本文關鍵詞：一種射頻生物雷達系統(tǒng)的研究

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【摘要】：基于連續(xù)波多普勒雷達體制的生命體征探測技術具穿透性強、系統(tǒng)結構簡單等優(yōu)點,可以突破傳統(tǒng)的接觸式檢測帶來的種種限制,在家庭監(jiān)護、醫(yī)療診斷、災難搜救等領域具有廣泛的應用前景。本文對一種射頻生物雷達系統(tǒng)進行了研究,具體工作如下：1.提出了一種新穎的生物雷達系統(tǒng)方案。設計了一款頻率為5.75GHz的連續(xù)波多普勒雷達,用來探測靜止人體的呼吸和心跳信號。采用模擬相關器代替正交解調接收機,產生正交基帶信號,減小系統(tǒng)功耗。在ADS中搭建出整個系統(tǒng),模擬真實測量環(huán)境進行功能仿真,驗證了相關接收方案的可行性。2.對系統(tǒng)中的關鍵部件模擬相關器進行了研究。分別設計了寬帶和小型化的和差網絡,并對小型化的和差網絡進行了實物制作。寬帶和差網絡由寬帶耦合線耦合器、二級Wilkinson功分器和寬帶跨接器構成,仿真結果表明在4GHz-7GHz頻段內,寬帶和差網絡的隔離度和回波損耗均小于-25dB,四個輸出口的幅度不平衡度小于±0.8dB,相位不平衡度小于±0.5°。小型化和差網絡由緊湊型分支線耦合器和單級Wilkinson功分器構成,實測結果表明在5.5GHz-6GHz頻段內,小型化和差網絡的隔離度和回波損耗均小于-10dB,四個輸出口幅度不平衡度小于±0.7dB,相位不平衡度小于±2.7°,尺寸比傳統(tǒng)和差網絡減小了23%。制作出四個功率檢波器,與和差網絡一起搭建出模擬相關器。3.在前端加入射頻泄露對消模塊,改善發(fā)射通道和接收通道間的隔離。分別設計了寬帶和小型化的平衡泄露對消器,并對其中的小型化對消器進行了實物制作。寬帶對消器的仿真結果表明其對消帶寬為4GHz-7GHz,最佳點的隔離度達到-38dB。小型化對消器的實測結果表明其對消帶寬為5.5GHz-6GHz,最佳點的隔離度達到-43dB,尺寸比傳統(tǒng)對消器減小了39%。4.制作生物雷達的其他部件,搭建整個系統(tǒng),在距靜止人體目標0.5m、1.0m、1.5m處進行了呼吸和心跳的探測實驗,并對接收到的信號進行反正切解調運算,分離出呼吸和心跳信號。實驗結果與實際呼吸和心跳速率一致,本文設計的生物雷達系統(tǒng)的探測距離達到1.5m,滿足實際使用需求。
【關鍵詞】：生物雷達 寬帶 小型化 模擬相關器 平衡對消 反正切解調
【學位授予單位】：南京理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TN959
【目錄】：

• 摘要3-4
• Abstract4-7
• 1 緒論7-15
• 1.1 研究背景及意義7-10
• 1.2 國內外研究現(xiàn)狀10-13
• 1.2.1 生物雷達的研究現(xiàn)狀10-11
• 1.2.2 模擬相關器的研究現(xiàn)狀11-12
• 1.2.3 射頻泄露對消的研究現(xiàn)狀12-13
• 1.3 本文主要工作13-15
• 2 生物雷達的總體方案和系統(tǒng)仿真15-30
• 2.1 連續(xù)波多普勒雷達簡介15
• 2.2 直接下變頻結構探測微動信號的原理15-17
• 2.3 正交解調結構探測原理17-19
• 2.4 模擬相關接收機的理論基礎19-24
• 2.4.1 模擬相關接收機的優(yōu)勢20
• 2.4.2 模擬相關器的原理20-22
• 2.4.3 模擬相關器的信號解調過程22-24
• 2.5 射頻生物雷達系統(tǒng)的總體方案24-29
• 2.5.1 系統(tǒng)實現(xiàn)結構24-26
• 2.5.2 系統(tǒng)參數(shù)估算與芯片選型26-27
• 2.5.3 ADS系統(tǒng)仿真27-29
• 2.6 本章小結29-30
• 3 模擬相關器設計30-45
• 3.1 寬帶和差網絡設計30-36
• 3.1.1 寬帶耦合線耦合器30-32
• 3.1.2 寬帶Wilkinson功分器32-34
• 3.1.3 寬帶跨接器34
• 3.1.4 寬帶和差網絡34-36
• 3.2 小型化和差網絡的設計與實現(xiàn)36-43
• 3.2.1 緊湊型分支線耦合器36-39
• 3.2.2 Wilkinson功分器39-40
• 3.2.3 小型化和差網絡40-43
• 3.3 功率檢波器43-44
• 3.4 本章小結44-45
• 4 平衡泄露對消器設計45-54
• 4.1 泄露對消技術的理論基礎45-48
• 4.1.1 常用的收發(fā)隔離方法45
• 4.1.2 無源平衡結構對消原理45-48
• 4.2 寬帶平衡泄露對消器設計48-51
• 4.2.1 寬帶三支線耦合器48-50
• 4.2.2 寬帶平衡泄露對消器50-51
• 4.3 小型化平衡泄露對消器的設計與實現(xiàn)51-53
• 4.3.1 邊饋式平衡泄露對消器51-52
• 4.3.2 背饋式平衡泄露對消器52-53
• 4.4 本章小結53-54
• 5 生物雷達系統(tǒng)的其他部件設計54-63
• 5.1 貼片陣列天線設計54-57
• 5.2 低相噪PLL設計57-60
• 5.3 放大器設計60-62
• 5.3.1 功率放大器60-61
• 5.3.2 低噪聲放大器61-62
• 5.4 本章小結62-63
• 6 生物雷達系統(tǒng)的探測實驗63-76
• 6.1 移相器模擬測相實驗63-65
• 6.2 實測人體呼吸心跳65-72
• 6.2.1 系統(tǒng)搭建65-66
• 6.2.2 系統(tǒng)實測與分析66-72
• 6.3 基帶信號處理72-75
• 6.3.1 相位解算72-74
• 6.3.2 頻率解算74-75
• 6.4 本章小結75-76
• 7 全文總結及展望76-78
• 致謝78-79
• 參考文獻79-83
• 附錄83

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本文編號：1047679