Wireless bio-signal detection is the recent tendencies in the medical industry, and research for sensing bio-signal continues to rise [1, 2]. The early stage of the system was heavy, bulky, and costly, but the lasts technology in wireless system accomplishes a small and cheap integrated module. The remote sensing of person using RF system is profitable in cost aspects compared with expensive medical instruments. Because the sensing system is easy to handle, even ordinary person who is not instructed about usage of the instruments can use it.
The integrated hypersensitive Doppler radar systems are used on this study. The system is composed of antennas, transmitter, receiver, display and baseband part. The bistatic system, which has a Tx antenna and a Rx antenna, has better isolation characteristic compared with monostatic system, which uses one antenna. Through the idea of reverse sense of rotation when the reflecting surface is perfectly-conducting, it is shown that the detecting property of the system can be effectively improved.
The link budget about detecting systems is analyzed. We can check the power level at each stage including transmitted and received power at the antenna varying with the distance between antenna and target, and the maximum detection range.
본 논문에서는 원형편파를 이용하여 미약한 생체 신호를 감지 가능한 도플러 레이더 시스템을 연구하고 설계하였다. 파동을 발생시키는 파원과 그 파동을 관측하는 관측자 중 하나 이상이 운동하고 있을 때 발생하는 효과인 도플러 효과를 이용하여 호흡 시 가슴의 움직임을 감지하고 그 결과에서 필터를 이용해서 호흡 수와 심박동수를 측정할 수 있다. 작동 원리는 다음과 같다. 발진기에서 발생되는 10 GHz 의 출력신호는 윌킨슨 전력 분배기를 통해 절반씩 나뉘어진다. 절반은 송신안테나를 통해 방사되어지고, 나머지 반은 혼합기로 입력된다. 이렇게 방사된 신호는 움직이는 물체에 반사되어지는데 이 때 신호의 주파수는 물체 속도의 비례하여 변화한다. 수신된 신호는 저 잡음 증폭기를 거쳐 혼합기에서 LO 포트로 입력된 신호와 혼합되어 그 차이인 도플러 주파수가 출력으로 나오게 된다. 이 출력은 저대역 통과필터와 증폭기, 그리고 고대역 통과필터를 거쳐 컴퓨터 화면에 그 결과를 나타내준다. 레이더는 보통 송신과 수신을 하나의 안테나로 하는 구조가 일반적이지만 미약한 생체 신호 감지해야 하는 시스템에서는 부적합하다. 이상적인 좌원 편파 안테나는 좌원 편파 특성을 가진 신호만 송수신 할 수 있고, 반대로 우원 편파 안테나는 우원 편파 성분을 가진 신호만 송수신 할 수 있다. 또한, 좌원 편파 신호는 이상적인 도체 표면에 반사되면 우원 편파 신호로 바뀐다. 이를 본 논문에서 연구한 레이더 시스템에 적용하여 좌원 편파 안테나를 통해 신호를 송신하면 이 신호는 심장 근처의 피부와 근육에서 반사됨과 동시에 심장 박동에 의한 주파수 천이가 일어나면서 우원 편파 신호로 바뀌어 우원 편파 안테나로 수신된다. 왜나하면 인체의 피부와 근육은 10 GHz에서 높은 유전율과 도전율을 가지기 때문에 거의 도체와 같이 편파가 바뀌어서 반사되는 특성을 나타내기 때문이다. 게다가, 원형 편파를 이용하면 편파가 바뀌는 지점이 우리가 알기를 원하는 정보만을 담고 있는 심장 근처의 피부와 근육에서의 반사에 국한되기 때문에 주위의 다른 대상물에 반사되는 원치 않는 잡음을 제가하는 효과도 얻을 수 있다. 이런 생체 신호 감지 시스템은 침입자의 감시 나 매몰된 사람의 존재 유무 판명 등 여러 분야에 응용될 수 있을 것으로 보인다.
