一种增强感应灵敏度的射频雷达结构、电路及其控制方法与流程

1.本发明涉及一种感应雷达装置，尤其是一种增强感应灵敏度的射频雷达结构、电路及其控制方法。


背景技术：

2.在自动感应和控制应用领域中，普遍使用感应传感器，如感应雷达、红外光学测距和人体热释红外感应等，其中感应雷达以其体积小、作用距离可调和反应速度快等特点，被越来越多的使用，在智能控制领域如智能马桶操作、照明控制、智能家电等领域得到越来越多的应用，特别是照明控制，为生活便利性提供了良好的解决方案。一般感应雷达多采用矩形微带天线或阵列微带天线，对前瓣和背瓣辐射电波基本不加控制措施，仅以调节触发阈值的方式进行权宜调节，以满足基本使用要求。但由于复杂的环境空间布局，以及背景噪声干扰等因素，感应雷达，特别是集成于灯具内部的感应雷达，为穿透外壳结构、同时接收反射信号，普遍采用加大发射功率（3~16dbm）、降低接收信号识别阈值的方式工作，带来误动作（虚警）或漏检测等一系列感应问题。


技术实现要素：

3.针对上述技术问题，本发明提出一种增强感应灵敏度的射频雷达结构、电路及其控制方法，在微带天线雷达的基础上，通过辅以可变图案超表面柔性无源谐振共形天线，使雷达在尽可能小的发射功率与功耗状态下，实现可控距离与范围的准确感应和控制，避免简单提升发射功率所带来的干扰、误触发、互扰、功耗大等系列问题，真正做到便利生活、节能降耗。
4.具体的，一种增强感应灵敏度的射频雷达结构，包括：由非金属材质外壳与支撑电源控制pcba的金属底座形成的反射谐振式腔体空间；在所述反射谐振式腔体空间中设置感应雷达模块，所述感应雷达模块至少包括：可伸缩调节高度的连接器，及分别固定在所述连接器上下两面的雷达pcba和所述电源控制pcba；所述电源控制pcba另一面固定在所述金属底座上；所述雷达pcba下表面与所述连接器粘接固定，上表面设置雷达天线模组，在距离所述雷达pcba上表面一预设距离处设置可变图案超表面柔性无源谐振共形天线。
5.其中，所述可调连接器可调节的高度为雷达工作波长的1/4~1/2，使所述雷达pcba与所述可变图案超表面柔性无源谐振共形天线之间的距离在所述反射谐振式腔体空间可以调节，尤其是在所述电源控制pcba固定在所述金属底座上后，满足预设距离这一要求。
6.所述可变图案超表面柔性无源谐振共形天线设置在所述非金属材质外壳的内表面上，或与所述非金属材质外壳粘接组合，或与所述非金属材质外壳间隔一预设距离。
7.所述可变图案超表面柔性无源谐振共形天线，至少包括：依次由透明背胶，柔性基板层，可变金属图案层和表面保护表面保护覆盖层压合而成。
8.所述柔性基板层就是为了所述可变图案超表面柔性无源谐振共形天线能够贴合
所述非金属材质外壳，达到共形的要求；共形后所述可变图案超表面柔性无源谐振共形天线不仅美观，而且直接面向外部感应检测区域，便于灵敏地感应识别。
9.进一步的，所述可变图案超表面柔性无源谐振共形天线，还包括:设置在所述可变金属图案层里面的按特定规律呈周期排列的微带贴片，所述微带贴片具有特定文字和图案结构；所述特定文字和图案至少为字符，矩形，圆形和v型中的任一种或几种。
10.进一步的，所述雷达天线模组，至少包括：设置于所述雷达pcba上的雷达芯片，及设置于所述雷达芯片对称两侧且大小相等的tx微带天线和rx微带天线；所述雷达芯片通过tx端口和rx端口，通过耦合馈线分别与所述tx微带天线和所述rx微带天线连接。雷达天线模组采用9.85ghz或者10.525ghz 的x 波段雷达芯片。
11.所述可变图案超表面柔性无源谐振共形天线的长边及宽边，分别与所述tx微带天线和所述rx微带天线的长边及宽边对应比例为1:1.2至1.8。所述tx微带天线和所述rx微带天线，与所述可变图案超表面柔性无源谐振共形天线之间的预设距离为雷达工作波长的1/32~1/4。所述可变图案超表面柔性无源谐振共形天线至少为平面或曲面结构。
12.所述电源控制pcba的一端连接负载电路，另一端连接dc电源。
13.所述增强感应灵敏度的射频雷达结构的整体功耗《0.1w。
14.一种增强感应灵敏度的射频雷达电路，至少包括：增强感应灵敏度的射频雷达结构，增强感应灵敏度的射频雷达结构，及与所述射频雷达结构串联的负载电路；所述负载电路至少为一路或多路并联电路；及与所述射频雷达结构连接的dc电源，所述射频雷达结构至少包括：可伸缩调节高度的连接器，及分别固定在所述连接器上下两面的雷达pcba和电源控制pcba；所述电源控制pcba另一面固定在所述金属底座上；所述雷达pcba下表面与所述连接器粘接固定，上表面设置雷达天线模组，在距离所述雷达pcba上表面一预设距离处设置可变图案超表面柔性无源谐振共形天线；所述雷达天线模组，至少包括：设置于所述雷达pcba上的雷达芯片，及设置于所述雷达芯片对称两侧且大小相等的tx微带天线和rx微带天线；所述雷达芯片通过tx端口和rx端口，通过耦合馈线分别与所述tx微带天线和所述rx微带天线连接。
15.进一步的，所述可变图案超表面柔性无源谐振共形天线，至少包括：依次由透明背胶，柔性基板层，可变金属图案层和表面保护覆盖层压合而成；所述可变图案超表面柔性无源谐振共形天线，还包括:设置在所述可变金属图案层里面的按特定规律呈周期排列的微带贴片，所述微带贴片具有特定文字和图案结构；所述特定文字和图案至少为字符，矩形，圆形和v型中的任一种或几种；所述可变图案超表面柔性无源谐振共形天线的长边及宽边，分别与所述tx微带天线和所述rx微带天线的长边及宽边对应比例为1:1.2至1.8。
16.超表面材料通常由亚波长微结构单元周期性排布而成，允许电磁波的照射方向与材料平面垂直。电磁超表面具有类似于理想磁导体在特定频率范围内可以使平面波同相位反射的特性。除此之外，还可完成对电磁波的幅度、相位、极化方式和传播模式等特性的灵活有效调控。雷达发射的信号穿过可变图案超表面柔性无源谐振共形天线后，信号的幅度、相位等形状特性将被整形，并进一步提升信号增益；被反射的雷达信号，经可变图案超表面柔性无源谐振共形天线时也会提升增益。
17.优选的，本发明提供一种增强感应灵敏度的射频雷达控制方法，至少包括：
s1:通过可伸缩调节高度的连接器，调整可变图案超表面柔性无源谐振共形天线与雷达天线模组的tx微带天线之间的距离形成谐振腔；s2:雷达天线模组的tx微带天线以一预设频率发射高频电磁波，在所述谐振腔中，经由所述可变图案超表面柔性无源谐振共形天线反复反射和耦合增强后，再发射至外部感应检测区域；s3:当所述感应检测区域范围内出现活动或微动目标时，所述可变图案超表面柔性无源谐振共形天线接收到所述活动或微动目标的反射波，再经过所述谐振腔，传导到所述雷达天线模组的rx微带天线；s4:所述雷达天线模组根据所述反射波进行双阈值控制逻辑，输出预设的控制指令。
18.所述双阈值控制逻辑，可以根据目标的活动或者微动，输出不同控制指令，更为精细地控制负载电路。
19.本发明的有益效果在于，通过将可变图案超表面柔性无源谐振共形天线与感应雷达有机结合，发挥可变图案超表面柔性无源谐振共形天线对于雷达信号在发射和接收过程中的提升增益的效果，使感应雷达以较小的射频发射功率，得到更强的增益与整形，实现监控区域的高灵敏度感应控制，同时减少自身辐射干扰，抑制外界辐射干扰；而柔性共形的特性则能够方便可变图案超表面柔性无源谐振共形天线设置于所述非金属材质外壳，可与非金属材质外壳贴合，不仅保持非金属材质外壳的美观，而且直接面向雷达监测空间，便于灵敏地感应识别。
附图说明
20.图1为本发明所述的一种增强感应灵敏度的射频雷达结构侧视图。
21.图2为本发明所述的一种增强感应灵敏度的射频雷达结构的雷达天线模组示意图。
22.图3为本发明所述的一种增强感应灵敏度的射频雷达结构的可变图案超表面柔性无源谐振共形天线示意图。
23.图4为本发明所述的一种增强感应灵敏度的射频雷达结构的微带贴片示意图。
24.图5为本发明所述的一种增强感应灵敏度的射频雷达电路侧视图。
25.其中；101-非金属材质外壳；102-金属底座；103-反射谐振式腔体空间；104-负载电路；105-dc电源；201-连接器；202-电源控制pcba；203-雷达pcba；210-雷达天线模组；211-雷达芯片；212-tx微带天线；213-rx微带天线；300-可变图案超表面柔性无源谐振共形天线；301-透明背胶；302-柔性基板层；303-可变金属图案层；304-表面保护覆盖层。
具体实施方式
26.为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
27.具体的，如图1所示，一种增强感应灵敏度的射频雷达结构，主要包括：
由非金属材质外壳与支撑电源控制pcba的金属底座形成的反射谐振式腔体空间；并且在所述反射谐振式腔体空间中设置感应雷达模块，所述感应雷达模块至少包括：可伸缩调节高度的连接器，及分别固定在所述连接器上下两面的雷达pcba和所述电源控制pcba；所述电源控制pcba另一面固定在所述金属底座上；且所述雷达pcba下表面与所述连接器粘接固定，上表面设置雷达天线模组，在距离所述雷达pcba上表面一预设距离处设置可变图案超表面柔性无源谐振共形天线。其中，所述连接器可调节的高度为雷达工作波长的1/4~1/2，使所述雷达pcba与所述可变图案超表面柔性无源谐振共形天线之间的距离在所述反射谐振式腔体空间可以调节，尤其是在所述电源控制pcba固定在所述金属底座上后，满足预设距离这一要求。
28.还有所述雷达pcba下表面与所述连接器粘接固定，上表面设置雷达天线模组；所述雷达天线模组，如图2所示，至少包括：设置于所述雷达pcba上的雷达芯片，及设置于所述雷达芯片对称两侧且大小相等的tx微带天线和rx微带天线；所述雷达芯片通过tx端口和rx端口，通过耦合馈线分别与所述tx微带天线和所述rx微带天线连接。雷达天线模组采用9.85ghz或者10.525ghz 的x 波段雷达芯片。
29.在距离所述雷达pcba上表面一预设距离处设置可变图案超表面柔性无源谐振共形天线。所述可变图案超表面柔性无源谐振共形天线设置在所述非金属材质外壳的内表面上，或与所述非金属材质外壳贴合，或与所述非金属材质外壳间隔一预设距离。
30.超表面通常由亚波长微结构单元周期性排布而成，允许电磁波的照射方向与材料平面垂直。电磁超表面具有类似于理想磁导体在特定频率范围内可以使平面波同相位反射的特性。除此之外，还可完成对电磁波的幅度、相位、极化方式和传播模式等特性的灵活有效调控，在高性能天线的研究、阵列天线性能提高、减小雷达散射截面以及微波传输等诸多方面都具有广泛的应用。
31.雷达发射的信号穿过可变图案超表面柔性无源谐振共形天线后，信号的幅度、相位等形状特性将被整形，并进一步提升信号增益；整形后雷达信号在被人体反射后，经可变图案超表面柔性无源谐振共形天线时也会提升增益。这样所述感应雷达采用较小的射频发射功率，以及较低灵敏度功率器件，实现监控区域的高灵敏度感应控制。同时外界的干扰电磁信号也会被所述可变图案超表面柔性无源谐振共形天线反射大部分，能够降低外界电磁信号带来的干扰。
32.如图3所示，所述可变图案超表面柔性无源谐振共形天线，至少包括：依次由透明背胶，柔性基板层，可变金属图案层和表面保护覆盖层压合而成。所述柔性基板层就是为了所述可变图案超表面柔性无源谐振共形天线能够贴合所述非金属材质外壳，达到共形的要求；共形后所述可变图案超表面柔性无源谐振共形天线不仅美观，而且直接面向外部感应检测区域，便于灵敏地感应识别。
33.进一步的，所述可变图案超表面柔性无源谐振共形天线，还包括:设置在所述可变金属图案层里面的按特定规律呈周期排列的微带贴片，如图4所示，所述微带贴片具有特定文字和图案结构；所述特定文字和图案至少为字符，矩形，圆形和v型中的任一种或几种。
34.所述可变图案超表面柔性无源谐振共形天线的长边及宽边，分别与所述tx微带天线和所述rx微带天线的长边及宽边对应比例为1:1.2至1.8。所述tx微带天线和所述rx微带
天线，与所述可变图案超表面柔性无源谐振共形天线之间的预设距离为雷达工作波长的1/32~1/4，且所述可变图案超表面柔性无源谐振共形天线至少为平面或曲面结构。
35.所述电源控制pcba的一端连接负载电路，另一端连接dc电源。
36.所述增强感应灵敏度的射频雷达结构的整体功耗《0.1w。
37.优选的，本发明还提供一种增强感应灵敏度的射频雷达电路，如图5所示，至少包括：增强感应灵敏度的射频雷达结构，及与所述射频雷达结构串联的负载电路；其中，所述负载电路至少为一路或多路并联电路；及与所述射频雷达结构连接的dc电源，可以广泛应用于多个领域，例如照明感应领域、汽车雷达领域和智能家电领域等。
38.其中,本实施例为一照明灯具，所述增强感应灵敏度的射频雷达结构至少包括：非金属材质外壳可以是透光灯罩，例如透明亚力克灯罩；金属底座可以是铝合金底座，轻便且便于安装，透光灯罩与铝合金底座构成反射谐振式腔体空间；进一步的，所述铝合金底座可设计为“h”形状，所述铝合金底座的“h”型上方有2个向内的卡扣；所述透光灯罩可设计为倒“凸”形状，所述倒“凸”形状的底部为所述透光灯罩的开口，所述开口边缘处有向外凸起，卡扣和凸起紧密结合构成反射谐振式腔体空间。
39.所述负载电路可以为1路led光源，或者多路led光源并联，连接至所述增强感应灵敏度射频雷达结构。
40.可伸缩调节高度的连接器，及分别固定在所述连接器上下两面的雷达pcba和电源控制pcba；其中，所述电源控制pcba另一面固定在所述金属底座上。所述连接器可调节的高度为雷达工作波长的1/4~1/2，使所述雷达pcba与所述可变图案超表面柔性无源谐振共形天线之间的距离在所述反射谐振式腔体空间可以调节，尤其是在所述电源控制pcba固定在所述金属底座上后，满足预设距离的要求。
41.所述雷达pcba下表面与所述连接器粘接固定，上表面设置雷达天线模组，在距离所述雷达pcba上表面一预设距离处设置可变图案超表面柔性无源谐振共形天线；可调连接器、所述电源控制pcba以及所述雷达pcba的中轴线均与所述反射谐振式腔体空间的中轴线重合。
42.所述雷达天线模组，至少包括：设置于所述雷达pcba上的雷达芯片，及设置于所述雷达芯片对称两侧且大小相等的tx微带天线和rx微带天线；所述雷达芯片通过tx端口和rx端口，通过耦合馈线分别与所述tx微带天线和所述rx微带天线连接。
43.进一步的，所述可变图案超表面柔性无源谐振共形天线，依次由透明背胶，柔性基板层，可变金属图案层和表面保护覆盖层压合而成；还包括设置在所述可变金属图案层里面的按特定规律呈周期排列的微带贴片，所述微带贴片具有特定文字和图案结构；所述特定文字和图案至少为字符，矩形，圆形和v型中的任一种或几种；所述可变图案超表面柔性无源谐振共形天线的长边及宽边，分别与所述tx微带天线和所述rx微带天线的长边及宽边对应比例为1:1.2至1.8。所述tx微带天线和所述rx微带天线，与所述可变图案超表面柔性无源谐振共形天线之间的预设距离为雷达工作波长的1/32~1/4。这样所述可变图案超表面柔性无源谐振共形天线的面积大于tx微带天线或rx微带天线的面积，保证发射的雷达信号能够充分经过可变图案超表面柔性无源谐振共形天线，而不会被透光灯罩反射。
44.优选的，本发明提供一种增强感应灵敏度的射频雷达控制方法，至少包括：s1:通过连接器调整可变图案超表面柔性无源谐振共形天线与雷达天线模组的tx
微带天线之间的距离形成谐振腔；s2:雷达天线模组的tx微带天线以一预设周期发射高频电磁波，经过所述谐振腔，由可变图案超表面柔性无源谐振共形天线耦合增强后发射至外部感应检测区域；s3:当所述感应检测区域范围内出现活动或微动目标时，所述可变图案超表面柔性无源谐振共形天线接收到所述活动或微动目标的反射波，再经过所述谐振腔，传导到所述雷达天线模组的rx微带天线；s4:所述雷达天线模组根据所述反射波进行双阈值控制逻辑，输出预设的控制指令。
45.所述双阈值控制逻辑，具体指：s41：所述雷达天线模组根据外部感应检测区域范围内的反射信息，判断是否存在活动目标，若活动目标检验值大于或等于第一程序阈值，则判断存在活动目标，连接负载电路的端口输出高电平；同时，将活动目标检测阈值调至第二程序阈值，进入s42；否则，不存在动目标，转s43；s42：启动微动作检测程序，判断微动目标是否持续存在，若微动目标检验值大于第二程序阈值，则判断为持续存在微动目标，所述连接负载电路的端口持续输出高电平；否则，不存在微动目标，转s43；s43：所述连接负载电路的端口输出低电平，同时将第二程序阈值恢复到第一程序阈值。
46.当本实施例中所述照明灯具的射频雷达结构感应到外部感应检测区域有人体靠近时，则启动一组或者多组光源，照亮预设区域；如果人体有微动作，例如化妆这类上肢运动或者步行这类下肢运动，则保持所述照明灯具的光源持续发光；一直到所述射频雷达结构感应到没有微动作时，才关闭光源。
47.本发明的有益效果在于，通过将可变图案超表面柔性无源谐振共形天线与感应雷达有机结合，发挥可变图案超表面柔性无源谐振共形天线对于雷达信号在发射和接收过程中的提升增益的效果，使感应雷达以较小的射频发射功率，得到更强的增益与整形，实现监控区域的高灵敏度感应控制，同时减少自身辐射干扰，抑制外界辐射干扰；而柔性共形的特性则能够方便可变图案超表面柔性无源谐振共形天线设置于所述非金属材质外壳，可与非金属材质外壳贴合，不仅保持非金属材质外壳的美观，而且直接面向雷达监测空间，便于灵敏地感应识别。
48.以上所述实施例仅表达了本发明的其中一种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。