【UCI電子】(3-3) HB100 E40 微波多普勒無線X波段雷達探測感測器模組10.525GHz

HB100微波模塊是利用多普勒雷達(Doppler Radar)原理設計的微波移動物體探測器，主要應用於自動門控制開關、安全防範系統、ATM自動提款機的自動錄像控制系統、火車自動信號機等場所。 HB100是標準的10.525GHz微波多普勒雷達探測器，這種探測方式與其它探測方式相比具有如下的優點：

１.非接觸探測

２.不受溫度、濕度、噪聲、氣流、塵埃、光線等影響，適合惡劣環境

 3.抗射頻干擾能力強；

４.輸出功率小，對人體構不成危害

５.遠距離：探測範圍超過20米。

多普勒原理簡介：多普勒理論是以時間為基礎的，當無線電波在行進過程中碰到物體時該電波會被反射，反射波的頻率會隨碰到物體的移動狀態而改變。如果無線電波碰到的物體的位置是固定的，那麼反射波的頻率和發射波的頻率應該相等。如果物體朝著發射的方向移動，則反射回來的波會被壓縮，就是說反射波的頻率會增加；反之反射回來的波的頻率會隨之減小。

根據多普勒原理設計的微波探測器由FET介質DRO微波震盪源（10.525GHz）、功率分配器、發射天線、接收天線、混頻器、檢波器等電路組成（圖2）。發射天線向外定向發射微波，遇到物體時被反射，反射波被接收天線接收，然後到混合器與振蕩波混合，混合、檢波後的低頻信號反應了物體移動的速度

微波應範圍圖

採用10.525GHz的微波與採用較低頻段波相比有以下優點：

1.微波天線發射時具有良好的定向性，因此很容易控制微波探頭的作用範圍。

2.微波在傳輸過程中較易被衰減、吸收和反射，遇到牆壁等遮擋物時會被遮擋，因此牆壁等遮擋物外的物體對其乾擾很小。

供電：給HB100供電有連續直流供電（CW）模式和脈動供電（PW）模式兩種：HB100適應電壓範圍為5V±5％。在連續直流供電（CW）模式下工作時典型電流為35mA（典型值）。在低佔空比脈衝供電(PW)模式下工作時，推薦給HB100提供5V、脈衝的寬度在5μs～30μs之間（典型值為20μs）、頻率為2～4kHz（典型值為2.0kHz）的脈衝供電。 3～10％的佔空比脈衝供電時平均電流為1.2mA～4mA。

脈衝供電電壓必須在4.75V～5.25V之間，脈沖頂端的平坦度會影響HB100的探測能力。電源電壓超過5.25V時，它的可靠性會降低，並可能導致標稱頻率外的射頻輸出和該電路永久性損壞。

射頻輸出：在所有推薦工作模式下，HB100的射頻功率輸出是非常低的，均在對人體構不成任何危害的安全範圍內工作。在連續直流供電（CW）模式下工作時，總輸出功率小於15mW。輸出功率密度在5mm處為1mW/cm2，1m處為0.72μW/cm2。當在5％佔空比的脈衝供電模式工作時，功率密度分別減少到50μW/cm2和0.036μW/cm2。

IF輸出：當物體在HB100的有效探測範圍內以1m/s的速度相對於HB100的天線面（非鋁質屏蔽罩的那一面為天線面）做徑向移動時，HB100的IF輸出為72Hz/ s，IF的脈動輸出頻率與物體相對徑向移動速度成近似線性關係。 IF的輸出幅度與物體的大小、距離有關，當一個體重70kg、身高170cm的測試者在距離HB100 1m處以1m/s的速度相對於HB100做徑向移動時，IF的輸出為5mV、72Hz/s脈動信號，IF的輸出幅度與距離的平方成近似反比關係。

注意：

1.探測範圍取決於目標的反射度和大小以及信噪比。

2.10.525GHz下的多普勒速度為31Hz/m.p.h

3.安裝模塊必須使其天線面（非鋁質屏蔽罩的那一面為天線面）向著被檢測區域，用戶也可以自行調整方向，以達到最佳的覆蓋區域.

簡單故障判斷：HB100的IF輸出在焊接的時候很容易被擊穿，用萬用表的二極管檔測量IF對GND和GND對IF的壓降，正常時（VIF-GNDVGND-IF）分別均在0.25V左右。

應用實例二：火車自動信號機開關電路

作用距離：1－9米連續可調。這種電路的抗干擾能力更強，調整範圍更大，可以應用於野外和條件較為惡劣的場所使用。

原理簡述：上圖是一個完整的應用電路，U3D（LM339）及周圍相關元件組成2kHz 低佔空比振盪器，P1，P2 提供脈動電源和選通。 E9為採用保持電容，反應物體移動的低頻信號經過LM324 A、B 及周圍元件組成的低通放大電路放大後，到由LM324 C 及周圍相關元件組成的比較器。 C9-C12,R32-R35組成的低通濾波網絡慮除工頻干擾信號。由U3A組成的延時電路保證了發現物體移動後電路有相當時間的穩定輸出。由U1A及相關元件組成的第一級放大電路，其增益A1A≈R30/R31=375/473=78.7；第二級放大器由U1B及相關電路組成，放大增益A1B≈R36/(R35+R34)= 475/943=50；兩級放大的增益為A=78.7×50＝3935，即為36db。由U1C及R39、R40、P2、E12組成的電壓比較器，把前級放大的信號變換成脈衝信號，再由U3A及相關元件組成的延時電路延時輸出。

調整P2可以改變探測距離的大小，改變R41、E13、R42的大小可以調整輸出時間的長短。