我可以提高带有集成平面贴片天线的 X 波段雷达模块的方向性吗?

电器工程 Arduino 微波 波导 雷达
2022-01-12 11:06:10

提供了很多细节以备不时之需。

我正在继续修补由 Arduino 驱动的远程接近传感器(最终只是一个 ATMEGA* 芯片及其安全伙伴),并且到目前为止已经有了一个相当不错的原型。它像 PIR 模块一样接收运动并发出相同的信号,Arduino 通过 5V 螺线管将其变成机械敲击。PIR 模块不能在绝缘玻璃后面工作(可以预见),使其成为外部单元需要比我目前愿意投资的更多工作(和电池的电源管理)。

为了简化事情,我决定尝试使用 x 波段雷达模块,这样我就可以将这些装置放在室内并避免防风雨。将微波设备穿过砖墙以检测运动的吸引力非常强大。:-) 我正在使用这个视差模块数据表)。

问题是除了天线侧的任何东西之外,该装置还在它后面拾取运动,即使灵敏度电位器一直设置得很低。查看数据表(并查看代表其领域的图形 - 不知道术语),这似乎是预期的行为。但是,我想将它聚焦成一个前向光束(相对于设备),这样我就可以将它瞄准外面。

我知道我需要某种波导,但每次用金属(铝箔、切好的可乐罐和我用吊扇替换的 1950 年代锥形吊灯)阻挡其背面的尝试都失败了。模块不断地在它后面拾取运动。我什至将整个东西装在一个铝制项目外壳中,只是为了验证我实际上可以把它弄瞎。无论如何,它似乎以某种方式直接穿过外壳并拾取运动。这是出乎意料的。我怀疑有干扰,但检测仅与实际运动一致。

那么:什么是好的波导?你们将如何解决将脉冲多普勒雷达聚焦到相当窄的波束以进行运动检测的问题?感谢您提供的任何见解。我很高兴能更具体或澄清上述任何内容。

注意: 我确信这个主题可能更具体,但这是我的第一个电子项目,我宁愿含糊其辞,也不愿混淆不正确。:-}

干扰附录:

  • 我仍然不相信没有发生某种干扰。因为我还没有示波器,所以我不确定如何测试这个理论。

  • 该线程似乎表明我的方法存在缺陷:显然模块的状态应该从具有噪声和时间阈值的模拟引脚读取。我一直在用数字引脚高/低读它。

2个回答

贴片天线

有问题的天线被称为贴片平面(或平面贴片)天线 - 一种贴片天线,其后面有一个参考平面。你可以在这里看到它(角落附近的四个浅绿色方块)。

在此处输入图像描述

根据数据表,方向性如下所示:

在此处输入图像描述

假设你和它处于同一水平,它的检测能力比它的后面要弱大约 63 倍。如果不在同一级别,则弱250倍以上。

所以......也许你把它安装在高处并向下倾斜。这也将帮助您控制检测范围。

您还应该注意并尽量避免反思。RF 只是 EM(就像光一样),它也会从物体上反弹!...尤其是金属和液体电解溶液(如盐水)。

反射器

波导将无济于事。你需要的是一个反射器。我敢肯定你以前见过卫星天线。这就是它的目的:将后瓣重新聚焦到前向并减少旁瓣(例如提高方向性)。

在此处输入图像描述

设计一个超出了我将在这里回答的范围。如果您选择继续使用反射器方法,请再次提出您更具体的问题,@reference 我,我会更详细地回复。

初始搜索量方法

实际上,我发明了一种雷达架构,专门用于处理这种类型的场景,称为到达角辅助相对干涉测量法 (ARI),并写了几篇关于该主题的学术论文([A][B][C], 等等)。一个完整的实现可能超出您的范围(并且对您的应用程序来说太过分了),但这是基本思想:

在此处输入图像描述

您可以部分重叠多个模块并将它们的检测关联起来以拒绝超出区域的感兴趣目标。您可以通过这种方式创建一个很好的集中检测区域。在 ARI 中,该交叉区域称为初始搜索量 (ISV)。

综上所述...

祝你好运!整洁的项目。

快速说明(感谢@AndrejaKo!):

请注意,如果有人在您之前未发布过的问题中使用 @ 来引用您,您将不会收到通知。更好的选择是将参考放在此处或在聊天中使用 @。

天线本身的后/旁瓣很可能不是问题。主瓣中的任何物体也可以反射/散射微波能量,将其重定向到天线后面的区域(然后再返回)。

你说你正在通过一堵砖墙发送你的微波炉。砖的介电特性与空气有很大不同(更不用说墙钉、钉子/螺钉、电线和/或管道等),这种阻抗不连续性反映一些撞击它的能量,就像棱镜的玻璃表面既反射又折射光。