【正文】 39。:單位為 dbm)。 計算方法 一般來講，在工程中， dB 和 dB 之間只有加減，沒有乘除。而用得最 多的是減法： dBm 減 dBm 實際上是兩個功率相除，信號功率和噪聲功率相除就是信噪比 （ SNR） 。 dBm 加 dBm 實際上是兩個功率相乘，這個已經(jīng)不多見（我只知道在功率譜卷積計算中有這樣的應(yīng)用）。 dBm 乘 dBm 是什么， 1mW 的 1mW 次方？除了同學(xué)們老給我寫這樣幾乎可以和歌德巴赫猜想并駕齊驅(qū)的表達(dá)式外，我活了這么多年也沒見過哪個工程領(lǐng)域玩這個。 dB 是功率增益的單位，表示一個相對值。當(dāng)計算 A 的功率相比于 B 大或小多少個 dB 時，可按公式 10 lg A/B 計算。例如： A 功率比 B 功率大一倍，那么 10l gP30dB mP39。 ?? 。也就是說， A的功率比 B的功率大 3dB；如果 A的功率為 46dBm，B 的功率為 40dBm，則可以說， A 比 B 大 6dB；如果 A 天線為 12dBd， B 天線為實驗對象 無 書包 鐵片 吸波材料 紙板 所測數(shù)據(jù) 17 14dBd，可以說 A 比 B 小 2dB。 dBm 是一個表示功率絕對值的單位，計算公式為 ： 10lg 功率值 /1mW。例如：如果發(fā)射功率為 1mW，按 dBm 單位進(jìn)行折算后的值應(yīng)為： 0dB m 1m W / 1m W lg 10 ?；對于 40W 的功率 ,則 46d B m)lg( 40W / 1mW 10 ?。 實驗數(shù)據(jù)的比較 從上面的數(shù)據(jù)里面可以看出，書包與紙板這兩樣實驗材料的數(shù)據(jù)相對沒有實物時，是幾乎沒有變化的，這就表示書包和紙板對微波穿透性的影響可以忽略不計，而實驗中選擇書包則是將其模擬人體衣物，這就對我們進(jìn)行非接觸式人體生命體征探測有了更顯著的幫助。 吸波材料顯示的數(shù)據(jù)是 ，與無材料時的數(shù)據(jù) 相比有了明顯的衰減，從而顯著的展現(xiàn)出吸波材料對微波穿透的影響。 最后的鐵片實驗，從其數(shù)據(jù)可以看出對微波影 響最大，根據(jù) dBm 的計算方法可以算出其衰減為 ()()=。 根據(jù)以上數(shù)據(jù)的對比，我們可以按照這些不同的變化，從而依靠微波穿透檢測出不同物體，這對我們在進(jìn)行探測時起到一個很重要的幫助。 本章小結(jié) 這一小章主要介紹了微波的一些相關(guān)特性和應(yīng)用，其中微波的穿透性就是主要的研究對象。所以對微波的穿透進(jìn)行了更深一步的探究，并且做了相關(guān)的記錄，例如實驗過程中頻譜儀所顯示出來的波形圖 ,以及不同材料所產(chǎn)生的波形圖之間的差別，從而了解到不一樣的材料對微波穿透的不同影響。這樣才 方便我們對微波在非接觸方面的探究起到更好的效果。 18 19 第 4章 系統(tǒng)集成 在有了前面幾章的研究和準(zhǔn)備工作，我們總算是初步完成了實驗最終所需實物的系統(tǒng)集成。而下圖就是最終實物的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖。 圖 15 實物內(nèi)部圖 如下圖則是集成電路板： 圖 16 集成電路板 20 微波雷達(dá)前端 微波雷達(dá)前端其實是微波傳感器模塊 HB100，這是該系統(tǒng)集成最很重要的部分。下面將具體介紹一下微波傳感器模塊 HB100，以及其一些重要的說明。首先是其實物展示以及它的原理圖。 圖 17 實物模板 圖 18 模板概念圖 從圖 18 中可以知道，在信號輸出端（ IF）有三種型號的信號輸出 多譜勒移位 （ Doppler Shift） —— 當(dāng)物體在覆蓋面積上面移動時，在信號的輸出（ IF） 端就會有多譜勒信號輸出，它的輸出強(qiáng)度和發(fā)射能量的反射強(qiáng)度有關(guān)，一般在微伏級， 因此要一個高增益的低頻放大器來處理這個信號，使得它能夠用處理器來進(jìn)行處理。 多譜勒信號的頻率與物體運(yùn)動和速度成正比 。人類走動的多譜勒信號頻率一般處在 100HZ 以下。 噪音信號 —— 組件內(nèi)部及環(huán)保所產(chǎn)生的噪音，尤 其照明燈（其主本在 100/120HZ） 非常接近，人類移動所產(chǎn)生的多譜勒信號頻率。 直流信號 （ DC Levd） —— 大概電壓在 伏之間的直流信號存在于 IF 輸出端 , 它的極性可以正的也可以是負(fù)的 .故建議用交流吻合方法連接信號輸出 (IF)和低 頻放大器之間 . 關(guān)于 HB100 微波模塊簡介 HB100 微波移動傳感器是 X 波段移動傳感多譜勒模塊，其由多普勒效應(yīng)收發(fā)機(jī)模塊利用 DRO（介質(zhì)諧振振蕩器）技術(shù)和微帶接插天線實現(xiàn)了低電流消耗、高溫穩(wěn)定性、高靈敏度和扁平外形，是理想的低成本移動檢測器。其基波振 動是由 GAS FET 介質(zhì)，諧振振動器（ DRO）不會產(chǎn)生輻射諧波。 模塊采用表面安裝組件，體積小，可靠性高，通常用于防盜系統(tǒng)與自動門控制中， 21 本模塊與紅外傳感器組成比檢測，可以有效地減少誤報 . 性能 應(yīng)用 低電流消耗 微波紅外移動檢測器 其波式脈沖工作 自動門控制器 長檢測距離 燈光控制開關(guān) 速度測量 多譜勒等式 sq2v( F t/c )C oFd ? 這里 Fd = 多譜勒頻率 V =目標(biāo)速度 Ft =發(fā)射頻率 C =光速（ 3*10 米 /秒） Q=物體移動方向與使感器生標(biāo)之間的角度。 例如：如果物體直朝向 ACD2400050，移動。 )10 .52 5GH E(F t ? ? (千米 /小時 ) 圖 19 原理框圖 多普勒效應(yīng)簡介 多普勒效應(yīng)是當(dāng)波源和觀察者存在相對運(yùn)動時，觀察者接受到波的頻率與波源發(fā)出的頻率并不相同的現(xiàn)象。物體輻射的波長依據(jù)光源和觀測者的相對運(yùn)動發(fā)生變化，在運(yùn)動的波源前面波被壓縮，波長變短，從而頻率變高 ，在運(yùn)動的波源后面，則會發(fā) 生相反的效應(yīng)，波長變長， 頻率 變低 ，從而 波源 速度方面看就會變 22 高，產(chǎn)生的效應(yīng)也會越大，依據(jù)光波紅移和藍(lán)移的程度，能夠計算出波源循著觀查方向運(yùn)動時的速度，恒星的 光譜線 位移表示的就是恒星循著觀測方向上的運(yùn)動速度，這種現(xiàn)象被稱作是多普勒效應(yīng)。 23 多 普勒效應(yīng)原理 多普勒效應(yīng)提出，波在波源向觀測者移動時的接收頻率變高，波源遠(yuǎn)離觀測者的時候接收頻率就會變低。觀測者移動時能得到的結(jié)論是一樣的。但由于實驗設(shè)備缺少的緣故，多普勒當(dāng)時沒能用實驗驗證，幾年之后有人請一隊小號手在平板車上演奏，再讓訓(xùn)練有素的音樂家用耳朵來對音調(diào)的變化進(jìn)行辨別，從而驗證該效應(yīng)。假設(shè)波源的波長為 ? ，波速為 c，觀察者移動速度為 v ： 當(dāng)觀察者靠近波源，觀測到波源頻率為 ?/)(cv ，如果當(dāng)觀察者遠(yuǎn)離波源的時候，就會發(fā)現(xiàn)波源頻率是 ?/)( vc? ?；疖嚨钠崖暰褪呛芎玫睦樱?dāng)火車離觀察者越來越近的時候，汽鳴聲比平常更加刺耳。相同的情況還有：賽車發(fā)動機(jī)聲和警車警報聲。 假如將 聲波 視作有規(guī)律間隔發(fā)射的脈沖，可以想象如果你每走一步，便發(fā)射了一個脈沖，那么你之前的每個脈沖都會比你不動的時候更接近自己。但你后面的聲源就要比原先不動時遠(yuǎn)了一步。也可以這樣理解 ,你之前的脈沖頻率比平常變高了，但 在你之后 的脈沖頻率則低于平常。 多普勒效應(yīng)除了在聲波中適用，其他類型的波都適用，包括 電 磁波 ?？茖W(xué)家愛德文哈勃 （ Edwin Hubble）發(fā)現(xiàn)遠(yuǎn)離銀河系的天體發(fā)射的光線頻率變低，即紅移 ，天體遠(yuǎn)離銀河系的速度越快則紅移越大，這就表明天體在遠(yuǎn)離銀河系。 愛德文哈勃 就是靠多普勒效應(yīng)得出了宇宙膨脹的結(jié)論。與之相反，假如天體向銀河 系移動，那么光線就會發(fā)生 藍(lán)移 。 移動通信中，當(dāng)移動臺向基站靠近時，頻率就會變高，遠(yuǎn)離基站時，頻率就會變低，因此移動通信中要充分考慮多普勒效應(yīng)。由于日常生活中，我們移動速度的局限性，不可能帶來很大的頻率偏移，但是卻不能否認(rèn)這會給移動通信帶來影響，為了避免其會造成我們通信中的問題，我們就得在技術(shù)上實現(xiàn)突破。單色情況下，人眼感知的顏色可用光波振動的頻率來解釋，也能解釋為 1秒鐘內(nèi)電磁場交替變化的次數(shù)。在可見范圍內(nèi)，此效率越低則越 趨于紅色，頻率越高則趨于藍(lán)色 —— 紫色。假如波源固定不動，不運(yùn)動的接收者接收到的波的振動與波源發(fā)射的波的節(jié)奏就是一樣的：發(fā)射頻率等于接收頻率。假如波源和接收者相對是移動的，情況就不相同了。相對接收的人來說，波源產(chǎn)生的兩個波峰間的距離變長了，所以兩上波峰到達(dá)接收者的所用時間也就變長了。同理，到達(dá)接收的人時頻率降低，所感知的顏色向紅色方向移動（如果波源向接收的人靠近，情況就是相反的）。 多普勒效應(yīng)的分類與應(yīng)用 ① 機(jī)械波 機(jī)械波的多普勒效應(yīng)有兩類 ： ，觀察者相對于介質(zhì)運(yùn)動； ，觀察者相對于波源不運(yùn)動； 3，波源與觀察者相對同時運(yùn)動。 24 ② 沖擊波 沖擊波指的是飛機(jī)，炮彈等以超音速飛行時在空中產(chǎn)生的沖擊波。當(dāng)過強(qiáng)的沖擊波使掠過的地區(qū)物體遭到破壞時，這種現(xiàn)象稱為聲爆。 ③ 電磁波 多普勒 1842 年首先在聲學(xué)上面發(fā)現(xiàn)了多普勒效應(yīng)，這一規(guī)律在 1930 年被運(yùn)用到了電磁波的范圍。但是電磁波在 1938 年的時候才被證實其具有多普勒效應(yīng) 。波源與接收器之間相對運(yùn)動時，接收到的頻率與波源振動的頻率不相等，這種現(xiàn)象就是多普勒效應(yīng)含義。 根據(jù)以上實驗原理等完成最后所需實物圖，實物中包含了前面介紹的微波雷達(dá)前端。 圖 20實物組裝形態(tài) 由于實驗器材等存在不易尋找等原因，更為詳細(xì)精密的實物難以實現(xiàn)，本設(shè)計系統(tǒng)集成只能做出如上圖所示，但是其并不影響后面的實驗研究。 25 第 5 章 實驗的研究 實驗研究可以說是該課題很重要的一個環(huán)節(jié)，下面將具體的對其進(jìn)行詳細(xì)的一些講解與分析，只有這樣，才能更加清晰的了解實驗，熟悉其過程，為我們在實際 運(yùn)用中更加增添一份準(zhǔn)確性。 實驗研究平臺設(shè)計 下圖是我為該實驗研究所起草的一份模擬草圖： 圖 21 研究草擬圖 真實實驗場景圖： 圖 22 真實場景實驗測試 26 示波器的介紹 示波器概念 示波器是一種被廣泛運(yùn)用的 電子測量儀器 。它的作用是把