超寬帶監視系統和天線的制作方法

專利名稱：超寬帶監視系統和天線的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種用于監視人或者動物的存在、行為和/或生理體征的 設備和方法。例如，本發明可用于監視療養院內的病人的存在、行為、心 率和/或呼吸速率中的一個或多個。本發明還涉及用于發送和/或接收電磁 信號的天線.
背景技術：
超寬帶(UWB)電磁信號可用于廣泛應用中。這樣的信號通常包括 呈現低的占空比的4艮短的脈沖。因此，特別是在期望保持低的平均功率電 平的應用中，UWB信號可以是有利的。UWB雷達可以用于測量短距離 內的物體的位置，或者用于獲取物體的圖像。UWB裝置還可以用于無線 通信，特別是用于短距離和高速率的數據傳輸。
UWB電磁信號的頻率可以在幾百MHz到約12 GHz的范圍內。在典 型的應用中，UWB信號被用于從3.1 GHz到10.6 GHz的頻帶中。在特定 的UWB裝置中，電磁信號的頻率可限于特定的頻鐠區域，以符合適當的 管理要求。例如，某些裝置可制造成在UWB頻鐠中的占用3.6 GHz到 4.6 GHz的范圍的UWB頻鐠的子頻帶內工作。在美國，該子頻帶已被聯 邦通信委員會(FCC)分配用于特定的UWB裝置。
雖然存在各種UWB裝置，但仍然需要在UWB系統內使用的實用且 節省成本的解決方案。例如，需要實用且節省成本的天線和天線系統，所 述天線和天線系統可以用于在各種環境內發送和/或接收UWB信號。特 別需要緊湊并且提供定向輻射模式的這種天線。還需要實用且節省成本的UWB雷達收發器電路。
要求實用且節省成本的技術的另 一領域^:視人和動物的生命指征 的領域。例如，有益的是提供一種能夠監^療養院或人們家中的病人的 心率和呼吸速率的系統。雖然存在這樣的系統，但是大多數具有各種缺點。
例如，有些系統要求將電極或其他裝置附接到每個皿^LA員，另外一些 系統非常昂貴或者不夠通用，另外一些系統僅能夠監^L諸如心率等的一個 生命指征。
現有技術包括
* Newham的US 5,471,198和Edwards的US 6,788,206，它們7>開了 用于使用反射能量來監M的存在的系統。
* Richards等人的US 6,900,732，其公開了一種用于使用UWB信號 來監視資產、物體、人或者動物的系統。
* Richards等人的US 6,466,125，其公開了一種當病人需要醫療救助 時使用脈沖無線技術來警示醫務人員的系統、電子監視器和方法。
* Richards等人的US 6,504,483，其公開了使用脈沖無線電來跟蹤繞 賽道行進的馬的位置和/或使得人們能夠監視正在行進的馬的 一個 或多個生命指征。該專利乂^開了所述技術也可以用于諸如狗的其他
動物以;s^A。
* Hall等人的US 6,661,342，其公開了使用脈沖無線電來跟蹤移動的 運動員并提供與運動員的安全通信。
* Nowogrodzki等人的US 4，513，748，其公開了一種使用兩個射頻信 號的心率監視器。
* Bloice的US 3,796,208，其公開了一種用于使用微波雷達單元來監 視病人的移動的系統。
* Lye等人的WO 2004/047630，其公開了 一種使用UWB信號來發送 與用戶的健康狀況有關的信息的系統。
* Tupin等人的US 2004/0249258,其公開了使用UWB雷達對生理數 據進行成〗象和獲取。
* McEwan的US 5,361070,其公開了一種UWB雷達運動傳感器。
* Edwards的US 6,788,206,其公開了一種病人監視系統。

發明內容
本發明拔 供了涉及UWB系統的設備和方法。所述i殳備和方法可以被 應用到用于監^或者動物的生命指征的系統。所述設備和方法還可應用 于其他方面。這樣的方法和設備可以包含在此所述的各種UWB技術。可 以使用連續波(CW)技術來實現才艮據本發明的一些方面的系統。
本發明的一些具體方面提供了可以用于發送和/或接收UWB信號 的天線和天線陣列；UWB雷達Ut器電路；以及病人監視系統。本發明 的這些具體方面可以彼此獨立地應用，并且還能夠以各種組合來應用。
下面說明本發明的其他方面和本發明的具體實施例的特征。


在示出本發明的非限定性的實施例的附圖中，
圖l是根據本發明的一個實施例的病人監視系統的框圖2是示出用于圖l的病人監視系統的一種可能顯示的示意圖3是可以在圖1的監視系統內使用的感測單元的框圖4是示出了感測單元的示意圖，所述感測單元借助于射頻脈沖通過 墊4b險測人的存在以及人的心臟和呼吸活動；
圖4A-4C圖示天線的各種替選設置；
圖5是感測單元的框圖6是可在感測單元內使用的射頻雷達收發器的框圖7是圖6的雷達iJ^器的各部分的時序圖8是可用于發送和接收UWB信號的天線陣列的俯視圖8A是圖8的天線陣列的背面的俯視圖8B是圖8的天線陣列的天線元件的放大視圖；以及
圖9、 9A、 9B和9C是可以用于發送和/或接收UWB信號的緊湊天 線的視圖。
具體實施例方式
為了提供對本發明的更徹底的理解，下面的說明中給出了具體的細 節。但是，本發明也可以在沒有這些細節的情況下實施。在其他實例中， 為了避免不必要地混淆本發明，沒有詳細示出或者描述公知的元件。因此， 本i兌明書以及附圖應視為示例性的，而不是限制性的。
下面的說明描述了用于發送和/或接收超寬帶信號的天線；用于產 生超寬帶信號的電路；以及用于監視人或者動物的存在、活動和/或生命 指征的系統。將參考包含所有這些元素的病人監視系統來描述本發明。但 是，在此所述的各創新部件和子系統也以其他的組合來使用，并可用于其 他環境中。
圖1示意性地示出了病/w監視系統10。例如，系統10可以用于醫院 病房、長期療養院或者托兒所等。系統10具有監視臺12和一個或多個感 測單元14。在圖示的實施例中，感測單元14包括位于床17的床墊16 之下的感測單元14A和14B;置于(或者安裝在)輪椅19的靠背18中 的感測單元14C;安裝在限制區22的入口 20 (例如，限制區22可以是 其中存儲藥物的藥房、設施出口等)處的感測單元14D;以及綽于人的胸 部(如圖所示)或者腕部(未示出)的感測單元14E。
除了傳感器14之外，監視臺12還可以接收來自另外的傳感器(未示 出)的信號。例如，監視臺12可以接收來自門開關、附近的傳感器、諸 如EEG機或血氧傳感器等的其他病人監視裝置等的信號。
每個感測單元14與監視臺12通信。所述通信最好是無線通信。如下 所述，感測單元14A、 14B、 14C和14E監視位于感測單元14的位置的 人的存在、行為和生命指征。感測單元14D用于檢測人在限制區22內的 存在。感測單元14D可以沒有用于檢測生命指征等的能力。感測單元14 可以監視下述^中的一個或多個
*人的心率；
*人的呼吸速率；
*人的呼吸或者心跳是否已經停止； *人的呼吸或者心跳是否具有異常模式； *人是否在活動(即移動)；
*人是否正以異常方式移動(例如人是否正以可能指示發作或發病的方式移動)； *在感測單元的附近是否有人；以及 *諸如此類。
包含來自監視操作的結果的數據信號24被發送到監視臺12。
監視臺12包括顯示器26、有線或者無線通信模塊27和警報器28， 例如，警報器28可以包括警報聲音發生器。通信模塊27接收來自感測單 元14的數據信號24。監視臺12顯示與皿視的各人有關的信息。
圖2示出了可能的顯示的一個示例。例如，監視臺12可以位于護士 站，在護士站，當班護士可以使用該監視臺監視病人的狀態。如果數據信 號滿;U^L定的警報標準，則監視臺12可以產生警報。例如，所述警凈艮標 準可以包括
*有人，但是這個人沒有移動，并且在超過閾值時段的時間中沒有可 檢測到的心跳或者呼吸；
檢測不到應當保持位于感測單元14處的人；
在限制區內檢測到人；以及
攀諸如此類。
警報可以使得在顯示器26上顯示可視的標記29 (參見圖2 )，并且還 可或者可選地使得警報器28產生可聽見的信號，警報器28可以包括蜂音 器等。除了監視臺12之外，可以還提供遠程監視臺(未示出)。監視臺 12可選地與便攜監視裝置通信，所述便攜監視裝置諸如尋呼機等，所述 便攜監視裝置可以在監視臺12檢測到警報狀況時向負責人員發信號。
顯示器26可以顯示皿^員的運動趨向以及所監視的任何生命指 征及系統10所監視的各種生命指征的值。
監視臺12可以與整個病人管理系統集成在一起，所述病人管理系統 跟蹤病人信息、治療史等。這樣的系統是商業可用的，因此在此不作進一 步的說明。位于監視臺12的人員可以觀察M視病人的心率和呼吸速率， 并在病人離床或者從床上掉下、病人停止呼吸、病人的心跳停止、病人異 常運動或者存在監視臺12會提供警報的某些其他條件或者條件組合時得 到警示。
感測單元14包括超寬帶(UWB)雷達系統。圖3是示例性感測單元14的框圖。感測單元14具有連接到天線系統31的UWB雷達系統30。 UWB雷達系統30具有UWB發送器30A和UWB接收器30B。 UWB雷 達系統30產生由天線系統31發送到人可能位于的空間內的UWB脈沖。 由于UWB雷達系統30可用于檢測在所述空間內的人，因此這個空間可 稱為"感測空間"。如果所述空間內有人，則脈沖在人體內的界面(諸如 肺和心的表面)處祐^^射。天線31接收反射的脈沖，并且由UWB雷達 30檢測所述^JH"的脈沖。
在一些實施例中，UWB脈沖在C頻帶(3.6到4.6 GHz)內。所發送 的UWB脈沖的寬度例如可以在Ins到3ns的范圍內。以適當的速率來傳 送UWB脈沖。所述脈沖速率的值可以被設置得足夠低，使得平均發送功 率足夠低，以滿足適當的管理要求。例如，在一些實施例中，脈沖重復間 隔(PRI)在0.5ps到lps的范圍內。所發送的時間平均的輸出功率可以 較小。例如，最大有效各向同性輻射功率(EIRP)可以是-41,3dBm/MHz 或者更低。
來自UWB雷達系統30的接收器輸出信號32被傳送到信號處理系統 33,信號處理系統33處理接收器輸出信號32，以獲得感測單元14所監 視的心率、呼吸速率和/或其他特征的值。包含所述特征的值的輸出信號 被傳送到無線通信裝置35，所述無線裝置35通過天線36向監視臺12發 a載表示所述值的數據的信號24。在示出的實施例中，控制部38協調 感測單元14的操作。舉例而言，控制部38可以包括可編程的微處理器執 行的軟件指令、邏輯電路或者其的某種組合。
圖4圖示了位于床墊17之下的天線系統31如何可以發送UWB脈沖 40。脈沖40傳送到人P，并在各表面(包括人的肺L和心H的表面)處 #^射，從而形成由天線系統31檢測到的反射脈沖42。通過使用處于反 向散射遠程感測模式中的UWB雷達，所述系統可以在沒有附接于人體的 電極或其他裝置的情況下監視人的心率和呼吸速率。
天線系統31可以包括發送天線陣列31A和接收天線陣列31B。發送 和接收天線分布在一個區域上，所述區域足夠寬，使得能夠導致并檢測從 床墊16上的任何合理的位置和姿勢的病人P反射的脈沖42。發送天線31A 可以是低增益天線。使用低增益發送天線31A允許UWB信號的發送具有 較高的平均幅度，而不會使得EIRP超過可由適用的規則規定的閾值。在 一些管轄區域內，規則要求EIRP不超過規定的閾值。而且，由于低增益 天線一般具有寬的輻射模式，因此，所述輻射分布于廣角空間中。接收天線31B可以是較高增益的天線，以便為包含反射脈沖42的接 收信號提供較好的信噪比(SNR)。
圖4A示出了床墊16下的天線陣列的示例性布置。多個發送陣列31A 和接收陣列31B被布置在位于躺在床墊16上的人P的軀體的預期水平高 度的、在床墊16上延伸的區域46內。每個發送陣列31A在一簇接收陣 列31B的中心。在所示的實施例中，每個發送陣列31A位于一組四個接 收陣列31B的中心，所述四個接收陣列31B與中心的發送陣列31A相距 大致相等的距離。以交錯的方式布置發送天線31A和接收天線31B利于 獲得良好的信噪比。發送天線31A可以是提供較大覆蓋角的低增益的天 線。這允許使用較少的發送天線31A來覆蓋區域46。
圖4B示出了另一種可能的布置，其中，多個天線模塊43中每個具 有多個發送天線31A和多個接收天線31B。模塊43可以通過諸如同軸電 纜45等的適當波導而連接到包含UWB收發器的電子模塊44。例如，每 個模塊43可以為約8英寸見方。在所示的實施例中，每個模塊43具有四 個接收天線31B和一個發送天線31A。所述天線可以直接安裝或者形成 (例如通過蝕刻或者印刷)在電路板上。每個模塊可以可選地包括四進一 的功率合成器，用于收集來自接收天線的功率，以傳送到電子模塊44。
圖4B的設備可以密封于適當的外殼內，以^it置在床墊之下。所述 外殼防止天線31A和31B與可能影響它們的性能的任何電介質或金屬表 面的接觸。所述外殼可以在天線模塊43和下層的安*^面之間提供氣隙。 所述外殼可以包括固體基敗，可以將天線模塊和電子模塊安裝于該基板。 例如，所述1^可以包含鋁或其他適當材料的片。所述外殼可以包括用于 環境保護的天線罩。例如，所述天線軍可以用薄的塑料層形成。可以為電 子模塊44提M屬屏蔽罩。
圖4C示出了另一個實施例，其具有比圖4B的實施例少的天線。其 他的天線布置也是可能的。
在圖5所示的一個示例實施例中，UWB發送器30A包括振蕩器50, 振蕩器50被猝熄，以產生脈沖的射頻(RF)波形，所述波形通iti^通放 大器52，以產生UWB脈沖40。通常期望振蕩器50的中心頻率是可調節 的，以便能夠在需要時進行頻率優化。振蕩器50中可以使用任何適當的 振蕩器電路。本領域的技術人員已知有多種適合的振蕩器。例如，振蕩器 50可以包括基于二極管、FET或者結式晶體管的振蕩器。在所述示例性實施例中，UWB接收器30B接收來自天線系統31的 接收天線31B的信號53，并且將所接收的信號傳送通過射頻信號調整級 54，該射頻信號調整級54包括例如濾波器55和放大器56。經調整的信 號被提供到混合器58，在此，該經調整的信號與來自振蕩器50的信號混 合，以得到基帶信號59。基帶信號59在基帶調整級60中由例如濾波器 61和放大器62進一步調整。經調整的信號然后由m轉換器(ADC ) 64 數字化。ADC 64優選地至少是12/14比特的ADC，使得經調整的基帶信 號能夠在動態范圍內以80dB而被數字化。在使用約10 Hz的模擬抗混淆 濾波器的情況下，ADC的采樣率不必超過約50Hz，以獲得經數字化的信 號，從該經數字化的信號中可以提取心率和呼吸速率。為了降低感測單元 14的整體成本、大小和功耗，ADC 64可以包括組合的ADC/微處理器的 ADC部分。
在當前的優選實施例中，應用相干的多普勒檢測方案ilb險測Jl射脈沖 42。經調整的基帶信號具有隨著病人的心跳而變化的頻率分量以及隨病人 呼吸而變化的頻率分量。經調整的基帶信號可以是音頻信號(例如經調整 的基帶信號的頻率可以幾分之一 Hz到幾Hz的范圍內)。
在所示的實施例中，基帶調整級60提供用于調整基帶信號59的呼吸 速率分量和心率分量的單獨的信號路徑。這允許針對每個信號分量來優化 信號調整。圖5示出了濾波級61,其包括單獨的濾波器61A和61B; 放大級62，其包括單獨的放大器62A和62B;以及數字化級64，其包括 單獨的^lt轉換器64A和64B， 轉換器64A和64B分別調整心率信 號65A和呼吸速率信號65B.
數字化的信號65 (在所示的示例中具有經調整的分量65A和65B) 傳送到信號處理級33。信號處理級33包括適當的數據處理器，諸如信號 處理器或者微處理器；或者包括適當的模擬或數字信號處理電路，諸如適 當配置的現場可編程門陣列(FPGA)。在圖5中，信號處理級33包括數 字信號處理器(DSP) 66,該數字信號處理器66執行DSP 66可訪問的程 序存儲器中存儲的軟件指令68。 DSP 66從信號65中提取心率和呼吸速率 信息。
在一些實施例中，DSP 66被編程以將經調整的基帶信號變換到頻域 中。這樣的變換的示例是傅立葉變換，傅立葉變換可以被實現為快速傅立 葉變換(FFT )算法。人的心跳通常具有在0.8 Hz到3 Hz的范圍內的頻 率(50-180心跳/分鐘)。人的呼吸的頻率通常在0.1 Hz到0.7 Hz的范圍(6-42次呼由分鐘)內。DSP66可以通過下述方式來提取病人的心率和 呼吸速率在所變換的頻域信號內搜索心率和呼吸速率的預期范圍內的頻 率的峰值。心率和呼吸速率的頻率范圍可以在DSP軟件68中指定，或者 存儲在DSP 66可訪問的數據寄存器內。
心率和呼吸速率的范圍可以是用戶可配置的。例如，嬰兒可以具有基 本上比成人的心率高的心率。當根據本發明的設備用于監視嬰兒時，可以 通過適當的用戶界面將心率和呼吸速率的頻率范圍設置為較高的值。
通過將較大的數據塊變換到頻域內，可以改善結果的精度。例如，可 以一次取3個或者更多個經調整的基帶數據的塊來執行頻域變換。每個塊 可以包含例如經調整的基帶數據的256、 521或者1024個采樣。每次獲得 新塊時，通過丟棄最老的塊并且添加最新的塊來重復所述變換。因此，每 個連續的變換所基于的數據與用于緊挨著的先前變換的數據交迭。例如， 當一次取4個數據塊時，在用于每個變換的數據中存在75。/。的交迭。
而且，可以通過使用先前確定的平均心率來進行進一步的增強，以有 助于在對應于預期的心率的頻率范圍內的頻鐠中存在多個峰值的情況下 識別心率信號。在DSP 66識別出頻域數據內的不止一個峰值可能是心率 的情況下，DSP66可以被編程為選擇最接近先前確定的平均心率的峰 值。
呼吸頻率的諧波可以落在心率的頻率范圍內。接收器30B可以被設 計成最小化這樣的諧波。在一些實施例中，DSP66可以被編程為檢測 作為心率或者呼吸速率的諧波的頻率分量，并且4艮據所述諧波的頻率來整 體地或者部分地確定心率或者呼吸速率。例如，可以通過檢測和測量心率 的二次諧波的頻率并且將結果除以2來確定心率。
在一些情況下，人可以具有較高的呼吸速率和較低的心率。在這樣的 情況下，不可能將心率和呼吸速率信號分離開(特別是因為呼吸速率的信 號電平通常比心率信號的信號電平大得多一在一些情況下呼吸速率信號 在幅度上可能比心率信號大20 dB到30 dB)。可以通過提供濾波器，以 在一定程度上減少這個幅度差，所述濾波器在信號調整級60中降低呼吸 信號的幅度。例如，信號調整級60可以將呼吸頻率范圍內的信號的幅度 相對于心率頻率范圍內的信號降低10 dB -15 dB。
可以通過對經調整的基帶信號進行時域分析來增強對呼吸和心跳信 號的頻率的識別和測量。例如，可以通過對經調整的基帶信號(可以通過適當的濾波而進一步對該信號進g整)內的峰值和it^點進行計數來測 量呼吸速率。通過濾除經調整的基帶信號內的較低頻率，還可以通it^從 心臟運動產生的信號內的峰值進行計數來測量心率。可以將通過時域分析 獲得的呼吸速率信息和/或心率信息與通過頻域分析獲得的對應的信息組 合在一起，以獲得對呼吸速率和/或心率的精確的估計值。在一個替選實 施例中，可以通過時域分析而不是通過頻域分析來獲得呼吸速率信息和/ 或心率信息。
在一些實施例中，可以用兩種或者更多種不同的方式來確定呼吸速率 和心率，并且可以通過組合以所述兩種或者更多種的不同方式獲得的結果
來建立呼吸速率或者心率的值。例如，根據本發明的系統可以包括用于 通過在經調整的基帶信號的傅立葉變換中直接地識別對應于心率的頻率 分量而確定心率的第一裝置；用于通過在經調整的基帶信號的傅立葉變換 中識別對應于心率的二次諧波的頻率分量而確定心率的第二裝置；用于通 過經調整的基帶信號進行時域分析來確定心率的第三裝置；以及組合裝 置，用于組合由所述第一、第二和第三裝置提供的結果來獲得心率的值。 例如，所述組合裝置可以獲得所述結果的平均值或者加權平均值。
DSP 66對適當的窗口上的心率和呼吸速率進行平均，并且向通信子 系統35提供更新的平均值。例如，可以在15至30秒的窗口上對心率和 呼吸速率二者進行平均。因為呼吸速率通常小于心率，因此可選地可以在 較長的窗口上對呼吸速率進行平均。在開始時，可以使用較短的平均時間， 以減少加電與獲得心率和呼吸速率信息之間的時間。
以足以提供及時的結果的頻率對心率和呼吸速率進行更新。例如，可 以每幾秒(例如每1至5秒)更新心率一次。如果需要，可以以更低的頻 率(每5至15秒)來更新呼吸速率。
當病Ail動時，該運動引起經調整的基帶信號內出現大幅度的低頻分 量。這些低頻分量可以淹沒心率信號或呼吸速率信號，或者淹沒這兩個信 號。在這種運動的持續時間中，可能難于識別心率信號或者呼吸速率信號 或者這兩個信號。優選地，DSP66被編程為檢測這樣的運動偽像，并 且產生一個信號(例如通過"i殳置運動感測標記)，所述信號向監視臺12 指示檢測到運動，并且所述運動正在阻礙對呼吸速率和/或心率的更新。 DSP 66可以通過識別經調整的基帶信號65內的大幅度的低頻分量來檢測 運動偽像。
通信子系統35向監視臺12發送更新的平均值和任何附加的信息，諸如運動標記和用于識別感測單元14的ID代碼。可以提Wi何適當的通信 技術和協議，以從感測單元14向監視臺12發送數據。 一些非限定性的示 例有有線或者無線的局域網(LAN)，諸如以太網局域網；IEEE802.il 網絡；或者符合ZigBeeTM規范的無線數據通信系統。注意，某些處理可 以在監視臺12處執行，而不能在信號處理級33處執行。
心率通常不^^目對于心率的周期而突然變化。監視臺12(或DSP66) 可以對心率和呼吸速率的平均值執行統計分析。例如，可以將新的心率值
與前一個平均心率值相比較。如果新的心率值與前一個平均心率值相差超 過閾值量(例如50%)，則監視臺12 (或DSP 66)可以被配置成不顯示 該新值。在這種情況下，監視臺12可以通過下述方式指示心率值不可靠 通過顯示符號來取代心率值或者除了顯示心率值還顯示符號、不顯示心率 值、使用不同的顯示參數(例如閃爍、不同顏色等)來顯示心率值等。
監視臺12可以監視心率和呼吸速率信號中的指示潛在問題的圖案。 例如，監視臺12可以被配置用于在人的呼吸速率單獨地或者與其他因 素相結合地突然升高并且持續為高的情況下觸發警才艮。
圖6示出了可以被用作UWB雷達30的電路70。電路70具有信號 產生部分70A和信號接收部分70B。信號產生部分70A產生本地振蕩器 信號71和UWB脈沖信號72。信號71和72具有不同的波形。信號72 由具有幾納秒(ns)的脈沖寬度的短UWB脈沖構成。
本地振蕩器信號71提供的脈沖比信號72中的脈沖長，具有與信號 72中的脈沖相同的載波頻率。本地振蕩器信號71中的脈沖的長度應當足 夠長，以便能夠捕獲到所感興趣的范圍內的所有的反射脈沖42。在本地 振蕩器信號的結尾后到達的反射的脈沖42將不會被檢測到。期望的是， 使本地振蕩器信號71內的脈沖保持為短，以排除來自周圍的不想要的信 號，并JUa免不必要的RF耦合。例如，信號71內的脈沖的長度通常在 大約5納秒到10納秒左右的范圍內，并且是可調整的。在一些實施例中，、 信號71和72內的脈沖可以具有相同或者相似的長度。
在信號產生部分70A中，時鐘74用來以期望的脈沖重復頻率(例如 約l MHz)向長脈沖選通電路76提供時鐘信號。長脈沖選通電路76產 生脈沖，所述脈沖使得猝熄電路78猝熄以適當的頻率(例如C頻帶頻率) 運行的振蕩器78。在信號分離器80處去除本地振蕩器信號71。
在通過延遲電路84設置的時1^，由SP選通電路86來產生短脈沖。所述短脈沖操作開關82，以經由濾波器88向發送天線陣列傳送纟艮短的 RT脈沖。將所發送的脈沖保持為短表示所發送的脈沖將具有較寬的帶寬， 具有低的平均信號電平。可以使這樣的低電平信號滿足管理要求，諸如美 國的聯邦通信委員會(FCC)實行的要求，這些要求限制可允許的時間平 均和最大信號電平。延遲電路84允許對信號72中的發送脈沖與本地振蕩 器信號71之間的相對定時進行控制。
接收部分70B接收來自接收天線陣列的信號。所述信號在濾波器90 被濾波，并且在混合器94中與本地振蕩器信號71混合之前被低噪聲放大 器92放大。衰減器73可以被提供用來降低在混合器94的上游的本地振 蕩器信號71的幅度。從混合器94輸出的基帶信號在濾波器95中被濾波， 在差分放大器96A中被調整偏移，在放大器98A中被放大，并且在濾波 器99A中被濾波。
在所示的實施例中，差分放大器96A、放大器98A和濾波器99A承 載從中可以確定心率的信號。提供了獨立的差分放大器9 6B、放大器98B 和濾波器99B用于調整從中可以確定呼吸速率的信號。這利于心率和呼 吸信號的分離。承載關于呼吸的信息的、在混合器94的輸出處的解調信 號的分量在幅度上通常比表示心率的信號的分量高大約20 dB到30 dB。 在心率通道內的高通濾波器99A可以濾除許多呼吸信號。例如，所述高 通濾波器可以濾除具有小于約0.5 Hz的頻率的信號分量，并且使高頻信 號通過。呼吸信號與心率信號的分離允許將呼吸和心率信號放大到有利于 對所述信號進行時域信號處理的電平。
接收部分70B提供獨立的輸出，所述輸出承栽從其可以檢測人的反 射功率和運動的信號。運動檢測輸出102接收經放大器100放大并且經高 通濾波器101濾波的信號。如果在運動檢測輸出102處的信號具有超過閾 值的值，則il^示病人正在移動，該移動足以中斷對心率或呼吸速率的測 量。
放大器104和濾波器105對在混合器94的輸出處獲得的信號分別進 行放大和低通濾波。這個信號在輸出106處被提供。當由接收天線31B 拾取的反射功率提高時，在輸出106處的所述信號的幅度會增大。
可以通過包絡檢測器來測量反射功率。反射功率的幅度一般依賴于所 述設備的配置、監財象的特性、監m象的姿勢和位置等。在一些實施 例中，通過比較兩個不同組的天線(所述兩組天線通常是兩個天線陣列) 所接收的反射功率來確n視對象的在位與否。可以將在兩個陣列處接收的反射功率的差與閾值相比較，以確定監^象是否在位。在這樣的實施
例中，放大器104可以包括差分放大器，如圖6所示。這種構造的優點是 需要很少的調整或者不需要調整來補償設備內的變化。
當感測范圍內沒有人(或者其M狀的物體)時，則輸出106的信號 將具有在給定范圍內的幅度。在床傳感器的情況下，ili示所述床未被占 用。在其他應用內使用的傳感器的情況下，i^示人"所述感測范圍內。 當人ii^感測范圍內時，則由輸出106的信號指示的反射功率(或者反射 的功率差)發生改變。系統10可以監視輸出106的信號，并且當輸出106 的信號改變到在沒有人時所具有的范圍之外的值時，將狀態標記從例如 NOT_OCCUPIED (未占用)改變為NORMAL (正常)。
電路70可以執行校準例程，該基準例程設置當其加電時對應于未被 占用的床的值的范圍、或者響應于用戶輸入而設置當床未被占用時的其他 時間對應于未被占用的床的值的范圍。
信號處理系統33可以根據輸出102和106的信號的組合來設置狀態 標記。所述狀態標記例如可以具有值NOT_OCCUPIED (未占用)、 MOTION (運動)和NORMAL (正常)。 一些實施例可以具有用于正常 運動和異常運動的狀態標記。可以設置當皿視人員以正常和預期的方式 翻身或者改變位置時用于表示正常運動的狀態標記。可以設置當皿^LA 員進行指示可能需要干預的可能有問題的運動時用于指示異常運動的狀 態標記。例如，可以設置當 視人員進行可能伴隨某種類型的發作的連 續翻滾的運動時用于指示異常運動的狀態標記。當狀態標記具有除了 "NORMAL(正常)"之外的值時，可以抑制對心率和呼吸速率值的更新。
圖7是圖示了較短脈沖選通信號87與較長脈沖信號77之間的相對定 時的時序圖，較短脈沖選通信號87控制信號72中的所發送的UWB脈沖 的時間和長度，而較長脈沖信號77控制本地振蕩器信號71中的脈沖的時 間和持續時間。信號77具有長度A (如5-10納秒)的脈沖，所述脈沖通 過長度B (如大約1微秒)的間隔而分開。在所示的實施例中，信號87 內的脈沖始于時間C，所述時間C通常在信號77內的較長脈沖的啟動后 的幾納秒。這有利于振蕩開始的頻率和相位的穩定性。信號87內的脈沖 的長度D具為幾個納秒(例如l-5納秒，最好是3納秒或更短，如l-2納 秒)。可以選擇脈沖長度D和脈沖重復率，以獲得時間平均的功率密度， 該功率密K夠低，使得符合由可應用的規定而實行的限制。
接收信號89將在不同的時隙到達接收器70B。脈沖長度A (在該脈沖程度期間可以獲得本地振蕩器信號71)足夠長，以包括所有的接收信 號89。在接收器70B通過本地振蕩器信號對接收信號進行時間選通。使
號.這樣，不需要信道復用。M振蕩器信號不應不必要的長，以便防止 接收器70B接收到不需要的噪聲信號。在一些實施例中，在每個發送脈 沖SP的開始產生空信號MP。空信號MP用來在發送UWB脈沖的同時 抑制對接收信號89的接收。這防止由于近場耦合到一個或多個發送天線 而在接收天線內誘發的信號被誤認為期望的接收信號89。
如上所述的基本技術可以被應用到監視單人的系統.例如，可以提供 感測單元14來監視耍兒床內的嬰兒或者床或椅子內的人的在位、呼吸速 率。可以將警報器與感測單元14集成在一起，或者感測單元14可以被連 接用來向遠程警才艮單元發送警才艮信號(例如通過有線或者無線的連接)。 在一個實施例中，感測單元14與嬰兒監視器組合。嬰兒監視器的基站接 收由嬰兒發出的聲音，并JIiE在來自傳感器14的輸出指示可能出問題(諸 如嬰兒已經停止呼吸)的情況下提供警才艮信號。在另一個實施例中，傳感 器14直接地連接到警報器，并且如果傳感器14檢測到 :視人員已經停 止呼吸超過一段短的時間則啟動警才艮器。在具有或者不具有外部監視的情 況下，這樣的系統可以用來通過觸發警報器而喚醒患有睡眠呼吸暫停的 人。
圖8、 8A和8B示出了可用于在此所述的類型的系統中并且可用于其 他應用的天線陣列120的設計。在圖8B所示類型的單獨天線可以祐i且合 為其他類型的陣列，或者用于獨立的應用中。陣列120包括布置在諸如電 路板等的平面基底121上的多個偶極狀的天線。基底121可以包括雙面包 銅的層壓板，其中，如圖8所示已經形成包銅的圖案。
在圖8中，以實線輪廓示出了在差^底121的笫一面上的導電區域，同 時以虛線輪廓示出了在基底121的第二面上的導電區域。圖8A示出了在 基底121的第二面上的導電區域的圖案。
在所示的實施例中，12個接收天線122通過波導123而互連。接收 天線122位于矩形網格的節點。雙向信號組合器126將來自所有的接收天 線122的信號組合為單個輸出128。發送天線130位于陣列120的中心。 當陣列120位于地平面之上的適當高度時，發送天線120和接收天線130 都具有定向輻射模式。
每個天線122和130具有在基底121的相對面上、在相反方向上延伸的元件124A和124B。圖8B詳細示出了單個天線122。元件124A和124B 是彼此的鏡像，并且各自相對于中線131而對稱。每個元件124A在其饋 送點133附近具有圓形段132，并且在其開放段具有不等長度的多個短截 線(stub)。在所示的實施例中，在每個元件124內，圓形段132并入直 的發散的邊象險134，該邊^JEl伸到外部短截線137的拐角136。元件 124的開放段是W形的。直線段138在拐角136處形成銳角。在拐角144 處相交的大體為直的線段142之間限定中央短截線140。在所示的實施例 中，拐角144近似為直角。
主要通itiL件124在Z方向(即在與線131平行的方向上)上的有 效長度來確定天線122或者130的諧振頻率。通過在饋送點附近提供彎曲 的幾何形狀并在所述元件的開放端提供不同長度的多個(在所示的示例內 為3個)短截線來實現寬頻帶寬。這種幾何形狀由于其變化的有效元件長 度而允許在多個頻率處的諧振.在一些實施例中，可以在利用或者不利用 反射的地平面的情況下獲得超過30%的頻率帶寬。
通過改變線段134之間的對向角(subtended angle) 9 (參見圖8) 來調M個天線122或者130的帶寬。 一般而言，帶寬在所^t向角增大 時增大，并且在所述對向角減小時減小。通iti^擇用于發送信號的天線內 的適當的對向角e，可以調整所發送的輻射的頻鐠。通過選擇用于檢測信
號的天線內的適當的對向角e，可以從所接收的信號中濾除不想要的信 號。
輻射元件124的輸入阻抗通過寬度恒定的一對平衡的帶狀線150而匹 配到50歐姆的不平衡的微帶傳輸線123。通過選擇平衡的帶狀線150的 適當長度并且通iti^擇天線122或者130的饋送點133的適當的尺度，可 以將天線122或者130匹配到50歐姆的不平衡的傳輸線，而不需*何 另外的匹配網絡。
天線陣列120具有以下優點可以利用標準電i^板制造技術來制造， 并且提供適合于發送和接收UWB脈沖的緊湊的平衡偶極結構。
如上所述，UWB雷達可以用于檢測坐在椅子中的人的在位、移動、 心率和呼吸速率。與要捆扎到人的胸部或背部上的傳感器、要結合嬰兒床
而使用的傳感器或者在類似的應用中使用的傳感器一樣，用于椅背上的感 測單元不必覆蓋象全尺寸的床中所使用的感測單元那樣大的區域。因此， 用于這種應用的感測單元的天線可以比需要覆蓋全尺寸的床的感測單元 所需要的天線少。例如，用于感測小嬰兒床內的嬰兒的在位、心率和/或呼吸速率的感測單元不必覆蓋大的區域，并且可以僅具有一個天線或者僅 具有幾個天線。
圖9、 9A和9B和9C示出了緊湊天線170。天線170包括輻射元件 172，該輻射元件172可以通過焊接或者通過導電粘合劑的附接等被直接 地安裝到電i^板。天線170可以用于在此所述的感測單元內，或者可以用 于其他應用內。
天線170具有三維的配置。輻射元件172被安裝在導電地平面174 之上。地平面174可以包括例如在印刷電3M1^底上的金屬層。可以通過 例如壓印薄金屬片來形成輻射元件172。
在一些實施例中，包含UWB雷達的電子模塊包括電路板，輻射元件 172可以附接到該電路板以提供天線。所述電路板還可以包括波導可以連 接外部天線或者天線陣列的位置。根據所述應用，輻射元件172或者一個 或多個外部天線或者天線陣列可以連接到電路板。這允許同一電路板用于 各種類型的感測單元中。例如，多個天線陣列可以連接到用作床內的傳感 器的電路板，而輻射元件172可以連接到作為椅背內或者嬰兒床的床墊下 等的傳感器的電路板。
天線170通過在所述輻射元件和所述地平面174之間的窄間隙178 來輻射線性極化的E場。主要通過天線170在X和Y方向上的整體尺寸 來確定所述天線的諧振頻率。可以提供在輻射元件172的開放端182上延 伸的小短截線180，以精細地調諧天線170的諧振頻率。還可以通過在輻 射元件172和地平面174之間提供電介質材料而改變天線170的特性。
天線170在Y方向上的幾何形狀和尺寸確定了天線170的頻率帶寬。 在天線170的兩面的幾何形狀三角形184允許寬帶頻率的IM乍。可以利用 適當的成形來獲得超過20%的頻率帶寬。根據地平面174的大小，天線 170的一些實施例具有心形輻射圖，具有在6 dBi到8 dBi之間的方向性。
輸入饋送點188向天線170內凹陷。通itit^^饋送點188與邊緣l卯 的適當距離，天線170可以直接地匹配到50歐姆的傳輸線，而不需要另 外的匹配網絡。
對于UWB操作，天線170可以具有約1亳米的輻射間隙178和在大 約5毫米到6毫米的范圍內的輻射元件172的頂部和地平面174之間的距 離。
可以理解，本發明具有以下幾個方面，包括*天線，具有象圖8、 8A和8B所示特征一樣的天線特征，可用于任 何目的；
*天線，具有象圖9、 9A和9B所示特征一樣的天線特征，可用于任 何目的；
*監視系統，可以用于監視一個或多個人的在位、心率和/或呼吸速率， 其中圖l的系統是一個示例；
*監視系統，可以用于監視嬰兒或者單個人的舒適一這樣的示例包 括嬰兒監視器和用于在患有睡眠呼吸暫停的人停止呼吸超過短時 間則喚醒他的系統；以及
*基于UWB雷達的傳感器，可以用于監^的在位、心率和/或呼吸 速率。例如，這樣的傳感器可以由應緊人員(例如消防隊員、救護 車人員、應急響應技術人員或者軍事醫生等)使用來測試傷者或者 病人的生命指征的存在。這樣的傳感器可以是便攜的。在一些實施 例中，所述傳感器被配置為壓在人的背部或者胸部，并且包括顯 示器或者其他指示器，該顯示器或者其他指示器標識是否可以檢測 到生命指征(例如心跳和/或呼吸)，并且可以提供諸如心率和呼吸 速率等的信息。
*基于UWB雷達的傳感器，可以用于檢測個人的某位置的脈沖。這 樣的傳感器可以用于例如非^y^性的血壓監視器，所述非^性血 壓監視器根據個人的循環系統內的脈沖的傳播速度來計算個人的 血壓。例如，這樣的傳感器可以設置在人的頸部和踝關節處。在這 兩個位置檢測到的脈沖在時間上的差可能與個人的血壓相關。可以 將兩個這樣的傳感器連接到控制器，所述控制器確定脈沖到達傳感 器的時間上的差別，并且至少部分地根據所述時間差來計算血壓或 者血壓的變化。
本發明的特定實現方式包括計算機處理器，該計算機處理器執行軟件 指令，所述軟件指^H吏得處理器執行本發明的方法。例如，在感測單元內 的一個或多個處理器或者在感測單元內的處理器和監視臺的組合可以實 現用于通過執行所述處理器可訪問的程序存儲器內的軟件指令而獲得在 此所述的心率和呼吸速率信息的方法。還可以用程序產品的形式來提供本 發明。所述程序產品可以包括承載一組計算機可讀信號的任何介質，所述 計算機可讀信號包括指令，當由數據處理器執行所述指令時，使得所述數據處理器執行本發明的方法。根據本發明的程序產品可以利用多種形式中
的任何一種.所述程序產品可以包括例如物理介質，諸如包括^Jt、硬 盤驅動器等的磁數據存儲介質、包括CDROM、 DVD等的光數據存儲介 質、包括ROM、快閃RAM等的電子數據存儲介質等。可選地，可以對 程序產品上的計算機可讀信號進行壓縮或者加密。
當引用上面的部件(例如軟件模塊、處理器、組件、裝置、電路等) 時，除非另外指示，對于該部件的引用(包括對"裝置"的引用)應當被 解釋為包括作為該部件的等同物的、執行上述部件的功能的(即在功能上 等同的)任何部件，其中包括在結構上不等同于所^Hf的結構(在該結構 中執行本發明所述的示例性實施例中的功能)的部件。
根據上述的公開，對于本領域的技術人員顯然的是，在不脫離本發明 的精神或者范圍的情況下，在對本發明的實踐中，許多改變和修改是可能 的《>例如
*在一些實施例中，發送脈沖被分布于幾個發送天線間，使得發送天 線在不同的時隙發送UWB脈沖。在每個所述時隙內，可以在多個 接收天線檢測到反射脈沖。在一些實施例中，這是通過將發送信號 分布于位于不同位置并且與UWB發送器間隔不同的RFi^長度 的幾個天線中的每個天線而實現的。
*在如上所述的一些實現方式中，使用開關放大器來用于RF開關82。 但是，還可以使用諸如PIN二極管、肖特基(Schottky) 二極管、 微電子機械(MEM)開關等的其他技術來實現適當的RF開關。
* 一些被設計用于短距離的實施例沒有開關82。
因此，本發明的范圍應視為基于由所附的權利要求所限定的實質。
權利要求
1. 一種用于監視一個或多個活體的生命指征的設備，所述設備包括監視臺；與所述監視臺通信的至少一個傳感器，所述傳感器包括天線系統；超寬帶雷達系統，該超寬帶雷達系統耦接到所述天線系統；信號處理器，該信號處理器被連接用于接收來自所述超寬帶雷達系統的信號，并且被配置用于從所述信號中提取與在對應于所述天線系統的感測范圍內的人或者動物的一個或多個生命指征有關的信息；以及通信系統，該通信系統被配置用于向所述監視臺發送所述信息。
2. 根據權利要求l的設備，包括墊，其中，所述天線系統位于所述 墊的上表面下。
3. 根據權利要求l的設備，包括墊，其中，所述天線系統位于所述 墊下。
4. 根據權利要求3的設備，其中，所述天線系統被天線罩覆蓋，所 述天線革對于超寬帶輻射基本上是透射的，其中，所述天線罩位于所述墊 下。
5. 根據權利要求4的設備，包括位于所述天線系統下面的金屬安裝 表面，其中，所述天線系統通過氣隙與所述安*^面間隔開。
6. 根據權利要求2-5中的任一項的設備，其中，所述天線系統包括 天線陣列，所述天線陣列在所述墊的頭端和腳端之間的某個位置的帶中延 伸跨過所述墊。
7. 根據權利要求l-6中的任一項的設備，其中 所述天線系統包括多個天線組，天線組包括至少一個發送天線，所述發送天線被連接用于發送由所 述超寬帶雷達系統產生的超寬帶脈沖；以及多個接收天線，所述接收天線 被連接用于接收由所^A或者動物反射的超寬帶脈沖；其中，所述多個接收天線以大致相等的間隔與所述發送天線間隔開。
8. 根據權利要求7的設備，其中，所述發送天線和所述多個接收天 線被布置在基本上為平面的基底上。
9. 根據權利要求l-4中的任一項的設備，其中，所述天線系統包括 至少一個發送天線，所述發送天線被連接用于發送由所述超寬帶雷達系統 產生的超寬帶脈沖；以及接收天線，該接收天線被連接用于接收由所^A 或者動物>^射的超寬帶脈沖。
10. 根據權利要求9的設備，其中，所述發送天線的增益比所述接收 天線的增益低。
11. 根據權利要求l-5中的任一項的設備，其中，所述天線系統包括 布置在基本上為平面的構件上的天線陣列。
12. 根據權利要求l-5中的任一項的設備，其中，所述天線系統包括 布置在M上為平面的構件上的接收天線陣列和至少一個發送天線。
13. 根據權利要求1-12中的任一項的設備，其中，所述雷達系統包 括發送器，該發送器被配置用于產生持續時間為3ns或者更短的脈沖； 以及接收器，該接收器由長度超過5ns的脈沖來選通。
14. 根據權利要求1-12中的任一項的設備，其中，所述信號處理器 包括數據處理器，該數據處理器執行指令，所述指4K吏得所述數據處理器 將所述信號變換到頻域并且識別經變換的信號中位于具有心率的頻率特 性的頻帶內的峰值。
15. 根據權利要求13的設備，其中，所述指4^吏得所述數據處理器 搜索至少部分地基于先前確定的心率的頻率范圍內的峰值。
16. 根據權利要求13的設備，其中，如果所述數據處理器識別頻帶 內的多個峰值，則所述指^H吏得所述數據處理器選擇多個峰值中最接近先 前確定的心率的一個J^值。
17. 根據權利要求1-13中的任一項的設備，其中，所述信號處理器 包括數據處理器，所述lt據處理器執行指令，所述指4H^吏得所述數據處理 器將所述信號變換到頻域并且識別位于具有呼吸速率的頻率特性的頻帶 內的峰值。
18. 根據權利要求13-16中的任一項的設備，其中，所述數據處理器 被配置用于在所述信號內檢測運動偽象，并且產生用于指示所idA或者動 物正在移動的運動感測信號。
19. 根據權利要求17的設備，其中，所述監視臺被配置用于響應于 所述運動感測信號而暫時抑制對關于生命指征的更新信息的顯示。
20. 根據權利要求1-18中的任一項的設備，其中，所述雷達系統包 括反射功率輸出端，并且所述信號處理器被配置用于監視在所述反射功率 輸出端處的反射功率信號，并且至少部分地基于所述反射功率信號而產生 占用信號。
21. 根據權利要求19的設備，包括放大器和低通濾波器，其中，所 述反射功率信號是已經被所l故大器放大并且被所述低通濾波器濾波的 信號。
22. 根據權利要求1-18中的任一項的設備，其中，所述雷達系統包 括第 一和第二>^射功率輸出端，所述第 一和第二反射功率輸出端承載第一 和第二反射功率信號，并且所述信號處理器被配置用于監視所述第一和第 二^^射功率信號之間的差，并且至少部分地基于所述差而產生占用信號。
23. 根據權利要求1-21中的任一項的設備，其中，所述天線系統包 括至少一個天線，所述至少一個天線包括在大體上為平面的基底的第 一面 上的第一元件以及在所述基底的與所述第一面相對的第二面上的第二元 件，其中，所述第一元件和所述第二元件中的每個是關于中心線對稱的。
24. 根據權利要求22的設備，其中，所述元件中的每個包括多個短 截線。
25. 根據權利要求23的設備，其中，所述短截線是尖的。
26. 根據權利要求23或者24的設備，其中，所述短截線具有不同的 長度。
27. 根據權利要求23-25中的任一項的設備，其中，所述短截線包括 中心短截線，所述中心短截線具有沿著相交的直線的邊緣。
28. 根據權利要求26的設備，其中，所述直線以90士5度的角度相交。
29. 根據權利要求23-27中的任一項的設備，其中，每個元件具有到 傳輸線的饋送連接，并且所述元件的邊緣的第一段在所述饋送連接附近是 圓形的。
30. 根據權利要求28的設備，其中，所述第一段并入延伸至所述短 截線中的外部短截線的拐角的發散的直線段。
31. 根據權利要求23-29中的任一項的設備，其中，所述元件的短截線從所述中心線延伸開。
32. 根據權利要求23-30中的任一項的設備，其中，所述元件中的每 個具有三個短截線。
33. 根據權利要求23-31中的任一項的設備，其中，所述短截線中的 每個延伸至尖的拐角，在該尖的拐角處，所述元件的邊緣的線斜目交。
34. 根據權利要求22-32中的任一項的設備，其中，所述天線與50 歐姆的不平衡的傳輸線直接匹配。
35. 根據權利要求1-21中的任一項的設備，其中，所述天線系統包 括至少一個天線，所述至少一個天線包括三維輻射元件，所述三維輻射元 件在電路板的地平面之上直接安裝于該電路板，其中，所述輻射元件包括 開放端和在所述開放端上延伸的短截線。
36. 根據權利要求34的設備，包括輸入饋送點，所述輸入饋送點從 所述輻射元件的邊緣凹陷。
37. 根據權利要求35的設備，其中，所述短截線和所述輸入饋送點 在所述輻射元件的相對端。
38. 根據權利要求34-36中的任一項的設備，其中，所述輻射元件在 寬度上向所述開放端逐漸變細。
39. 根據權利要求34-37中的任一項的設備，其中，所述輻射元件包 括裙部，所述裙部沿著所述輻射元件的側邊向地平面延伸。
40. 根據權利要求1-38中的任一項的設備，其中，所述監視臺包括 顯示器，并且被配置用于在所述顯示器上顯示由所述傳感器檢測到的心率。
41. 根據權利要求39的設備，其中，所述心率以每分鐘跳動次數為 單位來測量。
42. 根據權利要求1-38中的任一項的設備，其中，所述監視臺包括 顯示器，并且被配置用于在所述顯示器上顯示由所述傳感器檢測到的呼吸 速率。
43. 根據權利要求41的設備，其中，所述呼吸速率以每分鐘呼吸次 數為單位來測量。
44. 根據權利要求1-38中的任一項的設備，其中，所述監視臺包括顯示器，并且被配置用于在所述顯示器上顯示用于指示所述傳感器是否檢 測到活體的標志。
45. 根據權利要求1-38中的任一項的設備，其中，所述監視臺包括 顯示器，并且被配置用于在所述顯示器上顯示用于指示所述傳感器是否檢 測到活體正在移動的標志。
46. 根據權利要求44的設備，包括用于監視用于指示活體的運動的 運動信號、并且至少部分地根據所述運動信號的幅度或持續時間來確定所 述活體的運動不正常的裝置，其中，所述監視臺被配置用于在所述顯示器 上顯示用于指示所述活體的運動不正常的標志。
47. 根據權利要求1-45中的任一項的設備，其中，所述至少一個傳 感器包括椅子傳感器，所述椅子傳感器被安^椅子的靠背上或者置于椅 子的靠背內。
48. 根據權利要求1-46中的任一項的設備，其中，所述至少一個傳 感器和所述監視臺每個包括無線數據iML器，并且通過所述無線數據JML 器以無線的方式從所述至少一個傳感器向所述監視臺發送所述信息。
49. 根據權利要求1-47中的任一項的設備，其中，所述超寬帶雷達 系統發送具有小于約12 GHz的頻率的脈沖。
50. 根據權利要求48的設備，其中，所述頻率在約3.6GHz到約4.6 GHz的范圍內。
51. 根據權利要求48的設備，其中，所述頻率在約6GHz的頻帶內。
52. 根據權利要求1-50中的任一項的設備，其中，所i^適寬帶雷達 系統發送具有在約0.5ps到約lps的范圍內的脈沖重復間隔的脈沖。
53. 根據權利要求1-51中的任一項的設備，其中，所^寬帶雷達 系統包括振蕩器；混合器，該混合器被連接用于接收來自所述振蕩器的輸入以及來自由 所述天線系統檢測到的反射信號的輸入，以在所述混合器的輸出處生成基 帶信號；以及模數轉換器，該m轉換器被連接用于數字化基帶信號。
54. 根據權利要求52的設備，包括在所述天線系統和所述混合器之間的信號路徑上的放大器和濾波器。
55. 根據權利要求1-52中的任一項的設備，其中，所述監視臺包括 可聽見的警凈艮器，并且所述監視臺被配置用于響應于檢測到皿視的主體 已經停止呼吸超過閾值時間而使所述可聽見的警報器發出聲音。
56. 根據權利要求1-52中的任一項的設備，其中，所述監視臺包括 可聽見的警才艮器，所述監視臺被配置用于響應于檢測到皿視的主體的呼 吸速率在預設的范圍之外而使所述可聽見的警報器發出聲音。
57. 根據權利要求1-52中的任一項的設備，其中，所述監視臺包括 可聽見的警報器，所述監視臺被配置用于響應于檢測到皿視的主體的心 臟活動已經停止超過閾值時間而使所述可聽見的警報器發出聲音。
58. 根據權利要求1-52中的任一項的設備，其中，所述監視臺包括 可聽見的警報器，所述監視臺被配成用于響應于檢測到M視的主體的心 率在預設的范圍之外而使所述可聽見的警報器發出聲音。
59. 根據權利要求1-52中的任一項的設備，其中，所述監視臺包括 可聽見的警報器，所述監視臺被配置用于響應于檢測到M視的主體不在 位超過閾值時間而使所述可聽見的警報器發出聲音。
60. 根據權利要求58的設備，其中，所^寬帶雷達系統被設置用 于檢測皿^LA員在床或椅子上的存在。
61. 根據權利要求1-52中的任一項的設備，其中，所述監視臺包括 可聽見的警才艮器，所述監視臺被配置用于響應于檢測到M視的主體的異 常運動而使所述可聽見的警報器發出聲音。
62. —種天線，該天線具有參考圖8、 8A和8B而在此公開的特征、 特征的組合或者特征的子組合。
63. —種天線，該天線具有參考圖9、 9A、 9B和9C而在此>^開的特 征、特征的組合或者特征的子組合。
全文摘要
用于監視一個或多個活體的生命指征的設備，包括監視臺和與所述監視臺通信的至少一個傳感器。所述傳感器包括天線系統；耦接到所述天線系統的超寬帶雷達系統；信號處理器；以及通信系統。所述信號處理器被連接用于接收來自所述超寬帶雷達系統的信號，并且被配置用于從所述信號中提取與在對應于所述天線系統的感測范圍內的人或者動物的一個或多個生命指征有關的信息。所述通信系統被配置用于向所述監視臺發送所述信息。
文檔編號G01S13/50GK101437442SQ200780016169
公開日2009年5月20日 申請日期2007年3月6日 優先權日2006年3月6日
發明者森利·富 申請人:無線2000Rf&Uwb技術有限公司