專利名稱：車用超寬帶天線和其檢測裝置的制作方法
技術領域：
本發明是關于一種天線與使用所述天線的檢測裝置，尤指一種超寬帶
(ultra-wideband, UWB)天線與超寬帶檢測裝置。
背景技術：
車禍致死長期位居國人十大死因的前三名，而行車安全也一直是一般大 眾所關注的焦點及購買車輛時首要考量之一。根據統計，大部分車禍肇事原 因皆源于人為疏失，例如超速、酒后駕車、打瞌睡或是突發心臟病等等。然 而，由于大部分的駕駛員是單獨行駛，當突發狀況發生時，例如前述打瞌睡 或是突發心臟病，駕駛員本身多半難以察覺或不及應付而釀成悲劇。
因此，使用監視儀器設備來監測駕駛員的生理狀態，以在狀況發生前適 時提醒駕駛員的概念便孕育而生。美國專利公開號US2007/0055164,發明名 稱"Physiological Status Monitoring System And Method"即揭示一種檢測駕駛員 生理狀態的裝置和方法，其利用一生物感測器和一中央處理器以監測駕駛員 的生理信號并加以處理。
另一方面，美國專利號US6，462,701，發明名稱"System And Method For Controlling Air Bag Deployment Systems"揭示一種針對駕駛員的生物參數，例 如身高、體重和體型等，來調整車內安全氣囊的布置裝置和方法。該項技術 包括一雷達收發器和一中央處理器，并藉由收發一雷達信號以檢測駕駛員的 生物參數，而加以調整車內安全氣囊的布置。
綜上所述，利用設置于車內的收發裝置來檢測駕駛員的生理狀態或生物 參數是目前業界的研發目標。然而，上述的已知技術并沒有對發射裝置的天 線加以著墨。因此，實有必要設計一應用于車內檢測 置的天線，其可達到業界的使用需求，例如具有低功率、小體積以及高量測準確度等各種優點。
發明內容
本發明利用超寬帶天線隱藏于駕駛座內或安裝于儀表板等的特殊設計，利用非接觸方式檢測駕駛員的心跳與呼吸生理信號，而達到預測駕駛員疲勞的目的。
本發明的一實施例的車用超寬帶天線包括一金屬基板、 一介電層和一矩形金屬貼片。所述介電層位于所述金屬基板上。所述金屬貼片位于所述介電層上，并開設一水平開槽和二垂直開槽，其中所述水平開槽平行于所述金屬貼片的長邊，而所述垂直開槽是分別自所述水平開槽的兩端向上延伸而成，
使得所述超寬帶天線具有兩個共振構型(resonance contour)。
本發明的另一實施例的車用超寬帶檢測裝置包括根據上述實施例的一超寬帶天線和一接收器，其中所述超寬帶天線用以發射一超寬帶信號，而所述接收器用以接收所述超寬帶信號的反射信號，并據以分析駕駛員的生理狀態。
圖1顯示本發明的一實施例的車用超寬帶天線；
圖2顯示本發明的一實施例的超寬帶天線對人體發射一超寬帶電磁波的示意圖3A顯示本發明的一實施例的超寬帶天線的頻率對增益的關系圖3B顯示本發明的一實施例的超寬帶天線的頻率對電壓駐波比的關系
圖3C顯示本發明的一實施例的超寬帶天線對不同頻率的輻射圖；圖4顯示本發明的一實施例的車用超寬帶檢測裝置；及圖5顯示本發明的另一實施例的車用超寬帶檢測裝置。附圖標號
5ioo 超寬帶天線
110 金屬基板
120 介電層
130 金屬貼片
400 超寬帶檢測裝置
410 接收器
500 駕駛座
具體實施例方式
圖1顯示本發明的一實施例的車用超寬帶天線，其中所述超寬帶天線是設置于一駕駛座內或一儀表板內，并用以發射一超寬帶信號。如圖1所示，所述超寬帶天線100包括一金屬基板110、 一介電層120和一金屬貼片130，其中所述金屬基板110、所述介電層120和所述金屬貼片130皆呈矩形，且所述金屬基板110的面積大于所述介電層120，而所述介電層120的面積大于所述金屬貼片130。所述介電層120位于所述金屬基板110上，而所述金屬貼片130位于所述介電層120上。所述金屬貼片130是開設一水平開槽和二垂直開槽，其中所述水平開槽平行于所述金屬貼片130的長邊，而所述垂直開槽是分別自所述水平開槽的兩端向上延伸而成，使得所述超寬帶天線100具有兩個共振構型。所述兩個共振構型可藉由調整所述超寬帶天線100的各種尺寸參數而使其共振頻率相同。
如圖1所示，所述金屬基板110的水平長度介于50至70毫米(mm)之間，而其垂直高度介于45至65毫米之間。所述介電層120的水平長度介于40至60毫米之間，而其垂直高度介于35至55毫米之間。所述水平開槽和所述兩個垂直開槽的寬度大約相同，并皆介于1.5至2毫米之間。所述水平開槽的長度介于10至14毫米之間，而所述兩個垂直開槽的長度介于8至12毫米之間。
圖2顯示所述超寬帶天線100對人體發射一超寬帶電磁波的示意圖，其中所述超寬帶天線100所發射的電磁波呈長橢圓狀，而所述橢圓大小隨著與使用者距離成正比關系。如圖2所示，若所述超寬帶天線100距離一駕駛員80厘米，則所述橢圓的長軸為74.6厘米，短軸為50.4厘米。若所述超寬帶天線100距離一駕駛員50厘米，則所述橢圓的長軸為46.6厘米，短軸為31.5厘米。如圖2所示，所述發射信號具有一水平角度和一垂直角度，其中所述水平角度介于40至70度之間，所述垂直角度介于50至80度之間，且所述水平角度相對一垂直軸具有一1至10度的偏移。較佳地，所述水平角度介于50至60度之間，所述垂直角度介于60至70度之間，且所述水平角度相對一垂直軸具有一2至5度的偏移。
圖3A和圖3B分別顯示所述超寬帶天線100的頻率對增益的關系圖以及頻率對電壓駐波比(voltage standing wave ratio， VSWR)的關系圖，其中所述超寬帶天線100的最佳工作區間為5.2至7.4GHz，故其帶寬比(fractionalbandwidth)約為35%。如圖3A所示，所述超寬帶天線100于5GHz至7GHz間大部分頻率的增益皆大于8dB。如圖3B所示，所述超寬帶天線100于5GHz至7.5GHz間大部分頻率的電壓駐波比皆小于2。因此，如圖3A和圖3B所示，所述超寬帶天線100于其工作區間內的發射信號具有相當高的品質。圖3C顯示所述超寬帶天線100對不同頻率的輻射圖(radiationpattem)。如圖3C所示，所述超寬帶天線100的波束寬度(beam width)相當寬，其在E平面(E-plane)和H平面(H-plane)的角度約為60至70度。
圖4顯示本發明的一實施例的車用的超寬帶檢測裝置。所述車用的超寬帶檢測裝置400包括所述超寬帶天線100和一接收器410。所述超寬帶天線100是設置于一駕駛座500的椅背，而所述接收器410則設置于所述駕駛座500的底部。所述超寬帶天線100發射一超寬帶信號以涵蓋至一駕駛員的人體器官。所述接收器410接收所述超寬帶信號的反射信號再加以分析。所述分析主要以經所述人體器官散射的探測電磁波與一參考電磁波之間的相位差信
號為依據而判讀所述駕駛員的生理狀態。圖5顯示將所述超寬帶天線100設置于一車內的儀表板內。
綜上所述，本發明的車用超寬帶天線是用以發射超寬帶電磁波，故可降低散逸功率的頻譜密度。由于散逸的電磁波會影響人體，而應用超寬帶電磁波不但可降低散逸功率，更可避免所述超寬帶電磁波和其他設備的電磁波產生干擾。另一方面，超寬帶電磁波的應用可減少功率消耗，且所述超寬帶天線的體積很小，故能降低生產的成本。再一方面，所述超寬帶電磁波的形狀為長橢圓形，故其涵蓋區域容易涵蓋至駕駛員，例如駕駛員的心臟部位，故所述超寬帶天線的檢測準確率非常高。
本發明的技術內容及技術特點己揭示如上，然而熟悉本項技術的人士仍可能基于本發明的教示及揭示而作種種不背離本發明精神的替換及修飾。因此，本發明的保護范圍應不限于實施例所揭示者，而應包括各種不背離本發明的替換及修飾，并為以權利要求所涵蓋。
8
權利要求
1.一種車用超寬帶天線，其特征在于，所述車用超寬帶天線用以發射一超寬帶信號，包括一金屬基板；一介電層，位于所述金屬基板上；以及一矩形金屬貼片，位于所述介電層上，并開設一水平開槽和二垂直開槽；其中所述水平開槽大致平行于所述金屬貼片的長邊，而所述垂直開槽是分別自所述水平開槽的兩端向上延伸而成，使得所述超寬帶天線具有兩個共振構型，所述共振構型的共振頻率相同。
2. 根據權利要求1的車用超寬帶天線，其特征在于，所述水平開槽和所 述垂直開槽的寬度大致相等。
3. 根據權利要求1的車用超寬帶天線，其特征在于，所述水平開槽和所 述垂直開槽的寬度皆介于1.5至2毫米之間。
4. 根據權利要求1的車用超寬帶天線，其特征在于，所述水平開槽的長 度介于10至14毫米之間。
5. 根據權利要求4的車用超寬帶天線，其特征在于，所述垂直開槽的長 度介于8至12毫米之間。
6. 根據權利要求1的車用超寬帶天線，其特征在于，所述金屬基板和所 述介電層皆呈矩形。
7. 根據權利要求1的車用超寬帶天線，其特征在于，所述金屬基板的面 積大于所述介電層，而所述介電層的面積大于所述金屬貼片。
8. 根據權利要求6的車用超寬帶天線，其特征在于，所述介電層的水平 長度介于40至60毫米之間。
9. 根據權利要求8的車用超寬帶天線，其特征在于，所述介電層的垂直 高度介于35至55毫米之間。
10. 根據權利要求8的車用超寬帶天線，其特征在于，所述金屬基板的水 平長度介于50至70毫米之間。
11. 根據權利要求10的車用超寬帶天線，其特征在于，所述金屬基板的 垂直高度介于45至65毫米之間。
12. 根據權利要求1的車用超寬帶天線，其特征在于，所述車用超寬帶天 線發射信號的水平角度介于40至70度之間，垂直角度介于50至80度之間， 而所述水平角度相對一垂直軸具有1至IO度的偏移。
13. 根據權利要求12的車用超寬帶天線，其特征在于，所述水平角度介 于50至60度之間。
14. 根據權利要求13的車用超寬帶天線，其特征在于，所述垂直角度介 于60至70度之間。
15. 根據權利要求12的車用超寬帶天線，其特征在于，所述水平角度相 對所述垂直軸具有2至5度的偏移。
16. 根據權利要求1的車用超寬帶天線，其特征在于，所述車用超寬帶天 線最佳工作區間為5.2至7.4GHz。
17. —種車用超寬帶檢測裝置，其特征在于，所述車用超寬帶檢測裝置用 以裝設于一車輛內，包括.-一根據權利要求1至權利要求16其中之一的車用超寬帶天線；以及 一接收器；其中所述超寬帶天線用以發射一超寬帶信號，而所述接收器用以接收所 述超寬帶信號經過駕駛員后的反射信號。
全文摘要
本發明涉及一種車用超寬帶天線和其檢測裝置。所述車用超寬帶天線包括一金屬基板、一介電層和一矩形金屬貼片。所述介電層位于所述金屬基板上。所述金屬貼片位于所述介電層上，并開設一水平開槽和二垂直開槽，其中所述水平開槽平行于所述金屬貼片的長邊，而所述垂直開槽是分別自所述水平開槽的兩端向上延伸而成，使得所述超寬帶天線具有兩個共振構型。
文檔編號A61B5/00GK101673876SQ20081021278
公開日2010年3月17日 申請日期2008年9月8日 優先權日2008年9月8日
發明者周儒修, 張匡儀, 張子明, 柯亞力, 鄧尼斯, 陽靖寰, 陳正夫, 陶德和 申請人:財團法人工業技術研究院