TWI669913B - 頻率轉換式自我注入鎖定雷達 - Google Patents

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Abstract

一種頻率轉換式自我注入鎖定雷達藉由轉換振盪訊號及注入訊號的頻率,讓自我注入鎖定雷達的振盪頻率及收發天線單元發出之發射訊號的頻率不同,而可讓頻率轉換式自我注入鎖定雷達同時具有高靈敏度及高穿透率,或是同時具有高敏感度及低製造成本的功效。

Description

頻率轉換式自我注入鎖定雷達
本發明是關於一種自我注入鎖定雷達,特別是關於一種頻率轉換式自我注入鎖定雷達。
自我注入鎖定雷達具有一自我注入鎖定振盪器及一天線,該自我注入鎖定振盪器產生一振盪訊號,該振盪訊號經由該天線發射為一發射訊號至物體,物體反射一反射訊號至該天線,該天線接收該反射訊號為一注入訊號,該注入訊號注入該自我注入鎖定振盪器,使得該自我注入鎖定振盪器處於自我注入鎖定狀態(Self-injection-locked state)而產生一自我注入鎖定訊號。其中,若物體與天線之間有著相對運動時,相對運動會對發射訊號產生都普勒效應(Doppler effect),使反射訊號及注入訊號含有相對運動的相位位移量,注入訊號注入該自我注入鎖定振盪器後,也會令該自我注入鎖定振盪器輸出之該自我注入鎖定訊號包含相對運動之資訊,因此,對該自我注入定訊號解調後即可測得相對運動的振動頻率。由於自我注入鎖定雷達具有非接觸式的特性,且對於偵測物體之位移量有著極高的敏感度,而在習知技術中廣泛地應用於生物體之生命徵象的感測。
自我注入鎖定雷達之靈敏度與自我注入鎖定振盪器的中心頻率高低有著正相關,也就是當自我注入鎖定振盪器的中心頻率越高時,該自我注入鎖定振盪器的靈敏度越高,但自我注入鎖定振盪器的中心頻率提高時,會讓該天線發射之該發射訊號及物體反射之反射訊號在空間中的損耗較大,使得自我注入鎖定雷達的偵測距離受到限制,因此,習知自我注入鎖定雷達難以兼具高感測靈敏度與高穿透率的功效。
本發明的主要目的是藉由頻率轉換單元改變自我注入鎖定振盪單元輸出之振盪訊號的中心頻率,可讓振盪訊號與發射訊號的中心頻率不同,並藉由頻率轉換單元改變注入訊號之中心頻率,使注入訊號與自我注入鎖定振盪單元的中心頻率相同而可注入鎖定自我注入鎖定振盪單元,讓自我注入鎖定雷達可以同時保有高靈敏度及高穿透率。
一種頻率轉換式自我注入鎖定雷達包含一自我注入鎖定振盪單元、一頻率轉換單元、一收發天線單元及一解調單元,該頻率轉換單元電性連接該自我注入鎖定振盪單元,該收發天線單元電性連接該頻率轉換單元,該解調單元電性連接該自我注入鎖定振盪單元,其中,該自我注入鎖定振盪單元用以產生一振盪訊號,該頻率轉換單元接收該振盪訊號並轉換該振盪訊號之一中心頻率,該收發天線單元接收該中心頻率轉換後之該振盪訊號,該收發天線單元用以將該振盪訊號發射為一發射訊號至一物體,該物體反射一反射訊號,該收發天線單元接收該反射訊號為一注入訊號,該頻率轉換單元接收該注入訊號並轉換該注入訊號之一中心頻率,該中心頻率轉換後之該注入訊號注入該自我注入鎖定振盪單元,使該自我注入鎖定振盪單元處於一自我注入鎖定狀態,該解調單元接收該振盪訊號並對其解調。
本發明藉由該頻率轉換單元轉換振盪訊號及該注入訊號的該中心頻率,可讓該自我注入鎖定振盪單元與該發射訊號的振盪頻率不同,且讓該注入訊號能夠注入鎖定該自我注入鎖定振盪單元,使得該頻率轉換式自我注入鎖定雷達可同時具有高靈敏度及高穿透率之功效或是同時保有高靈敏度及低製造成本之功效。
請參閱第1圖,其為本發明之一實施例,一種頻率轉換式自我注入鎖定雷達100的功能方塊圖,該頻率轉換式自我注入鎖定雷達100具有一自我注入鎖定振盪單元110、一頻率轉換單元120、一收發天線單元130及一解調單元140,該頻率轉換單元120及該解調單元140電性連接該自我注入鎖定振盪單元110,該收發天線單元130電性連接該頻率轉換單元120。
該自我注入鎖定振盪單元110用以產生一第一振盪訊號S O1,且該第一振盪訊號S O1之一中心頻率受該自我注入鎖定振盪單元110接收之一電壓(圖未繪出)控制。該頻率轉換單元120接收該自我注入鎖定振盪單元110輸出之該第一振盪訊號S O1並轉換該第一振盪訊號S O1之一中心頻率,且該頻率轉換單元120輸出一第二振盪訊號S O2,其中,該頻率轉換單元120可將該第一振盪訊號S O1之該中心頻率提高或降低為該第二振盪訊號S O2
該收發天線單元130由該頻率轉換單元120接收該第二振盪訊號S O2,且該收發天線單元130將該第二振盪訊號S O2發射為一發射訊號S T至一物體O,該發射訊號S T發射至該物體O後,該物體O反射一反射訊號S R,該收發天線單元130接收該反射訊號S R為一第一注入訊號S IN1,其中,若該物體O與該收發天線單元130之間有相對運動時,相對運動會對該發射訊號S T產生都普勒效應,使得該反射訊號S R及該第一注入訊號S IN1含有相對運動之都普勒相移成份,該第一注入訊號S IN1傳送至該頻率轉換單元120。
該頻率轉換單元120接收該第一注入訊號S IN1並轉換該第一注入訊號S IN1之一中心頻率,且該頻率轉換單元120輸出一第二注入訊號S IN2,相同地,該第二注入訊號S IN2亦含有相對運動之都普勒相移成份。其中,該頻率轉換單元120可將該第一注入訊號S IN1之該中心頻率提高或降低為該第二注入訊號S IN2,但基本上,若該頻率轉換單元120將該第一振盪訊號S O1之中心頻率提高時,該頻率轉換單元120將該第一注入訊號S IN1之該中心頻率降低,反之,若該頻率轉換單元120將該第一振盪訊號S O1之中心頻率降低時,該頻率轉換單元120將該第一注入訊號S IN1之該中心頻率提高,使得該第二注入訊號S IN2的該中心頻率與該自我注入鎖定單元110之振盪頻率相近,因此,該頻率轉換單元120輸出之該第二注入訊號S IN2在注入該自我注入鎖定振盪單元110後,能夠鎖定該自我注入鎖定振盪單元110,使其處於一自我注入鎖定狀態(Self-injection-locked state),且被注入鎖定之該自我注入鎖定振盪單元110輸出之該第一振盪訊號S O1會因為該第二注入訊號S IN2含有都普勒相移成份而產生頻率變化。該解調單元140接收該第一振盪訊號S O1並對其解調即可測得該物體O與該收發天線單元130之相對運動的振動頻率。
請參閱第2圖,其為本發明之一第一實施例的電路圖,在本實施例中,該頻率轉換單元120是降低該第一振盪訊號S O1的該中心頻率並提高該第一注入訊號S IN1的該中心頻率。其中,該自我注入鎖定振盪單元110為一壓控振盪器,且該自我注入鎖定振盪單元110輸出之該第一振盪訊號S O1的該中心頻率為5.8 GHz,該第一振盪訊號S O1經由一耦合器C分為兩路,其中一路傳送至該頻率轉換單元120,另一路則傳送至該解調單元140。在本實施例中,該頻率轉換單元120具有一本地振盪器121、一功率分配器122、一降頻混頻器123及一升頻混頻器124,該本地振盪器120產生一本地振盪訊號S LO,該本地振盪訊號S LO之頻率為4.885 GHz,該功率分配器122電性連接該本地振盪器121以接收該本地振盪訊號S LO,且該功率分配器122將該本地振盪訊號S LO分為兩路,該降頻混頻器123經由該功率分配器122電性連接該本地振盪器121,並經由該耦合器C電性連接該自我注入鎖定振盪單元110,以由該功率分配器122接收該本地振盪訊號S LO並由該耦合器C接收該第一振盪訊號S O1,且該降頻混頻器123對該本地振盪訊號S LO及該第一振盪訊號S O1進行混頻以降低該第一振盪訊號S O1之該中心頻率,頻率轉換後之該第二振盪訊號S O2之該中心頻率為0.915 GHz。
該收發天線單元130之一發射天線131經由該頻率轉換單元120接收該第二振盪訊號S O2並將其發射為該發射訊號S T,而該收發天線單元130之一接收天線132接收該物體反射之該反射訊號S R為該第一注入訊號S IN1,其中,由於頻率轉換後之該第二振盪訊號S O2之該中心頻率為0.915 GHz,因此,該發射訊號S T、該反射訊號S R及該第一注入訊號S IN1之中心頻率亦皆為0.915 GHz,在空間中的衰減較少而具有較佳的穿透率。該升頻混頻器124經由該功率分配器122電性連接該本地振盪器121,並經由一低噪音放大器LNA電性連接該接收天線132,以由該功率分配器122接收該本地振盪訊號S LO並由該低噪音放大器LNA接收該接收天線132之該第一注入訊號S IN1,其中,該低噪音放大器LNA用以放大該第一注入訊號S IN1,該升頻混頻器124對該本地振盪訊號S LO及該第一注入訊號S IN1進行混頻以提高該第一注入訊號S IN1之該中心頻率,使得轉換頻率後之該第二注入訊號S IN2之該中心頻率為5.8 GHz,而與該自我注入鎖定振盪單元110之振盪頻率相符,讓該第二注入訊號S IN2可注入鎖定該自我注入鎖定振盪單元110。
請參閱第3圖,在本實施例中,該收發天線單元130亦可透過一循環器133而建構為僅具有單一收發天線134之單天線系統,其中,該第二振盪訊號S O2傳送至該循環器133之一第一埠133a,並由該循環器133之一第二埠133b輸出至該收發天線134,並由該收發天線134發射為該發射訊號S T,該收發天線134接收該反射訊號S R為該第一注入訊號S IN1,該第一注入訊號S IN1傳送至該循環器133之該第二埠133b,並由該循環器133之該第三埠133c輸出至該低噪音放大器LNA。
請再參閱第2圖,該第一振盪訊號S O1及該第二振盪訊號S O2之該中心頻率分別為5.8 GHz及0.915 GHz,此僅為本發明其中之一實施例,並非本發明之所限。其中,該自我注入鎖定振盪單元110操作於5.8 GHz而對於細微動作所造成的都普勒相移量相當靈敏,但經由該頻率轉換單元120頻率轉換後之該發射訊號S T及該反射訊號S R則操作於相對低頻的0.915 GHz,而在空間中的穿透率較佳,因此,本實施例藉由該頻率轉換單元120進行頻率轉換可讓該頻率轉換式自我注入鎖定雷達100同時具有高靈敏度及高穿透率之功效。
請參閱第2圖,在本實施例中,該解調單元140為一頻率解調單元,該解調單元140具有一功率分配器141、一延遲線142、一第一混頻器143、一第二混頻器144及一處理器145。該功率分配器141經由該耦合器C電性連接該自我注入鎖定振盪單元110,該延遲線142電性連接該功率分配器141,該第一混頻器143及該第二混頻器144電性連接該功率分配器141及該延遲線142,該處理器145電性連接該第一混頻器143及該第二混頻器144。其中,該功率分配器141由該耦合器C接收該第一振盪訊號S O1,且該功率分配器141將該第一振盪訊號S O1分為兩路,其中一路之該第一振盪訊號S O1傳送至該第一混頻器143及該第二混頻器144,另一路之該第一振盪訊號S O1經由該延遲線142及一正交功率分配器(圖未繪出)分別傳送一正交訊號90°及一同相訊號0°至該第一混頻器143及該第二混頻器144進行混頻,該第一混頻器143及該第二混頻器144分別輸出一第一混頻訊號S Q及該第二混頻訊號S I,該處理器145接收該第一混頻訊號S Q及該第二混頻訊號S I進行計算而輸出一解調訊號S demod
請參閱第4圖,其為本發明之一第二實施例之該頻率轉換單元120的示意圖,相同地,第二實施例之該頻率轉換單元120是降低該第一振盪訊號S O1的該中心頻率並提高該第一注入訊號S IN1的該中心頻率,而與第一實施例的差異在於該頻率轉換單元120是以一除頻器125及一倍頻器126進行頻率之轉換。在本實施例中,該除頻器125電性連接該自我注入鎖定振盪單元110以接收該第一振盪訊號S O1,該除頻器125將該第一振盪訊號S O1之該中心頻率除以一常數N,以降低該第一振盪訊號S O1之該中心頻率為該第二振盪訊號S O2,該倍頻器126電性連接該收發天線單元130以接收該第一注入訊號S IN1,該倍頻器126將該第一注入訊號S IN1之該中心頻率乘以該常數N,以提高該第一注入訊號S IN1之該中心頻率為該第二注入訊號S IN2。相同地,本實施例可藉由該頻率轉換單元120提高該第一振盪訊號S O1及降低該第一注入訊號S IN1的該中心頻率,使得該自我注入鎖定振盪單元110操作於高頻,而該發射訊號S T則操作於低頻,讓該頻率轉換式自我注入鎖定雷達100可兼顧高靈敏度及高穿透率之功效。
請參閱第5圖,其為本發明之一第三實施例之該頻率轉換單元120的示意圖,本實施例與第一實施例的差異在於該頻率轉換單元120是提高該第一振盪訊號S O1之該中心頻率並降低該第一注入訊號S IN1之該中心頻率。在本實施例中,該頻率轉換單元120之該升頻混頻器124電性連接該本地振盪器121及該自我注入鎖定振盪單元110,以由該本地振盪器121接收該本地振盪訊號S LO並由該自我注入鎖定振盪單元110接收該第一振盪訊號S O1,且該升頻混頻器124對該本地振盪訊號S LO及該第一振盪訊號S O1進行混頻以提高該第一振盪訊號S O1之該中心頻率為該第二振盪訊號S O2,而該第二振盪訊號S O2則傳送至該收發天線單元130並發射為該發射訊號S T。該頻率轉換單元120之該降頻混頻器123電性連接該本地振盪器121及該收發天線單元130,以由該本地振盪器121接收該本地振盪訊號S LO並由該收發天線單元130接收該第一注入訊號S IN1,且該降頻混頻器123對該本地振盪訊號S LO及該第一注入訊號S IN1進行混頻以降低該第一注入訊號S IN1之該中心頻率為該第二注入訊號S IN2。藉此,該收發天線單元130發射至空間之該發射訊號S T的中心頻率相對該自我注入鎖定振盪單元110的振盪頻率高,因此,本實施例之該自我注入鎖定雷達100可藉由該發射訊號S T操作於高頻而對物體之細微動作具有高靈敏度並可縮小天線尺寸,該自我注入鎖定振盪單元110則因操作於低頻而可具有較為簡單之設計結構。
請參閱第6圖,其為本發明之一第四實施例之該頻率轉換單元120的示意圖,本實施例之該頻率轉換單元120是提高該第一振盪訊號S O1之該中心頻率並降低該第一注入訊號S IN1之該中心頻率,其與第三實施例之差異在於該頻率轉換單元120是以一除頻器125及一倍頻器126進行頻率轉換。在本實施例中,該倍頻器126電性連接該自我注入鎖定振盪單元110以接收該第一振盪訊號S O1,該倍頻器126將該第一振盪訊號S O1之該中心頻率乘上一常數N,以提高該第一振盪訊號S O1之該中心頻率為該第二振盪訊號S O2,該除頻器125電性連接該收發天線單元130以接收該第一注入訊號S IN1,且該除頻器125將該第一注入訊號S IN1之該中心頻率除上該常數N,以降低該第一注入訊號S IN1之該中心頻率為該第二注入訊號S IN2,相同地,本實施例可藉由該頻率轉換單元120改變該第一振盪訊號S O1及該第一注入訊號S IN1的中心頻率,使得該自我注入鎖定振盪單元110操作於低頻,而該發射訊號S T則操作於相對高頻,以兼顧高靈敏度及低製造成本的功效。
請參閱第7圖,其為本發明之第一實施例之該頻率轉換式自我注入鎖定雷達100與一習知自我注入鎖定雷達偵測位於30cm厚之水泥牆後之一人體的生命徵象的頻譜分析圖,其中,兩個雷達之天線皆距離水泥牆0.5m,該人體則距離水泥牆1.5m,且習知自我注入鎖定雷達並不具有頻率轉換單元,因此,習知自我注入鎖定雷達之振盪訊號及發射訊號均為5.8 GHz。由第6圖可以看到本發明之該頻率轉換式自我注入鎖定雷達100可明確地測得代表人體之呼吸及心跳的頻譜,相對地,習知自我注入鎖定雷達則僅能測得代表人體之呼吸的頻譜,振動幅度相對較小的心跳則無法測得。可知本案之該頻率轉換單元120藉由降低該振盪訊號S O之中心頻率確實能讓該發射訊號S T的偵測範圍較具穿透性且保有自我注入鎖定雷達對於細微振動的高敏感度。
本發明藉由該頻率轉換單元120轉換振盪訊號S O及該注入訊號S IN的該中心頻率,可讓該自我注入鎖定振盪單元110與該發射訊號S T的振盪頻率不同,並讓該注入訊號S IN能夠注入鎖定該自我注入鎖定振盪單元110,使得該頻率轉換式自我注入鎖定雷達100可同時具有高靈敏度及高穿透率之功效或是同時保有高靈敏度及低製造成本之功效。
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,任何熟知此項技藝者,在不脫離本發明之精神和範圍內所作之任何變化與修改,均屬於本發明之保護範圍。
100‧‧‧頻率轉換式自我注入鎖定雷達
110‧‧‧自我注入鎖定振盪單元
120‧‧‧頻率轉換單元
121‧‧‧本地振盪器
122‧‧‧功率分配器
123‧‧‧降頻混頻器
124‧‧‧升頻混頻器
125‧‧‧除頻器
126‧‧‧倍頻器
130‧‧‧收發天線單元
131‧‧‧發射天線
132‧‧‧接收天線
140‧‧‧解調單元
141‧‧‧功率分配器
142‧‧‧延遲線
143‧‧‧第一混頻器
144‧‧‧第二混頻器
145‧‧‧處理器
SO1‧‧‧第一振盪訊號
SO2‧‧‧第二振盪訊號
ST‧‧‧發射訊號
SR‧‧‧反射訊號
SIN1‧‧‧第一注入訊號
SIN2‧‧‧第二注入訊號
SLO‧‧‧本地振盪訊號
SQ‧‧‧第一混頻訊號
SI‧‧‧第二混頻訊號
Sdemod‧‧‧解調訊號
C‧‧‧耦合器
LNA‧‧‧低噪音放大器
第1圖:依據本發明之一實施例,一種頻率轉換式自我注入鎖定雷達的功能方塊圖。 第2圖:依據本發明之一第一實施例,一種頻率轉換式自我注入鎖定雷達的電路圖。 第3圖:依據本發明之一實施例,一收發天線單元的電路圖。 第4圖:依據本發明之一第二實施例,一種頻率轉換式自我注入鎖定雷達的電路圖。 第5圖:依據本發明之一第三實施例,一種頻率轉換式自我注入鎖定雷達的電路圖。 第6圖:依據本發明之一第四實施例,一種頻率轉換式自我注入鎖定雷達的電路圖。 第7圖:本發明第一實施例之頻率轉換式自我注入鎖定雷達與習知自我注入鎖定雷達實際量測之訊號的頻譜分析圖。

Claims (10)

  1. 一種頻率轉換式自我注入鎖定雷達,其包含:一自我注入鎖定振盪單元;一頻率轉換單元,電性連接該自我注入鎖定振盪單元;一收發天線單元,電性連接該頻率轉換單元;以及一解調單元,電性連接該自我注入鎖定振盪單元;其中,該自我注入鎖定振盪單元用以產生一振盪訊號,該頻率轉換單元接收該振盪訊號並轉換該振盪訊號之一中心頻率,該收發天線單元接收該中心頻率轉換後之該振盪訊號,該收發天線單元用以將該中心頻率轉換後之該振盪訊號發射為一發射訊號至一物體,該物體反射一反射訊號,該收發天線單元接收該反射訊號為一注入訊號,該頻率轉換單元接收該注入訊號並轉換該注入訊號之一中心頻率,該中心頻率轉換後之該注入訊號注入該自我注入鎖定振盪單元,使該自我注入鎖定振盪單元處於一自我注入鎖定狀態,該解調單元接收該振盪訊號並對其解調。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之頻率轉換式自我注入鎖定雷達,其中該頻率轉換單元用以降低該振盪訊號之該中心頻率並用以提高該注入訊號之該中心頻率。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之頻率轉換式自我注入鎖定雷達,其中該頻率轉換單元具有一本地振盪器、一降頻混頻器及一升頻混頻器,該本地振盪器用以產生一本地振盪訊號,該降頻混頻器電性連接該本地振盪器及該自我注入鎖定振盪單元,且該降頻混頻器對該本地振盪訊號及該振盪訊號進行混頻以降低該振盪訊號之該中心頻率,該升頻混頻器電性連接該本地振盪器及該收發 天線單元,且該升頻混頻器對該本地振盪訊號及該注入訊號進行混頻以提高該注入訊號之該中心頻率。
  4. 如申請專利範圍第2項所述之頻率轉換式自我注入鎖定雷達,其中該頻率轉換單元具有一除頻器及一倍頻器,該除頻器電性連接該自我注入鎖定振盪單元,該除頻器用以降低該振盪訊號之該中心頻率,該倍頻器電性連接該收發天線單元,該倍頻器用以提高該注入訊號之該中心頻率。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之頻率轉換式自我注入鎖定雷達,其中該頻率轉換單元用以提高該振盪訊號之該中心頻率並用以降低該注入訊號之該中心頻率。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之頻率轉換式自我注入鎖定雷達,其中該頻率轉換單元具有一本地振盪器、一升頻混頻器及一降頻混頻器,該本地振盪器用以產生一本地振盪訊號,該升頻混頻器電性連接該本地振盪器及該自我注入鎖定振盪單元,且該升頻混頻器對該本地振盪訊號及該振盪訊號進行混頻以提高該振盪訊號之該中心頻率,該降頻混頻器電性連接該本地振盪器及該收發天線單元,且該降頻混頻器對該本地振盪訊號及該注入訊號進行混頻以降低該注入訊號之該中心頻率。
  7. 如申請專利範圍第5項所述之頻率轉換式自我注入鎖定雷達,其中該頻率轉換單元具有一倍頻器及一除頻器,該倍頻器電性連接該自我注入鎖定振盪單元,該倍頻器用以提高該振盪訊號之該中心頻率,該除頻器電性連接該收發天線單元,該除頻器用以降低該注入訊號之該中心頻率。
  8. 如申請專利範圍第3或6項所述之頻率轉換式自我注入鎖定雷達,其中該頻率轉換單元具有一功率分配器,該功率分配器電性連接該本地振盪器 以接收該本地振盪訊號,且該功率分配器將該本地振盪訊號分為兩路,其中一路之該本地振盪訊號傳送至該降頻混頻器,另一路之該本地振盪訊號傳送至該升頻混頻器。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之頻率轉換式自我注入鎖定雷達,其中該收發天線單元具有一發射天線及一接收天線,該發射天線電性連接該頻率轉換單元以接收該中心頻率轉換後之該振盪訊號並將其發射為該發射訊號,該接收天線電性連接該頻率轉換單元,該接收天線接收該反射訊號為該注入訊號,且將該注入訊號傳送至該頻率轉換單元。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之頻率轉換式自我注入鎖定雷達,其中該解調單元具有一功率分配器、一延遲線、一第一混頻器、一第二混頻器及一處理器,該功率分配器電性連接該自我注入鎖定振盪單元,該延遲線電性連接該功率分配器,該第一混頻器及該第二混頻器電性連接該功率分配器及該延遲線,該處理器電性連接該第一混頻器及該第二混頻器,其中該功率分配器用以接收該振盪訊號,且該功率分配器將該振盪訊號分為兩路,其中一路之該振盪訊號傳送至第一混頻器及該第二混頻器,另一路之該振盪訊號經由該延遲線傳送至該第一混頻器及該第二混頻器,該第一混頻器及該第二混頻器分別輸出一第一混頻訊號及該第二混頻訊號,該處理器接收該第一混頻訊號及該第二混頻訊號進行計算而輸出一解調訊號。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI723873B (zh) * 2020-05-13 2021-04-01 國立中山大學 六埠自我注入鎖定雷達
TWI743570B (zh) * 2019-10-09 2021-10-21 國立中山大學 多目標生理徵象偵測器及其偵測方法

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI723824B (zh) * 2020-03-30 2021-04-01 國立高雄科技大學 無線鎖頻迴路之生理感測雷達
TWI744046B (zh) * 2020-10-22 2021-10-21 國立中山大學 相位追蹤自我注入鎖定雷達
TWI741875B (zh) 2020-11-12 2021-10-01 國立中山大學 頻率位移式自我注入鎖定雷達
TWI780543B (zh) * 2020-12-18 2022-10-11 國立中山大學 頻率轉換式頻率調制自我注入鎖定雷達
US11762086B2 (en) * 2021-03-02 2023-09-19 GM Global Technology Operations LLC Generating a high frequency FMCW radar from low frequency FMCW radar
TWI800229B (zh) * 2022-01-20 2023-04-21 國立中山大學 自我注入鎖定單脈衝雷達

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20120122416A1 (en) * 2010-11-16 2012-05-17 Sony Corporation Signal receiving apparatus, signal receiving method and electronic apparatus
US20120319746A1 (en) * 2010-03-04 2012-12-20 Mitsubishi Electric Corporation Array antenna apparatus
US20130321198A1 (en) * 2012-05-31 2013-12-05 Electronics And Telecommunications Research Institute Mimo radar system having multiple transmitters and receivers
US20140266893A1 (en) * 2013-03-15 2014-09-18 Irshad Rasheed Adaptive transmit array for beam-steering
US9375153B2 (en) * 2010-05-17 2016-06-28 Industrial Technology Research Institute Motion/vibration sensor
US9673829B1 (en) * 2015-12-02 2017-06-06 Innophase, Inc. Wideband polar receiver architecture and signal processing methods
US20180083358A1 (en) * 2016-09-22 2018-03-22 National Sun Yat-Sen University Active phase switchable array
US20180176054A1 (en) * 2009-08-31 2018-06-21 Sony Corporation Wireless transmission system, wireless communication device, and wireless communication method
US20180224526A1 (en) * 2017-02-07 2018-08-09 National Sun Yat-Sen University Quadrature self-injection-locked radar
TWI634344B (zh) * 2017-06-07 2018-09-01 國立中山大學 三維軌跡偵測系統

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2243039B (en) * 1988-11-07 1993-08-04 Marconi Gec Ltd Radar system
JP3475037B2 (ja) * 1997-03-14 2003-12-08 株式会社東芝 無線機
US6121847A (en) * 1998-03-16 2000-09-19 Broadband Innovations, Inc. Injection locked oscillator automatic frequency centering method and apparatus
US7483687B2 (en) * 2006-05-11 2009-01-27 Frederic Carrez Quadrature sub-harmonic frequency down-converter
US9603555B2 (en) * 2010-05-17 2017-03-28 Industrial Technology Research Institute Motion/vibration detection system and method with self-injection locking
US9448053B2 (en) * 2010-09-20 2016-09-20 Industrial Technology Research Institute Microwave motion sensor
JP5844795B2 (ja) * 2011-03-24 2016-01-20 パナソニック株式会社 発振周波数調整装置、発振周波数調整方法及び無線通信装置
TWI464710B (zh) * 2012-06-14 2014-12-11 Univ Nat Sun Yat Sen 無線感測裝置與無線感測方法
TWI609192B (zh) * 2017-05-26 2017-12-21 國立中山大學 生命徵象監測系統
TWI675218B (zh) * 2018-06-07 2019-10-21 國立中山大學 可抵抗雜波之生理徵象感測器

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20180176054A1 (en) * 2009-08-31 2018-06-21 Sony Corporation Wireless transmission system, wireless communication device, and wireless communication method
US20120319746A1 (en) * 2010-03-04 2012-12-20 Mitsubishi Electric Corporation Array antenna apparatus
US9375153B2 (en) * 2010-05-17 2016-06-28 Industrial Technology Research Institute Motion/vibration sensor
US20120122416A1 (en) * 2010-11-16 2012-05-17 Sony Corporation Signal receiving apparatus, signal receiving method and electronic apparatus
US20130321198A1 (en) * 2012-05-31 2013-12-05 Electronics And Telecommunications Research Institute Mimo radar system having multiple transmitters and receivers
US20140266893A1 (en) * 2013-03-15 2014-09-18 Irshad Rasheed Adaptive transmit array for beam-steering
US9673829B1 (en) * 2015-12-02 2017-06-06 Innophase, Inc. Wideband polar receiver architecture and signal processing methods
US20180083358A1 (en) * 2016-09-22 2018-03-22 National Sun Yat-Sen University Active phase switchable array
US20180224526A1 (en) * 2017-02-07 2018-08-09 National Sun Yat-Sen University Quadrature self-injection-locked radar
TWI634344B (zh) * 2017-06-07 2018-09-01 國立中山大學 三維軌跡偵測系統

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
1998年11月30日公開文件R.A. York "Injection- and Phase-Locking Techniques for Beam Control"_ IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques ( Volume: 46 , Issue: 11 , Nov 1998 )
2012年7月30日公開文件林明俊"主動式天線應用於偵測生命徵象訊號"國立中山大學電機工程學系研究所碩士論文
2015年9月23日公開文件Zhengyu Peng " Portable 24-GHz FMCW Radar based on Six-Port for Short-Range Human Tracking" 2015 IEEE MTT-S 2015 International Microwave Workshop Series on RF and Wireless Technologies for Biomedical and Healthcare Applications (IMWS-BIO)
年9月23日公開文件Zhengyu Peng " Portable 24-GHz FMCW Radar based on Six-Port for Short-Range Human Tracking" 2015 IEEE MTT-S 2015 International Microwave Workshop Series on RF and Wireless Technologies for Biomedical and Healthcare Applications (IMWS-BIO) 2012年7月30日公開文件林明俊"主動式天線應用於偵測生命徵象訊號"國立中山大學電機工程學系研究所碩士論文 1998年11月30日公開文件R.A. York "Injection- and Phase-Locking Techniques for Beam Control"_ IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques ( Volume: 46 , Issue: 11 , Nov 1998 ) *

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI743570B (zh) * 2019-10-09 2021-10-21 國立中山大學 多目標生理徵象偵測器及其偵測方法
US11835618B2 (en) 2019-10-09 2023-12-05 National Sun Yat-Sen University Multiple-target vital sign detector and detection method using the same
TWI723873B (zh) * 2020-05-13 2021-04-01 國立中山大學 六埠自我注入鎖定雷達
CN113671447A (zh) * 2020-05-13 2021-11-19 中山大学 六端口自我注入锁定雷达
US11520007B2 (en) 2020-05-13 2022-12-06 National Sun Yat-Sen University Six-port self-injection-locked radar
CN113671447B (zh) * 2020-05-13 2023-09-01 中山大学 六端口自我注入锁定雷达

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CN111693989A (zh) 2020-09-22
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US10763872B1 (en) 2020-09-01

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