فروشگاه برق و الکترونیک

ماژول رادار دوپلر مایکروویو HB100 (X-Band Bi-Static Doppler Transceiver Module)

ماژول HB100 یکی از محبوب‌ترین و ارزان‌ترین سنسورهای راداری دوپلر در باند X است که برای تشخیص حرکت، حضور و حتی اندازه‌گیری سرعت نسبی اجسام متحرک طراحی شده. این ماژول از اصل اثر دوپلر در فرکانس مایکروویو استفاده می‌کند و به دلیل نفوذ خوب امواج در مواد غیرفلزی (چوب، پلاستیک، گچ، شیشه نازک و …) در کاربردهای داخلی بسیار پرکاربرد است.

ساختار و اصل عملکرد

HB100 یک ترانسیور دوپلر بی‌استاتیک (Bi-Static) مونواستاتیک در عمل است که شامل اجزای زیر می‌باشد:

• اسیلاتور DRO (Dielectric Resonator Oscillator) → تولید سیگنال اصلی در فرکانس ~10.525 GHz
• آنتن پچ دوگانه → یکی برای ارسال (TX) و یکی برای دریافت (RX) – آرایه پچ میکرواستریپ
• میکسر Schottky → ترکیب سیگنال ارسالی و دریافتی → تولید سیگنال IF (فرکانس تفاضلی دوپلر)
• مدار بایاس و تطبیق ساده

هنگامی که جسم متحرکی در میدان دید ماژول وجود داشته باشد، سیگنال بازگشتی فرکانسش تغییر می‌کند (اثر دوپلر). میکسر این اختلاف فرکانس را به صورت سیگنال IF (Intermediate Frequency) در محدوده صفر تا چند صد هرتز تولید می‌کند.

مشخصات فنی اصلی (بر اساس دیتاشیت‌های استاندارد)

پارامتر,مقدار / محدوده,توضیحات / شرایط
فرکانس مرکزی,10.525 GHz ± 3 MHz (یا ±5 MHz در برخی نمونه‌ها),باند X – ISM آزاد در بسیاری کشورها
قدرت خروجی (EIRP),12–20 dBm (معمولاً 13–15 dBm),معادل ~13–30 mW
ولتاژ تغذیه,4.5–5.2 V DC (بهترین عملکرد در 5.0 V),برخی منابع تا 6 V تحمل می‌کنند
جریان مصرفی (CW),30–50 mA (تیپیکال 35–40 mA),در حالت پالسی می‌تواند به <5 mA برسد
خروجی IF,سیگنال آنالوگ AC (چند μV تا چند صد mV),فرکانس متناسب با سرعت، دامنه با فاصله و RCS هدف
حساسیت دریافت (RSS),معمولاً ~–93 dB نسبت به TX (برای هدف استاندارد),معادل انسان در ~15 m با سرعت ~1.3 km/h
فاصله تشخیص حداکثر,10–20 متر (بسته به هدف و تقویت‌کننده),انسان معمولی: 8–15 m، خودرو: تا 30–50 m
زاویه پوشش (HPBW),آزیموت ~80°، الویشن ~30–40°,الگوی پچ آنتن
دمای کاری,–20 °C تا +60 °C (بهینه +25 °C),خارج از این محدوده drift فرکانس
ابعاد ماژول,تقریبی 46 × 40 × 6 mm,وزن ~6–8 گرم
پین‌ها,VCC (+5V)، GND، IF (خروجی دوپلر),بدون نیاز به کنترل خارجی

فرمول فرکانس دوپلر (برای حرکت مستقیم به سمت/دور از ماژول)

Fd ≈ (2 × Vt × Ft) / c Fd = فرکانس دوپلر (Hz) Vt = سرعت هدف نسبت به ماژول (m/s) Ft = 10.525 × 10⁹ Hz c = 3 × 10⁸ m/s

→ تقریبی: Fd ≈ 62.4 × Vt (Hz برای هر m/s) → یا Fd ≈ 19.4 × Vt (Hz برای هر km/h) → یا Fd ≈ 31.4 × Vt (Hz برای هر mph)

مثال:

• انسان با سرعت 1.4 m/s (5 km/h) ≈ 87 Hz
• دویدن 5 m/s ≈ 312 Hz
• خودرو 20 m/s (72 km/h) ≈ 1248 Hz

ویژگی‌های کلیدی

• نفوذ عالی در مواد غیرفلزی → تشخیص از پشت دیوار نازک، درب چوبی، پلاستیک
• تشخیص سرعت و جهت (با مدار اضافی quadrature یا تحلیل فاز)
• مصرف نسبتاً پایین برای رادار مایکروویو
• عدم حساسیت به دما و نور (برخلاف PIR)
• خروجی خام آنالوگ → نیاز به تقویت‌کننده خارجی (معمولاً op-amp با gain 1000–5000)
• قیمت بسیار پایین و در دسترس بودن بالا

کاربردهای رایج

• سیستم‌های امنیتی و دزدگیر (تشخیص حرکت داخل ساختمان)
• روشنایی اتوماتیک (سنسور حضور در راهرو، پارکینگ)
• کنترل درب اتوماتیک و آسانسور
• اندازه‌گیری سرعت ساده (اسپیدگان دستی، دوچرخه، اسکیت)
• پروژه‌های رباتیک (تشخیص نزدیکی یا سرعت اجسام)
• مانیتورینگ خواب و تنفس (در فاصله نزدیک با تقویت بالا)
• شمارشگر تردد افراد یا خودرو
• ترکیب با PIR برای کاهش آلارم کاذب (Dual-tech detector)

ملاحظات طراحی مدار

• تقویت‌کننده IF: معمولاً دو مرحله op-amp (مثل LM358 یا OPA series) با gain کل 2000–10000 و فیلتر bandpass 10–500 Hz برای انسان
• فیلتر نویز: حذف 50/60 Hz و هارمونیک‌های لامپ فلورسنت (100/120 Hz)
• حفاظت: خروجی IF حساس است → از clamp دیود یا مقاومت سری استفاده شود؛ ولتاژ DC یا ESD می‌تواند ماژول را خراب کند
• پالسی کردن: برای کاهش مصرف تا <5 mA می‌توان CW را پالس کرد (duty cycle 5–10%) و از sample & hold استفاده کرد
• تداخل: در محیط‌های شلوغ RF (چند HB100 نزدیک هم) ممکن است تداخل ایجاد شود → تغییر فرکانس جزئی یا زمان‌بندی
• کالیبراسیون: حساسیت بین ماژول‌ها ±50% تفاوت دارد → در تولید انبوه نیاز به تنظیم gain یا threshold

محدودیت‌ها

• خروجی خام بسیار ضعیف (μV–mV) → بدون آمپلی‌فایر عملاً غیرقابل استفاده
• عدم تشخیص ایستا (فقط حرکت نسبی)
• حساس به لرزش مکانیکی خود ماژول → نیاز به نصب ثابت
• برد واقعی وابسته به RCS هدف (اندازه، جنس، جهت حرکت)
• تداخل با فلورسنت و برخی منابع نویز الکتریکی
• قوانین رادیویی: در برخی کشورها نیاز به تأییدیه دارد (هرچند قدرت پایین و فرکانس ISM معمولاً آزاد است)

HB100 یک ماژول رادار دوپلر کلاسیک، ارزان و قدرتمند برای کاربردهای تشخیص حرکت در فواصل متوسط (تا حدود 15–20 متر برای انسان) است و با یک مدار تقویت‌کننده ساده، به یکی از پرکاربردترین سنسورهای DIY و صنعتی ارزان‌قیمت تبدیل می‌شود.