单通道非正交IQ体动射频传感器设计与实现
发布时间：2021-03-08 18:44
随着医疗大数据时代的到来,应用于智慧医疗领域的智能硬件如雨后春笋般浮现。相比传统专业医疗器械而言,新型智能硬件具有实时性、居家性、连续性等特点,在获取大数据方面上有明显优势。而现代医学已经可以通过日常生理信号的大数据中提前预判并防止疾病的发生,比如根据勺型曲线诊断心血管疾病、夜间血压下降特征与脑卒中发生频率的关系,以及诊断阻塞性呼吸睡眠暂停综合症。医学上,体动信号是分析睡眠的重要因素之一。由于体动往往伴随着觉醒等睡眠中的异常现象,过多的体动会导致睡眠质量的下降、影响我们的睡眠。更重要的是,正常睡眠中的体动可以用来检测睡眠呼吸暂停。对新生儿来说,出现的肌肉痉挛与体动有直接关系。本文设计并实现了一款单天线系统的射频传感器,通过非接触的方式检测人体的体动信号,并且设计了解调非正交IQ信号的方案以提升传感器的检测精度,除此之外还完成了以下工作:（1）在传统微波检测体动信号模型的基础上加入相敏检波设计,提高传感器的检测精度。（2）通过HFSS设计了工作在2.4GHz的PCB贴片八木天线,天线有三个引向器,正向增益可达到8.9dB左右。根据传感器需要改造了八木天线,正向增益可达到8.2dB左右。两...
【文章来源】：东北大学辽宁省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：89 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1课题研究背景
1.2 课题的研究意义
1.2.1 体动检测与睡眠分析
1.2.2 非接触检测的意义
1.3 国内外研究现状
1.3.1 接触式人体信号监测系统
1.3.2 非接触式人体信号监测系统
1.4 本文工作及章节安排
第2章 基于无线技术的体动信号检测原理
2.1 多普勒生物雷达原理及应用
2.2 微波检测体动信号模型
2.3 相敏检波原理
2.4 本章小结
第3章 传感器天线的设计与仿真
3.1 射频传感器天线的选择
3.2 ISM频段贴片八木天线的设计
3.2.1 八木天线分析
3.2.2 基于HFSS的天线仿真
3.3 仿真结果与分析
3.3.1 原始天线结果分析
3.3.2 八木天线的改进
3.3.3 八木天线设计总结
3.4 本章小结
第4章 传感器设计与实现
4.1 传感器整体方案
4.2 单天线收发系统的实现
4.3 非正交IQ信号解调设计
4.3.1 通信中的IQ信号
4.3.2 传感器的非正交IQ设计
4.4 包络检波
4.5 其他电路模块设计
4.5.1 三级放大电路与直流偏置
4.5.2 高频电路PCB设计
4.6 电路与天线一体化设计
4.6.1 平衡-不平衡转换器
4.6.2 传感器射频性能仿真
4.7 本章小结
第5章 实验与结果分析
5.1 功耗实验
5.2 传感器射频性能实验
5.2.1 S11测试实验
5.2.2 方向图测试实验
5.3 传感器噪声实验
5.4 传感器信号处理
5.4.1 体动检测
5.4.2 呼吸检测
5.4.3 心率检测
5.5 检测距离实验
5.6 本章小结
第6章 总结和展望
6.1 工作总结
6.2 工作展望
参考文献
致谢
个人简历和攻读硕士期间学术成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]医疗大数据及其面临的机遇与挑战[J]. 张振,周毅,杜守洪,罗雪琼,梅甜. 医学信息学杂志. 2014(06)
[2]太赫兹频段下基于EMD的人体生命特征检测[J]. 刘通,徐政五,吴元杰,皮亦鸣. 信号处理. 2013(12)
[3]大数据研究:未来科技及经济社会发展的重大战略领域——大数据的研究现状与科学思考[J]. 李国杰,程学旗. 中国科学院院刊. 2012(06)
[4]基于体动信号的睡眠、觉醒识别方法研究[J]. 张莉莉,葛宏,吕晓东,胡晓林,蒋科,范军. 医疗卫生装备. 2011(04)
[5]生物雷达技术的研究现状与新进展[J]. 张杨,焦腾,荆西京,王华,于霄,王健琪. 信息化研究. 2010(10)
[6]体动记录仪在睡眠障碍的诊断和疗效评估中的应用[J]. 李雁鹏,赵忠新. 中国新药与临床杂志. 2007(09)
[7]分形八木天线的实验研究[J]. 顾硕,林澍,邱景辉. 哈尔滨理工大学学报. 2006(04)
[8]多参数信息融合实现非脑电的睡眠结构分期[J]. 杨军,俞梦孙,王宏山,张宏金,赵显亮. 中国生物医学工程学报. 2006(03)
[9]睡眠医学是当前亟待发展的学科[J]. 张熙. 中华老年心脑血管病杂志. 2005(05)
[10]相敏检波器的虚拟化[J]. 沈申生,华亮. 计量与测试技术. 2004(07)
博士论文
[1]射频功放数字预失真线性化技术研究[D]. 詹鹏.电子科技大学 2012
硕士论文
[1]基于生物雷达的非接触睡眠状态监测技术的初步研究[D]. 张鹏飞.第四军医大学 2013
[2]基于非接触式雷达的生命信号检测与处理[D]. 陈延年.电子科技大学 2012
[3]基于微波多普勒方法的非接触生命信号探测[D]. 顾昌展.浙江大学 2008
[4]脑电信号的特征提取及睡眠分期方法研究[D]. 马颖颖.西北工业大学 2007
[5]八木天线的设计仿真与测试[D]. 常媛媛.北京交通大学 2006
本文编号：3071489
【文章来源】：东北大学辽宁省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：89 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1课题研究背景
1.2 课题的研究意义
1.2.1 体动检测与睡眠分析
1.2.2 非接触检测的意义
1.3 国内外研究现状
1.3.1 接触式人体信号监测系统
1.3.2 非接触式人体信号监测系统
1.4 本文工作及章节安排
第2章 基于无线技术的体动信号检测原理
2.1 多普勒生物雷达原理及应用
2.2 微波检测体动信号模型
2.3 相敏检波原理
2.4 本章小结
第3章 传感器天线的设计与仿真
3.1 射频传感器天线的选择
3.2 ISM频段贴片八木天线的设计
3.2.1 八木天线分析
3.2.2 基于HFSS的天线仿真
3.3 仿真结果与分析
3.3.1 原始天线结果分析
3.3.2 八木天线的改进
3.3.3 八木天线设计总结
3.4 本章小结
第4章 传感器设计与实现
4.1 传感器整体方案
4.2 单天线收发系统的实现
4.3 非正交IQ信号解调设计
4.3.1 通信中的IQ信号
4.3.2 传感器的非正交IQ设计
4.4 包络检波
4.5 其他电路模块设计
4.5.1 三级放大电路与直流偏置
4.5.2 高频电路PCB设计
4.6 电路与天线一体化设计
4.6.1 平衡-不平衡转换器
4.6.2 传感器射频性能仿真
4.7 本章小结
第5章 实验与结果分析
5.1 功耗实验
5.2 传感器射频性能实验
5.2.1 S11测试实验
5.2.2 方向图测试实验
5.3 传感器噪声实验
5.4 传感器信号处理
5.4.1 体动检测
5.4.2 呼吸检测
5.4.3 心率检测
5.5 检测距离实验
5.6 本章小结
第6章 总结和展望
6.1 工作总结
6.2 工作展望
参考文献
致谢
个人简历和攻读硕士期间学术成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]医疗大数据及其面临的机遇与挑战[J]. 张振,周毅,杜守洪,罗雪琼,梅甜. 医学信息学杂志. 2014(06)
[2]太赫兹频段下基于EMD的人体生命特征检测[J]. 刘通,徐政五,吴元杰,皮亦鸣. 信号处理. 2013(12)
[3]大数据研究:未来科技及经济社会发展的重大战略领域——大数据的研究现状与科学思考[J]. 李国杰,程学旗. 中国科学院院刊. 2012(06)
[4]基于体动信号的睡眠、觉醒识别方法研究[J]. 张莉莉,葛宏,吕晓东,胡晓林,蒋科,范军. 医疗卫生装备. 2011(04)
[5]生物雷达技术的研究现状与新进展[J]. 张杨,焦腾,荆西京,王华,于霄,王健琪. 信息化研究. 2010(10)
[6]体动记录仪在睡眠障碍的诊断和疗效评估中的应用[J]. 李雁鹏,赵忠新. 中国新药与临床杂志. 2007(09)
[7]分形八木天线的实验研究[J]. 顾硕,林澍,邱景辉. 哈尔滨理工大学学报. 2006(04)
[8]多参数信息融合实现非脑电的睡眠结构分期[J]. 杨军,俞梦孙,王宏山,张宏金,赵显亮. 中国生物医学工程学报. 2006(03)
[9]睡眠医学是当前亟待发展的学科[J]. 张熙. 中华老年心脑血管病杂志. 2005(05)
[10]相敏检波器的虚拟化[J]. 沈申生,华亮. 计量与测试技术. 2004(07)
博士论文
[1]射频功放数字预失真线性化技术研究[D]. 詹鹏.电子科技大学 2012
硕士论文
[1]基于生物雷达的非接触睡眠状态监测技术的初步研究[D]. 张鹏飞.第四军医大学 2013
[2]基于非接触式雷达的生命信号检测与处理[D]. 陈延年.电子科技大学 2012
[3]基于微波多普勒方法的非接触生命信号探测[D]. 顾昌展.浙江大学 2008
[4]脑电信号的特征提取及睡眠分期方法研究[D]. 马颖颖.西北工业大学 2007
[5]八木天线的设计仿真与测试[D]. 常媛媛.北京交通大学 2006
本文编号：3071489
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