雷達感應原理除錯

2022-10-18 07:45:17 字數 4267 閱讀 7825

一、原理簡介:

1.主要功能與原理:如上圖所示,上圖是雷達感應開關模組的感應板的電路原

理圖,由集電極外pcb兩層銅箔間的電容、三極體內阻、寄生電容等構成rc**電路,該**電路**產生高頻訊號,經過三極體放大,再經過圍繞pcb三邊的天線發射出去。發射的2.4-3.

2ghz的微波訊號如果遇到移動物體,則反射波相對發射波就會有相位變化,回型天線接收到反射訊號,反射波與發射訊號的相位移頻就會以3-20mhz左右的低頻輸出(p4),該訊號再由后級運放放大,驅動繼電器,從而由繼電器控制燈光。另外,中間也可以加上光敏二極體檢測晝夜光線,作為夜間條件下控制輸出的前提條件。

2.發射頻率:rc振盪電路的頻率f=1/2πrc,公式中的r是原理圖中三極體的

輸入阻抗,c是pcb上三極體集電極基極引線正反面銅箔之間的電容以及三極體寄生電容組成的總電容。該電容量公式為c=εs/d,式中ε為介質(在這裡就

是指的pcb板材的介電常數),s為pcb極板面積,d為極板間距也就是pcb厚度。3.接收:通過回型天線接收反射回來的雷達波,如果發射與接收波之間有相位

移頻,則輸出低頻訊號p4。

4.發射避開公共頻段又不能過高:因為3g和4g手機訊號和wifi訊號的頻率

範圍在1.8-2.4ghz,模組的工作頻率盡可能避開這個頻段,避免相互干擾。

一般的發射頻率2.5ghz左右最佳,頻率過高,則高頻三極體增益降低,感應距離近。發射頻率同天線部分pcb線路板尺寸大小、厚度、佈線、三極體輸入阻抗與電容等有關。

5.發射頻率與發射訊號強度:如果有頻譜儀測試發射天線端的發射訊號,可以

測試到發射頻點及其發射訊號幅度。發射訊號強度越大,感應距離越遠。但是,高頻三極體來說,隨著頻率的增加,其增益逐漸降低,發射的訊號強度也就降低。

另外,同乙個頻率,三極體的特徵頻率f t越大,其高頻增益就越高,感應距離也就越遠,所以,最好設計調整pcb,將頻點做到2.4ghz。

6.接收靈敏度:同樣頻率,高頻三極體對高頻訊號的f t越大,高頻增益越高,

接收的移頻訊號輸出幅度越大,感應靈敏度就越高,感應距離就越遠。適當調整后級運放的放大倍數也可以調整感應距離,但是,如果單純的提高后級運放的倍數,雖然感應較遠距離,但會將小幅度的其它干擾訊號也放大輸出,造成誤報。

影響感應距離的幾個因素:a .發射天線板的尺寸,該尺寸越大,天線越長,則感應距離越遠。

b .高頻三極體的特徵頻率越高,其高頻增益越大,感應距離也就越遠。c.

后級運放的放大倍數適當的高,其對輸出的移頻訊號放大的幅度大。

d.發射頻率最好在標準規範的2.4ghz。高頻三極體的增益會隨著頻率的增大而降低降低,頻點太高,發射訊號功率降低、接收靈敏度也降低。

如果除錯得當,使用9ghz的高頻三極體的,天線板尺寸在20*30mm左右時,感應距離會在3-5公尺。天線尺寸在30*40mm左右,感應距離會到8-10公尺。天線尺寸到40*50mm最遠感應距離會達到20公尺左右。

如果你想在此基礎上降低感應距離,可以調整降低後面放大板上的運算放大器的增益,或者改變輸入的驅動電平,來滿足不同感應距離的要求。

7.發射天線:圍繞天線板3邊,用於將本振頻率訊號發射出去,天線板尺寸越

大,該天線越長,則發射訊號越強,發射距離越遠,感應距離也就越遠,但是,這個發射天線又不能形成四邊閉環。天線對電源之間的4個電容主要是對與發射頻率相同、從電源串擾進來的其它模組的訊號與wifi訊號遮蔽濾波,如果出現串擾,請調整電容容量或者數量,使得濾波頻點同本板發射頻率相同。

8.感應訊號放大燈光控制:原理圖中,通過p4輸出感應訊號sing out到後

面的放大電路,將該訊號通過運放放大,再去控制光源。為了避免被干擾誤報,建議在后級放大電路中採用帶有運放功能的cpu,植入訊號判斷程式,從而將其它非感應訊號濾除並加入不同狀態的燈光控制,提高抗干擾能力。

9.回型天線:發射極外的回型天線接收反射訊號,為了使反射訊號有效穿過回

型天線,回型天線後面不敷設覆銅板。另外,回型天線只需要乙個正弦波形就可以。還可以通過適當加寬回型天線線寬、加大波形幅度,並且**上密布過孔來提高感應訊號強度和靈敏度(注意:

pcb三邊和回型天線上的過孔一定要滿鍍錫或者鍍化學金,以加強發射接收訊號的強度)。

10.基極外去耦合銅箔天線:基極b外那個長方形天線(基極與r3之間的矩形

銅箔天線)用作與其背面的pcb覆銅板形成的電容退耦合。該去耦尺寸太小,

則退耦沒做好,感應距離很差並不穩定,如果尺寸過大,又會持續輸出感應訊號,一般24*33mm 的天線板的去耦合天線尺寸在3*8mm ,如果天線尺寸大於或者小於24*33mm ,則該去耦天線同比例增加或者縮小面積。這個去耦天線的形狀還與感應方向性(水平還是垂直)有關係,設計成長條形狀,則是垂直於pcb 板的感應距離近,水平於pcb 方向的感應距離遠。如果想水平與垂直的感應距離相等,則可以設計成方形的,但是面積不要變。

11. 發射極引出的線條要適當寬長一些,這個線條以及基極外去耦合銅箔與背面銅箔之間的電容,是發射振盪電路的電容,電容大小調整,也會調整發射頻點。

12. 高頻三極體:最好採用特徵頻率

f t 為9ghz 以上的高頻三極體,

f t 越高,其在高頻微波頻段的高

頻增益就越高,具體到使用中,f t 越高,

其發射訊號幅度就越強、接收感應微弱微波訊號越靈敏,感應的距離就越遠bfs520-sot323-n2t 與prf947-sot323-7n 是9ghz 的高頻三極體, bfr370f 、bfr360f 、bfg340f 是f t 為12ghz 的高頻三極體。另外,盡可能的採用sot323封裝的晶元。因為sot323同sot23相比較,sot323封裝的晶元固定在引線框架的背面(見右圖),可以遮蔽正面過來的干擾波。

並且,在pcb 佈線時,在高頻三極體的背面要敷設覆銅板,擋住背面進來的反射波,提高三極體的抗干擾能力。

13. 下雨受潮報警:該產品發射的是釐公尺波,波長較短,任何微波雷達在下雨時都容易被雨折射反射,所以,下雨時,檢測訊號有可能有輸出。另外,pcb

sot323封裝晶元位置圖

受潮也會造成板材的介電常數變化,板間電容變化,發射頻點變化,因而pcb 正反面要塗油防潮。

板材:最好採用高頻板材的介電常數適當穩定的普通板材(高頻板材成

本**太高),開始做實驗投板時,最好多選用厚度1.2mm、1.0mm的板材,從而可能得到不同分布電容的pcb,也會得到不同的發射頻率和感應距離,最終從中選用最佳的。

另外,pcb板材要用品質因數高,並且一定要穩定(否則頻率漂移並逐漸感應距離近)。

二、除錯建議:

1.發射頻率過低(低於

2.4ghz以下的話,抗干擾能力就差,反射能力差,感

應距離會時遠時近,產生誤報。請調節發射訊號**電路集電極與基極外銅箔面積和接收訊號電路或者pcb的板材厚度,改變發射頻率。(用3ghz以上的頻譜儀可以直觀的測試發射接收訊號的頻譜與幅度)。

2.感應距離近:發射天線太短、線寬太窄、過孔沒有金屬化,接收天線尺寸小,

其相應的發射訊號強度和接收靈敏度就低,感應距離就近。

3.振盪電路中的阻容器件的均勻性、一致性、溫度穩定性要好一些,建議使用

優質溫飄小的精密電阻、電容。

4.一點也不感應:a.可能是你的振盪電路沒有起振,調整發射頻率**電路,

滿足起振條件。b.可能是高頻三極體的f t太低,對高頻訊號的放大增益太小,至少要使用f t大於9ghz的高頻三極體。

c.天線板尺寸太小,天線太短,發射訊號太弱。d.

三極體的偏置電路有問題,進入截止區或者飽和區。

5.相互串擾:直流的電源對微波波段的濾波不好,造成其它訊號源以及間隔近

的模組之間的微波訊號通過電源串進來,產生周圍雜波的干擾,會誤感應而

持續亮燈、感應距離近。不要用整流二極體簡單整流供電,而要採用電源穩壓器晶元穩壓後供電,並且要調整四個濾波電容對外來同本板發射頻點相同的高頻訊號濾波。

6. 后級運放放大:大家大多使用的之前紅外聲光控開關上的運放biss0001。最好使用帶有運放的微控制器,並在微控制器裡面植入對感應訊號判斷的程式,

這樣,就會判斷去除串擾雜波訊號和非感應訊號,還能通過感應訊號幅度變化來判斷人體與汽車是由遠及近再由近到遠,還是由遠及近到燈下不走,這樣可以更人性化的延時控制燈光。 7. 3.

3v 供電:使用3.3v 供電,就要將高頻三極體的偏置做調整,提高基極與集電極的偏置壓降,以盡可能提高高頻三極體的工作點,避免因為電壓降低而造成的發射功率降低。

大家使用的原理圖都一樣,做出來的產品的感應距離卻不同,原因就是:pcb 的佈線產生的分布引數、元器件板材的採用、電源濾波、pcb 尺寸、厚度等因素對產品的影響非常大。以上只是我們對該產品的理解,肯定還有好多方面沒有理解透徹或者不對, 如有需要,我司可以提供多款

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