阅读说明：本技术 一种基于fbar振荡器的微波传感器 (Microwave sensor based on FBAR oscillator ) 是由 尹汐漾 霍新平 何婉婧 于 2020-07-10 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种基于FBAR振荡器的微波传感器,包括信号收发单元、混频器单元和基于FBAR谐振器的振荡器单元；所述振荡器单元,用于产生单频点信号,并分别传输给信号收发单元和混频器单元；所述信号收发单元,将来自振荡器单元的信号对外发送,并接收检测对象的反射信号,传输给混频器单元；所述混频器单元,将来自振荡器单元和信号收发单元的信号进行混频后对外输出；所述振荡器单元包括FBAR谐振器U1、三级管Q1、电感L1、第一电阻R1~第六电阻R6,以及第一电容C1~第三电容C3。本发明提供了一种基于FBAR振荡器的微波传感器,具有高Q值,高精度等优势。(The invention discloses a microwave sensor based on an FBAR (film bulk acoustic resonator), which comprises a signal transceiving unit, a mixer unit and an oscillator unit based on the FBAR; the oscillator unit is used for generating single-frequency point signals and respectively transmitting the single-frequency point signals to the signal transceiving unit and the mixer unit; the signal receiving and transmitting unit is used for sending a signal from the oscillator unit to the outside, receiving a reflected signal of a detection object and transmitting the reflected signal to the mixer unit; the mixer unit is used for mixing the signals from the oscillator unit and the signal transceiving unit and then outputting the mixed signals to the outside; the oscillator unit comprises an FBAR resonator U1, a triode Q1, an inductor L1, first to sixth resistors R1 to R6 and first to third capacitors C1 to C3. The invention provides a microwave sensor based on an FBAR oscillator, which has the advantages of high Q value, high precision and the like.)

一种基于FBAR振荡器的微波传感器

技术领域

本发明涉及微波技术领域，特别是涉及一种基于FBAR振荡器的微波传感器。

背景技术

随着智能家居在近年来的兴起，越来越多的智能设备进入社会的各个角落。在智能设备的应用中，对移动物体的感应、对物体速度的测量是智能设备应用的重点领域之一（如智能感应灯，多普勒雷达测速等）。对于动目标的测量，目前常使用多普勒雷达来测量动目标的速度，在经过不同的计算可以的到动目标的速度信息。对于目前传统的多普勒雷达传感器，常采用微带振荡器-无源混频器-天线的组合形式来构成传感器前端。通过微带振荡器产生单频点信号，并通过混频器经过天线发射出去。当信号返回时，返回信号与振荡器产生的信号在混频器中进行混频，混频过后产生的中频信号送入后端信号处理部分进行计算，从而得到目标的速度信息。

但是，目前的多普勒雷达传感器中，由于微带线的Q值不高，使用微带线设计的振荡器的相位噪声性能不够好，并且一般采用RC振荡器产生测试所需的信号，并使用RC移相网络做反馈回路，其频率取决于RC的值，由于RC振荡器中电阻和电容离散型较大，同时整个温度和工作电源电压范围内精度较差，其输出误差较大。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于FBAR振荡器的微波传感器，具有高Q值，高精度等优势。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种基于FBAR振荡器的微波传感器，包括信号收发单元、混频器单元和基于FBAR谐振器的振荡器单元；

所述振荡器单元，用于产生单频点信号，并分别传输给信号收发单元和混频器单元；

所述信号收发单元，将来自振荡器单元的信号对外发送，并接收检测对象的反射信号，传输给混频器单元；

所述混频器单元，将来自振荡器单元和信号收发单元的信号进行混频后对外输出；

所述振荡器单元包括：FBAR谐振器U1和三级管Q1；所述FBAR谐振器U1依次通过第四电阻R4和第一电容C1连接到三极管Q1的基极，三极管Q1的集电极通过第三电阻R3连接到VCC供电端口；所述第三电阻R3和VCC供电端口的公共端依次通过第二电阻R2和第一电阻R1接地；所述第一电阻R1和第二电阻R2的公共端连接到三极管Q1的基极；所述三极管Q1的发射极依次通过第六电阻R6和电感L1接地；所述三极管Q1的集电极还连接有接地的第二电容C2，所述三极管Q1的发射极还连接有并联接地的第三电容C3和第五电阻R5，所述三极管Q1的集电极作为振荡器单元的输出端，分别与信号收发单元和混频器单元连接。

优选地，所述信号收发单元为天线单元，所述天线单元可以采用微带天线、偶极子天线、单极子天线和螺旋天线中的一种。

所述混频器单元包括混频器、滤波器和中频信号输出端口，所述混频器的一路输入端与所述振荡器单元的输出端连接，混频器的另一路输入端与信号收发单元的输出端连接，混频器的输出端通过滤波器与所述中频信号输出端口连接。

优选地，所述振荡器单元中，各元件之间的连接通过微带线实现，形成微带振荡器。

本发明的有益效果是：基于FBAR谐振器的高Q值特性，使得振荡器单元（FBAR振荡器）相位噪声低，有效提高了传感器的检测精度，并具有传感器结构简单，便于集成的优势；同时，采用微带天线形成对信号的发射及接收，微带天线具有地剖面，效率高，易加工等优点，使电路能够得到有效的简化。

附图说明

图1为本发明的原理框图；

图2为振荡器单元的电路原理图；

图3为微波传感器的一种实施例示意图；

图4为振荡器单元的谐波频率仿真结果示意图；

图5为振荡器单元的相位噪声仿真结果示意图；

图中，1-混频振荡层，2-金属接地层，3-天线层。

具体实施方式

下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下所述。

如图1所示，一种基于FBAR振荡器的微波传感器，包括信号收发单元、混频器单元和基于FBAR谐振器的振荡器单元；

所述振荡器单元，用于产生单频点信号，并分别传输给信号收发单元和混频器单元；

所述信号收发单元，将来自振荡器单元的信号对外发送，并接收检测对象的反射信号，传输给混频器单元；

所述混频器单元，将来自振荡器单元和信号收发单元的信号进行混频后对外输出；

如图2所示，所述振荡器单元包括：FBAR谐振器U1和三级管Q1；所述FBAR谐振器U1依次通过第四电阻R4和第一电容C1连接到三极管Q1的基极，三极管Q1的集电极通过第三电阻R3连接到VCC供电端口；所述第三电阻R3和VCC供电端口的公共端依次通过第二电阻R2和第一电阻R1接地；所述第一电阻R1和第二电阻R2的公共端连接到三极管Q1的基极；所述三极管Q1的发射极依次通过第六电阻R6和电感L1接地；所述三极管Q1的集电极还连接有接地的第二电容C2，所述三极管Q1的发射极还连接有并联接地的第三电容C3和第五电阻R5，所述三极管Q1的集电极作为振荡器单元的输出端，分别与信号收发单元和混频器单元连接。

所述振荡器单元中，各元件之间的连接通过微带线实现，形成微带电路，整个电路呈负阻振荡器电路，由负阻器件和选频网络组成，分别对应三极管和FBAR谐振器；电阻R1、R2、R3为三极管Q1的偏置电阻，使三极管工作在放大区，三极管采用BFP520，工作点为IC=20mA，VCE=2V，VCC为三极管的供电，供电电压为5V；C1为耦合电容，C2用于消除在射频频率处偏置电路对振荡器的影响，C2采用扇形微带实现。C3,R5,R6,L1组成调节电路，并可以采用微带线实现；通过调节三极管发射极的微带线使三极管工作在不稳定状态，在通过调节三极管基极的微带线的长度，可使三极管与FBAR谐振器的相位之和满足振荡器的相位稳定条件，同时改变振荡器的工作频率。

所述信号收发单元为天线单元，所述天线单元可以采用微带天线、偶极子天线、单极子天线和螺旋天线中的一种。

所述混频器单元包括混频器、滤波器和中频信号输出端口，所述混频器的一路输入端与所述振荡器单元的输出端连接，混频器的另一路输入端与信号收发单元的输出端连接，混频器的输出端通过滤波器与所述中频信号输出端口连接。在本申请的实施例中，所述混频器单元采用微带结构，其中混频器采用混合环二极管混频，具体来说，采用二极管混频器HSMS2862；混频器、滤波器和所述中频输出端口之间通过微带线连接；且滤波器可以采用扇形的微带滤波器，以滤除射频信号对中频的影响。

如图3所示，在一些实施例中，整个微波传感器呈多层一体化结构，包括由上置下的混频振荡层1、金属接地层2和天线层3，多层结构之间可以通过粘接、压合、焊接等常见的方式进行固定；混频振荡层包括介质基板，振荡器单元和混频器单元集成以微带电路的形式集成在所述介质基板的上表面；金属接地层为金属薄片；天线层3包括厚度为1mm的FR4介质板以设置于介质板下表面的辐射贴片，介质板、辐射贴片和所述金属接地层构成了微带天线；并且辐射贴片通过贯穿混频振荡层1、金属接地层2和天线层3和过孔实现与振荡器单元和混频器单元之间的电连接，即实现了微带天线与混频器单元和振荡器单元的连接；在另一些实施例中，微波传感器也可以是分体式结构，利用金属接地层、FR4介质板和辐射贴片以相同的方式形成微带天线，并在另一块介质板上集成所述振荡器单元和混频器单元，通过馈线将微带天线与混频器单元和振荡器单元进行连接。在另一些实施例中，天线也可以是其他形式的天线（如偶极子天线、单极子天线、螺旋天线等），通过金属化通孔与混频器单元和振荡器单元进行电连接。

如图4所示，为本申请中振荡器单元的仿真结果谐波频率表，在基频处频率为6GHz,即该振荡器振荡频率为6GHz，如图5所示，为振荡器单元的相位噪声仿真图，输出信号在100kHz的位置相躁为[email protected]，相位噪声较好，使得传感器检测精度较高。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应该看作是对其他实施例的排除，而可用于其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。