电容式微波感应模块的制作方法

本申请涉及人体、物体、液体和气体流动感应探测等领域，尤其涉及一种串列的电容式微波感应模块。

背景技术：

微波传感器是利用微波多普勒原理，探测人体、物体移动，输出感应信号的电路模块。

微波感应模块是利用微波传感器和控制电路组合在一起，形成一种直接加电源的电路模组，使微波传感器使用简单化。微波感应模块可以在-20º—70º的环境下工作，具有较宽的温度范围和较高的感应灵敏度，广泛用于对于移动人体物体、移动车辆、液体和气体流动等探测领域。

微波传感器属于电流型器件，正常工作电流在50mA以上，对于目前电池供电要求的控制电流显然偏大，而用于照明控制也无需白天工作，且不合适是感应距离，会使模块出现误动作感应。

微波传感器工作频率较高，电路分布参数对传感器影响较大，使传感器的抗干扰性较差。普通型的微波传感器灵敏度偏低，在较低的工作电压下不能正常启动工作，难以满足低电压下小电流控制的低功耗要求，使微波感应模块可靠性降低。

技术实现要素：

本实用新型的发明目的在于：针对上述存在的问题，绘制感应电路板和信号电路板电路铜箔形成串列式电容体，电路板与屏蔽罩体组成电容式微波传感器，控制电路板上面的控制电路单元驱动微波传感器电源，形成一种低电压启动、高灵敏度感应的电容式微波感应模块。

为了解决上述技术问题，本申请有如下技术方案：

本实用新型一种电容式微波感应模块，包括感应电路板、信号电路板、控制电路板、屏蔽罩体和串列式电容体，其特征在于：所述的串列式电容体是处置于感应电路板和信号电路板上绘制电路板铜箔组成微波信号耦合器；感应电路板、信号电路板和屏蔽罩体组成电容式微波传感器。控制电路板驱动微波传感器探测感应移动物体，感应信号由控制电路板输出。

所述的控制电路板根据感应灵敏度和光敏传感器设置，控制电路单元驱动微波传感器电源，使传感器处于探测感应的工作状态或未探测感应的休眠状态。

优选地，其中：

所述的串列式电容体极板组成感应电路板的发射、接收天线组件；形成对称型平板电容Cf；

所述的串列式电容体极板组成混频器组件，与Cf形成非对称型平板式电容体Ct和Cr；

所述的串列式电容体极板组成的信号端，处置于感应电路板和信号电路板上。

优选地，其中：

所述的微波信号电容耦合器由电容体Ct、Cr和Cf串列组成， Ct将信号产生单元的微波信号透过信号电路板发射端输出到发射天线； Cr将微波信号由接收天线透过信号电路板接收端输入到混频器中, 移动物体感应信号由混频器底部输出。

优选地，其中：

所述的电路板上还包括信号产生单元、发射单元、接收单元、混频器、电源电路和感应信号输出；信号产生单元连接发射单元和混频器；混频器再与接收单元和感应信号输出连接，信号产生单元连接电源电路。

优选地，其中：

所述的混频器由两个非对称型平板式电容极板组成，上部分是Ct极板，下部分是Cr极板,混频管连接在Ct和Cr极板上。

优选地，其中：

所述的电路板上Cf的制作方法，包括以下几个步骤：

步骤一：绘制感应电路板铜箔，形成2个间隔6*6mm的方块；

步骤二：绘制一个5*2mm的信号极端，用宽度10mil的线连接到两个方块的正中心；

步骤三：镜像步骤一、二组件，调整镜像距离，使Cf=0.5pF；

所述的电路板上非对称型平板式电容耦合器Cr的制作方法，包括以下几个步骤：

步骤一：绘制信号电路板铜箔，使信号混频器下面部分成为235*190mil/95*110mil的凹陷型勺状体；

步骤二：绘制一个216*53mil的工字型、单边开口的信号端，用宽度30-67mil的线连接到混频器凹壁右侧的正中心；

步骤三：调整线路宽度，使混频器下面线路部分与Cf接收容板部分的耦合器容量Cr=4.2pF；

所述的电路板上Ct的制作方法，包括以下几个步骤：

步骤一：绘制信号电路板铜箔，将信号混频器上面部分成为382*348mil堆积型山字形状；山字状底部的两边有两个78*78mil的方块由过孔接GND；用宽度10-65mil的线连接到山字状混频器的顶端，与一个贴片电容连接到信号产生单元；

步骤二：根据Cr=4.2pF和根据计算公式Ct=jCr , j=1.762，调整山字状和10-65mil的线路宽度，使混频器上面部分与Cf发射容板部分耦合器的容量Cr=7.4pF。

优选地，其中：

所述的电路板上Ct和Cr，绝缘介质是感应电路板和信号电路板，厚度分别为0.1-10mm,材质为FR4玻璃纤维料，覆盖绝缘绿油形成串列式电容体。

优选地，其中：

所述的电源电路有一个贴片电阻连接到信号产生单元HJ-FET管的D极； HJ-FET管封装为十字架型，右侧有5*3mm的谐振体，用树脂胶贴在十字架底座的电路板；D极与S极各有一块扇形状的微带反馈器。

优选地，其中：

所述的控制电路板上设置有电源电路、感应信号放大单元、控制单元、微波传感器电源电路、电源输入与感应信号输出接口。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本申请与现有技术相比，达到如下效果：

一：感应电路板、信号电路板和屏蔽罩体组成电容式微波传感器，微波信号传输效率高，微波传感器抗干扰强。

二：控制电路单元根据感应灵敏度和光敏传感器设置，驱动微波传感器电源，

降低了感应模块电路功耗和增加感应探测可靠性。

三：物体移动传感器可根据不同的探测频率，使用计算公式Ct=jCr , j=1.762，确定Cr和Ct电容值，方便微波探测信号匹配。

四：将混频器组件，分别设置在Ct极板与Cr的电容极板上面，增强混频器的检波输出，提高了传感器的感应灵敏度，使传感器可以在低电压下启动工作。

五：用厚度分别为0.1-10mm信号电路板，材质为FR4玻璃纤维料做电容的绝缘介质，覆盖阻焊绿油形成的高频电容耦合器Ct和Cr，电容j值变化小，微波传感器一致性好。

六：通过光敏传感器检测，关闭微波传感器电源，使传感器处于白天不工作的休眠状态，以适用感应控制灯具照明。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1为本实用新型的所述电容式微波感应模块的结构示意图。

图2为本实用新型的所述电容式微波传感器的结构示意图。

图3为本实用新型的所述控制电路板的元器件位置示意图。

具体实施方式

如在说明书及权利要求当中使用了某些名称、词汇或术语来指称特定组件和电路构成,本领域技术人员应可理解，工程技术人员、硬件、元器件制造商可能会用不同名词和词汇来称呼同一个组件和名称。为便于理解、描述和说明，技术人员也会使用相同的名称或术语描述组件和单元电路构成的感应器，如本申请在通篇说明书及权利要求当中所提及的电路板、微带线、信号端、电容耦合器、非对称型平板式电容体Ct和Cr、绝缘介质、信号产生单元、信号馈送、信号输出输入、发射单元、接收单元、混频器、电源电路和感应信号输出等，这些名称或词汇都以组件或电路单元的形式出现在本申请中。

本申请的说明书、说明书附图、说明书摘要、摘要附和图权利要求并不以名称的差异来作为区分组件或电路形成的方式，而是以组件或电路形成在结构上、功能上、应用规则上、设计方法和使用构想上等、于本申请的技术方案方面存在的差异来作为区分的准则。

说明书后续描述为实施本申请的较佳实施方式，然所述描述乃以说明本申请的一般原则为目的，并非用以限定本申请的范围。本申请的保护范围当视所附权利要求所界定者为准。

“包含”为一开放式用语，故应解释成“包含但不限定于”。“大致”是指在可接收的误差范围内，本领域技术人员能够在一定误差范围内解决所述技术问题，基本达到所述技术效果。此外，“耦接”一词在此包含任何直接及间接的电性耦接手段。因此，若文中描述一第一装置耦接于一第二装置，则代表所述第一装置可直接电性耦接于所述第二装置，或通过其他装置或耦接手段间接地电性耦接至所述第二装置。说明书后续描述为实施本申请的较佳实施方式，然所述描述乃以说明本申请的一般原则为目的，并非用以限定本申请的范围。本申请的保护范围当视所附权利要求所界定者为准。

参见图1、图2、图3为本申请所述一种电容式微波感应模块的具体实施例。

如附图3所示：控制电路板80上包括：传感器电源801、滤波胆电容802、控制电路单元803、光敏传感器及设置804、固定螺丝孔805、感应灵敏度设置806、驱动MOS管807、感应信号放大单元808、稳压电路809、电源输入、感应信号输出810和微波传感器信号输出811。

外部3.5-24V电源电压由微波感应模块接口810输入，经过稳压电路809和钽电容802滤波后提供给模块工作。

微波传感器的电源由MOS管807提供，控制单元803根据感应灵敏度和光敏传感器设置，驱动MOS管807，由传感器电源801给微波传感器提供电源，当感应灵敏度806和光敏传感器804设置在全天工作时，控制单元803驱动MOS管807，打开微波传感器电源，使传感器处于探测感应的工作状态；当感应灵敏度806和光敏传感器804设置在光线明亮或白天不工作时，控制单元803驱动MOS管807，关闭微波传感器电源，使传感器处于未探测感应的休眠状态，以降低模块电路功耗。

微波传感器的移动物体感应信号由信号口811输入到感应信号放大单元808放大后，提供给控制单元803，感应控制信号由控制单元803从信号输出口810输出。三个螺丝孔805，方便感应模块安装定位。

如附图2所示：本实施例中的电容式微波传感器，电路板上包括：感应电路板10、发射天线101、发射信号端1011和2011。信号电路板20、信号耦合电容30、接收天线102、接收信号端1021和2021，电源电路203、混频器单元204、信号产生205、感应信号输出206。

一种电容式微波感应模块，包括感应电路板10、信号电路板20、控制电路板80、屏蔽罩体和串列式电容体。

串列式电容体是处置于感应电路板和信号电路板上绘制电路板铜箔，将电路板叠压在一起，使绘制电容体形成串列式结构，组成微波信号耦合器；微波探测信号在电容体形成的极板上面耦合，以提高信号传输效率。感应电路板10、信号电路板20和屏蔽罩体复合固定在一起，组成电容式微波传感器；控制电路板80上的控制电路单元803，驱动MOS管807，开启或关闭微波传感器电源，实现物体移动感应探测，感应信号由控制电路板810接口810输出。

控制电路板设置有感应灵敏度和光敏传感器组件，控制电路单元803根据感应灵敏度和光敏传感器组件设置，控制电路单元驱动微波传感器电源，当感应灵敏度806和光敏传感器804设置在全天工作时，控制单元803驱动MOS管807，打开微波传感器提供电源，使传感器处于探测感应的工作状态；当感应灵敏度806和光敏传感器804设置在光线明亮或白天不工作时，控制单元803驱动MOS管807，关闭微波传感器提供电源，使传感器处于未探测感应的休眠状态，以降低模块电路功耗。用于感应照明控制，可以将灯具在白天处于不感应的关闭状态。

串列式电容体极板组成感应电路板的发射、接收天线组件；形成对称型平板电容Cf，使微波传感器具有更高的感应灵敏度。

所述的串列式电容体极板组成混频器组件，与Cf形成非对称型平板式电容体Ct和Cr；提高微波信号传输效率。

串列式电容体极板组成的信号端，处置于感应电路板和信号电路板上，微波信号通过电容体连接的信号端实现输入输出。

所述的微波信号电容耦合器由电容体Ct、Cr和Cf串列组成， Ct将信号产生单元的微波信号透过信号电路板发射端输出到发射天线； Cr将微波信号由接收天线透过信号电路板接收端输入到混频器中, 移动物体感应信号由混频器底部输出。

串列式电容体极板组成感应电路板10的发射、接收天线组件，使电容体的极板部分外露，出现一个与外界空间接触的探测面，形成对称型平板电容Cf，完成高频信号的发射和接收，实现移动物体感应探测。

串列式电容体极板组成信号电路板20的混频器组件204，使混频器具有更高的检波效率，混频器组件通过信号端与感应电路板Cf信号端形成两组非对称型平板式电容体Ct和Cr，三组电容体Ct、Cr和Cf串列形成高频信号耦合器，使信号直接在电容体的极板上实现输入、输出。Ct将信号产生单元的高频信号透过信号电路板发射端2011输出到发射天线； Cr将高频信号由接收天线透过信号电路板接收端2021输入到混频器中, 移动物体感应信号由混频器底部输出；

对称型的电容体Cf是用感应器电路板10铜箔绘制形成对称型串列电容体发射和接收天线部分，产生极板外露的接触面，用于传感器发射和接收高频信号。

两组非对称型平板式电容体Ct和Cr，是利用信号电路板20双面电路板铜箔绘制形成的，在极板上面设置混配件组件，通过两块电路板形成的绝缘介质，与Cf组成串列式的电容体，形成高频信号耦合器，探测信号在电容体的极板上面直接耦合，有效的消除过孔连接传输信号电路阻抗和感抗衰减信号的影响，提高传感器的感应灵敏度。

为使传感器正常工作，电路板上还包括信号产生单元、发射单元、接收单元、混频器、电源电路和感应信号输出；信号产生单元连接发射单元和混频器组件；混频器再与接收单元和感应信号输出连接，信号产生单元连接电源电路。

混频器由两个非对称型平板式电容极板组成，上部分是Ct极板，下部分是Cr极板，高频信号直接由连接的信号端耦合到Cr的 极板天线上，提高了信号输送效率。将混频管连接在Ct和Cr极板上，增强了混频器的检波效率。以此来提高传感器的感应灵敏度，是传感器在低电压下启动工作。

经过长久的研究和实验发现，利用线路板的铜箔，将混频器、发射单元和接收单元的电路部分，设置在串列电容体的极板上面，传感器的感应器感应灵敏度得到很大的提高，抗干扰更强。

根据传感器的高频信号频率特性和感应距离要，需要确定Cr、Ct和Cr信号电容的容值。本申请经过无数次的实验、精确计算和反复测试发现，对于5-17Ghz的高频微波信号，当Cf的容值为0.5pF，Ct和Cr的容量比值j=1.762时，感应信号覆盖范围和灵敏度达到最佳效果。

根据以上特点，在感应电路板10上面，绘制电路板铜箔，使Cf的容值为0.5pF，在信号电路板20上面，绘制电路板铜箔，改变微带线结构，将微波混频器204输出设置为凹形、漏斗状，底部连接扇形等特殊形状，利用FR4电路板材料形成的绝缘介质，和感应电路板Cf接收天线极板部分102、1021组成电容体，使电容Cr=4.2pF，根据计算公式Ct=jCr , j=1.762 , 用类似的设计方法使天线输出电容Ct=7.4pF ,使传感器的电容体达到最佳的信号匹配状态。

具体实施如下：

所述的电路板上Cf的制作方法，包括以下几个步骤：

步骤一：绘制感应电路板铜箔，形成2个间隔6*6mm的方块；

步骤二：绘制一个5*2mm的信号极端，用宽度10mil的线连接到两个方块的正中心；

步骤三：镜像步骤一、二组件，调整镜像距离，使Cf=0.5pF；

所述的电路板上非对称型平板式电容耦合器Cr的制作方法，包括以下几个步骤：

步骤一：绘制信号电路板铜箔，使信号混频器下面部分成为235*190mil/95*110mil的凹陷型勺状体；

步骤二：绘制一个216*53mil的工字型、单边开口的信号端，用宽度30-67mil的线连接到混频器凹壁右侧的正中心；

步骤三：调整线路宽度，使混频器下面线路部分与Cf接收容板部分的耦合器容量Cr=4.2pF；

所述的电路板上Ct的制作方法，包括以下几个步骤：

步骤一：绘制信号电路板铜箔，将信号混频器上面部分成为382*348mil堆积型山字形状；山字状底部的两边有两个78*78mil的方块由过孔接GND；用宽度10-65mil的线连接到山字状混频器的顶端，与一个贴片电容连接到信号产生单元；

步骤二：根据Cr=4.2pF和根据计算公式Ct=jCr , j=1.762，调整山字状和10-65mil的线路宽度，使混频器上面部分与Cf发射容板部分耦合器的容量Cr=7.4pF。

Ct和Cr，绝缘介质是为感应电路板和信号电路板，两块电路板的厚度分别为0.1-10mm,材质为FR4玻璃纤维料，在电路板生产过程中，覆盖阻焊绿油形成的绝缘体，将两款电路板复合在一起后，组成串列式电容，微波信号在两块电路板形成的高频信号耦合器中传输。

在信号电路板上，电源电路有一个贴片电阻连接到信号产生单元HJ-FET管的D极提供电源，HJ-FET管封装为十字架型，右侧有5*3mm的谐振体，用树脂胶贴在十字架底座的电路板上，组成微波高频信号产生单元，为感应模块提供探测信号，D极与S极各有一块扇形状的微带反馈器，提高信号电路的稳定性。

控制电路板80上设置有电源电路809，为模块提供工作电源，微波传感器的感应信号由感应信号放大单元808放大处理，提供给控制单元803。微波传感器电源电路有MOS管807组成，控制单元803驱动MOS管807通过接口801给微波传感器提供电源，电源输入与感应信号输出接口810，连接感应模块外部电源和将感应控制信号输出。

通过以上各实施例可知，本申请存在的有益效果是：

一：感应电路板、信号电路板和屏蔽罩体组成电容式微波传感器，微波信号传输效率高，微波传感器抗干扰强。

二：控制电路单元根据感应灵敏度和光敏传感器设置，驱动微波传感器电源，

降低了感应模块电路功耗和增加感应探测可靠性。

三：物体移动传感器可根据不同的探测频率，使用计算公式Ct=jCr , j=1.762，确定Cr和Ct电容值，方便微波探测信号匹配。

四：将混频器组件，分别设置在Ct极板与Cr的电容极板上面，增强混频器的检波输出，提高了传感器的感应灵敏度，使传感器可以在低电压下启动工作。

五：用厚度分别为0.1-10mm信号电路板，材质为FR4玻璃纤维料做电容的绝缘介质，覆盖阻焊绿油形成的高频电容耦合器Ct和Cr，电容j值变化小，微波传感器一致性好。

六：通过光敏传感器检测，关闭微波传感器电源，使传感器处于白天不工作的休眠状态，以适用感应控制灯具照明。

上述说明示出并描述了本申请的若干优选实施例，但如前所述，应当理解本申请并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述发明构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本申请的精神和范围，则都应在本申请所附权利要求的保护范围内。