專利名稱：電子助視器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電子助視器，它通過(guò)使用雷達(dá)來(lái)探測(cè)位于與觀察者相隔一段距離處的目標(biāo)而進(jìn)行工作。
雷達(dá)系統(tǒng)因其探測(cè)和跟蹤靜止和移動(dòng)目標(biāo)的能力被熟知，并且在如飛機(jī)和輪船等運(yùn)載工具的導(dǎo)航系統(tǒng)中已獲得廣泛應(yīng)用。但是，這種系統(tǒng)的尺寸，復(fù)雜性和費(fèi)用阻礙了個(gè)人觀察者對(duì)這種系統(tǒng)的小尺寸的應(yīng)用。盡管已經(jīng)開(kāi)發(fā)了較小尺寸的雷達(dá)系統(tǒng)應(yīng)用于在汽車(chē)交通控制中的速度檢測(cè)儀和汽車(chē)接近度檢測(cè)儀，還沒(méi)有這種較小尺寸的雷達(dá)系統(tǒng)，特別是從這種雷達(dá)系統(tǒng)的電源要求來(lái)看，能夠聲稱可以由一個(gè)人輕易攜帶。
在此需要有小尺寸的便攜雷達(dá)系統(tǒng)，它能夠被用于，例如，幫助盲人或部分視力者，通過(guò)給他們提供能夠探測(cè)和跟蹤在他們直接附近范圍內(nèi)的靜止和移動(dòng)物體的裝置，圍繞其所處環(huán)境，充分和方便地引導(dǎo)他們。
根據(jù)本發(fā)明的電子助視器包括適合于被個(gè)人佩戴的小型、便攜式個(gè)人雷達(dá)系統(tǒng)，它的雷達(dá)系統(tǒng)包括一個(gè)以毫米波長(zhǎng)的電磁輻射工作的小型雷達(dá)前端組件，一個(gè)電源，信號(hào)處理裝置和一個(gè)感知輸出裝置。
雷達(dá)前端組件最好適合佩戴于使用者，即使用個(gè)人雷達(dá)系統(tǒng)的人的頭部，因?yàn)檫@樣可以通過(guò)使用者頭部上下左右移動(dòng)為雷達(dá)前端組件提供簡(jiǎn)單的掃描機(jī)制。這樣雷達(dá)前端組件被安裝到兩自由度的自然平臺(tái)上，而且不需要將任何形式的動(dòng)力掃描機(jī)械安裝到組件中以保證設(shè)備完全運(yùn)行。在本發(fā)明的最佳實(shí)施例中，雷達(dá)前端組件制成一副眼鏡的形式，其中雷達(dá)系統(tǒng)的發(fā)射天線與接收天線安裝于眼鏡的各自鏡片單元上且發(fā)射器電路和接收器電路的模擬部分安裝于眼鏡的各邊側(cè)支撐框架上。
根據(jù)本發(fā)明的電子助視器經(jīng)設(shè)計(jì)借助于電磁輻射工作，其波長(zhǎng)位于毫米區(qū)，頻率位于35至220千兆赫(GHz)。本發(fā)明的最佳實(shí)施例采用的工作頻率為94GHz。
電源和信號(hào)處理裝置均安裝于經(jīng)設(shè)計(jì)可以被使用者作帶式組件，胸部組件，或背部組件佩戴的方便部件內(nèi)。
來(lái)自信號(hào)處理裝置的輸出信號(hào)通過(guò)合適的電纜設(shè)備饋入感知輸出裝置，感知輸出裝置將此輸出信號(hào)轉(zhuǎn)換成易于被使用者探測(cè)和理解的感知信號(hào)。
這樣的傳感信號(hào)可被五種人的感覺(jué)，即視覺(jué)、聲覺(jué)、嗅覺(jué)、觸覺(jué)或味覺(jué)之一探測(cè)到。在特別設(shè)計(jì)用來(lái)幫助盲人和部分視力者的本發(fā)明的最佳實(shí)施例中，感知輸出裝置是聲音輸出裝置，直接將聲音信號(hào)傳送到使用者佩戴的耳機(jī)之中。
在本發(fā)明的電子助視器中所用的雷達(dá)系統(tǒng)，通過(guò)選擇所用工作輻射的小波長(zhǎng)和在系統(tǒng)制造時(shí)應(yīng)用小型技術(shù)已經(jīng)減小了體積。因此，微帶技術(shù)被用于生產(chǎn)各種傳輸線和在系統(tǒng)的射頻(RF)和中頻(IF)級(jí)所要求的無(wú)源電子元件，且厚膜復(fù)合技術(shù)被應(yīng)用于生產(chǎn)這種系統(tǒng)的低頻元件。在系統(tǒng)中沒(méi)有采用昂貴加工的元件，如波導(dǎo)。在本發(fā)明的最佳實(shí)施例中，所用雷達(dá)系統(tǒng)為連續(xù)波調(diào)頻類型，它比其它類型的可用雷達(dá)系統(tǒng)如，單脈沖類型的雷達(dá)系統(tǒng)的價(jià)格低。
本發(fā)明的電子助視器的特性是通過(guò)應(yīng)用毫米波長(zhǎng)的工作輻射和微帶制造技術(shù)，可以制造平面相控陣列天線，它具有極窄的波束寬度特性，例如，在94GHz為2度。這樣，電子助視器的使用者能夠掃描特定體積的空間并迅速確定其中任何物體的實(shí)體存在和大小，只要這些物體在雷達(dá)系統(tǒng)的天線中所對(duì)的角不小于2度。這意味著在實(shí)際應(yīng)用中，使用者能夠探測(cè)到在一米距離處小到2.5cm的物體。
此外，本發(fā)明的電子助視器中所用的毫米波長(zhǎng)工作輻射在低可視率的環(huán)境中，如霧，灰塵或煙中，發(fā)生相對(duì)低程度的衰減。因此，例如，94GHz輻射在大霧中的單程衰減大約為3dB/cm，對(duì)于紅外輻射，此衰減大約為100dB/km。使用94GHz輻射對(duì)霧和煙的穿透力明顯優(yōu)于紅外輻射的穿透力。因此，便于攜帶和適合被使用者佩戴的，本發(fā)明的電子助視器，可以被消防人員在濃煙和火焰中工作時(shí)使用，用以探測(cè)被上述濃煙或火焰防礙觀察的物體或障礙物的存在。


圖1為根據(jù)本發(fā)明電子助視器的雷達(dá)系統(tǒng)最佳實(shí)施例的原理電路圖；圖2為一副眼鏡的前視圖，它形成圖1所示雷達(dá)系統(tǒng)的前端組件；圖3為圖2所示眼鏡的左邊框架圖；圖4為圖2所示眼鏡的右邊框架圖；圖5為圖2、3和4所示用戶所戴眼鏡的立體圖；圖6為用于圖1中所示雷達(dá)系統(tǒng)的電路中的微帶傳輸線部分的部分立體圖。
圖7為圖2所示眼鏡中平面相控陣列的設(shè)計(jì)圖；圖8為圖7中所示平面相控陣列7部分的設(shè)計(jì)圖，說(shuō)明了對(duì)于陣列的微帶供給模式；圖9為圖1所示雷達(dá)系統(tǒng)的本地振蕩元件的微帶電路簡(jiǎn)圖。
圖10為圖1所示雷達(dá)系統(tǒng)的諧波混合元件的微帶電路簡(jiǎn)圖。
圖11a為圖1所示雷達(dá)系統(tǒng)的線性鑒頻器設(shè)備的微帶電路簡(jiǎn)圖；圖11b為產(chǎn)生于圖11a所示微帶電路的信號(hào)的圖形表示，圖11c為產(chǎn)生于圖11a所示微帶電路的輸出信號(hào)的圖形表示；圖12a為圖1中所示雷達(dá)系統(tǒng)壓控振蕩元件的設(shè)計(jì)圖；圖12b為圖1中所示雷達(dá)系統(tǒng)的壓控振蕩元件的橫截面圖；圖13a為圖1中所示雷達(dá)系統(tǒng)的射頻復(fù)合環(huán)路混合器元件的微帶電路簡(jiǎn)圖；圖14為圖1中所示雷達(dá)系統(tǒng)的低通濾波器元件的微帶電路簡(jiǎn)圖15為顯示在圖1所示雷達(dá)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的發(fā)送、接收波長(zhǎng)和拍頻簡(jiǎn)圖；圖16為在圖7中所示平面相控陣列中產(chǎn)生的輻射模式的圖形表示；圖17為根據(jù)本發(fā)明的電子助視器的雷達(dá)系統(tǒng)第二實(shí)施例的簡(jiǎn)要框圖；以及圖18為一副眼鏡的前視圖，它形成圖17所示雷達(dá)系統(tǒng)的前端組件。
根據(jù)本發(fā)明的電子助視器的最佳實(shí)施例在圖1至14中給予說(shuō)明，其中電子助視器的雷達(dá)前端組件由置于眼鏡中的天線，接收器和發(fā)射器系統(tǒng)22(下文稱為SMART系統(tǒng)22)構(gòu)成。參考圖1，此圖繪出電子助視器最佳實(shí)施例的SMART系統(tǒng)22及可安裝帶式信號(hào)處理和電源組單元24組成部分簡(jiǎn)圖。SMART系統(tǒng)22包括發(fā)射天線30和接收天線32。發(fā)射天線30通過(guò)微帶傳輸線33連至發(fā)射器閉環(huán)電路的輸出，發(fā)射器閉環(huán)電路包括電控振蕩器34，耦合器36，諧波混合器38，本地振蕩器40，放大器42，線性鑒頻器44和加法放大器46。
在閉環(huán)電路的工作中，本地振蕩器40產(chǎn)生一個(gè)穩(wěn)定本地振蕩器(Lo)頻率信號(hào)，此信號(hào)經(jīng)過(guò)微帶傳輸線39饋入諧波混合器38的一個(gè)輸入。少量射頻(RF)能量通過(guò)耦合器36取自于傳輸線33，并通過(guò)微帶傳輸線37饋入諧波混合器38的第二輸入。諧波混合器38混合來(lái)自于耦合器36的射頻信號(hào)和來(lái)自于本地振蕩器的本地振蕩器頻率信號(hào)以獲得拍頻稱為中頻(IF)，此拍頻經(jīng)微帶傳輸線41饋入中頻放大器42的輸入。元件36、38、40和42形成SMART系統(tǒng)22的部分。
來(lái)自于IF放大器42的輸出信號(hào)經(jīng)輸出線43進(jìn)入位于帶式組件單元24內(nèi)的線性鑒頻器44。鑒頻器44產(chǎn)生一個(gè)輸出電壓信號(hào)，它經(jīng)過(guò)輸出線45進(jìn)入加法放大器46的一個(gè)輸入中。加法放大器45與線性斜波發(fā)生器48也位于帶式組件單元24內(nèi)。線性斜波發(fā)生器48產(chǎn)生鋸齒狀電壓信號(hào)，它經(jīng)輸出線47進(jìn)入加法放大器46的第二輸入中。來(lái)自于加法放大器的輸出信號(hào)經(jīng)輸出線35進(jìn)入到壓控振蕩器34的輸入中。壓控振蕩器34與壓控耿氏(Gunn)二極管共同工作，將在下文參考圖12a和圖12b詳細(xì)說(shuō)明。來(lái)自于加法放大器46的輸出信號(hào)的波形從壓控振蕩器34產(chǎn)生一個(gè)調(diào)頻的輸出信號(hào)，且此調(diào)頻輸出信號(hào)經(jīng)微帶傳輸線30進(jìn)入發(fā)射天線30以形成閉環(huán)。
閉環(huán)發(fā)射器電路應(yīng)用鑒頻器44以提供用來(lái)穩(wěn)定可調(diào)壓控振蕩器34的反饋信號(hào)。壓控振蕩器34有效地鎖定于鑒頻器44的調(diào)諧特性上，如下文根據(jù)圖11b和11c用圖形示出。因?yàn)檎{(diào)諧特性為線性的，壓控振蕩器34將線性調(diào)諧。
本發(fā)明電子助視器的這一最佳實(shí)施例的使用者將在他或她的頭部以一種簡(jiǎn)單方式佩戴SMART系統(tǒng)22如同佩戴一副眼鏡。在電子助視器工作時(shí)，從發(fā)射天線發(fā)射出的雷達(dá)信號(hào)在位于使用者前方的物體上，通過(guò)使用者頭部適當(dāng)?shù)囊苿?dòng)能夠被掃描到，并且任何一個(gè)這樣被掃描到的物體將分散一部分發(fā)射信號(hào)返回到SMART系統(tǒng)22的接收天線32中。由接收天線32接收的返回信號(hào)通過(guò)微帶傳輸線49進(jìn)入射頻復(fù)合環(huán)路混合器52的一個(gè)輸入。與位于發(fā)射器輸出線33鄰近的耦合器50，通過(guò)取出一小部分發(fā)射器信號(hào)并將其通過(guò)微帶傳輸線51饋至復(fù)合環(huán)路混合器52的第二輸入中，作為本地振蕩器。復(fù)合環(huán)路混合器52將在下文參考圖13給以詳細(xì)說(shuō)明。復(fù)合環(huán)路混合器52產(chǎn)生一個(gè)中頻(IF)信號(hào)，它是一個(gè)拍頻，即進(jìn)入到復(fù)合環(huán)路混合器52兩個(gè)輸入的頻率之差。
來(lái)自于復(fù)合環(huán)路混合器52的IF信號(hào)經(jīng)過(guò)微帶傳輸線53進(jìn)入低通濾波器54的輸入，設(shè)計(jì)此低通濾波器僅允許IF信號(hào)通過(guò)，經(jīng)微帶傳輸線55到達(dá)IF放大器56的輸入。IF放大器56產(chǎn)生放大的IF輸出信號(hào)，它經(jīng)過(guò)輸出線57進(jìn)入模數(shù)轉(zhuǎn)器(ADC)58的輸入中。通過(guò)ADC58放大的IF信號(hào)由模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，并且來(lái)自于ADC58的數(shù)字輸出信號(hào)經(jīng)過(guò)輸出線59被送至信號(hào)處理單元60的輸入中。ADC58和信號(hào)處理單元60均位于帶式組件單元24中。
信號(hào)處理單元60計(jì)算由使用者檢測(cè)到的物體的范圍和速度，并且，在這里可能，識(shí)別所述物體。信號(hào)處理單元60包括物體識(shí)別算法以幫助被檢測(cè)物體的識(shí)別，并產(chǎn)生體現(xiàn)所述物體所有檢測(cè)到的特征的音頻輸出信號(hào)，此音頻信號(hào)進(jìn)入連于使用者佩戴的立體聲耳機(jī)的輸出聲頻電纜102中(見(jiàn)圖5)。
現(xiàn)轉(zhuǎn)至圖2、3和4，這些圖說(shuō)明了本發(fā)明最佳實(shí)施例的SMART系統(tǒng)22的要求結(jié)構(gòu)。圖2顯示了SMART系統(tǒng)22的前視圖，從圖中可以看到它包括由具有位于上部、水平橫桿80的框架76支撐的鏡片式單元75。鏡片式單元75由合適的絕緣基片如石英構(gòu)成，橫桿80是一位于金屬底板上合適的絕緣基片(例如鋁)的長(zhǎng)方形條。右側(cè)單元75，如圖2中所示，裝有平面相控陣列78，它形成圖1的發(fā)射天線30，且右側(cè)單元75，如圖2中所示，裝有相同的平面相控陣列90，它形成圖1的接收天線32。橫桿80上裝有圖1所示雷達(dá)系統(tǒng)發(fā)射電路的壓控振蕩器34，耦合器36和微帶傳輸線33、35和37，以及圖1所示雷達(dá)系統(tǒng)接收器電路的耦合器50和微帶傳輸線49。
圖3為SMART系統(tǒng)22的側(cè)視圖，顯示了用于框架76的左側(cè)框架支撐82，此框架支撐82由合適的絕緣材料基片，如鋁，構(gòu)成，置于金屬底板之上?？蚣苤?2上裝有圖1中所示雷達(dá)系統(tǒng)的發(fā)射電路的本地振蕩器40，放大器42和微帶傳輸線35、37、39、41和43。
圖4為SMART系統(tǒng)22的側(cè)視圖，顯示了用于框架76的右側(cè)框架支撐84，此框架支撐84由合適的絕緣材料基片，如鋁，構(gòu)成，置于金屬底板之上。支撐框架84上裝有圖1中所示雷達(dá)系統(tǒng)的接收器電路的復(fù)合環(huán)路混合器52，低通濾波器54，IF放大器56以及微帶傳輸線49、51、53、55和57。
圖5顯示被使用者佩戴時(shí)的SMART系統(tǒng)22，和立體聲耳機(jī)98的左側(cè)部分，從帶式組件(未示出)延伸出的音頻輸出電纜100的一部分，以及電源電纜102的一部分，它從裝于帶式組件內(nèi)的電池組(未示出)給SMART系統(tǒng)22提供直流電源。
圖6為SMART系統(tǒng)中用作傳輸線的部分微帶傳輸線的立體橫截面視圖。由圖6中可以看到，傳輸線包括金屬條狀導(dǎo)體62，它被設(shè)置于由絕緣材料制成的絕緣板狀元件64的上表面上，板狀元件的下表面裝有金屬導(dǎo)電層66。
圖7和8顯示了如圖2中所示在SMART系統(tǒng)22中用作發(fā)射陣列78和接收陣列90的平面相控陣列的細(xì)節(jié)。每一平面相控陣列在一個(gè)沉積于石英基片69的表面上的16×16陣列中包括64個(gè)金屬微帶單元68，石英基片69為陣列形成SMART系統(tǒng)22的各自鏡片式單元75。每一金屬微帶單元68為長(zhǎng)方形，其長(zhǎng)為0.752毫米，寬為0.188毫米。石英基片69的厚度為0.13厘米。如圖7中所示，相鄰微帶單元68之間的水平距離dx是1.063毫米，以及相鄰微帶單元68之間的垂直距離dy是0.3114毫米。
圖8顯示圖7的平面相控系統(tǒng)的6×6陣列部分，用以說(shuō)明直接反饋單元68的最佳網(wǎng)絡(luò)排列，其中單元68通過(guò)一系列交叉高阻線72連接在一起。在SMART系統(tǒng)22工作期間饋入或來(lái)自于陣列的輻射進(jìn)入來(lái)自于公共饋入點(diǎn)74的高阻線72形成的網(wǎng)絡(luò)，公共饋入點(diǎn)經(jīng)石英基片69延伸到一個(gè)置于其上的小型共軸連接器(未示出)。給例如發(fā)射陣列78的單元68供給信號(hào)功率的另一方法是經(jīng)基片69將每一單元68連到一個(gè)并行輸入網(wǎng)上，以此輸出發(fā)射功率經(jīng)過(guò)基片69送至每一單元68。這樣的并行輸入網(wǎng)絡(luò)不如圖8中所示交叉輸入陣列經(jīng)濟(jì)有效。
圖9顯示SMART系統(tǒng)22發(fā)射閉環(huán)電路的本地振蕩器40的電路細(xì)節(jié)。本地振蕩器40的電路元件安裝在一鋁基片上，它具有的相對(duì)絕緣系為9.6，厚度為0.38毫米。電路元件包括絕緣諧振器104，耿氏/雪崩二極管108，和一個(gè)低通濾波器109。絕緣諧振器104為圓柱體、其半徑為1.3345毫米、高度為1.01098毫米，由絕緣系數(shù)為36.5的四鈦化鋇制成。圓柱體諧振器104的諧振頻率是23.25GHz。絕緣諧振器104經(jīng)50歐姆微帶傳輸線106與耿氏/雪崩二極管108相連，絕緣諧振器104與二極管108之間距離為5.0毫米。在SMART系統(tǒng)22工作期間，由于絕緣諧振器在固定頻率23.25千兆赫上振蕩，二極管108是頻率穩(wěn)定的。低通濾波器109位于二極管108和本地振蕩器40的射頻輸出線124之間，直流電源從電源電纜102經(jīng)50歐姆輸出線120進(jìn)入本地振蕩器40。低通濾波器109包括微帶單元110、112、114、116和118的陣列，單元110、114和118是電容元件，其容值分別為0.0976皮法，0.0891皮法和0.0868皮法，單元112和116為電感元件，其值分別為0.4724毫微亨和0.2956毫微亨。連至絕緣諧振器104的微帶傳輸線122耦合到一個(gè)虛員載上。
現(xiàn)轉(zhuǎn)至圖10，此圖顯示SMART系統(tǒng)22的發(fā)射器閉環(huán)電路的諧波混合器38的微帶電路。諧波混合器的電路元件包括一個(gè)射頻帶通濾波器126，兩個(gè)以反并聯(lián)結(jié)構(gòu)排列的梁式引線二極管128，一個(gè)低通濾波器130和一個(gè)中頻濾波器132，全部元件如圖示以串聯(lián)形式連接在一起。濾波器126具有輸入口134，濾波器132具有輸出口138，且在濾波器130和132的連接處具有輸入口136。在SMART系統(tǒng)22的工作期間，來(lái)自于耦合器36(見(jiàn)圖1)的輸出進(jìn)入口134，來(lái)自于本地振蕩器40的輸出進(jìn)入口136，和在諧波混合器38中產(chǎn)生的中頻輸出信號(hào)從口138中輸出。在工作時(shí)，RF帶通濾波器126用于抑制所有在混合器38中產(chǎn)生的高階頻率，和用于排除地振蕩器頻率信號(hào)和中頻信號(hào)的消息。RF帶通濾波器126由0.2574毫米長(zhǎng)的四分之一波長(zhǎng)線構(gòu)成，它能夠有效地在工作中排除本地振蕩器信號(hào)和中頻信號(hào)。低能濾波器30在工作中用來(lái)通過(guò)本地振蕩器頻率信號(hào)，同時(shí)防止射頻信號(hào)到達(dá)本地振蕩器輸入口136。低通濾波器130的截頻為25千兆赫。中頻濾波器132具有與用在本地振蕩器40中的低通濾波器109相同的結(jié)構(gòu)與元件。它在SMART系統(tǒng)22的工作中，被用來(lái)取出在混合器38中產(chǎn)生的中頻信號(hào)，同時(shí)防止本地振蕩器信號(hào)和任何其它不需要的剩余頻率到達(dá)輸出口138。IF濾波器132的截頻為22千兆赫?；旌掀?8被設(shè)計(jì)工作在本地振蕩器信號(hào)的第四諧波上。因此，由于本地振蕩器信號(hào)為23.25千兆赫，其第四諧波為93千兆赫，因?yàn)樯漕l信號(hào)的頻率是94千兆赫。從混合器38出來(lái)的中頻信號(hào)的頻率是1千兆赫。
圖11a顯示SMART系統(tǒng)22的發(fā)射器閉環(huán)電路的線性鑒頻器44的微帶電路。線性鑒頻器44的電路元件包括一個(gè)具有輸入口141的分頻器140，一個(gè)功率分離器142，用于各自諧振器148和150的匹配網(wǎng)絡(luò)144和146，用于各自二極管156和158的匹配網(wǎng)絡(luò)152和154，和一個(gè)輸出口160。因?yàn)長(zhǎng)FD44位于裝在帶式組件內(nèi)的雷達(dá)系統(tǒng)的數(shù)字部分中，將電路元件連接在一起的傳輸線可以不是微帶結(jié)構(gòu)，但可以通過(guò)印制電路板技術(shù)或電線制成。在SMART系統(tǒng)22的工作中，分頻器140將在輸入口141接收到的中頻信號(hào)分頻到適合于數(shù)字式工作的區(qū)域，例如兆赫茲頻率，并將此分頻信號(hào)送至完成信號(hào)的3dB功率分離的功率分離器142中。如此產(chǎn)生的分離信號(hào)分別進(jìn)入用于各自諧振器148和150的匹配網(wǎng)絡(luò)144和146中。在圖11a中所示的諧振器144和146是石英諧振器，但是如果需要，它們可以是調(diào)諧無(wú)源電路，調(diào)諧放大器或空腔諧振器，并且因?yàn)長(zhǎng)FD44位于裝在帶式組件中的雷達(dá)系統(tǒng)的數(shù)字部分內(nèi)，它們也可以是數(shù)字階式濾波器。網(wǎng)絡(luò)144、146、152和154可以是無(wú)源或有源匹配網(wǎng)絡(luò)。一對(duì)匹配二極管156和158以反并聯(lián)結(jié)構(gòu)排列，用在輸出口160產(chǎn)生輸出信號(hào)，現(xiàn)將參照?qǐng)D11b和11c中的圖形給以說(shuō)明。
首先參考圖11b，此圖顯示在輸入口141的RF信號(hào)在頻率區(qū)域掃描到時(shí)，匹配網(wǎng)絡(luò)152和154的輸出204的圖形顯示。由圖可見(jiàn)，輸出204的曲線中包括兩個(gè)最小值，分別用參考數(shù)字210和212表示。最小值210與諧振器148的諧振頻率一致，最小值212與諧振器150的諧振頻率一致。當(dāng)輸出信號(hào)204進(jìn)入一對(duì)二極管156和158時(shí)，通過(guò)此二極管對(duì)與輸出信號(hào)204結(jié)合，在輸出口160產(chǎn)生鑒頻器輸出信號(hào)，此鑒頻器輸出信號(hào)208在圖11c中繪出。由圖11c可知，輸出信號(hào)208的曲線包括一個(gè)最小值214，它與圖11b中所示諧振最小值210一致，和一個(gè)峰值216，它與圖11b所示諧振最小值212一致。
如圖1可見(jiàn)，來(lái)自于LFD44的輸出信號(hào)進(jìn)入加法放大器46的負(fù)輸入口，在此與來(lái)自干線性斜波發(fā)生器48、進(jìn)入加法放大器46的正輸入的鋸齒電壓信號(hào)結(jié)合，產(chǎn)生進(jìn)入壓控振蕩器34的輸入的輸出信號(hào)。
圖12a和12b顯示了壓控振蕩器34的結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)。VCO34的主電路元件包括變?nèi)荻O管162，旁路電容164和耿氏二極管166，全部元件安裝在金屬底座168上。由圖126中可見(jiàn)，耿氏二極管166具有螺紋底，它能夠被安到金屬底座168上的螺紋孔內(nèi)，變?nèi)荻O管162用導(dǎo)線170與耿氏二極管166連接，以及金帶172將耿氏二極管連到兩端轉(zhuǎn)換器174上，它在VCO34中用作阻抗匹配。由圖12a中可見(jiàn)，耿氏偏置線176用來(lái)連至SMART系統(tǒng)22的電源供電纜102，變?nèi)荻O管偏置線178用來(lái)連至加法放大器46(見(jiàn)圖1)的輸出線35。VCO34包括一鋁制絕緣基片材料。
現(xiàn)轉(zhuǎn)至SMART系統(tǒng)22的接收部分，圖13更詳細(xì)地顯示了復(fù)合環(huán)路混合器52的電路配置。環(huán)路混合器52是一具有直流偏置的微帶混合環(huán)路(ratrace)，設(shè)置在厚度為0.38毫米和絕緣系數(shù)為9.6的鋁基片上。環(huán)路混合器52的主要電路元件包括阻抗為70歐姆的環(huán)路180，它具有西格馬口182和西格馬口184，一個(gè)低通濾波器186和一個(gè)偏置網(wǎng)絡(luò)188。在SMART系統(tǒng)22的工作中，由環(huán)路混合器52經(jīng)線路49(見(jiàn)圖1)接收到的射頻信號(hào)經(jīng)西格馬口182進(jìn)入環(huán)路180，在此過(guò)程中要經(jīng)過(guò)低頻部件190，代爾塔口184接收線路51(見(jiàn)圖1)上的本地振蕩器信號(hào)，且此信號(hào)通過(guò)低頻部件192進(jìn)入環(huán)路180。低頻部件190和192用于防止經(jīng)過(guò)口182和184在環(huán)路中缺少中頻或直流偏置。環(huán)路180包括導(dǎo)體棒194和196，每一導(dǎo)體棒的阻抗為50歐姆。偏置網(wǎng)絡(luò)188與導(dǎo)體棒194相連，并且包括二極管198，電容200，電感202，和電容203。直流偏置經(jīng)過(guò)此偏置網(wǎng)絡(luò)188提供給環(huán)路180。導(dǎo)體棒196經(jīng)二極管206接地。
在環(huán)路混合器52中產(chǎn)生的中頻信號(hào)通過(guò)低通濾波器186離開(kāi)混合器，此濾波器的電路結(jié)構(gòu)在圖14中給與詳細(xì)說(shuō)明。由圖14可見(jiàn)，中頻信號(hào)經(jīng)50歐姆輸入線218進(jìn)入低通濾波器186，經(jīng)過(guò)后進(jìn)入一個(gè)包括電容元件220，電感元件222，電容元件224，和電感元件228的電路設(shè)計(jì)中，然后通過(guò)50歐姆輸出線230離開(kāi)。電容元件220，224和228各自容值分別為0.0829PF，0.073PF和0.0734PF，電感元件222和226各自的容值分別為0.416nH和0.2604nH，環(huán)路混合器52的輸出線也包括中頻旁路電容232和輸口234(見(jiàn)圖13)。
本發(fā)明的最佳實(shí)施例的雷達(dá)系統(tǒng)的工作將參考附圖15和16在此詳細(xì)說(shuō)明。
在雷達(dá)系統(tǒng)工作中產(chǎn)生的發(fā)射頻率，接收頻率和中頻在圖15中以圖形示出。在圖15中，載波頻率為f0，時(shí)間為t，最大頻偏為F，調(diào)制周期為T(mén)，發(fā)射信號(hào)到達(dá)物體并返回天線的環(huán)路往返時(shí)間示為τ。信號(hào)用來(lái)經(jīng)過(guò)距離R到達(dá)被測(cè)物體并返回所用的環(huán)路往返時(shí)間τ是2R/C，在此C為光速。
在圖15上部以實(shí)線所示的發(fā)射信號(hào)(Tx)是VCO34通過(guò)將來(lái)自于線性斜波發(fā)生器的鋸齒電壓信號(hào)送入加法放大器(見(jiàn)圖1)的輸入而產(chǎn)生的調(diào)制頻率輸出。在圖15上部以虛線表示的接收信號(hào)(Rx)是通過(guò)環(huán)路往返時(shí)間τ從發(fā)射信號(hào)中分離出來(lái)的。在圖15中部示出的拍頻(B)曲線是圖1所示復(fù)合環(huán)路混合器52的中頻輸出。
標(biāo)為m的發(fā)射信號(hào)的斜率，在系統(tǒng)的工作中是關(guān)鍵的參數(shù)。如果考慮斜波發(fā)射信號(hào)的增加部分，曲線的斜率m可由下述表達(dá)式給出m＝B/Tx與Rx之間位移，但是τ＝Tx與Rx之間位移，因此m＝B/τ(1)斜率m可也由下述表達(dá)式給出m＝F/(T/2)＝2F/T(2)使兩式斜率值相等且求解τ，得到τ＝TB/2F(3)將τ＝2R/C代入方程(3)并求解R，得到R＝TBC/4F(4)此方程表明，若參數(shù)T與F已知，則拍頻B的測(cè)定將使被測(cè)物全的范圍R可知。
影響被測(cè)定的拍頻的兩種情況需要被考慮，第一種情況(情況1)是測(cè)定靜止的物體，第二種情況(情況2)是測(cè)定移動(dòng)的物體。
現(xiàn)在考慮情況1，如果物體靜止，則它在接收信號(hào)中不產(chǎn)生多普勒漂移。因此，拍頻能夠僅從SMART系統(tǒng)的使用者與被測(cè)物體的距離，即Tx與Rx之間的延遲中得到。這樣，這些信號(hào)上升部分的拍頻相等并且與這些信號(hào)下降部分相反。這種情況在圖15中以圖形示出，在情況1中測(cè)定的拍頻將在下文稱為Br。
情況2需要考慮因?yàn)楸粶y(cè)物體移動(dòng)而產(chǎn)生的多普勒頻率Fd。如果被測(cè)物體向SMART系統(tǒng)使用者移動(dòng)，則通過(guò)多普勒頻率Fd被測(cè)拍頻將減小。如果在信號(hào)上升部分測(cè)量的拍頻稱為Bup，那么Bup＝Br-Fd(5)如果在信號(hào)下降部分測(cè)量的拍頻稱為Bdown，那么這個(gè)頻率將由于多卜勒頻率Fd而增加，因此Bdown＝Br+Fd(6)來(lái)自SMART用戶的被測(cè)物體的范圍信息，現(xiàn)在可以通過(guò)在周期內(nèi)平均拍頻來(lái)獲得，即
Br＝(Bup+Bdown)/2(7)與SMART系統(tǒng)使用者有關(guān)的被測(cè)物體速度的信息可以通過(guò)從信號(hào)下降部分的頻差中減去信號(hào)上升部分的頻差來(lái)獲得，即Fd＝(Bdown-Bup)/2(8)在ADC58中將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)后，應(yīng)用數(shù)字技術(shù)可以獲得不同的測(cè)量結(jié)果，然后在信號(hào)處理設(shè)備60(見(jiàn)圖1)中處理數(shù)字信號(hào)，所用信號(hào)處理設(shè)備60可以是任何一種市場(chǎng)上可以買(mǎi)到的信號(hào)處理設(shè)備，它能夠從ADC58的輸出中的數(shù)字信號(hào)獲得所需信息。因此，在此不需要給出數(shù)字信號(hào)處理設(shè)備60的特定電路結(jié)構(gòu)。
用以計(jì)算拍頻的步驟，以及因此SMART系統(tǒng)使用者測(cè)定物體的范圍和速用度將給予描述。如圖15中所示，拍頻信號(hào)被定為矩形波形狀。當(dāng)拍頻斜率為正時(shí)，為零速率被測(cè)量，即每個(gè)調(diào)制周期T過(guò)零速率被計(jì)數(shù)一次。另一種方法是在拍頻斜率為正時(shí)和拍頻斜率為負(fù)時(shí)計(jì)數(shù)過(guò)零速率，即在半個(gè)調(diào)制周期計(jì)數(shù)兩次。這意味著范圍測(cè)量的最大誤差E是拍頻信號(hào)波長(zhǎng)的一半，即E＝C/4F(9)如果最大頻差取作300MHz，那么最大誤差E是25cm。此誤差是頻率計(jì)數(shù)中固有的，被稱為階躍誤差，它可通過(guò)增加F來(lái)減小。
多普勒頻率Fd是一個(gè)載波頻率f0的波長(zhǎng)λ和與SMART系統(tǒng)使用者有關(guān)的被測(cè)物體速度的方程，如下Fd＝2V/λ(10)在方程(4)中以Br替換B，得到R＝TBrC/4F(11)例如，當(dāng)被測(cè)物體位于距SMART系統(tǒng)使用者2米的范圍內(nèi)時(shí)，當(dāng)T＝0.004秒，F(xiàn)＝300MHz且C＝3×1010cm/sec時(shí)，拍頻Br可以直接由方程(11)得到，其值為2KHz。從等式λ0＝C/f0中，載波信號(hào)的波長(zhǎng)λ0為3.19mm。如果被測(cè)物體相對(duì)于SMART系統(tǒng)使用者的速度V是1米/秒，那么這些數(shù)值代到等式(10)中得到多普勒頻率Fd的值為2KHz。當(dāng)中頻信號(hào)在信號(hào)處理單元60混合獲得音頻輸出，Br和Fd均位于SMART系統(tǒng)使用者可檢測(cè)到的音頻區(qū)域的較低部分。
現(xiàn)參考圖16，它顯示圖7中所示平面相控陣列產(chǎn)生的輻射圖形。參考數(shù)字284指示輻射圖形的半功率或3dB點(diǎn)，顯示用于發(fā)射天線30和接天線32的平面相控陣列的波束寬度為1.43度，與細(xì)光束的寬度相似，用來(lái)幫助本發(fā)明SMART系統(tǒng)使用者，在發(fā)射天線30發(fā)出的輻射模式用于掃描使用者面前的環(huán)境時(shí)，快速將一個(gè)物體從其它物體中區(qū)別出來(lái)。
為使等式(3)有效，發(fā)射信號(hào)的斜率m必須是常數(shù)。這就是說(shuō)，對(duì)于恒定斜率m等式(1)等于等式(2)?？烧{(diào)變?nèi)荻O管耿氏振蕩器在可調(diào)斜率中有所變化，它可達(dá)到40％到50％。因此，本發(fā)明SMART系統(tǒng)中可調(diào)振蕩器34為從來(lái)自系統(tǒng)的信息中獲得正確的范圍和速度，必須為穩(wěn)定的。這通過(guò)在圖1中所示包括電路元件34，36，38和40，42，44和46的反饋回路中應(yīng)用反饋和線性鑒頻器44來(lái)完成。
現(xiàn)參考圖11c，尤其是出現(xiàn)在最小值214和峰值216之間的輸出信號(hào)曲線的線性部分，此圖所具有的刻度是，頻率為10MHz/刻度和輸出信號(hào)電壓為5mv/刻度。因此，位于最小值214和峰值216之間的曲線的線性部分具有的斜率為0.5mv/MHz，表示線性鑒頻器44的靈敏度。如果每一匹配網(wǎng)絡(luò)144、146，152和154增益為5，那么從分功率器經(jīng)諧振器148或諧振器150到達(dá)信號(hào)輸出160具有的全部增益為25。這樣給鑒頻器44產(chǎn)生靈敏度為12.5mv/MHz。匹配網(wǎng)絡(luò)144，146，152和154可以由具有必要增益的FETS(場(chǎng)效應(yīng)晶體管)構(gòu)成。
在圖10中所示的副復(fù)合混合器38的轉(zhuǎn)換損耗為20dB。在圖1中的放大器42的增益為43dB，得到全部環(huán)路增益為200，或23dB。加入閉環(huán)增益200的12.5mv/MHz鑒頻器靈敏度在線性度產(chǎn)生0.5％的變化，它足以用來(lái)保證恒定斜率m。偏離線性的變化可以接受的值為1％。
用于本發(fā)明最佳實(shí)施例的SMART系統(tǒng)參數(shù)如下所示發(fā)射功率火災(zāi)SMART系統(tǒng)-1-5毫瓦，盲人或部分視力使用者-1微瓦，載波頻率94GHz。調(diào)制頻率250Hz。最大調(diào)制頻率偏差300MHz。閉環(huán)本地振蕩器頻率 23.25GHz。副諧波(N＝4)混合器轉(zhuǎn)換損耗 20dB。閉環(huán)中頻1GHz。閉環(huán)放大器增益 43dB。線性鑒頻器靈敏度12.5mv/MHz。天線增益16.8dB。天線波束寬(度) 1.428。接收器復(fù)合環(huán)路混合器轉(zhuǎn)換損耗6dB。接收器IF放大器增益 30dB。接收器IF放大器帶寬 250MHz。
根據(jù)本發(fā)明最佳實(shí)施例，具有這些參數(shù)的SMART系統(tǒng)能夠在發(fā)射器功率為1微瓦時(shí)探測(cè)到在87米距離內(nèi)，雷達(dá)橫截面為0.1m2的物體。當(dāng)發(fā)射器功率為1毫瓦時(shí)，同樣的SMART系統(tǒng)能夠在495米距離內(nèi)探測(cè)到上述物體。
毫米波輻射在大霧中的衰減大約為3dB/km，但是在根據(jù)本發(fā)明設(shè)計(jì)由消防人員使用的電子助視器，由于在救火環(huán)境中，由煙和/或灰塵的存在產(chǎn)生附加衰減，最好使用1毫瓦的發(fā)射器功率。根據(jù)本發(fā)明發(fā)射器功率為1毫瓦的電子助視器，能夠不經(jīng)過(guò)功率變換直接被消防人員，使用，以及通過(guò)在SMART系統(tǒng)的發(fā)射器和天線之間插入衰減器被盲人或部分可視者使用。具有3dB衰減的衰減器的插入能夠使SMART系統(tǒng)天線接收到的功率減至1微瓦。
本發(fā)明最佳實(shí)施例的SMART系統(tǒng)發(fā)出的發(fā)射信號(hào)的窄波束寬度意味著，SMART系統(tǒng)使用者能夠在1米范圍內(nèi)探測(cè)到僅為2.5cm寬的物體。因此，SMART系統(tǒng)使用者，通過(guò)其頭部水平和垂直移動(dòng)，以此在兩個(gè)方向掃描周?chē)h(huán)境，能夠探測(cè)到使用者附近的不同物體。
圖17和18披露了根據(jù)本發(fā)明的電子視力設(shè)備的另一實(shí)施例，其中所用雷達(dá)系統(tǒng)為相位比較單脈沖系統(tǒng)。圖17顯示了自由度為1的相位比較單脈沖系統(tǒng)的電路結(jié)構(gòu)，圖18顯示SMART系統(tǒng)的前部視圖，此系統(tǒng)具有形成圖17中所示相位比較單脈沖系統(tǒng)的天線的四個(gè)平面相控陣列300，302，304和306。
現(xiàn)參考圖17，參考數(shù)字308指示用于發(fā)射和接收天線的天線輻射圖形。天線轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)(Tx/Rx開(kāi)關(guān))326耦合至天線，并接收來(lái)自于發(fā)射器324的發(fā)射器信號(hào)。天線轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)326的輸出進(jìn)入混合器322的一個(gè)輸入，混合器322也接收一個(gè)來(lái)自于本地振蕩器316的輸入信號(hào)?；旌掀?22的輸出進(jìn)入中頻放大器320，中頻放大器320產(chǎn)生輸出信號(hào)，它被送入封閉檢測(cè)器318。從被測(cè)物體反射回的信號(hào)由天線接收進(jìn)入混合器310的一個(gè)輸入，混合器310也接收一個(gè)來(lái)自于本地振蕩器的輸入信號(hào)?；旌掀?10的輸出進(jìn)入中頻放大器312，中頻放大器312產(chǎn)生輸出信號(hào)，它進(jìn)入相位檢測(cè)器314的一個(gè)輸入。來(lái)自于放大器320的輸出信號(hào)也進(jìn)入相位檢測(cè)器314的第二輸入。
相位檢測(cè)器314的輸出信號(hào)提供關(guān)于被測(cè)物體的角度誤差信息，同時(shí)封閉檢測(cè)器318的輸出信號(hào)提供關(guān)于距SMART系統(tǒng)使用者被測(cè)物體的范圍信息。
根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的電子助視器能夠提供自由度為2的被測(cè)物體的角度誤差信息，將要求包括進(jìn)一步的相位檢測(cè)器電路，此電路反過(guò)來(lái)與附圖1至16所示本發(fā)明最佳實(shí)施例相比將增加助視器的整體價(jià)格。
在本發(fā)明的最佳實(shí)施例中，雷達(dá)系統(tǒng)被分成兩部分，一部分處理模擬信號(hào)，另一部分處理數(shù)字信號(hào)。處理模擬信號(hào)的部分包括SMART系統(tǒng)22，其全部模擬電路設(shè)備安裝在眼鏡內(nèi)，同時(shí)處理數(shù)字信號(hào)的部分，信號(hào)處理單元24，位于帶式組件之中。在數(shù)字處理單元24中應(yīng)用的數(shù)字電路，由于具有快速上升與下降時(shí)間波形的產(chǎn)生，將在其工作中產(chǎn)生漏輻射。因此，雷達(dá)系統(tǒng)分成模擬和數(shù)字部分的物理分離必須給兩部分提供相互的射頻分離，這是本發(fā)明的這種最佳實(shí)施例的重要的電磁兼容特性。
本發(fā)明最佳實(shí)施例的SMART系統(tǒng)構(gòu)造包括用以支撐系統(tǒng)的天線，電子元件，和傳輸線的各種絕緣基片的使用。任何具有足夠高絕緣系數(shù)和足夠的絕緣強(qiáng)度的絕緣基片可為完成此目的而被應(yīng)用。例如，合適的電絕緣基片可由聚四氟乙烯(絕緣系數(shù)為2.45)，石英(絕緣系數(shù)為4.5)，鋁(絕緣系數(shù)為9.6)，RT/硬鋁6010(絕緣系數(shù)為10.3)，GaAs(絕緣系數(shù)為12.5)，溶融石英(絕緣系數(shù)為3.6)，氟化鈹(絕緣系數(shù)為6.5)，及藍(lán)寶石(絕緣系數(shù)為9.3)制成。用在SMART系統(tǒng)中的平面相控陣列最好由銅制成，但是任何高電導(dǎo)的金屬或金屬合金都可以使用，如金或銀。
根據(jù)本發(fā)明的電子助視器提供一種重量輕、小型化的雷達(dá)系統(tǒng)，它能夠被個(gè)人佩戴，當(dāng)此人的視覺(jué)顯著低于正常情況或完成喪失時(shí)，它用以使此人探測(cè)到其直接附近范圍內(nèi)物體的存在。此雷達(dá)系統(tǒng)借助工作頻率位于35至220GHz的毫米波長(zhǎng)輻射工作，此輻射的衰減在大霧中僅約為3dB/km，在沒(méi)有過(guò)度衰減時(shí)，它也能夠穿過(guò)煙，灰塵和火焰。因此，根據(jù)本發(fā)明的電子助視器可以被消防人員作為在充滿煙霧、燃燒的建筑中進(jìn)入，搜索和移動(dòng)的有用工具使用。
本發(fā)明電子助視器最好是一個(gè)雷達(dá)系統(tǒng)，它包括能夠做為眼鏡(根據(jù)上文的SMART系統(tǒng))佩戴或能夠安裝于戴在使用者頭部的頭盔上的模擬部分，和包括能夠被使用者佩戴于帶式組件，胸式組件或背式組件內(nèi)的信號(hào)處理設(shè)備，音頻接口和電源的數(shù)字部分。
本發(fā)明的最佳實(shí)施例，應(yīng)用上了上述SMART系統(tǒng)，主要設(shè)計(jì)用于盲人和部分可視者的使用，它允許這些人能夠快速探測(cè)和跟蹤靜止與移動(dòng)的物體，因此，這些人將不需要來(lái)自于任何其它有視覺(jué)的人，在視覺(jué)的動(dòng)物，或探測(cè)棒或相似設(shè)備的幫助，以在室內(nèi)或室外行走而不與任何在他們直接環(huán)境中的靜止或移動(dòng)和體相撞，或被其阻擋。
用在本發(fā)明最佳實(shí)施例中的SMART系統(tǒng)使用使用者的頭部作為掃描機(jī)械，這樣使得系統(tǒng)使用窄輻射波束，它對(duì)于被系統(tǒng)產(chǎn)生正確的物體的檢測(cè)和識(shí)別是需要的特性。SMART系統(tǒng)通過(guò)采用形成發(fā)射天線和掃收天線的平面相控陣列產(chǎn)生窄的輻射波束，此輻射波束寬度由陣列中存在的元件數(shù)目決定。
本發(fā)明最佳實(shí)施例的SMART系統(tǒng)，通過(guò)在形成用于設(shè)備射頻與中頻部分的傳輸線和無(wú)源元件應(yīng)用微帶制造技術(shù)，在形成設(shè)備的低頻元件應(yīng)用厚膜復(fù)合技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了完全便攜雷達(dá)系統(tǒng)所要求的必須的重量輕和體積小。在這里與常規(guī)雷達(dá)系統(tǒng)一樣，在SMART系統(tǒng)中不必包括任何形式的波導(dǎo)。
在本發(fā)明最佳實(shí)施例的SMART系統(tǒng)中，發(fā)射器與閉合頻率環(huán)路的電子元件位于眼鏡的前面上部支架上，包括通過(guò)絕緣基片穩(wěn)定的本地振蕩器位于一個(gè)邊支架上，接收器的電子元件在另一邊支架上。這種排列在系統(tǒng)的全部有源設(shè)備之間提供射頻分離。為防止外部的射頻干擾，也需要給此系統(tǒng)的電路提供金屬外殼。
根據(jù)本發(fā)明的電子助視器，通過(guò)使用相移雷達(dá)系統(tǒng)，它能夠用于計(jì)算發(fā)射信號(hào)與接收信號(hào)之間的相位變化的頻率，或用于測(cè)量發(fā)射信號(hào)與接收信號(hào)之間實(shí)際的相位變化，檢測(cè)到靜止或移動(dòng)物體。在本發(fā)明的最佳實(shí)施例中，在發(fā)射信號(hào)和接收信號(hào)之間相位變化的頻率能夠被測(cè)得，這種實(shí)現(xiàn)方法相對(duì)較便宜，且具有低功率消耗要求，這兩個(gè)因素在本發(fā)明電子助視器的全部經(jīng)濟(jì)的設(shè)計(jì)中是重要因素。
在本申請(qǐng)要求優(yōu)先權(quán)的英國(guó)專利申請(qǐng)No.9412772.7中，和在附于申請(qǐng)的摘要中的披露通過(guò)參考包括在此。
權(quán)利要求
1.包括適合于被個(gè)人佩戴的小型的、便攜式個(gè)人雷達(dá)系統(tǒng)(22、24)的電子助視器，此雷達(dá)系統(tǒng)包括以毫米波長(zhǎng)電磁輻射工作的微型雷達(dá)前端組件(22)，一個(gè)電源，一個(gè)信號(hào)處理裝置(24)和一個(gè)感知輸出裝置(98)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的電子助視器，其中，該雷達(dá)前端組件(22)適于佩戴在使用者的頭部。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的電子助視器，其中，雷達(dá)前端組件(22)制成一副眼鏡的形式，其中，該雷達(dá)系統(tǒng)的發(fā)射天線(30)和接收天線(32)安裝于該眼鏡的各個(gè)鏡片單元(75)上，發(fā)射器電路和接收器電路的模擬部分(38、40、42、52、54、56)安裝于眼鏡的各個(gè)邊側(cè)支撐框架(82、84)上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或3的電子助視器，其中，電子助視器設(shè)計(jì)的工作電磁輻射頻率位于35和220千兆赫(GHz)之間。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的電子助視器，其中，電磁輻射的頻率為94GHz。
6.根據(jù)前述任一權(quán)利要求的電子助視器，其中，電源和信號(hào)處理裝置(24)均被安裝于設(shè)計(jì)用來(lái)由所述個(gè)人佩戴的帶式組件，胸部組件或背部組件的方便部件中。
7.根據(jù)上述任一權(quán)利要求的電子助視器，其中，感知輸出裝置是音頻輸出裝置，并將音頻信號(hào)直接送入被所述個(gè)人佩戴的耳機(jī)(98)中。
8.根據(jù)上述任一權(quán)利要求的電子助視器，其中，雷達(dá)系統(tǒng)(22、24)是調(diào)頻連續(xù)波類型。
9.根據(jù)上述任一權(quán)利要求的電子助視器，其中，雷達(dá)系統(tǒng)(22、24)包括具有非常窄的波束寬度特性的平面相控陣列天線(30，32)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的電子助視器，其中，雷達(dá)系統(tǒng)(22，24)包括具有在94GHz的2度波束寬度特性的平面相控陣列天線(30，32)。
全文摘要
根據(jù)本發(fā)明的電子助視器包括適合于個(gè)人佩戴的一個(gè)小尺寸的便攜個(gè)人雷達(dá)系統(tǒng)，它的雷達(dá)系統(tǒng)包括一個(gè)工作在毫米波長(zhǎng)的電磁輻射的微型雷達(dá)前端組件(22)，一個(gè)電源，信號(hào)處理裝置和一個(gè)感知輸出裝置。在本發(fā)明的最佳實(shí)施例中，雷達(dá)前端組件(22)制作成一副眼鏡(76)的形狀，其中，雷達(dá)系統(tǒng)的發(fā)射天線(78)和接收天線(90)裝載在眼鏡的各自鏡片單元(75)上，發(fā)射器電路和接收器電路的模擬部分裝載在眼鏡(76)的各自側(cè)的支撐框架上；以及傳感輸出設(shè)備是一個(gè)包括立體聲耳機(jī)(98)的間頻輸出裝置。
文檔編號(hào)H03B7/00GK1153557SQ9519428
公開(kāi)日1997年7月2日 申請(qǐng)日期1995年4月5日 優(yōu)先權(quán)日1995年4月5日
發(fā)明者羅斯克·查爾斯·威廉斯 申請(qǐng)人:羅斯克·C·威廉斯有限公司