[发明专利]使用微波雷达芯片组的近场微波传感信号处理装置及方法

说明书

一种使用微波雷达芯片组的近场微波传感信号处理装置及方法。该装置包括：安装在单一印刷电路板上的雷达芯片组，其被配置为产生需求的波形，发射和接收微波信号，正交混频得到中频信号，滤波，放大，数字化中频信号；微波发射探头在被测物目标区域的近场中发射微波信号，微波检测探头接收反射或透射近场微波信号；传感器电路处理雷达芯片组输出的微波信号并输入传感器探头，将传感器探头接收的近场微波信号输入雷达芯片组；处理器系统管理雷达芯片组，控制测量过程，从中频信号及传感器探头位置计算被测物目标区域绝对位置或介电特性。实现微波雷达芯片组的近场微波传感应用，传感信号处理装置集成度更高，功耗更低，重量更轻，性价比更高。

技术领域

本发明总体涉及电子系统和方法，并且在特定实施方式中，涉及使用微波雷达芯片组进行近场微波检测。

背景技术

微波雷达广泛用于汽车及工业等领域可靠地检测目标对象的有无，移动，方向，距离及速度等。微波雷达较基于超声波，红外或激光的传感器有独特的优势。例如更能减轻环境湿度，灰尘及温度等对测试结果的影响。

微波雷达芯片组被用于实现小型印刷电路板上的多频道雷达系统。微波雷达芯片组用半导体工艺集成了若干微波产生，发射和接收对应的整个微波收发模块以及基带模拟电路模块。微波收发模块包括低相位噪声微波信号源，功率放大器，低噪声放大器，乘法器等。基带模拟电路模块包括中频（IF）滤波器及模数转换等。进一步，微波雷达芯片组可以集成数字信号处理器（DSP）或微控制器（MCU）等，提供各种存储接口或系统外设接口等。系统外设接口包括：用于调试数据的串行低压差分信号接口(LVDS)，集成电路间接口（I2C），串行外设接口（SPI），通用串行数据总线接口（UART）, 通用输入/输出端口（GPIO），CAN总线接口，CAN-FD总线接口和USB接口等。

主流微波雷达芯片组的工作频率在24GHz，60GHz或77GHz附近。这些量产的雷达芯片需要通过严格的AEC-Q100可靠性标准及汽车功能安全标准ISO 26262第三方机构认证。

在传统的汽车及工业等领域的应用中，微波雷达芯片组外接天线模块，被测物位于天线的远场，检测工作范围远远大于探测微波信号波长。远场微波雷达的传感测量原理为：电磁波以光速传播，目标对象相对雷达传感器的距离决定了发射与接收到微波信号的时间差，进一步导致反射微波与发射微波的频率差；目标对象相对雷达传感器运动会产生多普勒频移；多个微波接收端口（Rx）被用来接收同一目标对象反射的微波，不同的接收端口有不同的发射与反射信号的时间差，通过评估多个接收端口之间的相位差来计算目标对象的角度信息。微波雷达芯片组集成的微波波形发生器生成微波连续波（CW）或调频连续波（FMCW）或频移键控（FSK）信号或其它更为复杂的调制信号；功率放大后，通过微波发送端口（Tx）及外接天线模块发射微波；目标对象反射微波回微波接收端口（Rx），低噪放大，将本振和反射微波进行混频，产生中频（IF）信号；对中频信号进行滤波及模数转换；对数字化后的信号进行快速傅立叶变换（FFT），确定探测目标的位置，速度和角度等信息。微波雷达可以采用多频道结构，多路输入多路输出(MIMO)雷达架构完成更复杂和精确的测量工作。

近场微波传感装置至少包括位置调整装置及近场微波传感信号处理装置。位置调整装置调整微波发射探头至被测物目标区域的近场范围内，微波信号通过传感器探头照射被测物目标区域，近场微波信号带有被测物目标区域绝对位置及被测物目标区域介电特性信息。高品质因子的微波谐振器被用于提高近场微波传感的信噪比。在近场微波测量中，传感器探头相对被测物目标区域的距离可以远远小于探测微波信号波长。近场微波传感装置测试的绝对位置精度可以小于微米，远远小于探测微波信号波长。进一步，近场微波传感装置可以不接触，无损，定量测试被测物目标区域的介电特性。介电特性与材料和温度等因素有关。

发明内容