TWI530920B - 停車位偵測器 - Google Patents

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TWI530920B
TWI530920B TW104112131A TW104112131A TWI530920B TW I530920 B TWI530920 B TW I530920B TW 104112131 A TW104112131 A TW 104112131A TW 104112131 A TW104112131 A TW 104112131A TW I530920 B TWI530920 B TW I530920B
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Description

停車位偵測器
本發明為一種微波偵測器，尤指一種使用調頻連續波偵測停車位之偵測器。
目前室內停車位偵測器的設計，多以紅外線為其感應裝置。舉例來說，如臺灣專利公告第I333636號所示，其利用紅外線收發光線經反射元件是否被遮斷的原理，來判斷該車位是否已經佔用。請參閱第9圖，第9圖繪示習知技術偵測停車位的示意圖。若車位為空著時，由光發射單元12的發射紅外線至反射元件14再反射回光感測單元16。反之，若車位被佔用時，物體擋住光發射單元12與反射元件14之間，因此紅外線被遮蔽而無法由光發射單元12發射紅外光至反射元件14，因此光感測單元16無法偵測到任何紅外光反射回來。
但習知感測裝置係利用紅外線感測器進行感測，該紅外線感測器一般適用於室內的停車位管理系統。因為從光發射單元12及光感測單元16到反射元件14之間必須維持一固定距離，因此在室內停車場中，通常將光發射單元12及光感測單元16安裝在天花板上的鋼架或地下室的水電鋼管等高架裝置。因此習知使用紅外線感測器作為停車位偵測器因為架設的需求與角度的安裝為其應用的一項限制。
此外，若要將紅外線感測器用於室外停車位，需要額外的高架裝置。而且天候因素，例如下雨或是大霧，或是環境因素，例如灰塵或汙泥，都會影響紅外線的感測效果。
因此如何提供一種停車位偵測器，不論位於室內或室外皆不受天候或是環境因素的干擾，便成為十分重要的課題。
本發明的目的是提供一種微波偵測器作為停車位偵測器。由於微波偵測器不論位於室內或室外皆不受天候或是環境因素的干擾。同時該停車位偵測器又能提供準確之感測方式，以供判斷是否仍有空的停車位。
本發明提供一種停車位偵測器，用來偵測一停車位是否被佔用，該停車位偵測器包含：一調變模組，用來提供具有一調變頻率的弦波；一主動式天線模組，電性連接該調變模組，用來依據該調變頻率發射一第一調頻連續波訊號，並接收反射回來的一第二調頻連續波訊號；一第一中頻濾波器，電性連接該主動式天線模組，用來從該第二調頻連續波訊號之中取出一第一解調訊號，該第一解調訊號具有該調變頻率；一第二中頻濾波器，電性連接該第一中頻濾波器，用來從該第一解調訊號取出一第二解調訊號，該第二解調訊號具有一觸發頻率，該觸發頻率是該調變頻率的預定倍數；一積分器，電性連接該第二中頻濾波器，用來對該第二解調訊號進行積分，以輸出一積分電壓；一觸發電路，電性連接該積分器，用來當該第二解調訊號之積分電壓大於一參考電壓時，輸出一觸發訊號；以及一控制器，電性連接該觸發電路，用來接收該觸發訊號時，進行該停車位上存在車輛的操作。
依據本發明的實施例，該主動式天線模組包含：一迴路天線，其包含一發射端以及一接收端，該發射端用來傳遞該第一調頻連續波訊號，該接收端用來傳遞該第二調頻連續波訊號；以及一射頻電晶體，具 有一控制埠、一第一埠以及一第二埠，該第二埠耦接該發射端，該控制埠耦接該接收端，且該控制埠與該第二埠係為反相。
依據本發明的實施例，該射頻電晶體為一雙極性接面電晶體，該控制埠係為一基極，該第一埠係為一射極，且該第二埠係為一集極。
依據本發明的實施例，該射頻電晶體為一場效電晶體，且該場效電晶體係包含一假型高速電子遷移率電晶體(P-Hemt)，該控制埠係為一閘極，該第一埠係為一源極，且該第二埠係為一汲極。
依據本發明的實施例，該停車位偵測器另包含一第一電容，該第一電容之兩端跨接該射頻電晶體的該第一埠和該第二埠，其中該迴路天線包含：一第一電感，耦接於該射頻電晶體的該第二埠；一第二電感；一第三電感，耦接於該射頻電晶體的該控制埠；一第二電容，耦接於該第一電感和該第二電感之間；以及一第三電容，耦接於該第二電感和該第三電感之間。
依據本發明的實施例，該主動式天線模組包含一基板，包含彼此相對的一第一表面以及一第二表面；一第一微帶天線金屬，設置於該基板之第一表面之上；一第二微帶天線金屬，設置於該基板之第一表面之上；一第三微帶天線金屬，設置於該基板之第一表面之上；一第一耦合金屬片，設置於該基板之第二表面之上；一第二耦合金屬片，設置於該第二表面之上；以及一第三耦合金屬片，設置於該第二表面之上；該射頻電晶體，設置於該第一表面，該射頻電晶體的控制埠連接至該第三微帶金屬，且該第一埠以及該第二埠分別連接至該第一耦合金屬片以及該第一微帶金屬。該第一微帶天線金屬之一第一部分以及該第一耦合金屬片構成一第一電容，該第一微帶天線金屬之一第二部分、與該第一微帶天線金屬之該第一部分相鄰之該第二微帶天線金屬之一第一部分以及該第二耦合金屬片構成一第三電容，該第二微帶天線金屬之一第二部分、與該第二微帶天線金屬之該第二部分相鄰之部分之該第三微帶天線金屬以及該第三耦合金屬片構成一第三電容。
依據本發明的實施例，該觸發頻率是該調變頻率的8-10倍頻段。
依據本發明的實施例，該停車位偵測器位於該停車位的平面上，或是位於該停車位上方，與該停車位的平面維持一預設距離。
依據本發明的實施例，該停車位偵測器另包含一切換開關，電性連接於該調變模組和該控制器，該控制器用來於接收該觸發訊號時，輸出一切換訊號，該切換開關於接收該切換訊號時，控制該調變模組暫停輸出該弦波。
依據本發明的實施例，該切換開關於接收該切換訊號時，控制該調變模組輸出一直流電壓依據本發明的實施例，該主動式天線模組包含一迴路天線及一射頻電晶體。該迴路天線包含一發射端以及一接收端，該發射端用來傳遞該第一調頻連續波訊號，該接收端用來傳遞該第二調頻連續波訊號。該射頻電晶體具有一控制埠、一第一埠以及一第二埠，該第二埠耦接該發射端，該控制埠耦接該接收端，且該控制埠與該第二埠係為反相。
相較於習知技術，本發明之停車位偵測器採用的小型微波偵測器，應用於極短距離(1公尺以內)的目標偵測。由於其將射頻模組之震盪器、混波器與天線整合為一體，更使射頻收發機得以簡化並縮小體積。同時將壓控振盪器與混波器以一顆BJT或是FET(例如：P-Hemt)取代，無論在體積或是功耗率上，都有明顯的改善。因此本發明停車位偵測器容易與現有室外的太陽能照明裝置之電路整合，作為室外停車場及道路停車位的停車位偵測器，可達到都市停車智能化的管理及應用。此外，本發明的調變模組輸出以弦波產生之調變訊號。以弦波的頻率作為調變頻率所產生的調變訊號，該調變訊號的貝索(Bessel)函數含有奇次及偶次項的分布。以該調變頻率進行解調後產生的第一解調訊號，其飽和失真後之高階諧波可以解調第二解調訊號。因為本發明採用該第二解調訊號作為目標偵測的依據，因此不同於傳統調頻連續波的短距離偵測方式。由於停車位偵測器不 論位於室內或室外皆不受天候或是環境因素的干擾。同時該停車位偵測器又能提供準確之感測方式，以供民眾方便準確得知停車場空位，以供民眾方便準確得知停車場空位。
為讓本發明之上述內容能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：
12‧‧‧光發射單元
14‧‧‧反射元件
16‧‧‧光感測單元
20‧‧‧車輛
50‧‧‧停車位
100‧‧‧停車位偵測器
110‧‧‧主動式天線模組
101‧‧‧迴路天線
1011‧‧‧第一微帶天線金屬
101T‧‧‧發射端
101R‧‧‧接收端
1012‧‧‧第二微帶天線金屬
1013‧‧‧第三微帶天線金屬
10121、10111、10131‧‧‧第一部分
10122、10112‧‧‧第二部分
102‧‧‧射頻電晶體
1023‧‧‧控制埠
1021‧‧‧第一埠
1022‧‧‧第二埠
103‧‧‧變容二極體
140a‧‧‧第一濾波器
1051‧‧‧第一耦合金屬片
1052‧‧‧第二耦合金屬片
1053‧‧‧第三耦合金屬片
106‧‧‧基板
107‧‧‧第一表面
108‧‧‧第二表面
C11‧‧‧第一電容
C13‧‧‧第三電容
C12‧‧‧第二電容
L1‧‧‧電感
L11‧‧‧第一電感
L12‧‧‧第二電感
L13‧‧‧第三電感
120‧‧‧第一中頻濾波器
130‧‧‧調變模組
140‧‧‧第二中頻濾波器
150‧‧‧積分器
160‧‧‧觸發電路
170‧‧‧控制器
180‧‧‧切換開關
190‧‧‧後端電路
A、H、D、E‧‧‧貫孔
第1A圖和第1B圖繪示本發明停車位偵測器與車輛的示意圖。
第2圖為本發明之停車位偵測器的功能方塊圖。
第3圖是第2圖之主動式天線模組之等效電路圖。
第4圖為本發明之主動式天線模組之結構的橫向剖面圖。
第5圖為第4圖之主動式天線模組之正面以及反面結構的對照圖。
第6圖為第4圖之主動式天線模組之結構的正視圖。
第7A圖和第7B圖分別繪示停車位沒有車輛時，第一中頻濾波器輸出的第一解調訊號的時域響應的波形圖和頻率響應的波形圖。
第8A圖和第8B圖分別繪示停車位有車輛佔用時，第一中頻濾波器輸出的第一解調訊號的時域響應的波形圖和頻率響應的波形圖。
第9圖繪示習知技術偵測停車位的示意圖。
請參閱第1A圖和第1B圖，第1A圖和第1B圖繪示本發明停車位偵測器100與車輛20的示意圖。停車位偵測器100使用小型微波偵測器，用來偵測一停車位是否被車輛20佔用。不論是室內或是室外停車位50，停車位偵測器100可以設置在停車位50的平面上，或是位於停車位 50上方，與停車位50的平面維持一預設距離L。較佳地，預設距離L為2公尺以內。較佳地，停車位偵測器100可放在停車位50的中心，並將停車位偵測器100的偵測距離調整為1公尺，以避免受相鄰停車位50的車輛20的反射訊號所干擾。
請參考第2圖，第2圖為本發明停車位偵測器100的功能方塊圖。停車位偵測器100包含一主動式天線模組110、一第一中頻濾波器120、一調變模組130、一第二中頻濾波器140、一積分器150、一觸發電路160、一控制器170以及一切換開關180。調變模組130用來提供具有一調變頻率f m的弦波。主動式天線模組110整合天線和射頻模組的功能，包含一迴路天線101和一射頻電晶體102。迴路天線101用來依據調變頻率f m發射一第一調頻連續波(frequency modulation continuous wave，FMCW)訊號，並接收反射回來的一第二調頻連續波訊號。第一中頻濾波器120電性連接主動式天線模組110，用來從該第二調頻連續波訊號之中取出一第一解調訊號，該第一解調訊號具有調變頻率f m。第二中頻濾波器140電性連接第一中頻濾波器120，用來從該第一解調訊號取出某一諧波訊號為一第二解調訊號，該第二解調訊號的頻率是該調變頻率f m的預定倍數。積分器150電性連接第二中頻濾波器140，用來對該第二解調訊號進行積分，以輸出一積分電壓。觸發電路160電性連接積分器150，用來當該第二解調訊號之積分電壓大於一參考電壓時，輸出一觸發訊號。控制器170電性連接觸發電路160，用來接收該觸發訊號時，進行停車位50上存在車輛的操作。各元件的結構與運作容後詳述。
調變模組130產生具有調變頻率f m的弦波，該弦波即為調變訊號。第一調頻連續波訊號之射頻頻寬△f會直接受到該調變訊號的振幅影響，當該調變訊號的振幅愈大則射頻頻寬△f愈大，反之，該調變訊號的振幅愈小則射頻頻寬△f愈小。所以當停車位偵測器100需要提高偵測範圍，則降低第一調頻連續波訊號之射頻頻寬△f，反之當停車位偵測器100 需要降低偵測範圍，則提高第一調頻連續波訊號之射頻頻寬△f。較佳地，停車位偵測器100的偵測範圍為1公尺。
請參閱第3圖，第3圖是第2圖之主動式天線模組110之等效電路圖。主動式天線模組110具有自身混波解調架構，包含有一迴路天線101和一射頻電晶體102。迴路天線101具有發射端101T以及接收端101R，發射端101T用來傳遞該第一調頻連續波訊號，接收端101R用來傳遞該第二調頻連續波訊號。迴路天線101包含一第一電感L11、一第二電感L12、一第三電感L13、一第一電容C11、一第二電容C12、一第三電容C13以及一變容二極體103，其中第一電容C11、第二電容C12及第三電容C13為金屬片的等效耦合電容。射頻電晶體102具有控制埠1023、第一埠1021以及第二埠1022。第二埠1022耦接發射端101T，控制埠1023耦接接收端101R。第一埠1021及第二埠1022分別連接第一電容C11的兩端。第一埠1021電性連接第一中頻濾波器120，用以作為中頻(基頻)解調訊號的輸出端。變容二極體103並聯於第二電容C12。
值得注意的是，在第3圖中，發射端101T與接收端101R必需要相位差180°以形成正回授電路，才能使迴路天線101獲得良好的振盪。射頻電晶體102係以雙極性接面電晶體(bipolar junction transistor，BJT)表示，但事實上，射頻電晶體102亦可以為場效電晶體(field effect transistor，FET)，若為場效電晶體(field effect transistor，FET)時，可以為假型高速電子遷移率電晶體(P-Hemt)。當射頻電晶體102為BJT時，控制埠1023為一基極，第一埠1021也就是降頻埠係為一射極，而第二埠1022係為一集極。而當射頻電晶體102為FET時，控制埠1023為一閘極，第一埠1021也就是降頻埠為一源極，而第二埠1022係為一汲極。
請參考第4圖和第5圖，第4圖為本發明之主動式天線模組之結構的橫向剖面圖，第5圖為第4圖之主動式天線模組之正面以及反面結構的對照圖。主動式天線模組110包含有一第一微帶天線金屬1011、一 第二微帶天線金屬1012、一第三微帶天線金屬1013、一基板106、一射頻電晶體102、一第一耦合金屬片1051、一第二耦合金屬片1052以及一第三耦合金屬片1053。第一微帶天線金屬1011、第二微帶天線金屬1012以及第三微帶天線金屬1013設置於基板106之第一表面107(即正面)上。而第一耦合金屬片1051、第二耦合金屬片1052以及第三耦合金屬片1053係設置於基板106之第二表面108(即反面)上，第一表面107和第二表面108係指基板106的相對兩面。第一微帶天線金屬1011、第二微帶天線金屬1012、第三微帶天線金屬1013、基板106、第一耦合金屬片1051、第二耦合金屬片1052以及第三耦合金屬片1053係構成如第3圖所示的迴路天線101。第一微帶天線金屬1011、第二微帶天線金屬1012、第三微帶天線金屬1013、第一耦合金屬片1051、第二耦合金屬片1052以及第三耦合金屬片1053的材質可以為銅箔。射頻電晶體102的第一埠1021、第二埠1022以及控制埠1023分別連接至第一耦合金屬片1051、第一微帶天線金屬1011以及第三微帶天線金屬1013，且第一埠1021為一降頻埠，用以作為中頻(基頻)解調訊號的輸出端。貫孔A、貫孔H、貫孔D、貫孔E均貫通基板106且有銅箔貼附以形成導電通道。貫孔A連接第一微帶天線金屬1011，也是做為天線電源訊號輸入端，即一天線電源訊號係經由第一微帶天線金屬1011(等效於第3圖的第一電感L11)輸入。貫孔H連接第二微帶天線金屬1012，也是做為調變訊號輸入端，亦即貫孔H耦接於調變模組130，使調變訊號經由第二微帶天線金屬1012(等效於第3圖的第二電感L12)輸入，且該調變訊號可為三角波或是弦波。貫孔D連接第三微帶天線金屬1013，也是做為射頻電晶體102的偏壓輸入端，當射頻電晶體102為FET時，貫孔D所連接可以是固定電壓(可為接地端)。貫孔E連接第一耦合金屬片1051。
主動式天線模組110另可包含一變容二極體103，設置於第一表面107上。變容二極體103兩端分別連接第一微帶天線金屬1011和第二微帶天線金屬1012。變容二極體103的電容會隨施加於其兩端的電壓變 化而改變。當主動式天線模組110應用於FM調諧器和FM調變模組時，此變容二極體103用來調諧FM訊號。
請參閱第6圖，第6圖為第4圖之主動式天線模組之結構的正視圖。第一微帶天線金屬1011之一第一部分10111以及第一耦合金屬片1051重疊之處構成一第一電容C11。第一微帶天線金屬1011之一第二部分10112、與第一微帶天線金屬1011之一第二部分10112相鄰之第二微帶天線金屬1012之一第一部分10121以及第二耦合金屬片1052重疊之處構成一第三電容C13。第一微帶天線金屬1011大致呈一弧型結構，其第一部分10111和第二部份10112分別位於該弧型結構的兩端。第二微帶天線金屬1012之一第二部分10122、與第二微帶天線金屬1012之第二部分10122相鄰之第三微帶天線金屬1013之第一部分10131以及第三耦合金屬片1053重疊之處構成一第二電容C12。第二微帶天線金屬1012大致呈一弧型結構，其第一部分10121和第二部份10122分別位於該弧型結構的兩端。射頻電晶體102則設置於第一表面107上，射頻電晶體102的控制埠1023連接至第三微帶天線金屬1013。
在設計本發明的迴路天線101時，必需透過實驗的方式進行分析驗證，即是將本發明的主動式天線模組110轉換成如第3圖所示的雙埠電路。請一併參考第6圖，平面的迴路天線101其圓周長約為射頻波長的二分之一(λ/2=2πr)，其正面的第一微帶天線金屬1011、第二微帶天線金屬1012以及第三微帶天線金屬1013的外緣直徑為17.1mm，則其頻率應大於2.79GHz，但以第6圖的結構可知，反面的銅箔實為等效的金屬耦合電容，使得LC共振器(LC Tank)的等效長度大於17.1π(mm)的圓周長，故使得天線頻率降至2.79GHz以下。另外在射頻電晶體102的相位控制，由於射頻電晶體102本身的汲極-閘極或是集極-基極存在不同電性相位長度(Phase Delay)，其與天線在工作頻率的相位長度結合後，形成正迴授(180°)的長度時，即形成最佳的震盪條件。因此，經過實驗測試，使用AT41486 電晶體作為震盪器時，其震盪頻率為2.3-2.4GHz，若採用BFR92電晶體作為震盪器時，則其震盪頻率為2.0-2.1GHz，因此配合金屬耦合電容及不同電晶體，可以使在原尺寸在2.79GHz震盪條件的天線，降至為2.0-2.1GHz的震盪，此一貢獻即使天線尺寸進行縮裝與微型化。
但是，必需注意的是，做調整時金屬耦合電容會影響迴路天線101的穩定性。以BJT作為射頻電晶體102為例，由BJT的簡易小訊號模型方程式可知，若金屬等效耦合電容作為第一電容C11的電容值愈小，則射頻電晶體102內部阻抗愈小，使得基極電流IB值增大，而基極電流IB值增大就會使集極電流IC值增大，因此迴路天線101的射頻震盪輻射穩定性隨之增加。另外，若射頻電晶體102為BJT時，必需要考慮到基極電流IB、射極電流IE以及集極電流IC，而若射頻電晶體102為FET時，則必需考慮到閘極電流IG、源極電壓VS以及汲極電流ID。例如，射極電流IE決定了輻射訊號的強弱，將直接影響偵測範圍，因此在設計時就必需特別注意。可以理解的是，振盪器的工作點可以經由偏壓來決定，理論值很容易求出，但是最適宜點則必需由實驗驗證，從訊號雜訊比(S/N)大於要求的情形中找出最佳的工作點。
在此結構中，第一微帶天線金屬1011、第二微帶天線金屬1012以及第三微帶天線金屬1013與第一耦合金屬片1051、第二耦合金屬片1052以及第三耦合金屬片1053可以形成所欲選擇的等效電感值與等效電容值。如前所述，配合金屬耦合電容的長度設計，可以將主動式天線模組110的工作頻率向低頻做調整，換句話說，即是將半波長(λg/2)等效的尺寸加長，並且以射頻電晶體102的工作點做調整，來補償其相位的不同。最終將可設計出第一微帶天線金屬1011、第二微帶天線金屬1012以及第三微帶天線金屬1013與第一耦合金屬片1051、第二耦合金屬片1052以及第三耦合金屬片1053作為與射頻電晶體102諧振時的共振器。
請再參考第3圖，本發明之主動式天線模組110的工作頻率係由電感值L(與第一微帶天線金屬1011、第二微帶天線金屬1012以及第三微帶天線金屬1013的長度相關)以及第一、第二、第三電容C11、C12、C13的電容值C(與第一電容C11與第二、第三電容C12、C13的長度相關)所決定，當LC值愈大時，射頻振盪頻率就愈低；反之，當LC值愈小時，則射頻振盪頻率就愈高。但是值得注意的是，射頻穩定度與耦合電容、旁路電容的選擇有密切的關聯。當射頻電晶體102為BJT時，由簡易小訊號模型方程式IC=βIB可知，若旁路電容C2的電容值愈小，則射頻電晶體102內部阻抗愈小，使得β值增大，亦即集極電流IC值增大，因此迴路天線101的射頻穩定度隨之增加。而當當射頻電晶體102為FET時，其簡易小訊號模型方程式如下：
其中VP為夾止電壓，VGS為閘極電壓，IDSS為汲-源極飽和電流。若旁路電容C2之電容值愈小，則射頻電晶體102內部阻抗rDS愈小，由於VDS=rDS×ID，所以在定電壓輸入時(汲極-源極電壓VDS為定值)，ID值相對增大。
總結來說，在此電路設計上，若做為旁路電容的第一電容C11的電容值愈小，其射頻振盪將越趨穩定，反映在頻譜分布圖上時，諧波的能量減小，而主波的能量增大。反之若第一電容C11的電容值愈大，其射頻振盪越不穩定，反映在頻譜分布圖上時，各諧波能量增大，而主波能量減小。至於第二、第三電容C12、C13的效應，則恰好與第一電容C11相反，第二、第三電容C12、C13的電容值愈大，則系統愈穩定，反映在頻譜分布圖上時，各諧波能量減小而主波能量增大。反之，若第二、第三電容C12、C13的電容值愈小，則系統愈不穩定，反映在頻譜分布圖上時，各諧波能量增大而主波能量減小。
若將第3圖的等效模型架構與標準的雷達架構作對照，等效於標準雷達的天線時，表面的金屬(或是銅箔)和背面的金屬(或是銅箔)相當於環型天線架構，另外作為壓控振盪器(VCO)時，環形天線和背面的金屬條紋是分別相當於等效電感(L)和等效電容(C)，且共同構成電晶體的共振腔。本發明之主動天線模組100中，射頻電晶體102的基極與射極(或是閘極與汲極)等效於反向的二極體，可作為簡易混波器之用。射頻電晶體102亦具有壓控振盪器以及混波器的功能。可藉由設計，得出第一微帶天線金屬1011、第二微帶天線金屬1012以及第三微帶天線金屬1013與第一耦合金屬片1051、第二耦合金屬片1052以及第三耦合金屬片1053作為與射頻電晶體102諧振時的共振器。在作為混波器時，係運用基極的偏壓驅動射頻電晶體102工作在接近飽和區，即可在射極端檢測出中頻訊號。
由於主動式天線模組110的射頻電晶體102具有混波器的功能，因此射頻電晶體102和第一中頻濾波器120可以做為解調器，用來對該第一調頻連續波訊號以及該第二調頻連續波訊號進行解調，以將載波(carrier)訊號檢出並取得一第一解調訊號。也就是說，第一中頻濾波器120輸出的該第一解調訊號，是直接取出調變頻率f m的訊號，並進行放大。該第一解調訊號的振幅接近直流偏壓的邊界(boundary)。
請參閱第7A和7B圖。第7A圖和第7B圖分別繪示停車位沒有車輛時，第一中頻濾波器120輸出的第一解調訊號的時域響應的波形圖和頻率響應的波形圖。當停車位50上方沒有車輛時，第一解調訊號呈弦波，且其頻率為調變頻率f m。
請參閱第8A和8B圖。第8A圖和第8B圖分別繪示停車位有車輛佔用時，第一中頻濾波器120輸出的第一解調訊號的時域響應的波形圖和頻率響應的波形圖。當停車位50上方有車輛時，因為近場(near field)訊號因車輛造成的反射，使得第一解調訊號的弦波上緣被切割而失真。該失真的弦波經過快速傅立葉轉換後，其頻域上產生許多諧波。
從第7B圖和第8B圖可以觀察到，當停車位50有車輛佔用時，第一解調訊號在頻域上出現許多諧波。因此第二中頻濾波器140用來從第一解調訊號取出第二解調訊號，該第二解調訊號的觸發頻率是調變頻率f m的預定倍數。較佳地，該觸發頻率是該調變頻率的8-10倍頻段，亦即第二中頻濾波器140取出的第二解調訊號的頻率為8-10倍調變頻率f m。因為高階諧波的能量較低，所以放大倍率可提至較高的倍率，如此可增大該頻率點對其他頻率的訊雜比(Signal to Noise Ratio，SNR)。
接下來，積分器150對第二解調訊號進行積分，以輸出一積分電壓。電性連接積分器150的觸發電路160用來當該第二解調訊號之積分電壓大於一參考電壓時，輸出一觸發訊號。停車位50沒有車輛佔用時，取出的第二解調訊號幾乎不存在頻率在8×f m-10×f m的諧波。相較之下，停車位50有車輛佔用時，取出的第二解調訊號包含頻率在8×f m-10×f m的諧波。因此當停車位50有車輛佔用時，積分器150對第二解調訊號進行積分得到的積分電壓會大於參考電壓，導致觸發電路160輸出該觸發訊號予控制器170。
請參閱第2圖。當控制器170接收該觸發訊號時會控制後端電路190的運作，例如控制LED發出光線或是警報器發出警報，以實現停車位50已被佔用的操作。此外，控制器170在用來於接收該觸發訊號時，會輸出一切換訊號予切換開關180。電性連接於調變模組130和控制器170的切換開關180於接收該切換訊號時，控制調變模組130在預設時間內暫停輸出該弦波。較佳地，切換開關180於接收該切換訊號時，控制調變模組130在該預設時間內輸出一直流電壓。此時主動式天線模組110就會從調頻連續波(FMCW)訊號改為輸出單一連續波訊號(continuous wave)。這是為了避開與無線通訊模組(如藍芽、Zigbee與WiFi等)的發射頻帶，使無線通訊模組能順利完成與後端系統或雲端主機的通訊，而不受偵測器100的輻射訊號的干擾與影響。該預設時間的長度可以由廠商設定，例如10秒。
本發明之停車位偵測器採用的小型微波偵測器，應用於極短距離(1公尺以內)的目標偵測。由於其將射頻模組之震盪器、混波器與天線整合為一體，更使射頻收發機得以簡化並縮小體積。同時將壓控振盪器與混波器以一顆BJT或是FET(例如：P-Hemt)取代，無論在體積或是功耗率上，都有明顯的改善。因此本發明停車位偵測器容易與現有室外的太陽能照明裝置之電路整合，作為室外停車場及道路停車位的停車位偵測器，可達到都市停車智能化的管理及應用。此外，本發明的調變模組輸出以弦波產生之調變訊號。以弦波的頻率作為調變頻率所產生的調變訊號，該調變訊號的貝索(Bessel)函數含有奇次及偶次項的分布。以該調變頻率進行解調後產生的第一解調訊號，其飽和高階諧波可以解調第二解調訊號。因為本發明採用該第二解調訊號作為目標偵測的依據，因此不同於傳統調頻連續波的短距離偵測方式。由於停車位偵測器不論位於室內或室外皆不受天候或是環境因素的干擾。同時該停車位偵測器又能提供準確之感測方式，以供民眾方便準確得知停車場空位，以供民眾方便準確得知停車場空位。
雖然本發明已用較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與修改，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
100‧‧‧停車位偵測器
110‧‧‧主動式天線模組
101‧‧‧迴路天線
102‧‧‧射頻電晶體
120‧‧‧第一中頻濾波器
130‧‧‧調變模組
140‧‧‧第二中頻濾波器
150‧‧‧積分器
160‧‧‧觸發電路
170‧‧‧控制器
180‧‧‧切換開關
190‧‧‧後端電路

Claims (10)

  1. 一種停車位偵測器，用來偵測一停車位是否被佔用，該停車位偵測器包含：一調變模組，用來提供具有一調變頻率的弦波；一主動式天線模組，電性連接該調變模組，用來依據該調變頻率發射一第一調頻連續波訊號，並接收反射回來的一第二調頻連續波訊號；一第一中頻濾波器，電性連接該主動式天線模組，用來從該第二調頻連續波訊號之中取出一第一解調訊號，該第一解調訊號具有該調變頻率；一第二中頻濾波器，電性連接該第一中頻濾波器，用來從該第一解調訊號取出一第二解調訊號，該第二解調訊號具有一觸發頻率，該觸發頻率是該調變頻率的預定倍數；一積分器，電性連接該第二中頻濾波器，用來對該第二解調訊號進行積分，以輸出一積分電壓；一觸發電路，電性連接該積分器，用來當該第二解調訊號之積分電壓大於一參考電壓時，輸出一觸發訊號；以及一控制器，電性連接該觸發電路，用來接收該觸發訊號時，進行該停車位已被佔用的操作。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之停車位偵測器，其中該主動式天線模組包含：一迴路天線，其包含一發射端以及一接收端，該發射端用來傳遞該第一調頻連續波訊號，該接收端用來傳遞該第二調頻連續波訊號；以及 一射頻電晶體，具有一控制埠、一第一埠以及一第二埠，該第二埠耦接該發射端，該控制埠耦接該接收端，且該控制埠與該第二埠係為反相。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之停車位偵測器，其中該射頻電晶體為一雙極性接面電晶體，該控制埠係為一基極，該第一埠係為一射極，且該第二埠係為一集極。
  4. 如申請專利範圍第2項所述之停車位偵測器，其中該射頻電晶體為一場效電晶體，且該場效電晶體係包含一假型高速電子遷移率電晶體(P-Hemt)，該控制埠係為一閘極，該第一埠係為一源極，且該第二埠係為一汲極。
  5. 如申請專利範圍第2項所述之停車位偵測器，其中該停車位偵測器另包含一第一電容，該第一電容之兩端跨接該射頻電晶體的該第一埠和該第二埠，其中該迴路天線包含：一第一電感，耦接於該射頻電晶體的該第二埠；一第二電感；一第三電感，耦接於該射頻電晶體的該控制埠；一第二電容，耦接於該第一電感和該第二電感之間；以及一第三電容，耦接於該第二電感和該第三電感之間。
  6. 如申請專利範圍第2項所述之停車位偵測器，其中該主動式天線模組包含一基板，包含彼此相對的一第一表面以及一第二表面；一第一微帶天線金屬，設置於該基板之第一表面之上；一第二微帶天線金屬，設置於該基板之第一表面之上；一第三微帶天線金屬，設置於該基板之第一表面之上；一第一耦合金屬片，設置於該基板之第二表面之上； 一第二耦合金屬片，設置於該第二表面之上；以及一第三耦合金屬片，設置於該第二表面之上；該射頻電晶體，設置於該第一表面，該射頻電晶體的控制埠連接至該第三微帶金屬，且該第一埠以及該第二埠分別連接至該第一耦合金屬片以及該第一微帶金屬；其中，該第一微帶天線金屬之一第一部分以及該第一耦合金屬片構成一第一電容，該第一微帶天線金屬之一第二部分、與該第一微帶天線金屬之該第一部分相鄰之該第二微帶天線金屬之一第一部分以及該第二耦合金屬片構成一第三電容，該第二微帶天線金屬之一第二部分、與該第二微帶天線金屬之該第二部分相鄰之部分之該第三微帶天線金屬以及該第三耦合金屬片構成一第三電容。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之停車位偵測器，其中該觸發頻率是該調變頻率的8-10倍。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之停車位偵測器，其位於該停車位的平面上，或是位於該停車位上方，與該停車位的平面維持一預設距離。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之停車位偵測器，其另包含一切換開關，電性連接於該調變模組和該控制器，該控制器用來於接收該觸發訊號時，輸出一切換訊號，該切換開關於接收該切換訊號時，控制該調變模組暫停輸出該弦波。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之停車位偵測器，其中該切換開關於接收該切換訊號時，控制該調變模組輸出一直流電壓。
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