一種基于超寬帶MIR運(yùn)動(dòng)傳感器的電路實(shí)現(xiàn)

1.1 電感激勵(lì)快脈沖成形

階躍恢復(fù)二極管是一種特殊的變?nèi)莨?又稱作階躍二極管。它在突變電壓激勵(lì)下,能產(chǎn)生持續(xù)時(shí)間極短的快脈沖,一般用于十倍以上的倍頻。

D1、D2為階躍二極管,L1、L2為微帶電感(nH級(jí))。該電路可以激勵(lì)輸入為窄脈沖的方波,成形為皮秒級(jí)的快脈沖。其中一路用于發(fā)射脈沖,另一路延遲快成形后用于取樣門信號(hào)。在該電路的具體參數(shù)選擇中,脈沖寬度和脈沖幅度是一對(duì)矛盾,即為追求較窄的脈沖寬度,必須以犧牲輸出脈沖幅度為代價(jià),降低輸出的平均功率。

經(jīng)過(guò)多次電路試驗(yàn),得到了上升沿小于350ps左右的脈沖源(見(jiàn)圖3),脈沖底寬小于800ps。在實(shí)際運(yùn)動(dòng)傳感器參數(shù)選擇中,主要考慮信號(hào)頻譜匹配于天線的帶寬(500MHz～1.4GHz),同時(shí)要考慮有盡可能大的輸出幅度。

1.2 微功率脈沖雷達(dá)信號(hào)的相關(guān)檢測(cè)電路

是否能在微瓦級(jí)發(fā)射功率的條件下檢測(cè)到被測(cè)物體微弱的反射信號(hào)是接收系統(tǒng)的關(guān)鍵。相關(guān)檢測(cè)的優(yōu)點(diǎn)是它以相對(duì)于參考信號(hào)的形式積累被接受信號(hào),可以產(chǎn)生大于噪聲電平輸出信號(hào)。

圖2中,當(dāng)無(wú)天線信號(hào)時(shí),A點(diǎn)電平為偏置基準(zhǔn)電平,為50mV～150mV。當(dāng)接收天線接收到物體反射信號(hào)時(shí),信號(hào)在C₁偏置電平的基準(zhǔn)上充電。此時(shí)取樣門的負(fù)信號(hào)經(jīng)Cp使D導(dǎo)通,物體的反射信號(hào)按信號(hào)的重復(fù)周期和取樣脈沖信號(hào)脈寬多次充放電,在A點(diǎn)平均并能很好地抑制外來(lái)噪聲,此電壓經(jīng)A1運(yùn)放輸出,其波形時(shí)間關(guān)系如圖4所示。

2 微功率脈沖雷達(dá)運(yùn)動(dòng)傳感器探測(cè)實(shí)驗(yàn)

對(duì)所完成的運(yùn)動(dòng)傳感器系統(tǒng)主要做了兩種試驗(yàn):(1)不同材質(zhì)目標(biāo)探測(cè)和分辯率試驗(yàn);(2)穿透性試驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)(1)選用多種材質(zhì)(金屬、木材、人體等)。實(shí)驗(yàn)表明:其探測(cè)靈敏度和材料的介電常數(shù)ε成正比,和目標(biāo)的體積成正比。

穿透性試驗(yàn)以檢驗(yàn)傳感器系統(tǒng)的穿透性為目的,這也是超寬帶探測(cè)最為顯著的特點(diǎn)。用TEK602存儲(chǔ)示波器接MIR接收機(jī)的輸出,在實(shí)驗(yàn)室穿透30cm磚墻能清楚地探測(cè)到走廊上人體運(yùn)動(dòng)穿過(guò)探測(cè)區(qū)域時(shí),由該傳感器獲取的波形。

圖5是人在走廊上走過(guò),MIR在實(shí)驗(yàn)室里天線貼墻、方向向著走廊。從圖5中可以看出人進(jìn)出探測(cè)區(qū)域一進(jìn)一出的兩個(gè)波峰。