一種基于超寬帶MIR運動傳感器的電路實現

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,又稱作階躍二極管。它在突變電壓激勵下,能產生持續時間極短的快脈沖,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。其中一路用于發射脈沖,另一路延遲快成形后用于取樣門信號。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,降低輸出的平均功率。

經過多次電路試驗,得到了上升沿小于350ps左右的脈沖源(見圖3),脈沖底寬小于800ps。在實際運動傳感器參數選擇中,主要考慮信號頻譜匹配于天線的帶寬(500MHz～1.4GHz),同時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檢測電路

是否能在微瓦級發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鍵。相關檢測的優點是它以相對于參考信號的形式積累被接受信號,可以產生大于噪聲電平輸出信號。

圖2中,當無天線信號時,A點電平為偏置基準電平,為50mV～150mV。當接收天線接收到物體反射信號時,信號在C₁偏置電平的基準上充電。此時取樣門的負信號經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點平均并能很好地抑制外來噪聲,此電壓經A1運放輸出,其波形時間關系如圖4所示。

2 微功率脈沖雷達運動傳感器探測實驗

對所完成的運動傳感器系統主要做了兩種試驗:(1)不同材質目標探測和分辯率試驗;(2)穿透性試驗。實驗(1)選用多種材質(金屬、木材、人體等)。實驗表明: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的特點。用TEK602存儲示波器接MIR接收機的輸出,在實驗室穿透30cm磚墻能清楚地探測到走廊上人體運動穿過探測區域時,由該傳感器獲取的波形。

圖5是人在走廊上走過,MIR在實驗室里天線貼墻、方向向著走廊。從圖5中可以看出人進出探測區域一進一出的兩個波峰。