Radar biométrico para la detección de señales vitales a 5.8 GHz

Abstract

A lo largo de este trabajo abordaremos el diseño, simulación, montaje y medida de un dispositivo radar de onda continua a la frecuencia de operación de 5.8 GHz, capaz de detectar la frecuencia respiratoria y la frecuencia cardiaca en un ser humano que permanece inmóvil. La detección de las frecuencias cardiopulmonares se debe a un leve desplazamiento en el pecho que se produce debido a la frecuencia respiratoria y al latido del corazón. El trabajo fue dividido en varias fases para su consecución. Primeramente, se eligieron los componentes que formarían parte del diseño y se realizó una simulación gracias al software ADS (Advanced Design System) del fabricante Keysight con el objetivo de comprobar el comportamiento de estos en la banda de 5.8 GHz. Se realizó primero una simulación del transmisor y el receptor individualmente y luego una simulación conjunta de ambas. En la segunda etapa, una vez verificado su funcionamiento se procedió al diseño de los layouts de los componentes con el software ADS, para ello se utilizó una tecnología hibrida que combina el uso de línea microstrip y componentes discretos. Se mecanizó una caja para el generador de onda y cuando los componentes fueron soldados a las placas se realizó una caracterización de estos con el objetivo de comprobar que funcionaban correctamente. En este punto comienza la tercera y última etapa donde el sistema radar es conectorizado mediante conectores SMA y cables coaxiales para proceder a su medición. La toma de datos se realizó utilizando un osciloscopio conectado a un ordenador el cual a través del software Matlab procesaba los datos obtenidos en la medición.

Throughout this work we will address the design, simulation, assembly and measurement of a continuous wave radar device at the operating frequency of 5.8 GHz, capable of detecting the respiratory rate and heart rate in a human being that remains still. The detection of the cardiopulmonary rates is due to a slight displacement in the chest produced due to the respiratory rate and the heartbeat. The work was divided into several phases to achieve it. First, the components that would be part of the design were chosen and a simulation was carried out thanks to the ADS (Advanced Design System) software from the company Keysight in order to verify their behaviour in the 5.8GHz band. A simulation of the transmitter and receiver was performed first individually and then a simulation of both together. In the second stage, once its operation had been verified, the component layouts were designed with the ADS software, for this a hybrid technology was used that combines the use of a microstrip line and discrete components. A box was machined for the wave generator and when the components were welded to the plates, a characterization of them was carried out to verify that they worked correctly. At this point, the third and last stage begins where the radar system is connectorized using SMA connectors and its measurement is carried out. The data collection was carried out using an oscilloscope connected to a computer which, through the Matlab software, processed the data obtained in the measurement.