微波雷達感應(yīng)模塊原理以及應(yīng)用調(diào)試

1、雷達感應(yīng)開關(guān)原理調(diào)試、原理簡介:1 .主要功能與原理：如上圖所示，上圖是雷達感應(yīng)開關(guān)模塊的感應(yīng)板的電路原理圖，由集電極外PCB兩層銅箔間的電容、三極管內(nèi)阻、寄生電容等構(gòu)成RC震蕩電路，該震蕩電路震蕩產(chǎn)生高頻信號，經(jīng)過三極管放大，再經(jīng)過圍繞PCB三邊的天線發(fā)射出去。發(fā)射的的微波信號如果遇到移動物體，則反射波相對發(fā)射波就會有相位變化，回型天線接收到反射信號，反射波與發(fā)射信號的相位移頻就會以3-20MHZ左右的低頻輸出（P4）,該信號再由后級運放放大，驅(qū)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管檢測晝夜光線，作為夜間條件下控制輸出的前提條件。2 .發(fā)射頻率：RC振蕩電路的頻率f=

2、1/2nRC公式中的R是原理圖中三極管的輸入阻抗，C是PCB上三極管集電極基極引線正反面銅箔之間的電容以及三極管寄生電容組成的總電容。該電容量公式為C=eS/d,式中e為介質(zhì)（在這里就是指的PCBR材的介電常數(shù)），S為PCBft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(fā)射與接收波之間有相位移頻，則輸出低頻信號P4。4 .發(fā)射避開公共頻段又不能過高：因為3G和4G手機信號和WIFI信號的頻率范圍在，模塊的工作頻率盡可能避開這個頻段，避免相互干擾。一般的發(fā)射頻率左右最佳，頻率過高，則高頻三極管增益降低，感應(yīng)距離近。發(fā)射頻率同天線部分PCBS路板尺寸大

3、小、厚度、布線、三極管輸入阻抗與電容等有關(guān)。5 .發(fā)射頻率與發(fā)射信號強度：如果有頻譜儀測試發(fā)射天線端的發(fā)射信號，可以測試到發(fā)射頻點及其發(fā)射信號幅度。發(fā)射信號強度越大，感應(yīng)距離越遠。但是，高頻三極管來說，隨著頻率的增加，其增益逐漸降低，發(fā)射的信號強度也就降低。另外，同一個頻率，三極管的特征頻率fT越大，其高頻增益就越高，感應(yīng)距離也就越遠，所以，最好設(shè)計調(diào)整PCB將頻點做到。6 .接收靈敏度：同樣頻率，高頻三極管對高頻信號的fT越大，高頻增益越高，接收的移頻信號輸出幅度越大，感應(yīng)靈敏度就越高，感應(yīng)距離就越遠。適當調(diào)整后級運放的放大倍數(shù)也可以調(diào)整感應(yīng)距離，但是，如果單純的提高后級運放的倍數(shù)，雖然感應(yīng)

4、較遠距離，但會將小幅度的其它干擾信號也放大輸出，造成誤報。影響感應(yīng)距離的幾個因素：A.發(fā)射天線板的尺寸，該尺寸越大，天線越長，則感應(yīng)距離越遠。B.高頻三極管的特征頻率越高，其高頻增益越大，感應(yīng)距離也就越遠。C.后級運放的放大倍數(shù)適當?shù)母?，其對輸出的移頻信號放大的幅度大。D.發(fā)射頻率最好在標準規(guī)范的。高頻三極管的增益會隨著頻率的增大而降低降低，頻點太高，發(fā)射信號功率降低、接收靈敏度也降低。如果調(diào)試得當，使用9GHz的高頻三極管的，天線板尺寸在20*30mm左右時，感應(yīng)距離會在3-5米。天線尺寸在30*40mm左右，感應(yīng)距離會到8-10米。天線尺寸到40*50mm最遠感應(yīng)距離會達到20米左右。如果

5、你想在此基礎(chǔ)上降低感應(yīng)距離，可以調(diào)整降低后面放大板上的運算放大器的增益，或者改變輸入的驅(qū)動電平，來滿足不同感應(yīng)距離的要求。7 .發(fā)射天線：圍繞天線板3邊，用于將本振頻率信號發(fā)射出去，天線板尺寸越大，該天線越長，則發(fā)射信號越強，發(fā)射距離越遠，感應(yīng)距離也就越遠，但是，這個發(fā)射天線又不能形成四邊閉環(huán)。天線對電源之間的4個電容主要是對與發(fā)射頻率相同、從電源串擾進來的其它模塊的信號與WIFI信號屏蔽濾波，如果出現(xiàn)串擾，請調(diào)整電容容量或者數(shù)量，使得濾波頻點同本板發(fā)射頻率相同。8 .感應(yīng)信號放大燈光控制：原理圖中，通過P4輸出感應(yīng)信號SINGOUT®后面的放大電路，將該信號通過運放放大，再去控制光

6、源。為了避免被干擾誤報，建議在后級放大電路中采用帶有運放功能的CPU植入信號判斷程序，從而將其它非感應(yīng)信號濾除并加入不同狀態(tài)的燈光控制，提高抗干擾能力。9 .回型天線：發(fā)射極外的回型天線接收反射信號，為了使反射信號有效穿過回型天線，回型天線后面不敷設(shè)覆銅板。另外，回型天線只需要一個正弦波形就可以。還可以通過適當加寬回型天線線寬、加大波形幅度，并且在線上密布過孔來提高感應(yīng)信號強度和靈敏度（注意PCBE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(fā)射接收信號的強度）。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PCBS銅板形成的電容退耦

7、合。該去耦尺寸太小，則退耦沒做好，感應(yīng)距離很差并不穩(wěn)定，如果尺寸過大，又會持續(xù)輸出感應(yīng)信號，一般24*33mm的天線板的去耦合天線尺寸在3*8mm如果天線尺寸大于或者小于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(yīng)方向性（水平還是垂直）有關(guān)系，設(shè)計成長條形狀，則是垂直于PC時的感應(yīng)距離近，水平于PCB方向的感應(yīng)距離遠。如果想水平與垂直的感應(yīng)距離相等，則可以設(shè)計成方形的，但是面積不要變。11 .發(fā)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(fā)射振蕩電路的電容，電容大小調(diào)整，也會調(diào)整發(fā)射頻點I互生家吃II妾蓼j/I12 .高頻三

8、極管：最好采用特征頻率fT為9GHz以上的高頻三極管，fT越高，其在高頻微波頻段的高頻增益就越高，具體到使用中，fT越高，其發(fā)射信號幅度就越強、接收感應(yīng)微弱微波信號越靈敏，感應(yīng)的距離就越遠BFS520-SOT323-N2t與PRF947-SOT323-7W9GHz的高頻三極管，BFR370FBFR360FBFG340%fT為12GHz的高頻三極管。另外，盡可能的采用SOT323封裝的芯片。因為SOT323同SOT2而比較，SOT323封裝的芯片固定在引線框架的背面（見右圖），可以屏蔽正面過來的干擾波。并且，在PCBfl?線時，在高頻三極管的背面要敷設(shè)覆銅板，擋住背面進來的反射波，提高三極管的抗

9、干擾能力。13 .下雨受潮報警：該產(chǎn)品發(fā)射的是厘米波，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，檢測信號有可能有輸出。另外，PCBE潮也會造成板材的介電常數(shù)變化，板間電容變化，發(fā)射頻點變化，因而PCB正反面要涂油防潮。14 .PCBft材：最好采用高頻板材的介電常數(shù)適當穩(wěn)定的普通板材（高頻板材成本價格太高），開始做實驗投板時，最好多選用厚度、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(fā)射頻率和感應(yīng)距離，最終從中選用最佳的。另外，PCBft材要用品質(zhì)因數(shù)高，并且一定要穩(wěn)定（否則頻率漂移并逐漸感應(yīng)距離近）。二、調(diào)試建議：1 .發(fā)射頻率過低（低于以下的話，抗干擾能力

10、就差，反射能力差，感應(yīng)距離會時遠時近，產(chǎn)生誤報。請調(diào)節(jié)發(fā)射信號震蕩電路集電極與基極外銅箔面積和接收信號電路或者PCB的板材厚度，改變發(fā)射頻率。（用3GHz以上的頻譜儀可以直觀的測試發(fā)射接收信號的頻譜與幅度）。2 .感應(yīng)距離近：發(fā)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(yīng)的發(fā)射信號強度和接收靈敏度就低，感應(yīng)距離就近。3 .振蕩電路中的阻容器件的均勻性、一致性、溫度穩(wěn)定性要好一些，建議使用優(yōu)質(zhì)溫飄小的精密電阻、電容。4 .一點也不感應(yīng)：A.可能是你的振蕩電路沒有起振，調(diào)整發(fā)射頻率震蕩電路，滿足起振條件。B.可能是高頻三極管的fT太低，對高頻信號的放大增益太小，至少要使用fT大于9

11、GHz的高頻三極管。C.天線板尺寸太小，天線太短，發(fā)射信號太弱。D.三極管的偏置電路有問題，進入截止區(qū)或者飽和區(qū)。5 .相互串擾：直流的電源對微波波段的濾波不好，造成其它信號源以及間隔近的模塊之間的微波信號通過電源串進來，產(chǎn)生周圍雜波的干擾，會誤感應(yīng)而持續(xù)亮燈、感應(yīng)距離近。不要用整流二極管簡單整流供電，而要采用電源穩(wěn)壓器芯片穩(wěn)壓后供電，并且要調(diào)整四個濾波電容對外來同本板發(fā)射頻點相同的高頻信號濾波。6 .后級運放放大：大家大多使用的之前紅外聲光控開關(guān)上的運放BISS0001。最好使用帶有運放的單片機，并在單片機里面植入對感應(yīng)信號判斷的程序，這樣，就會判斷去除串擾雜波信號和非感應(yīng)信號，還能通過感應(yīng)

12、信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 .供電：使用供電，就要將高頻三極管的偏置做調(diào)整，提高基極與集電極的偏置壓降，以盡可能提高高頻三極管的工作點，避免因為電壓降低而造成的發(fā)射功率降低。大家使用的原理圖都一樣，做出來的產(chǎn)品的感應(yīng)距離卻不同，原因就是：PCB勺布線產(chǎn)生的分布參數(shù)、元器件板材的采用、電源濾波、PCB尺寸、厚度等因素對產(chǎn)品的影響非常大。五、設(shè)計經(jīng)驗總結(jié)1 、天線長度理論和實踐證明，當天線的長度為無線電波長的1/4時，無線的發(fā)射和接收轉(zhuǎn)換效率最高。因此，天線的長度將根據(jù)所發(fā)射和接收的頻率即波長來決定。只要知道對應(yīng)發(fā)射和接收的中心頻率就可以用下面的公式算出對應(yīng)的無線電信