专利名称：运动物体检测装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用来检测一运动物体、特别是用来检测一物体如一人、一车辆、一障碍物、一固定物体等(以下统称为“物体”)是否在运动的运动物体检测装置。
背景技术：
图1示出一运动物体检测装置1的框图。一振荡电路11的输出从一发射天线12向一物体发射，用一接收天线13接收从该物体反射的波；该反射波然后在一接收电路14中与发射波的一部分混合生成一差拍信号。作为检测输出的该差拍信号传到一检测电路，该检测电路输出一运动物体检测信号。
如果该物体在运动，反射波的频率由于多普勒效应发生漂移。当发射波的频率例如为f0时，反射频率为f0+Δ。这里，漂移量Δ由下式计算。
Δ＝反射频率-发射频率＝(2v/c)f0...(1)v运动物体与检测装置之间的相对速度c光速图2示意出一种使用上述运动物体检测装置检测一运动物体的方法的原理。在图2中，xo表示运动物体在t＝0时的位置；当从发射天线12发射的发射波Asin(ω0t)被以速度v接近的运动物体2反射时，反射波为Bsin{ω0(t-2x/c)}。在这里，x为运动物体2的位置，c为光速。如x＝xo-vt，则反射波为Bsin[ω0{t-2(xo/c-vt/c)}]Bsin{ω0(1+2v/c)t-ω0(2xo/c)}...(2)
图3示意出从运动物体检测装置1发射的波与从物体2反射的波之间的相位关系。如图3所示，当物体静止时，发射波与反射波之间的相位差为物体与运动物体检测装置1之间的距离L的函数。在图3中，(a)示出发射波的波形，(b)示出相位差为0的反射波的波形，(c)示出相位差为90°的反射波的波形。发射波与反射波之间的相位差决定于运动物体检测装置1与物体2之间的距离。
图4A-4C各示出发射波(a)和反射波及其叠加波之间的关系。图4A示出反射波的相位差θ为0时的叠加波(Sab)。图4B示出反射波(c)的相位差为90°时的叠加波(Sac)。图4C示出反射波(d)的相位差为180°时的叠加波(Sad)。
从图4A-4C可看出，只要物体的大小及其表面的材料保持不变(相同)，由发射波与接收波组合而成的叠加波的波形随物体与检测装置之间的距离而变。因此，当物体运动时，叠加波(S)如图5所示变动。当求出叠加波(S)的包络(E)的变化量时，可得到一与物体的相对速度成正比的信号，从而可检测物体是否在运动。
图6示出一根据现有技术的单元件型运动物体检测装置。如图6所示，一振荡器11、一发射天线12、一接收天线13等装在一空腔谐振器16中，通过一形成在该空腔谐振器16的一部分中的开口16-1发射和接收波可获得一运动物体检测信号。
图7示出一根据现有技术的两元件型运动物体检测装置。如图7所示，一振荡器11、一发射天线12、一接收天线13、一耦合器15、一用作检测器的二极管D等等装在一空腔谐振器16中，通过一形成在空腔谐振器16的一部分中的开口16-1发射和接收波可获得一运动物体检测信号。
把一场效应晶体管(FET)如砷化镓场效应晶体管(GaAs FET)或异质结场效应晶体管(HEMT)用作振荡器。
如图所示，现有技术的运动物体检测装置都有两个独立的天线，发射天线12和接收天线13，从用作振荡器的场效应晶体管的漏区或源极提取出一作为检测输出的差拍分量。所有电路元件都装在一电路板上，整个结构装在空腔谐振器16中，两天线位于形成在空腔谐振器的一部分中的开口旁；需要时，可连接一外部天线。
图8为空腔谐振器16、其上装有电路元件如发射天线12和接收天线13的电路板18和外部天线17的配置示意图。电路板18装在空腔谐振器16中以提高天线效率等，空腔谐振器16上形成有开口16-1，使得天线12和13可向外部发射波和从外部接收波。需要时，外部天线17装在空腔谐振器16的开口16-1中。
在上述现有技术的运动物体检测装置中，图6所示单元件型的电路简单，但问题是，如场效应晶体管的放大增益不够大，无法获得满意的接收灵敏度。
另一方面，图7所示的两元件型运动物体检测装置的问题是，由于电路复杂和元件数多，因此成本提高。
在单元件型和两元件型运动物体检测装置中，由于所有电路元件都装在空腔谐振器中，因此当改变运动物体检测区时必须把一天线连接到该开口上，因此问题是，不但成本提高，而且检测器的尺寸也增大。
发明内容
因此，本发明的一个目的是提供一种结构简单、尺寸和成本降低的运动物体检测装置。
按照本发明运动物体检测装置，一从一用作振荡器的场效应晶体管的栅区的振荡输出经一谐振线耦合到一发射-接收天线，在该栅区接收一从该天线发射并作为反射波返回的波，将来自该栅区的由发射波与反射波之间的相位差造成的差拍信号分量输出取作为运动物体检测信号。
该场效应晶体管和谐振线形成在一多层印制板上并装在一空腔谐振器中，该天线设在该多层印制板底面上并由一种三板结构槽口耦合到该谐振线上。
该场效应晶体管使用砷化镓场效应晶体管或异质结场效应晶体管。
按照本发明，由于该运动物体检测装置利用一振荡器和一发射-接收天线构成，因此电路构造可被简化，尺寸和成本可被降低。此外，由于天线可设于空腔谐振器外部，因此提高了天线设计的自由度。因此，即使当运动物体检测区改变时，也无需如现有技术那样在开口上连接一天线。
从结合附图对优选实施例的以下说明中可清楚看出本发明的上述目的和特征，附图中图1为一运动物体检测装置的方框图；图2为示出一种使用该运动物体检测装置检测一运动物体的方法的原理的示意图；图3为示出从该运动物体检测装置发射的波与从一物体反射的波之间的相位关系的示意图；图4A-4C为各示出发射波和反射波及其叠加波之间的关系的示意图；图5为示出叠加波的包络的示意图；图6为示出一现有技术的单元件型运动物体检测装置的示意图；图7为示出一现有技术的两元件型运动物体检测装置的示意图；图8为简示出该运动物体检测装置的结构(配置)的示意图；图9为示出一本发明的运动物体检测装置的主要部分的示意图；图10为示出本发明运动物体检测装置的一个具体结构例的示意图；图11为示出一种三板结构的示意图；以及图12为示出本发明的运动物体检测装置外观的示意图。
具体实施例方式
图9示出根据本发明的运动物体检测装置的主要部分。一场效应晶体管11，如砷化镓场效应晶体管或异质结场效应晶体管，用作一空腔谐振器16中的振荡器，场效应晶体管11的栅区经一谐振线20连接到一个设在空腔谐振器16外部的发射-接收天线19。该场效应晶体管的源极和漏极之一与一电源连接，另一极接地。场效应晶体管11的输出经谐振线20耦合到发射-接收天线19并向外发射；用同一发射-接收天线19接收反射波，并从一连接在天线19与场效应晶体管11之间的节点P取得运动物体检测信号，即检测输出。
通常，场效应晶体管的栅区(栅极)由于其敏感而与外部隔离。相反，本发明利用这一特性实现一种使用简单电路就能检测运动物体的结构。即，从用作振荡器的场效应晶体管11栅区的振荡输出经谐振线20耦合到设在空腔谐振器16外部的发射-接收天线19，反射波被接收并耦合到同一栅区；当来从外部的反射波加到场效应晶体管11上时，产生一等于相位差的差拍信号分量，该分量是在谐振线2上的输出并作为检测输出，即运动物体检测信号。
这一结构可把单个发射-接收天线设置在空腔谐振器16外部，从而可减少电路元件数，使整个尺寸减小。此外，当检测区变动时，只须改变外部天线的形状，无需另外使用外部天线。
图10例示出本发明运动物体检测装置的一种具体结构。在该图中，场效应晶体管11的栅区与谐振线20连接，谐振线20转而槽口耦合(SC)到设在空腔谐振器16外部的发射-接收天线19。场效应晶体管11例如使用异质结场效应晶体管或砷化镓场效应晶体管。场效应晶体管11的漏极和源极之一接地，另一极经一匹配短线21和一电阻R1与一电源Vcc连接。23为高频消除短线。谐振线20经一电容C和一电阻R3接地，并经一电阻R2与该电源连接；从连接在电阻R2与电容C之间的一节点取得检测输出。22为一高频消除短线。除了天线19，这些电路元件都设置在空腔谐振器16内部。
图11例示出一用来槽口耦合谐振线20与发射-接收天线19的三板结构。天线19设置在空腔谐振器16外部并用该三板结构槽口耦合。在图11中，标号19为天线，18-1、18-2和18-3为构成一电路板18的介电芯件，21为其中有一槽口S的接地件，20为谐振线。由于用上述三板结构把天线19槽口耦合到谐振线20上，因此可把天线19设置在空腔谐振器16外部。如图11所示，谐振线20置于电路板18上并装在空腔谐振器16中。另一方面，天线19设在电路板18的底面上并位于空腔谐振器16外部。
在上述检测电路中，使用常规的介电振荡电路增加栅区传输线，槽口S在该分层结构中的位置离开一开口端的距离为所使用频率的波长λ的1/4(λ/4)。这一位置根据电路板的介电常数而变。把一天线19如插接(配接)天线装在电路板的底面上，使其位置与槽口S的中心对准。这可提供天线设计的自由度。
图12示出与图11所示三板结构的插接天线19和电路板18装配在一起的空腔谐振器16的外观。如图12所示，插接天线装在电路板18底面上，电路板18顶面由空腔谐振器16盖住。
权利要求
1.一种运动物体检测装置，其中，一从一用作振荡器的场效应晶体管的栅区的振荡输出经一谐振线耦合到一发射-接收天线，在所述栅区接收一从所述天线发射并作为反射波返回的波，将来自所述栅区的由所述发射波与所述反射波之间的相位差造成的一差拍信号分量输出取作为运动物体检测信号。
2.根据权利要求1所述的运动物体检测装置，其特征在于，所述场效应晶体管和所述谐振线形成在一多层印制板上并装在一空腔谐振器中，所述天线装在所述多层印制板的底面上并用一种三板结构槽口耦合到所述谐振线。
3.根据权利要求1所述的运动物体检测装置，其特征在于，所述场效应晶体管为砷化镓场效应晶体管或异质结场效应晶体管。
4.根据权利要求2所述的运动物体检测装置，其特征在于，所述场效应晶体管为砷化镓场效应晶体管或异质结场效应晶体管。
全文摘要
一种运动物体检测装置，其中，一从一用作振荡器的场效应晶体管的栅区的振荡输出经一谐振线与一发射－接收天线耦合，在所述栅区接收一从所述天线发射并作为反射波返回的波，将来自所述栅区的由所述发射波与所述反射波之间的相位差造成的一差拍信号分量输出取作为运动物体检测信号。
文档编号G01R27/04GK1484041SQ03149820
公开日2004年3月24日 申请日期2003年7月25日 优先权日2002年7月29日
发明者土桥长一郎, 佐佐木羲弘, 白鸟英喜, 喜, 羲弘 申请人:富士通天株式会社, 富士通株式会社
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