微波(雷達(dá))感應(yīng)模塊原理調(diào)試

1、雷達(dá)感應(yīng)開(kāi)關(guān)原理調(diào)試一、 原理簡(jiǎn)介：1.主要功能與原理：如上圖所示，上圖是雷達(dá)感應(yīng)開(kāi)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(hào)，經(jīng)過(guò)三極管放大，再經(jīng)過(guò)圍繞PCB三邊的天線發(fā)射出去。發(fā)射的2.4-3.2GHz的微波信號(hào)如果遇到移動(dòng)物體，則反射波相對(duì)發(fā)射波就會(huì)有相位變化，回型天線接收到反射信號(hào)，反射波與發(fā)射信號(hào)的相位移頻就會(huì)以3-20MHz左右的低頻輸出（P4）,該信號(hào)再由后級(jí)運(yùn)放放大，驅(qū)動(dòng)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(cè)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：R

2、C振蕩電路的頻率f=1/2RC，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=S/d，式中為介質(zhì)（在這里就是指的PCB板材的介電常數(shù)），S為PCB極板面積，d為極板間距也就是PCB厚度。3.接收：通過(guò)回型天線接收反射回來(lái)的雷達(dá)波，如果發(fā)射與接收波之間有相位移頻，則輸出低頻信號(hào)P4。4.發(fā)射避開(kāi)公共頻段又不能過(guò)高：因?yàn)?G和4G手機(jī)信號(hào)和WIFI信號(hào)的頻率范圍在1.8-2.4GHz，模塊的工作頻率盡可能避開(kāi)這個(gè)頻段，避免相互干擾。一般的發(fā)射頻率2.5GHz左右最佳，頻率過(guò)高，則高頻三極管增益降低，感應(yīng)距

3、離近。發(fā)射頻率同天線部分PCB線路板尺寸大小、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(hào)強(qiáng)度：如果有頻譜儀測(cè)試發(fā)射天線端的發(fā)射信號(hào)，可以測(cè)試到發(fā)射頻點(diǎn)及其發(fā)射信號(hào)幅度。發(fā)射信號(hào)強(qiáng)度越大，感應(yīng)距離越遠(yuǎn)。但是，高頻三極管來(lái)說(shuō)，隨著頻率的增加，其增益逐漸降低，發(fā)射的信號(hào)強(qiáng)度也就降低。另外，同一個(gè)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(yuǎn)，所以，最好設(shè)計(jì)調(diào)整PCB，將頻點(diǎn)做到2.4GHz。6.接收靈敏度：同樣頻率，高頻三極管對(duì)高頻信號(hào)的fT越大，高頻增益越高，接收的移頻信號(hào)輸出幅度越大，感應(yīng)靈敏度就越高，感應(yīng)距離就越遠(yuǎn)。適當(dāng)調(diào)整后級(jí)運(yùn)放的放大倍數(shù)也可以調(diào)整感

4、應(yīng)距離，但是，如果單純的提高后級(jí)運(yùn)放的倍數(shù)，雖然感應(yīng)較遠(yuǎn)距離，但會(huì)將小幅度的其它干擾信號(hào)也放大輸出，造成誤報(bào)。影響感應(yīng)距離的幾個(gè)因素：A.發(fā)射天線板的尺寸，該尺寸越大，天線越長(zhǎng)，則感應(yīng)距離越遠(yuǎn)。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(yuǎn)。C.后級(jí)運(yùn)放的放大倍數(shù)適當(dāng)?shù)母撸鋵?duì)輸出的移頻信號(hào)放大的幅度大。D.發(fā)射頻率最好在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的2.4GHz。高頻三極管的增益會(huì)隨著頻率的增大而降低降低，頻點(diǎn)太高，發(fā)射信號(hào)功率降低、接收靈敏度也降低。 如果調(diào)試得當(dāng)，使用9GHz的高頻三極管的，天線板尺寸在20*30mm左右時(shí)，感應(yīng)距離會(huì)在3-5米。天線尺寸在30*40mm左右，感應(yīng)距離會(huì)到8-

5、10米。天線尺寸到40*50mm最遠(yuǎn)感應(yīng)距離會(huì)達(dá)到20米左右。如果你想在此基礎(chǔ)上降低感應(yīng)距離，可以調(diào)整降低后面放大板上的運(yùn)算放大器的增益，或者改變輸入的驅(qū)動(dòng)電平，來(lái)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(hào)發(fā)射出去，天線板尺寸越大，該天線越長(zhǎng)，則發(fā)射信號(hào)越強(qiáng)，發(fā)射距離越遠(yuǎn)，感應(yīng)距離也就越遠(yuǎn)，但是，這個(gè)發(fā)射天線又不能形成四邊閉環(huán)。天線對(duì)電源之間的4個(gè)電容主要是對(duì)與發(fā)射頻率相同、從電源串?dāng)_進(jìn)來(lái)的其它模塊的信號(hào)與WIFI信號(hào)屏蔽濾波,如果出現(xiàn)串?dāng)_，請(qǐng)調(diào)整電容容量或者數(shù)量，使得濾波頻點(diǎn)同本板發(fā)射頻率相同。8.感應(yīng)信號(hào)放大燈光控制：原理圖中，通過(guò)P4輸出感應(yīng)信號(hào)SINGOU

6、T到后面的放大電路，將該信號(hào)通過(guò)運(yùn)放放大，再去控制光源。為了避免被干擾誤報(bào)，建議在后級(jí)放大電路中采用帶有運(yùn)放功能的CPU，植入信號(hào)判斷程序，從而將其它非感應(yīng)信號(hào)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(hào)，為了使反射信號(hào)有效穿過(guò)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(gè)正弦波形就可以。還可以通過(guò)適當(dāng)加寬回型天線線寬、加大波形幅度，并且在線上密布過(guò)孔來(lái)提高感應(yīng)信號(hào)強(qiáng)度和靈敏度（注意：PCB三邊和回型天線上的過(guò)孔一定要滿鍍錫或者鍍化學(xué)金，以加強(qiáng)發(fā)射接收信號(hào)的強(qiáng)度）。10.基極外去耦合銅箔天線：基極B外那個(gè)長(zhǎng)方形天線（基極與R3之間的矩

7、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(méi)做好，感應(yīng)距離很差并不穩(wěn)定，如果尺寸過(guò)大，又會(huì)持續(xù)輸出感應(yīng)信號(hào)，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(gè)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(jì)成長(zhǎng)條形狀，則是垂直于PCB板的感應(yīng)距離近，水平于PCB方向的感應(yīng)距離遠(yuǎn)。如果想水平與垂直的感應(yīng)距離相等，則可以設(shè)計(jì)成方形的，但是面積不要變。11.發(fā)射極引出的線條要適當(dāng)寬長(zhǎng)一些，這個(gè)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

8、，也會(huì)調(diào)整發(fā)射頻點(diǎn)。12.高頻三極管：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(hào)幅度就越強(qiáng)、接收感應(yīng)微弱微波信號(hào)越靈敏，感應(yīng)的距離就越遠(yuǎn)BFS520-SOT323-N2t與PRF947-SOT323-7N是9GHz的高頻三極管，BFR370F、BFR360F、BFG340F是fT為12GHz的高頻三極管。另外，盡可能的采用SOT323封裝的芯片。因?yàn)镾OT323同SOT23相比較，SOT323封裝的芯片固定在引線框架的背面（見(jiàn)右圖），可以屏蔽正面過(guò)來(lái)的干擾波。并且，在PCB布線時(shí)，在高頻三極管的背面要敷設(shè)覆銅板

9、，擋住背面進(jìn)來(lái)的反射波，提高三極管的抗干擾能力。13.下雨受潮報(bào)警：該產(chǎn)品發(fā)射的是厘米波，波長(zhǎng)較短，任何微波雷達(dá)在下雨時(shí)都容易被雨折射反射，所以，下雨時(shí)，檢測(cè)信號(hào)有可能有輸出。另外，PCB受潮也會(huì)造成板材的介電常數(shù)變化，板間電容變化，發(fā)射頻點(diǎn)變化，因而PCB正反面要涂油防潮。14.PCB板材：最好采用高頻板材的介電常數(shù)適當(dāng)穩(wěn)定的普通板材（高頻板材成本價(jià)格太高），開(kāi)始做實(shí)驗(yàn)投板時(shí)，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(huì)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，PCB板材要用品質(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)

10、試建議：1.發(fā)射頻率過(guò)低（低于2.4GHz以下的話，抗干擾能力就差，反射能力差，感應(yīng)距離會(huì)時(shí)遠(yuǎn)時(shí)近，產(chǎn)生誤報(bào)。請(qǐng)調(diào)節(jié)發(fā)射信號(hào)震蕩電路集電極與基極外銅箔面積和接收信號(hào)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(cè)試發(fā)射接收信號(hào)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(guò)孔沒(méi)有金屬化，接收天線尺寸小，其相應(yīng)的發(fā)射信號(hào)強(qiáng)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(diǎn)也不感應(yīng)：A.可能是你的振蕩電路沒(méi)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

11、fT太低，對(duì)高頻信號(hào)的放大增益太小，至少要使用fT大于9GHz的高頻三極管。C.天線板尺寸太小，天線太短，發(fā)射信號(hào)太弱。D.三極管的偏置電路有問(wèn)題，進(jìn)入截止區(qū)或者飽和區(qū)。5.相互串?dāng)_：直流的電源對(duì)微波波段的濾波不好，造成其它信號(hào)源以及間隔近的模塊之間的微波信號(hào)通過(guò)電源串進(jìn)來(lái)，產(chǎn)生周圍雜波的干擾，會(huì)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(jiǎn)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(gè)濾波電容對(duì)外來(lái)同本板發(fā)射頻點(diǎn)相同的高頻信號(hào)濾波。6.后級(jí)運(yùn)放放大：大家大多使用的之前紅外聲光控開(kāi)關(guān)上的運(yùn)放BISS0001。最好使用帶有運(yùn)放的單片機(jī)，并在單片機(jī)里面植入對(duì)感應(yīng)信號(hào)判斷的程序，這樣，就會(huì)判斷去除串?dāng)_雜波信號(hào)和非感應(yīng)信號(hào)，還能通過(guò)感應(yīng)信號(hào)幅度變化來(lái)判斷人體與汽車是由遠(yuǎn)及近再由近到遠(yuǎn)，還是由遠(yuǎn)及近到燈下不走，這樣