一种射频生物雷达系统的研究

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基于连续波多普勒雷达体制的生命体征探测技术具穿透性强、系统结构简单等优点,可以突破传统的接触式检测带来的种种限制,在家庭监护、医疗诊断、灾难搜救等领域具有广泛的应用前景。本文对一种射频生物雷达系统进行了研究,具体工作如下:1.提出了一种新颖的生物雷达系统方案。设计了一款频率为5.75GHz的连续波多普勒雷达,用来探测静止人体的呼吸和心跳信号。采用模拟相关器代替正交解调接收机,产生正交基带信号,减小系统功耗。在ADS中搭建出整个系统,模拟真实测量环境进行功能仿真,验证了相关接收方案的可行性。2.对系统中的关键部件模拟相关器进行了研究。分别设计了宽带和小型化的和差网络,并对小型化的和差网络进行了实物制作。宽带和差网络由宽带耦合线耦合器、二级Wilkinson功分器和宽带跨接器构成,仿真结果表明在4GHz-7GHz频段内,宽带和差网络的隔离度和回波损耗均小于-25dB,四个输出口的幅度不平衡度小于±0.8dB,相位不平衡度小于±0.5°。小型化和差网络由紧凑型分支线耦合器和单级Wilkinson功分器构成,实测结果表明在5.5GHz-6GHz频段内,小型化和差网络的隔离度和回波损耗均小于-10dB,四个输出口幅度不平衡度小于±0.7dB,相位不平衡度小于±2.7°,尺寸比传统和差网络减小了23%。制作出四个功率检波器,与和差网络一起搭建出模拟相关器。3.在前端加入射频泄露对消模块,改善发射通道和接收通道间的隔离。分别设计了宽带和小型化的平衡泄露对消器,并对其中的小型化对消器进行了实物制作。宽带对消器的仿真结果表明其对消带宽为4GHz-7GHz,最佳点的隔离度达到-38dB。小型化对消器的实测结果表明其对消带宽为5.5GHz-6GHz,最佳点的隔离度达到-43dB,尺寸比传统对消器减小了39%。4.制作生物雷达的其他部件,搭建整个系统,在距静止人体目标0.5m、1.0m、1.5m处进行了呼吸和心跳的探测实验,并对接收到的信号进行反正切解调运算,分离出呼吸和心跳信号。实验结果与实际呼吸和心跳速率一致,本文设计的生物雷达系统的探测距离达到1.5m,满足实际使用需求。
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