深入探讨 移动目标的微波探测技术

3.1、平面微带雷达的微波场强分布
    平面微带传感器天线设计的简易性使得微波场强分布很难规则，安装使用这一类型的探头应给予特别的注意，尽可能避免误报、漏报。
    对于双鉴探头而言，我们希望微波探测范围与红外探测范围尽可能吻合，图3-11A实线区域是微带天线水平方向场强分布，图3-11B实线区域是微带天线垂直方向场强分布。显而易见微波的场强分布与红外探测区域（虚线）有较大出入，由此形成了微波探测可能的误报区域和漏报区域。

    微波对建筑物墙体有穿透能力，泄漏到墙外的微波对设防区域以外的移动目标发生作用时，可能造成隔墙误报，安装这类探头时应认真选择安装位置，避免误报。图3-12是隔墙误报的示意。

3.2、多普勒信号的处理

    微波传感器模块输出的多普勒信号十分微弱，需要放大数千倍才能做进一步的处理。此外，放大的同时还必须使信号通过一个低频带通滤波器，目的是去掉高频和甚低频干扰。

    图3-21示出多普勒信号、带内干扰信号、高频干扰信号、低频干扰信号通过带通滤波器前后的情况。可以看到，高、低频干扰信号受带通滤波器的阻隔不能通过，但放大多普勒信号的同时，频率落在带内的干扰信号也被放大通过。为了分离有用的多普勒信号，决策控制部分通常会加入自适应门限控制算法来切除漏过带通滤波器的干扰信号，这种算法是通过分析信号幅度的大小来区分多普勒信号和干扰信号的。显然，当多普勒信号的幅度不敌干扰信号时，就无法探测到运动目标了。

多普勒信号中干扰成分源自几种可能：
    电源及热电噪音干扰。可以换用低噪元件加以改善，成本因此增加。
    振荡器谐波混频干扰。振荡器品质因素（Q值）不好，会产生较强谐波成分，如果发射天线不做抑制，这些谐波成分相互混频，会在低频段产生虚假多普勒信号。平面微带雷达采用压电陶瓷作为谐振介质，因陶瓷介质对电磁波造成损耗，其Q值不及波导谐振腔振荡器。为了抑制虚假多普勒信号，配合平面微带传感器的工作，低通滤波器低端截止频率会取得高一些，有可能造成缓慢移动目标的漏报。

    设防区域存在规则运动物体（如吊扇）造成的干扰。通常的门限算法对信号的幅值分析很难排除这样的干扰，一种做法是对多普勒信号做进一步的频域分析将干扰区分开来。

    另外，正因为平面微带雷达固有干扰较大，较远回波不能测到，探测距离受到限制。
    
4、波导谐振多普勒雷达(波导谐振雷达)
    波导谐振雷达的原理构成与平面微带雷达相同，但传感器、信号调理、决策控制等部件的技术设计有较大区别。

4.1、波导谐振传感器
    报警器使用的传感器属微功率微波部件，通常采用一体化结构，包含振荡器、发射天线、接收天线、混频器等四部分组成（参考图2-12）。

    作为微功率雷达馈源的核心，微波振荡器多采用耿式振荡器。利用砷化镓耿式二极管在低压电场下的负阻效应，很容易构成将直流电流转换为微波段交变信号的振荡器。这种震荡器的微波输出功率可以做到从几毫瓦到百毫瓦。实用中，数毫瓦的微波功率足可以使探测器的探测距离达十数米，这样微弱的电磁辐射对人和物体不会造成任何伤害，但在文博行业更愿意使用超声雷达，以避免微波对文物微剂量持续辐射造成可能的积累作用伤害文物。

    如果不加约束，耿式二极管工作于脉冲自由震荡方式。为了获得良好的震荡参数，如频率、频率稳定性、功率稳定性、Q值（震荡的简谐性），要对振荡源周边部件做良好设计，特别是谐振体的技术设计至关重要。可以选用的耿式振荡器谐振方式有三种类型。

    波导谐振型（Waveguide），谐振体是金属空腔，腔体尺寸与微波波长相关。波导谐振腔振荡器是各种振荡器中技术指标最理想的。这种波导类型的谐振腔、天线等零件需要用不胀钢精密锻造，再配以镜面碾压工艺，生产、检测成本很高，需要专业厂商提供。

    同轴谐振型（Coaxial），仍然是谐振腔型，但加工工艺会简单些，技术指标较波导谐振型略逊一筹，在报警探测器中未见采用。

    平面微带型（Planar Microstrip），设计原则是低成本条件下的适用性，这类模块的生产成本不到波导谐振型模块的1/40-1/60，但可以满足使用要求不高的场合。平面微带型谐振体是圆柱形压电陶瓷，陶瓷的介质损耗限制了震荡源的技术指标。印板工艺蚀刻的铜箔天线平面排布，电