本發(fā)明屬于感應器、感應裝置領域，涉及一種微波探測器及運用該探測器的運動感應器。

背景技術：

我們通常把用于探測環(huán)境中人或物體的運動的裝置稱為運動感應器，一般的運動感應器都會運用到微波、紅外線或激光技術。其中，微波運動感應器通過傳統(tǒng)的雷達原理進行探測和感應，該雷達原理為多普勒效應，即一個振蕩器從天線中以一定的頻率范圍發(fā)射出微波輻射線形成探測場，微波輻射線會被探測場中的人或物體反射，反射線沿發(fā)射線路徑返回天線，之后通過一個混合器對比發(fā)射線和反射線的頻率變化：如果發(fā)射線和反射線的頻率不一致則說明探測場環(huán)境中存在運動的目標，從而激發(fā)感應器產生感應信號。

微波運動感應器從它第一次面向市場至今的50年來經歷了數個技術發(fā)展階段：

·使用更高的頻率：從70年代使用的X頻帶的9.450GHz至80年代的K頻帶(24.125GHz)，這讓感應器的厚度尺寸從15cm將至10cm；

·90年代使用平板天線取代了喇叭狀天線，使得感應器的厚度尺寸從10cm將至7cm；

·2000年之后使用DRO(介質諧振器振蕩器)收發(fā)器取代了波導收發(fā)器，使得感應器的厚度尺寸進一步由7cm下降至5cm。

然而，即使運用最新的改進技術，感應器的整體厚度均不能小于5cm，這是由于，平板天線發(fā)出的輻射線其中心軸線是垂直于平板天線平面的，同時，探測場——被感應的區(qū)域，如自動門前方區(qū)域——的平均軸線是傾斜的，例如平均軸線與被探測面的垂軸線成30°夾角。為了形成如舉例所 述的30°夾角，目前為止，主流的做法為機械性傾斜整個DRO收發(fā)器組件使其平板天線與被探測面的垂線成60°夾角，因此，感應器需要相應的厚度保證可以裝載DRO組件及一個相應的功能角度。

此外，因為需要通過機械調整形成傾斜角，所以需要避免感應器的探測場收到自動裝置的運動部件影響，例如運動中的自動門門葉，如果被影響就會導致自動門形成開-關-開的自干擾循環(huán)，同時，這種機械調整角度的方式還會增加主探測場與自動門門葉之間的距離，因此需要找到一個折中的解決方法避免在自動門周圍產生一個過大的探測盲區(qū)。

另外，無論是第一代的大尺寸感應器或現(xiàn)在需要機械調整角度的感應器，它只能安裝于自動門門頂框部的前端或是其他可以實現(xiàn)探測感應作用的位置，例如門框頂框下端，由于這種限制，感應器在自動門的頂部會占用非常明顯的位置，顯得異常突出，從而使用戶認為非常不美觀。然而，目前的技術尚不能滿足用戶對于美觀的需求，因此運動感應器還需要進一步改進。

用戶希望感應器越小越好，其最終的安裝位置應當是自動門頂框與自動門門葉之間的夾縫中或是自動門頂框的下沿部分內部，以實現(xiàn)完全的不可視化。

一項最新的發(fā)明(專利號為：EP1134836A2)為自動門，特別是滑動門，提供了一種感應器。該感應器通過改變平板天線的設計產生了一個與天線平面成一定傾角的探測場，這種具有傾角的探測場可以通過調整平板天線中各天線片的相角和功率得以實現(xiàn)。從而避免了必須進行機械調整角度而導致的感應器厚度增加，然而，該專利明確指出了該運動感應器存在另外一種不良結果，即由于會感應到不希望被感應的自動門門葉移動而導致自動門出現(xiàn)開-關-開的自感應循環(huán)。

為了避免上述問題，EP1134836A2專利的發(fā)明人提出了一種解決方案，即使用相互分離的發(fā)射天線和接收天線，兩組天線特性不同且兩組天線的安裝位置相距一定距離。

該專利的圖8為其最佳實施例之一，發(fā)明人闡述該感應器的特征為：發(fā)射天線和接收天線位于基板的左右兩邊呈軸對稱。該最佳實施例所述感應器垂直安裝在自動門頂框背后。盡管該感應器通過使用可以產生傾角的發(fā)射天線使得其厚度變得很薄，但是需要一定的寬度以保證發(fā)射天線和接收天線相互分離，在其所展示的圖片中，根據該感應器常用的已知頻率可以很容易確定它的寬度約為15cm。

綜上所述，目前為止，隨著技術的進步，用戶對于感應器的一部分需求得到了滿足，但是，直到現(xiàn)在，即使運用最新的技術，用戶的最終愿望——一個可以安裝在自動門頂框與自動門門葉之間的夾縫中或是鑲嵌于自動門頂框下沿部分內部的小型感應器——還沒有實現(xiàn)。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種微波探測器，其發(fā)明的目的在于在保證不會出現(xiàn)自感應現(xiàn)象的基礎上盡可能減小探測器的尺寸。

實現(xiàn)發(fā)明的技術方案是：一種微波探測器，其特征在于，所述微波探測器由一個DRO收發(fā)器和一個平板天線構成，其中平板天線由通過微帶線連接的天線片組成，其特征在于，所述平板天線被設計為，所述平板天線被設計為：主探測場中心軸線與平板天線的平板面的垂軸線之間具有傾斜夾角β”以確保主探測場指向自動裝置所需的探測方向，同時，與主探測場指向相反的邊緣探測副場的中心軸線與平板天線的平板面的垂軸線之間具有傾斜夾角不小于75°，并且邊緣探測副場的張角θ”不超過30°，以避免探測到不希望被探測到的自動裝置自身的移動，這樣，即使探測器距離自動裝置很近，探測器也能正常工作。

進一步的，上述設計可以通過改變微帶線的線路設計使得信號到達各個不同天線片的相角及分配給每個天線片的功率不同得以實現(xiàn)。

所述DRO收發(fā)器為標準DRO收發(fā)器，這種標準收發(fā)器的優(yōu)勢在于其使用的功率、頻率、諧波均處于電信部門允許使用的范圍內。

優(yōu)選的，DRO收發(fā)器可以為正方形標準DRO收發(fā)器，其邊長不超過20.2mm。

所述平板天線的天線片被分為2組，其中一組為發(fā)射天線，另一組為接收天線。

進一步的，2組天線片呈軸對稱分布。

進一步的，所述微波探測器的厚度不超過20mm。

優(yōu)選的，微波探測器的厚度可以為6.6mm。

本發(fā)明還提供一種運動感應器，其發(fā)明目的在于為自動裝置，特別是自動門，提供一個可以滿足市場對于尺寸和安裝位置需要的感應器。

實現(xiàn)發(fā)明的技術方案是：一種運動感應器，包括微波探測器和外殼，所述微波探測器由一個DRO收發(fā)器和一個平板天線構成，其中平板天線由通過微帶線連接的天線片組成，所述平板天線被設計為：主探測場中心軸線與平板天線的平板面的垂軸線之間具有傾斜夾角β”以確保主探測場指向自動裝置所需的探測方向，同時，與主探測場指向相反的邊緣探測副場的中心軸線與平板天線的平板面的垂軸線之間具有傾斜夾角不小于75°，并且邊緣探測副場的張角θ”不超過30°。

進一步的，探測器外殼位于天線前端的部分被設計為附加的天線層。

進一步的，感應器的厚度不超過30mm。

優(yōu)選的，感應器的厚度可以為15mm。

優(yōu)選的，所述微波探測器可以在感應器內部傾斜安裝，使其與外殼成一定的夾角。

優(yōu)選的，運用該感應器的自動裝置可以是自動門、自動扶梯、人行運輸帶。

優(yōu)選的，該運動感應器可以安裝于自動裝置的隱蔽位置，如：水平安裝于自動門頂框下端的外側或鑲嵌于自動門頂框下端。

本發(fā)明的優(yōu)點在于：

1.通過平板天線的特殊設計，使它能夠以設計好的角度發(fā)射探測場， 解決了目前技術中必要的天線機械角度調整，克服了感應器尺寸的第一個限制，因此使得感應器的厚度減小。

2.通過平板天線的特殊設計，使它的邊緣探測副場垂直于或近似垂直于自動裝置，如自動門門葉，解決了感應器兩組天線之間必須保持一定間距才能保證正常使用的問題，克服了感應器尺寸的第二個限制，因此使得感應器的寬度減小。

3.本發(fā)明提供了一種改進DRO電路中的天線的方法及感應器，這種改進可以允許收發(fā)器保持最小的尺寸。因為組件是標準的，所以減小尺寸可以降低成本；并且可以確保產品能夠通過電信部門的批準；而且其性能與之前流通的產品相同。

4.調整平板天線設計后的感應器可以發(fā)射一個相比傳統(tǒng)感應器更大范圍的主探測場，減少了探測盲區(qū)。

5.為了達到讓感應器盡可能的微小、緊湊的目標，根據本發(fā)明的另一個目的，其天線被設計為：主探測場的探測方向具有一個給定的角度，使得感應器即使水平安裝于自動門頂框下端也能在門葉前形成一定的探測領域。

附圖說明

圖1為自動門運動感應器3D示意圖；

圖2為傳統(tǒng)的安裝在自動門頂框前部的感應器側視圖；

圖3為傳統(tǒng)的安裝在自動門頂框底部的感應器側視圖；

圖4為安裝于自動門頂框底部的微波感應器輻射方向示意圖；

圖5為邊緣探測副場對比圖；

圖6為門葉運動在邊緣探測副場中的運動矢量分解示意圖；

圖7為本發(fā)明改進平板天線設計電路圖；

圖8為圖7所示改進平板天線的輻射方向示意圖；

圖9為圖7所示天線安裝于自動門頂框下端時的輻射方向示意圖；

圖10為本發(fā)明運動感應器立體圖；

圖11為安裝于門框頂框底部外側的本發(fā)明運動感應器側視圖；

圖12為安裝于門框頂框底外部呈傾斜角的本發(fā)明運動感應器側視圖；

圖13為鑲嵌于門框頂框底部內部的本發(fā)明運動感應器側視圖；

圖14為安裝于門框頂框前部呈傾斜角的本發(fā)明運動感應器示意圖。

具體實施例

為了使本發(fā)明的目的、技術方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結合附圖，對本發(fā)明進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

以自動門的微波運動感應器為例，微波運動感應器的工作原理如圖1所示，其中，感應器1安裝于滑動自動門3的頂框2前端，自動門具有門葉3a和3b，感應器可以產生主探測場4，主探測場4背對自動門且位于自動門前方，探測場4于地面的輻射投影范圍4a為橢圓形。通常來說，4a的寬度W需要寬于自動門3片門葉3a和3b的寬度之和；4a的深度D取決于自動門從接受感應器發(fā)出的指令至完全打開門所需要的時間，通常而言D小于W。

例如，一扇寬度為2m的自動門，4a的寬度W為3m、深度D為1.5米，此時，當感應器1感應到有行人或移動目標5從主探測場4的前邊緣4b進入時，就會想自動門3發(fā)出指令，激發(fā)起打開。深度D是基于行人或移動目標5以普通人行速度——通常為0.7m/s——從主探測場前端邊緣4b走向自動門側4c點時自動門完全打開這一條件計算得到。深度向張角4d對應產生D、寬度向張角4w對應產生W，通常4d小于4w，在本例中，4w＝80°、4d＝34°。

申請人經研究發(fā)現(xiàn)，直至今日，即使使用最新型的DRO收發(fā)器5配合平板天線6依然不能達到希望得到的小型感應器的尺寸要求的原因在于：平板天線發(fā)射的是一個垂直于天線平面的探測場，因此需要將組件(DRO+天線)調整出一定的角度以滿足探測場的需求，因此感應器的厚 度h至少需要包括DRO組件5配合平板天線6的硬件厚度以及必要的角度空間，這就導致了感應器的厚度不能進一步縮小。另外，目前為止，組件都必須內置于外部保護殼中，這就需要在組件和保護殼內壁之間保持一定的距離，以避免內壁產生的干擾波，這也會導致產品最終厚度尺寸增加，并且不能將感應器鑲嵌于頂框2下沿的內部，否則會導致主探測場不能完全展開或距離門葉太遠造成過大的探測盲區(qū)。

圖2所示為一種傳統(tǒng)的安裝于頂框2前端的感應器的主探測場縱斷面示意圖。由圖可知，傳統(tǒng)的感應器由DRO收發(fā)器5和平面天線6組成，其探測場的主軸線7垂直于天線平面。為了可以產生一個位于自動門前方且范圍合適的主探測場，必須調整由DRO和天線構成的探測組件，使其與地面垂線成α夾角，此時，主軸線7與地面垂線之間成β夾角，以2.2m的標準自動門門高為例，此時α≈60°、β＝90°-α≈30°。盡管探測組件的厚度僅為6.6mm，但是，由于傾角α的存在，感應器的高度卻很高，通常感應器的高度不會小于50mm。安裝于自動門頂框前端的感應器會顯得異常突出，會使用戶感到不適，因此，感應器應當越小越不可視化越好，感應器的最佳安裝位置應是頂框底部。

圖3所示為一種安裝于自動滑門頂框底部的微波運動感應器，由于傾角α的存在，感應器的高度依然不能小于50mm，因此，上述例子所述的問題依然存在。此外，這種感應器通常要求自動門頂框d1部分的寬度大于100mm，為了使自動門符合通用標準，d2部分寬度不能太大，一般約為50mm。

雖然EP1134836A2專利提出了解決必須的機械調整角度的方法：通過使用特殊的天線線路設計改進信號到達各個不同天線片的相角及分配給每個天線片不同的功率使得平板天線可以產生一個中心軸線與平板天線平面呈一定夾角的探測場，但是，該感應器會產生自感應，導致自動門出現(xiàn)不能閉合的自感應現(xiàn)象，為了克服自感應現(xiàn)象，該發(fā)明必須將天線分離為發(fā)射端和接收端并相隔一定的距離，根據該感應器常用的已知頻率可以很容易確定它的寬度約為15cm。

為了解決這個問題，理想的解決方法是設計一種沒有副探測場的天線，或者降低副探測場的功率等級至一個非常小的值，或者設計一種副探測場指向背對門葉的方向。上述方法涉及到一個更復雜的天線和DRO電路，這在行業(yè)中并不適用；此外，復雜的天線和DRO電路很難實現(xiàn)感應器的尺寸盡可能小的預期目標以及盡可能使用標準的DRO組件。

經過在一些場所的實地檢測，申請人發(fā)現(xiàn)，當副探測場，即本申請所述邊緣探測副場垂直或準垂直指向門葉時，門葉的運動將不會被探測到，即使感應器緊挨著門葉。

申請人通過研究發(fā)現(xiàn)了產生這一現(xiàn)象的原因：

1.平板天線采用了分離式結構，各組天線由微帶線連接天線片而成，其產生的輻射圖如圖4所示(輻射圖以分貝為刻度)，輻射圖中探測場的主瓣為主探測場10’，其指向背對門葉方向；輻射圖中探測場的側瓣為邊緣探測副場11’，其指向與主探測場10’相反，指向門葉方向。此時，由于邊緣探測副場11’的感應，感應器就會錯誤的感應到移動中的門葉。但是，邊緣探測副場11’獲取的反射能量強度是與目標進入探測場時的截面積成正比的，如圖5所示，感應器位于同一位置時，當邊緣探測副場11’產生的探測場垂直于被探測目標表面時，截面積最小。

2.接收天線只能感應到特殊的指向接收天線的運動分量，由于這種特性，如圖6所示，在自動門關閉過程中，門葉的運動V可以分解為門葉截面的面心與接收天線連線的矢量分量V′以及垂直于該連線的矢量分量，其中，V′＝Vcosδ，當門葉邊緣進入邊緣探測副場中時，會將一部分發(fā)射能量反射至接收天線，于是感應器的控制電路就會收到移動目標發(fā)出的反射波而向感應器發(fā)出信號。這種不希望被接收的信號會導致自動門再次開啟，最終觸發(fā)開-關-開的循環(huán)。但是，當門葉接近關閉時，δ接近90°，這就意味著能被感應到的指向接收天線的分量近似為0。

上述2個因素——最小截面積和最小的運動感應矢量分量——產生的多普勒信號極為微弱，以至于感應器不能產生感應信號。此外，當門葉進入邊 緣探測副場時一般處于自動門關閉的末期，門葉的速度會下降至很低，甚至接近于0，這也會導致不能激發(fā)感應器發(fā)出感應信號。

通過以上研究，申請人發(fā)明了一種改進后的微波探測器，由邊長為20.2mm的正方形標準DRO收發(fā)器和平板天線組成，這種標準收發(fā)器的優(yōu)勢在于其使用的功率、頻率、諧波均處于電信部門允許使用的范圍內。微波探測器的尺寸為25×25×6.6mm，如圖7所示：平板天線6”由通過微帶線9”連接的天線片8”組成，發(fā)射天線片組和接收天線片組關于軸A-A’對稱示。圖8為圖7所示平板天線產生的探測場沿軸A-A’的縱斷面示意圖，如圖所示10”為主探測場，7”為主探測場中心軸線，11”為邊緣探測副場，12”為邊緣探測副場中心軸線，主探測場中心軸線與平板天線的平面垂軸線之間具有傾斜角β”＝30°以確保主探測場指向自動裝置所需探測方向，同時，邊緣探測副場位于輻射圖-23dB處，其中心軸線與平板天線的平面垂軸線之間具有傾斜角以確保邊緣探測副場垂直或近似垂直于自動裝置并盡可能減小邊緣探測副場的張角θ”，此時，θ”＝20°，該微波探測器可以避免探測到不希望被探測到的自動門門葉的移動，這樣，即使探測器安裝于門框頂框背后與門葉之間只有很小的間距，探測器也能正常工作。

圖9為圖7所示微波探測器水平安裝于自動門頂框下端時的輻射場圖。由圖可知，此時其主探測場傾斜指向自動門前方的被探測區(qū)域，同時邊緣探測副場以近似垂直于自動門門葉的角度指向自動門門葉，此時，該微波探測器不會探測到不希望被探測到的自動門門葉的移動，且具有理想的主探測場。

根據本發(fā)明的一個實施例，微波探測器的尺寸為25×25×15mm。

根據本發(fā)明的一個實施例，微波探測器的尺寸為25×25×20mm。

根據本發(fā)明的一個實施例，主探測場中心軸線與平板天線的平面垂軸之間的傾斜角β”＝30°；邊緣探測副場中心軸線與平板天線的平面垂軸之間的傾斜角邊緣探測副場張角θ”＝30°。

同時，申請人為自動裝置，特別是自動門，提供一個如圖10所示的可 以滿足市場對于尺寸和安裝位置需要的感應器。

該運動感應器，包括微波探測器和外殼，所述微波探測器水平安裝于感應器內部，其平板天線6”的電路設計如圖7所示，探測器產生的主探測場與天線平面成一個給定的夾角，同時邊緣探測副場垂直于或近似垂直于門葉平面方向以避免干擾；探測器外殼位于天線前端的部分被設計為附加的天線層。感應器的尺寸為75×50×15mm；該感應器可以運用于自動門、自動扶梯、人行運輸帶。

根據本發(fā)明的一個實施例，該感應器的尺寸為75×50×17mm。

根據本發(fā)明的一個實施例，該感應器的尺寸為75×50×20mm。

根據本發(fā)明的一個實施例，該感應器的尺寸為75×50×30mm。

該感應器可以安裝于自動門、自動扶梯、人行運輸帶的隱蔽位置，如：水平安裝于自動門頂框下端。此時，感應器及探測場的縱斷面示意圖如圖11所示，其中主探測場中心軸線與平板天線的平面垂軸之間的傾斜角β”＝30°；邊緣探測副場中心軸線與平板天線的平面垂軸之間的傾斜角探測器不會錯誤的感應到自動門門葉的移動，且具有較小的理想尺寸，不易被用戶觀察到。

根據本發(fā)明的一個實施例，如圖12所示，為了擴大探測面積，還可以將微波探測器傾斜安裝于感應器內部。此時，主探測場中心軸線與平板天線的平面垂軸之間的傾斜角β”＝30°+γ；邊緣探測副場中心軸線與平板天線的平面垂軸之間的傾斜角此時，γ每增加5°感應器的高度會增加約1mm，探測場4于地面的輻射投影范圍4a的深度D可以增加30cm。但是，增加傾角也會增加邊緣探測副場探測到自動門門葉移動的可能性，因此，γ不易過大，在本實施例中，γ＝5°，該感應器的尺寸為75×50×16mm。

根據本發(fā)明的一個實施例，將微波探測器傾斜安裝于感應器內部的運動感應器，其γ＝5°，該感應器的尺寸為75×50×20mm。

根據本發(fā)明的一個實施例，將微波探測器傾斜安裝于感應器內部的運動感應器，其γ＝10°，該感應器的尺寸為75×50×17mm。

根據本發(fā)明的一個實施例，將微波探測器傾斜安裝于感應器內部的運動感應器，其γ＝10°，該感應器的尺寸為75×50×30mm。

根據本發(fā)明的一個實施例，微波探測器可以直接鑲嵌安裝于頂框2的內部，如圖13所示，頂框2底部開有凹槽21，微波探測器安裝于凹槽21內部，探測器天線外部覆蓋有保護層22，保護層22底面與頂框2底部底面近似平行，從而實現(xiàn)了感應器的完全不可視化。

根據本發(fā)明的一個實施例，感應器可以安裝于頂框2的前端，如圖14所示，由于微波探測器主探測場中心軸線與平板天線的平面垂軸之間具有傾斜角β”，因此探測器的傾斜角α可以相應減少2β”，因此，相比傳統(tǒng)的感應器，本發(fā)明的感應器高度可以明顯降低。

應該注意到并理解，在不脫離本發(fā)明權利要求所要求的精神和范圍的情況下，能夠對上述詳細描述的本發(fā)明做出各種修改和改進。因此，要求保護的技術方案的范圍不受所給出的任何特定示范教導的限制。