一種基于超寬帶MIR運動(dòng)傳感器的電路實(shí)現

1.1 電感激勵快脈沖成形

階躍恢復二極管是一種特殊的變容管,又稱(chēng)作階躍二極管。它在突變電壓激勵下,能產(chǎn)生持續時(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)。該電路可以激勵輸入為窄脈沖的方波,成形為皮秒級的快脈沖。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(mén)信號。在該電路的具體參數選擇中,脈沖寬度和脈沖幅度是一對矛盾,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,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)際運動(dòng)傳感器參數選擇中,主要考慮信號頻譜匹配于天線(xiàn)的帶寬(500MHz～1.4GHz),同時(shí)要考慮有盡可能大的輸出幅度。

1.2 微功率脈沖雷達信號的相關(guān)檢測電路

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

圖2中,當無(wú)天線(xiàn)信號時(shí),A點(diǎn)電平為偏置基準電平,為50mV～150mV。當接收天線(xiàn)接收到物體反射信號時(shí),信號在C₁偏置電平的基準上充電。此時(shí)取樣門(mén)的負信號經(jīng)Cp使D導通,物體的反射信號按信號的重復周期和取樣脈沖信號脈寬多次充放電,在A(yíng)點(diǎn)平均并能很好地抑制外來(lái)噪聲,此電壓經(jīng)A1運放輸出,其波形時(shí)間關(guān)系如圖4所示。

2 微功率脈沖雷達運動(dòng)傳感器探測實(shí)驗

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

穿透性試驗以檢驗傳感器系統的穿透性為目的,這也是超寬帶探測最為顯著(zhù)的特點(diǎn)。用TEK602存儲示波器接MIR接收機的輸出,在實(shí)驗室穿透30cm磚墻能清楚地探測到走廊上人體運動(dòng)穿過(guò)探測區域時(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)驗室里天線(xiàn)貼墻、方向向著(zhù)走廊。從圖5中可以看出人進(jìn)出探測區域一進(jìn)一出的兩個(gè)波峰。