction, which is a mixer, the received frequency is converted to voltage at the output of module 9 at a frequency
V is the speed of the object;
λ o the wavelength emitted by the antenna 3;
f o the frequency radiated by the antenna 3;
f d Doppler frequency.
Настройка генератора на транзисторе 4 по частоте осуществляется выбором длины неизлучающих торцов прямоугольной антенны 3, являющейся нагрузкой транзистора 4,
lи = 0,5λo, где
lи длина излучающих торцов антенны 3.Tuning the generator on transistor 4 in frequency is carried out by choosing the length of the non-radiating ends of the rectangular antenna 3, which is the load of the transistor 4,
l and = 0.5λ o , where
l and the length of the radiating ends of the antenna 3.
Т. к. транзистор 4 должен работать в режиме "с общей базой", то на его базу должно быть подано постоянное напряжение, что для СВЧ сигнала равнозначно потенциалу "земли". Фильтр 6 представляет для СВЧ сигнала значительное сопротивление и обеспечивает максимальное прохождение СВЧ сигнала в базу транзистора. В то же время фильтр 6 не препятствует подаче постоянного смещения на базу транзистора 4. Аналогично фильтр 5 пропускает на выход низкую доплеровскую частоту, задерживая СВЧ сигнал. Since transistor 4 must operate in the "common base" mode, a constant voltage must be applied to its base, which for a microwave signal is equivalent to the ground potential. Filter 6 represents a significant resistance for the microwave signal and ensures maximum passage of the microwave signal to the base of the transistor. At the same time, filter 6 does not prevent a constant bias from being applied to the base of transistor 4. Similarly, filter 5 passes a low Doppler frequency to the output, delaying the microwave signal.
Наибольшая мощность излучения антенны 3 достигается, когда генератор работает в резонансе. Условием резонанса является
lн.и длина неизлучающих торцов антенны 3;
εд относительная диэлектрическая проницаемость диэлектрического слоя 2.The highest radiation power of the antenna 3 is achieved when the generator operates in resonance. The resonance condition is
l N. and the length of the non-radiating ends of the antenna 3;
ε d the relative dielectric constant of the dielectric layer 2.
Для работы в резонансе соотношение длины излучающих и неизлучающих торцов антенны должно быть
Для уменьшения тангенса угла потерь в диэлектрике, слой 2 может представлять собой композицию из нескольких диэлектрических материалов, в том числе и воздуха. В этом случае в формуле для соотношения длин излучающих и неизлучающих торцов берется средняя диэлектрическая проницаемость.To work in resonance, the ratio of the length of the radiating and non-radiating ends of the antenna must be
To reduce the loss tangent of the dielectric, layer 2 may be a composition of several dielectric materials, including air. In this case, the average dielectric constant is taken in the formula for the ratio of the lengths of the radiating and non-radiating ends.
Оптимальной является диэлектрическая проницаемость εд = 2,5-10 и тангенс угла потерь tg≈10-4 10-3. Толщина диэлектрического слоя 2 может составлять (0,1÷0,01)λo..The optimum is the dielectric constant ε d = 2.5-10 and the loss tangent tg≈10 -4 10 -3 . The thickness of the dielectric layer 2 may be (0.1 ÷ 0.01) λ o ..
Для повышения КПД модуля второй вход 11 смещения модуля может быть подключен к середине излучающего торца антенны 3, т.к. в этой точке расположен виртуальный нуль потенциала СВЧ энергии. Расположение контакта в другой точке неизлучающего торца закорачивает на землю часть СВЧ токов, что снижает КПД. To increase the efficiency of the module, the second input 11 of the bias of the module can be connected to the middle of the radiating end of the antenna 3, because at this point is the virtual zero of the microwave energy potential. The location of the contact at another point of the non-radiating end shorts part of the microwave currents to the ground, which reduces the efficiency.
Claims (6)
где lи длина излучающего торца антенны;
lн . и длина неизлучающего торца антенны;
εд диэлектрическая проницаемость материала диэлектрической подложки.2. The module according to claim 1, characterized in that the lengths of the radiating and non-radiating ends of the antenna are selected from the ratio
where l and the length of the radiating end of the antenna;
l n. and the length of the non-radiating end of the antenna;
ε d is the dielectric constant of the material of the dielectric substrate.
где εд.cp усредненная диэлектрическая проницаемость материалов, составляющих диэлектрическую подложку.4. The module according to claim 3, characterized in that the lengths of the radiating and non-radiating ends of the antenna are selected from the ratio
where ε d.cp is the average dielectric constant of the materials constituting the dielectric substrate.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU94007801A RU2074406C1 (en) | 1994-03-02 | 1994-03-02 | Module of doppler radar |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU94007801A RU2074406C1 (en) | 1994-03-02 | 1994-03-02 | Module of doppler radar |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU94007801A RU94007801A (en) | 1995-11-10 |
RU2074406C1 true RU2074406C1 (en) | 1997-02-27 |
Family
ID=20153212
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU94007801A RU2074406C1 (en) | 1994-03-02 | 1994-03-02 | Module of doppler radar |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2074406C1 (en) |
-
1994
- 1994-03-02 RU RU94007801A patent/RU2074406C1/en active
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Патент США N 5119099, кл. G 01 S 13/80, 1992. * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP3470884B2 (en) | filter | |
Jacobs et al. | Electronic phase shifter for millimeter-wave semiconductor dielectric integrated circuits | |
Chou et al. | Oscillator-type active-integrated antenna: The leaky-mode approach | |
US3394373A (en) | Combined oscillator and folded slot antenna for fuze useful in small projectiles | |
EP0742448A2 (en) | Electromagnetic wave reflective type, low cost, active proximity sensor for harsh environments | |
US4016506A (en) | Dielectric waveguide oscillator | |
US4215313A (en) | Dielectric image guide integrated harmonic pumped mixer | |
RU2074406C1 (en) | Module of doppler radar | |
Bacha et al. | LSE-mode balun for hybrid integration of NRD-guide and microstrip line | |
RU2072529C1 (en) | Doppler radiolocator module | |
Camilleri | A quasi-optical multiplying slot array | |
RU2084917C1 (en) | Doppler radar unit | |
JP3086883B2 (en) | Frequency modulator | |
KUROKI et al. | NRD guide digital transceivers for millimeter wave LAN system | |
EP0971477B1 (en) | Frequency multiplier, dielectric transmission line device, and radio device | |
JP3089305B2 (en) | Frequency modulator | |
JP3743093B2 (en) | Transceiver | |
JP2000028711A (en) | Transmission and reception method for array antenna and frequency multiplication system millimeter wave two-dimensional video device | |
JP2001237618A (en) | Structure for connecting non-radiative dielectric line and metal waveguide, millimeter wave transmitting/ receiving part and millimeter wave transmitter/receiver | |
Dixon et al. | Millimeter-wave InP image line self-mixing Gunn oscillator | |
JP2922741B2 (en) | Radar module | |
JP2968639B2 (en) | FM radar module | |
Ding et al. | An integrated Doppler-radar transceiver front end using two FET active antennas | |
RU2086997C1 (en) | Unit of doppler radar | |
RU2106656C1 (en) | Module of doppler radar |