Гибко-жесткая печатная плата носимого радиолокатора

Ученые Haoran Zhang, Yiming Yang, and Atif Shamim университета King Abdullah University of Science and Technology Саудовской Аравии, а также Jiahao Zhou из университета University of Electronic Science and Technology Китайской Народной Республики разработали носимое радиоэлектронное средство – радиолокатор непрерывного излучения с частотной модуляцией, предназначенное для обнаружения препятствий, облегчающее перемещение и более точное восприятия в пространстве для слабовидящих людей, что обеспечивает безопасность перемещения. Структурная схема и принцип действия радиолокатора показаны на рисунке 1.

Принцип действия радиолокатора непрерывного излучения (FMCW) заключается в изменении рабочей частоты во время излучения, то есть излучаемый сигнал модулируется по частоте и фазе, что позволяет выполнить измерения длительности интервалов времени. Данный тип радиолокатора позволяет с достаточной точностью определять расстояния до препятствий – люди, крупные объекты и т.п. Для точного определения препятствий, специалисты применили в своем устройстве MIMO антенну с четырьмя приёмниками с RX-каналами связи и тремя TX-каналами связи работающих на обнаружение препятствий как в горизонтальном так и вертикальном направлениях. MIMO (несколько входов несколько выходов) – метод пространственного кодирования сигнала, позволяющий увеличить полосу пропускания канала, в котором передача данных осуществляется системами из нескольких антенн. Данный способ обеспечивает многопотоковую передачу данных. На рисунке 2 показан поперечный срез для демонстрации структуры антенны.

В разработанном устройстве применена многослойная гибко-жесткая печатная плата, состоящая из шести слоёв, что обеспечивает легкий вес устройства и компактность. На рисунке 3 показана структура гибко-жесткой печатной платы.

В качестве преобразователя сигнала применена микросхема AWR1843. Методом Доплеровского преобразования производятся вычисления для оценки расстояния до препятствий. Устройство работает в диапазоне 76-81 ГГц. Устройство способно обнаружить человека на расстоянии 7 метров, а крупно-габаритных предметов на расстоянии 19 м. Кроме того, угол обзора составляет 64±32 градуса, а также имеется в наличии голосовой модуль, предупреждающий о наличии препятствия.

На рисунках 4-6 показан внешний вид разработанной гибко-жесткой печатной платы.

Исследование опубликовано в журнале Frontiers in Communications and Networks.