CN103476334A - 平面天线设备和结构 - Google Patents

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CN103476334A CN2012800196482A CN201280019648A CN103476334A CN 103476334 A CN103476334 A CN 103476334A CN 2012800196482 A CN2012800196482 A CN 2012800196482A CN 201280019648 A CN201280019648 A CN 201280019648A CN 103476334 A CN103476334 A CN 103476334A
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D.A.布卢姆
G.T.舒尔特
A.格雷什勒
V.欧文斯
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Abstract

本发明可以提供一种天线设备，其包括用于将天线设备耦合到外部设备的通信接口和具有粘合表面的包装外壳。可以在包装外壳内的衬底上制造平面天线方向图，其中，天线方向图被配置为发射超宽带信号并接收对所发射的信号的反射。

Description

平面天线设备和结构
相关申请
本申请要求2011年2月22日提交的、系列号为No.61/445,230的美国临时专利申请的优先权，该临时专利申请的内容其整体被并入本文；本申请要求2011年12月5日提交的系列号为No.61/566，844的美国临时专利申请的优先权，该临时专利申请的内容其整体被并入本文；并且本申请要求2011年12月9日提交的系列号为61/569,069的美国临时专利申请的优先权。
本申请还通过引用并入2010年2月26日提交的美国申请No.12/713,616的内容。
背景技术
本发明涉及用于使用微功率（micropower）冲激雷达（MIR）技术来监视医疗状况的天线设备。
医疗状况通常将它们自己呈现为机体成分的改变。例如，气胸是其中一袋空气被堵塞在肺部周围的胸膜腔内而使呼吸困难的医疗状况。在一些情况中，气胸可能导致肺萎陷，并且甚至可能导致死亡。其最经常是由对胸部的钝挫伤而引起的，诸如是在一些交通事故中经历的创伤。
气胸还可能是由诸如中心静脉置管（central line placement）的医疗过程中的差错而引起的。典型地，在中心静脉置管后，病患接收预防性的x射线或超声以对可能的气胸进行检测。例如，必须引入便携式x射线并且重新安置病患以获取图像。超声成像***尽管是便携的且在床边，但是需要耦合凝胶以使手持探针与病患机体对接。然而，通过x射线或超声进行气胸诊断是繁琐的。而且，专业技术人员（即，医生）必须经常解释用于气胸诊断的x射线或超声图像。此外，在医疗过程期间或之后，x射线或超声不适于对气胸进行连续监视。
因此，在本领域中存在对使用无创性医疗状况监视***的容易性的需要。
附图说明
图1是根据本发明的实施例的医疗状况监视***的简化框图。
图2(a)-(c)示出了根据本发明的实施例的天线设备。
图3(a)-(b)示出了根据本发明的实施例的具有刚性衬底的天线设备。
图4(a)-(b)示出了根据本发明的实施例的具有柔性衬底的天线设备。
图5示出了根据本发明的实施例的天线设备配置。
图6(a)-(b)示出了根据本发明的实施例的示例性反射率（reflectivity）模式。
图7是根据本发明的实施例的医疗状况监视***的简化框图。
图8是根据本发明的实施例的天线设备的简化框图。
图9是根据本发明的实施例的天线设备的简化框图。
图10是根据本发明的实施例的医疗状况监视***的简化框图。
具体实施方式
本发明的实施例可以提供天线设备，其包括用于将天线设备耦合到外部设备的通信接口和具有粘合表面的包装外壳。可以在包装外壳内的衬底上制造平面天线方向图（antenna pattern），其中，该天线方向图被配置为发射超宽带信号，并接收对所发射的信号的反射。
天线设备可以用在病患使用的MIR技术中的无创医疗状况监视***内。医疗状况可以是医疗疾病、功能障碍或其他异常。病患可以是人类或者其他哺乳动物主体。示例性***包括检测器和天线设备。检测器可以通过生成经由天线设备发射到病患内的一个或多个MIR脉冲来执行扫描，天线设备可以粘附在病患上的特定位置。来自病患内的各种机体（例如，肌肉、组织、体液）的对脉冲的反射或回声可以由天线设备捕获。一个或多个天线设备生成的电信号可以由处理器解释以检测医疗疾病、功能障碍或其他异常的存在、位置、程度和体积。
根据本发明的实施例，天线设备可以是模块化的（即，可连接到检测器设备）。在初始参考扫描之后，天线设备可以容易地从检测器设备断开而保持粘附到病患的机体。天线设备随后可以重新连接到检测器设备以进行后续的一次或多次目标扫描。可以用相对便宜的部件来制造天线设备。在维持无菌条件是首要的医疗工作环境中，低成本的用完即可弃的天线设备可以是有利的。因此，天线设备可以被提供为“一次性使用”的用完即可弃的设备。一次性使用可以指代对单个主体的完整过程使用，包括初始参考扫描和任何后续的一次或多次目标扫描。
本发明的***可以用于检测或监视各种医疗状况，包括确认医疗治疗结果是否是有疗效。本发明的***的示例性监视和诊断使用包括检测和监视气胸（包括医源性和创伤性气胸）、血肿、肠穿孔、诸如心包积液和胸腔积液这样的组织内和周围的液体淤积、胃容物变化或膨胀、骨生长的变化、镇痛分娩期间的呼吸功能、肿瘤进展、出血或动脉瘤，以及肾或胆结石的发病。
本***还可以与其他***和设备合并以提供集成的诊断或监视***。示例性设备包括可植入或可***的医疗设备，包括血管内设备。可植入设备的非限制性示例包括电刺激设备，并且血管内设备的非限制性示例包括导管（catheter）。本发明的***还可以与医疗干预监视***集成在一起。
图1是其中可以提供本发明的实施例的医疗状况监视***100的简化框图。***100可以包括检测器设备110、连接设备130和天线设备120。检测器设备110可以通过连接设备130经由连接器131耦合到天线设备120。
检测器设备110可以包括接口112、存储器114、处理器116以及收发机（Tx/Rx）电路118。接口112可以将检测器设备110耦合到诸如膝上型计算机、笔记本计算机、平板计算机、台式计算机等的远程主机***。在实施例中，接口112可以是USB端口。在另一实施例中，接口112可以诸如通过长距离通信（例如蜂窝）、短距离通信（例如，WIFI、蓝牙）或其组合来促进与主机***的无线通信。
存储器114可以被提供为易失性存储器、非易失性存储器或其组合。存储器114可以存储用于处理器116的程序指令、***100生成的扫描数据以及***100所需的任何模式数据（在下文讨论）。
处理器116可以是微控制器或微处理器。处理器116可以执行存储器116中存储的指令，并且可以控制检测器设备110的操作。
Tx/Rx电路118可以生成一个或多个MIR脉冲，并将这一个或多个脉冲发送给天线设备120以作为电磁波发射到病患的机体内。Tx/Rx电路118还可以接收由天线设备120捕获到的对所发射的电磁波的对应反射。可以如2010年2月26日提交的美国专利申请12/713,616（公开为US2010/0222663）中描述的那样来提供Tx/Rx电路118的部件和操作，该美国专利申请其整体被并入本文。
连接设备130可以经由连接器131将检测器设备110耦合到天线设备120。在实施例中，连接设备130可以被提供为同轴线缆。在另一实施例中，连接设备130可以被提供为诸如WIFI、蓝牙等的无线通信网络。
响应于检测器设备110生成的一个或多个MIR脉冲，天线设备120可以发射对应于一个或多个MIR脉冲的电磁波。天线设备110还可以捕获来自病患的机体的对所发射的电磁波的对应反射。天线设备120可以是与检测器设备110可分开的。天线设备120可以被提供为超宽带（UWB）平面天线。下文进一步详细地描述天线设备120的实施例。
图2(a)-(c)示出了根据本发明的实施例的天线设备200。图2(a)是示出天线设备200的上表面的透视图，图2(b)是示出天线设备200的下表面的透视图，并且图2(c)是天线设备200的剖面图。天线设备200可以包括外壳205、连接器210、粘合表面215、电路板220（衬底）、间隔件225、吸收器230以及反射器235。天线设备200还可以包括本文描述的未在图2中示出的其他部件。
外壳205可以是包装外壳，其将天线设备200的其他部件进行封装以提供保护盖以及提供用于天线辐射的匹配阻抗。在实施例中，外壳205可以被提供为塑料盖。外壳205可以包括天线设备200的部件可以被包围在其中的上和下外壳部分。替代地，外壳205可以被提供为围绕天线设备200的部件形成的模具。外壳205可以包括其他包装元件、布面、粘合剂、连接器等，以将天线设备200附着到病患上并将天线设备连接到检测器设备（图1）。例如，粘合表面215可以被提供在外壳205的下表面上。粘合表面215可以提供附着到病患的耦合表面。在实施例中，粘合表面215可以包括自粘合电极胶，用于将天线设备200安装到病患的机体。利用粘合表面215，在检测器设备与天线设备200分开并然后在随后的时间重新附着时，天线设备200可以留在病患上一段时间。
在实施例中，天线设备200可以包括用于禁用其功能的短路（shorting）机构（未示出），诸如熔丝链或其他类似设备，以防止未授权的重用。在实施例中，天线设备可以包括存储描述天线的数据的只读存储器（ROM）（未示出）。例如，天线存储器可以存储表示天线的制造商、型号和系列号的数据，所述数据可以由检测器设备按照需要读出以执行诊断操作。
电路板220可以为天线设备200内的电气部件提供机械支撑（即，衬底）。按照需求，部件可以安装在电路板260上（例如，电阻器）和/或还可以印刷在电路板上（例如，天线方向图）。电路板220可以包括两个主要的相对表面。可以在电路板200的面对粘合表面215的第一主要表面上制造天线方向图。在电路板220的与第一主要表面相对的第二主要表面上，可以安装间隔件225、吸收器230和反射器235。
间隔件225可以在电路板260和其他部件（例如吸收器230）之间提供物理分离。间隔件225可以在电路板220的另一侧的天线方向图与其他部件之间提供阻抗隔离。吸收器230可以提供对来自双向辐射天线方向图的一侧的不期望辐射的吸收。在实施例中，吸收器230可以包括电阻加载的聚合物、铁氧体加载的聚合物、多层电阻片、频率选择表面、调谐空腔（tuned cavity）材料以及其他类似材料。反射器235可以被提供为传导屏蔽。如下文所描述的，间隔件225、吸收器230和/或反射器235可以有助于减小来自天线方向图的不需要的向后辐射。
本发明的天线设备实施例可以被提供有刚性电路板或柔性电路板。图3(a)和3(b)示出了根据本发明的实施例的具有刚性电路板的天线设备300。图3(a)是天线设备300的简化电路板图，并且图3(b)是天线设备300的简化横截面图。
天线设备300可以包括在一侧具有粘合表面315的外壳305、连接器310、电路板320、间隔件325、吸收器330、反射器335、天线方向图340、电阻器345.1-345.4、一组传输线350以及平衡-不平衡转换器（balun）电路355。
可以如上文图2中的对天线设备200及其各个部件的讨论中所描述的那样来提供一侧具有粘合表面315的外壳305。这里将不重复该描述。
连接器310可以提供从天线设备300至耦合的检测器设备（图1）的连接以及提供这两个设备之间的阻抗匹配。连接器310可以耦合到平衡-不平衡转换器电路355并且耦合到终端电阻器345.1-345.4。在实施例中，连接器350可以被提供为三个传导衬垫，其中一个衬垫连接到平衡-不平衡转换器电路355，并且两个衬垫连接到终端电阻器345.1-345.4。连接器310可以为至各种不同线缆的连接提供机械支撑，所述各种不同线缆诸如是超小型版本A（SMA）、小型化超小型版本B（SSMB）、微型同轴（MMC）等。在图3中未示出特定的机械配置。
电路板320可以被提供为诸如玻璃PCB、FR4等的刚性电路板。电路板320可以具有两个主要的相对表面。间隔件325、吸收器330和反射器335可以安装在电路板320的一个主要表面上。可以如上文图2的对图2中天线设备200及其各个部件的讨论中所描述的那样来提供间隔件325、吸收器330和反射器335。这里将不重复该描述。
可以在电路板320的与间隔件325、吸收器330和反射器335相对的主要表面（即，面对粘合表面315的表面）上制造天线方向图340。天线方向图340可以被提供为超宽带辐射元件，并且天线方向图340可以是双向辐射器。图3(a)中的天线方向图340被示出为蝶形领结（bow tie）形式。在实施例中，天线方向图340可以被提供有谢尔宾斯基三角形（Sierpinski sieve）图案（在图3(a)中未示出）。谢尔宾斯基三角形图案例如可以有利地减小天线设备大小300的大小，同时维持设备的期望的操作波长并降低谐振频率。天线方向图340还可以被提供为另一宽带辐射器，诸如折线（meanderline）、分形路径、螺旋或其他适当的折叠传导形式。天线方向图340可以提供线性极化；然而，天线方向图340还可以提供同时的或切换的交叉极化或者圆极化。
典型的操作频率范围可以是100MHz至2000MHz，并且谐振典型地可以在500MHz附近出现。宽带宽可以帮助保存来自机体内的介电不连续性（dielectric discontinuity）的目标反射的边沿特征。宽带宽可以是天线的谐振频率的若干倍，并且蝶形领结的宽度可以被调谐为期望的谐振频率。可以基于包装外壳205的对称性、拓扑和材料来对蝶形领结的宽度进行几何地设置。
终端电阻器345.1-345.4可以被提供在天线方向图340的角落处，并且可以使来自天线方向图340的不需要的反射最小化。传输线350可以在天线方向图340与其他电气部件之间传导电磁能量。传输线350还可以平衡天线方向图340与其他电气部件之间的阻抗。平衡-不平衡转换器电路355可以在天线方向图340（经由传输线350）与连接器310之间提供平衡至不平衡的匹配以及阻抗匹配。平衡-不平衡转换器电路355可以被提供为平衡-不平衡转换器变换器（balun transformer）。在图3(a)中，传输线350可以被提供为锥形传输线，以作为变换器来将蝶形领结元件的特性阻抗与1:1平衡-不平衡转换器电路355的阻抗（典型为50欧姆）相匹配。天线设备300可以相对紧凑（例如，小于7cm x 8cm），具有低轮廓（例如，大约1cm）。因此，天线设备300可以粘合到并留在诸如他/她的胸部的病患机体上持续延长的时间段，而对于病患具有相对较小的不便。在实施例中，检测器设备和连接设备（例如，线缆）可以与天线设备断开，而天线设备保持粘合到病患。检测器设备可以然后重新连接到天线设备以进行后续目标扫描。
图4(a)和4(b)示出了根据本发明的实施例的具有柔性电路板的天线设备400。图4(a)是天线设备400的简化电路板图，并且图4(b)是天线设备400的简化横截面图。柔性电路板可以是可延展的，以更好地遵从病患的机体来改进连接。
天线设备400可以包括一侧具有粘合表面415的外壳405、连接器410、电路板420、间隔件425、吸收器430、反射器435、天线方向图440、电阻器445.1-445.4、一组传输线450以及平衡-不平衡转换器电路445。
可以如上文图2中的对天线设备200及其各个部件的讨论中所描述的那样来提供一侧具有粘合表面415的外壳405。这里将不重复该描述。
连接器410可以提供从天线设备400至耦合的检测器设备（图1）的连接以及提供这两个设备之间的阻抗匹配。连接器410可以耦合到平衡-不平衡转换器电路455并且耦合到终端电阻器445.1-445.4。在实施例中，连接器450可以被提供为三个传导衬垫，其中一个衬垫连接到平衡-不平衡转换器电路455，并且两个衬垫连接到终端电阻器445.1-445.4。连接器410可以为至各种不同线缆的连接提供机械支撑，所述各种不同线缆诸如是超小型版本A（SMA）、小型化超小型版本B（SSMB）、微型同轴（MMC）等。在图4中未示出特定的机械配置。
电路板420可以被提供为柔性电路板。电路板420可以具有两个主要的相对表面。间隔件425、吸收器430和反射器435可以安装在电路板320的一个主要表面上。可以如上文图2中的对天线设备200及其各个部件的讨论中所描述的那样来提供间隔件425、吸收器430和反射器435。这里将不重复该描述。
可以在与间隔件425、吸收器430和反射器435相对的主要表面420（即，面对粘合表面415的表面）上制造天线方向图440。天线方向图440可以被提供为超宽带辐射元件，并且天线方向图440可以是双向辐射器。图4(a)中的天线方向图440被示出为具有谢尔宾斯基三角形图案的蝶形领结形式。谢尔宾斯基三角形图案例如可以有利地减小天线设备大小400的大小，同时维持设备的期望的操作波长并降低谐振频率。天线方向图440还可以被提供为另一宽带辐射器，诸如折线、分形路径、螺旋或其他适当的折叠传导形式。天线方向图440可以提供线性极化；然而，天线方向图440还可以提供同时的或切换的交叉极化或者圆极化。
典型的操作频率范围可以是100MHz至2000MHz，并且谐振典型地可以在500MHz附近出现。宽带宽可以帮助保存来自机体内的介电不连续性的目标反射的边沿特征。宽带宽可以是天线的谐振频率的若干倍，并且蝶形领结的宽度可以被调谐为期望的谐振频率。可以基于包装外壳205的对称性、拓扑和材料来对蝶形领结的宽度进行几何地设置。对于谢尔宾斯基三角形图案，谐振可以被降低大约20%。
终端电阻器445.1-445.4可以被提供在天线方向图440的角落处，并且可以使来自天线方向图440的不需要的反射最小化。传输线450可以在天线方向图440与其他电气部件之间传导电磁能量。传输线450还可以平衡天线方向图440与其他电气部件之间的阻抗。平衡-不平衡转换器电路455可以在天线方向图440（经由传输线450）与连接器410之间提供平衡至不平衡的匹配以及阻抗匹配。平衡-不平衡转换器电路455可以被提供为平衡-不平衡转换器变换器。在图4(a)中，传输线450可以被提供为平行传输线，将其阻抗沿其整体长度与至平衡-不平衡转换器电路455的蝶形领结连接的特性阻抗相匹配，平衡-不平衡转换器电路455经由卷绕比1:4匹配50欧姆。
天线设备400可以相对紧凑（例如，小于7cm x 8cm），具有低轮廓（例如，大约1cm）。因此，天线设备400可以粘合到并留在诸如他/她的胸部的病患机体上持续延长的时间段，而对于病患具有相对较小的不便。在实施例中，检测器设备和连接设备（例如，线缆）可以与天线设备断开，而天线设备保持粘合到病患。检测器设备可以然后重新连接到天线设备以进行后续目标扫描。
图5示出了可以阻塞不需要的向后辐射的天线设备500的部件配置。天线设备500可以包括具有天线方向图540的电路板520、间隔件525、吸收器530以及反射器535。如本文所描述的，电路板520可以是刚性或柔性电路板。天线方向图540可以在电路520上制造并且可以被提供有本文描述的任何图案。间隔件525、吸收器530和反射器535可以安装在电路板520的与天线方向图540相对的侧上。可以如上文图2中的对天线设备200及其各个部件的讨论中所描述的那样来提供间隔件525、吸收器530和反射器535。这里将不重复该描述。
可以在电路板520上制造的天线方向图540可以在与电路板520垂直的两个方向上生成电磁波形式的辐射。向后辐射是当安装设备时发射离开病患的电磁波，其可以传播通过间隔件525并然后传播通过吸收器530，吸收器530可以吸收显著量的向后辐射。任何剩余的向后辐射然后可以被反射器535反射回到吸收器530中，在吸收器530中，所反射的剩余的向后辐射可以再次被吸收。因此，反射器535可以强制向后辐射通过吸收器530的双向旅程，由此显著减小向后辐射（即，不需要的辐射）和任何相关联的有害效果，诸如对其他电子器件（例如，检测器设备）的干扰或MIR接收信号中多次反射的生成。
除了为天线设备提供保护盖，外壳（例如，分别在图2、3、4中的外壳205、305、405）还可以改进天线功能性。图6(a)和6(b)分别示出了裸天线和封装的天线的频率分布测试反射率模式。水被用作反射介质，因为人类机体主要由水和其他液体组成。如在图中所看到的，封装的天线可以在天线的反射率模式中提供谐振零提高（null improvement）。塑料可以提供比裸电路板更好的与水的匹配，从而导致零提高。预期天线的阻抗和水介质（即，人类机体）的阻抗可以显著不同，并且密封剂可以提供中间介电介质，以提供更高效的从天线至水介质的功率传递。因此，密封剂可以充当两个不同介电常数的部件之间的阻抗变换器。
在实施例中，可以在天线设备中提供电池。例如，电池可以为天线设备提供功率，并且附加地，向耦合的检测器设备提供功率。图7示出了根据本发明的实施例的具有天线功率电池的医疗状况监视***700。***700可以包括检测器设备710、天线设备720和连接器730。检测器设备710可以经由连接器730耦合到天线设备720。
天线设备720可以包括电池722、低通滤波器（LPF）724、滤波电容器726和天线块728。天线块728可以包括如本文所描述的天线方向图和相关联的RF电路。从天线块728传入和传出的RF信号可以通过滤波电容器726被高通滤波。在实施例中，电池722可以焊接在天线块728的天线电路板上。附加的表面贴装技术（SMT）的部件也可以提供在天线电路板上以支持电池722。
来自电池722的DC功率可以经由LPF 724复用到连接器730上。连接器730可以如本文所描述的那样被提供，例如同轴连接器。复用的DC功率可以在检测器设备710中通过LPF 712被解复用。来自LPF 712的经滤波的DC功率然后可以向检测器电路提供功率。也来自连接器720的RF信号可以被检测器设备720接收，并且可以通过滤波电容器714被高通滤波以由检测器电路处理。
在该实施例中，检测器设备710的操作（打开/关闭）可以根据其至天线设备720的连接状态，因为检测器设备720可以不包括单独的电源。因此，在连接状态中，当检测器设备710从天线设备720中的电池722接收DC功率时，其可以上电。否则，在断开状态中，检测器设备720可以保持掉电。
在实施例中，医疗状况监视***可以包括位置和/或运动检测，其可以用于引导***的天线设备在病患的机体上的放置。位置/运动检测可以被单独提供，或者可以被集成到医疗状况监视***中。例如，位置/运动检测可以被集成到天线设备中。
图8示出了根据本发明的实施例的具有集成的位置/运动感测的天线设备800的简化框图。天线设备800可以包括位置/运动传感器810、LPF 816、天线块820、滤波电容器822和连接器830。天线块820可以包括如本文所描述的天线方向图和相关联的RF电路。从天线块820传入和传出的RF信号可以通过滤波电容器822被高通滤波。
在实施例中，位置/运动传感器810可以包括加速度计812和陀螺仪814。例如，位置/运动传感器810可以被提供为六轴（陀螺仪横倾（yaw）/纵倾（pitch）/横摆（roll）加上加速度计X/Y/Z）传感器。在实施例中，位置/运动传感器810可以被提供为包括包装处理单元的MEMS运动传感器，例如InvenSenseTM的MPU-6000。位置/运动传感器810可以通过LPF 816耦合到连接器830以隔离至和来自天线块820的RF信号。
位置/运动传感器810可以改进病患上天线设备800放置的精确性和准确性。例如，天线设备800可以基于来自位置/运动传感器810的位置/运动数据被移动到病患上期望的检测点。位置/运动数据可以由耦合的检测器设备处理，并且可以提供移动指令。可以基于位置/运动数据以重构的3-D地图的形式提供指令。
图9示出了根据本发明的实施例的具有集成的无线通信连接器的天线设备900的简化框图。天线设备900可以包括无线通信连接器910、时钟914、电池916、天线块920以及滤波电容器922。天线块920可以包括如本文所描述的天线方向图和相关联的RF电路。从天线块920传入和传出的RF信号可以通过滤波电容器922被高通滤波。
无线通信连接器910可以包括发射和接收电路，用于实现诸如WIFI、蓝牙等的无线通信。在实施例中，无线通信连接器910可以包括存储器910.1、处理器116和Tx/Rx电路118。存储器910.1可以被提供为易失性存储器、非易失性存储器或其组合。处理器910.2可以是微控制器或微处理器。Tx/Rx电路910.3可以包括收发机和用于数字化反射数据的数字化器以及对应的无线通信调制器。此外，存储器910.1可以缓冲用于发射的数据，并存储从无线连接的检测器设备接收的指令。
时钟914可以为天线设备900中的各种部件提供定时信号，并且电池916可以为天线设备900中的各种部件提供功率。
在实施例中，从病患上多个位置进行多个天线设备读取可以改进医疗状况监视或成像***。多个读取可以提供信息来重构诸如气胸的所监视医疗状况的图像（例如，1-D深度、2-D位置、3-D容积图像）。单个天线设备可以用于执行多个读取，这可能需要描述采取每个读取所处的位置的隐含信息。
替代地，天线阵列可以用于执行多个读取。在实施例中，相对于单个天线的有效深度（或增益），天线阵列可以增加有效深度（或增益）。在另一实施例中，相对于单个天线的有效覆盖面积和伴随的位置分辨率，天线阵列可以增加有效覆盖面积和伴随的位置分辨率。
图10示出了根据本发明的实施例的具有天线阵列的医疗状况监视***1000。***1000可以包括检测器设备1010和天线阵列1020。检测器设备1010可以包括复用器1012、阵列开关控制1014和本文描述的其他操作电路。天线阵列1020可以包括多个天线模块1022，每个天线模块1022包括天线块1024。天线块1024可以包括本文所描述的天线方向图和相关联的RF电路。天线模块1022可以耦合到具有连接器1030的检测器设备。
检测器设备1010可以经由分别的开关1026耦合到单独的天线模块1022。例如，开关1026可以被提供为切换的传输线，并且开关可以由阵列开关控制1014来控制。传输线可以以这样的方式来定义：即当发射的和接收的脉冲穿越总传输长度时经历相等的时间延迟。替代地，传输线可以具有任意长度，并且可以执行校准过程以针对天线模块之间不同的传输时间进行调整。因此，可以针对使用阵列的不同天线模块执行的每次扫描补偿数据获取延迟。
在实施例中，天线模块1022可以依次连接到检测器设备1010（即，一次一个），每个天线模块1022当被连接时用在一次或多次扫描中。依赖于阵列开关控制1014的配置，每个天线模块1022可以用作发射和接收天线元件二者（单静态（mono-static）MIR），或者可以使用天线模块1022的对，一个用作发射天线并且另一个用作接收天线（双静态（bi-static）MIR）。可以以预定间隔来采取来自天线模块（或来自单个天线）的读取，其中所述间隔按照跨感兴趣区域划分网格的距离来进行对应。感兴趣区域可以以诸如六边形或笛卡尔网格的方便的拓扑形式来定义。每个单独的读取可以包括与所监视医疗状况的特性有关的信息。例如，读取的时间和幅度信息可以对应于所监视的气胸的位置和大小。合适的数学取逆技术可以被采用来重构医疗状况的形状、位置和容积的图形图像（例如，2D或3D）。
根据以上描述，本领域技术人员可以意识到，可以以各种形式来实现本发明，并且可以单独地或者组合地实现各种实施例。因此，尽管已经结合其具体示例描述了本发明的实施例，但是本发明的实施例和/或方法的真实范围不应受此限制，因为在研究了图、说明书和以下权利要求书之后，其他修改对于技术实践者而言将变得清楚。

Claims (27)

1. 一种天线设备，包括：
通信接口，用于将天线设备耦合到外部设备；
具有粘合表面的包装外壳；以及
在包装外壳内的衬底上制造的平面天线方向图，其中，天线方向图被配置为发射超宽带信号并接收对所发射的信号的反射。
2. 根据权利要求1所述的天线设备，其中，衬底是刚性的。
3. 根据权利要求1所述的天线设备，其中，衬底是柔性的。
4. 根据权利要求1所述的天线设备，其中，天线方向图是折叠传导图案。
5. 根据权利要求4所述的天线设备，其中，天线方向图包括谢尔宾斯基三角形图案。
6. 根据权利要求1所述的天线设备，还包括安装在天线方向图的角落处的电阻器。
7. 根据权利要求1所述的天线设备，还包括安装在电路板上的平衡-不平衡转换器变换器。
8. 根据权利要求1所述的天线设备，其中，通信接口是机械连接器。
9. 根据权利要求1所述的天线设备，其中，通信接口是无线通信器。
10. 根据权利要求1所述的天线设备，还包括在衬底上并且在天线方向图的相对侧上的辐射阻塞部件。
11. 根据权利要求10所述的天线设备，其中，辐射阻塞部件包括吸收器和反射器。
12. 根据权利要求1所述的天线设备，其中，包装外壳提供与传输介质的比空气更接近的阻抗匹配。
13. 根据权利要求1所述的天线设备，还包括位于外壳内的电源。
14. 根据权利要求1所述的天线设备，还包括运动传感器。
15. 根据权利要求14所述的天线设备，其中，运动传感器包括加速度计和陀螺仪。
16. 一种操作天线设备的方法，包括：
从外部设备接收与微波冲激雷达脉冲相对应的输入信号；
经由被提供在外壳内的平面天线基于输入信号来生成超宽带辐射信号，其中，辐射信号穿越通过传输介质；
经由平面天线捕获来自传输介质中的物体的对辐射信号的反射；以及
将该反射发射到外部设备。
17. 根据权利要求16所述的方法，还包括在与传输介质相对的方向阻塞辐射信号。
18. 根据权利要求16所述的方法，其中，天线设备是内部供电的。
19. 根据权利要求16所述的方法，还包括感测天线设备的位置。
20. 一种天线设备，包括：
具有粘合表面的外壳；以及
在外壳内提供的天线阵列，天线阵列中的每个天线元件包括用于发射和接收超宽带信号的平面天线方向图。
21. 根据权利要求20所述的天线设备，还包括用于控制天线元件的操作的多个开关。
22. 根据权利要求21所述的天线设备，其中，多个开关操作单静态模式的天线元件。
23. 根据权利要求21所述的天线设备，其中，多个开关操作双静态模式的天线元件。
24. 一种天线设备，包括：
机械连接器，用于容易地从外部检测器连接和断开天线设备；
塑料包装外壳，具有用于将天线设备粘附到主体上的粘合表面；
在塑料包装外壳内的衬底，衬底具有两个主要的相对表面；
在衬底的第一主要表面上印刷的平面天线方向图，天线方向图被配置为响应于从外部检测器接收的微波冲激雷达脉冲信号而将双向超宽带信号发射到主体中，并接收来自主体内的各种机体对所发射的信号的对应反射，其中，天线方向图是折叠传导图案；以及
安装在衬底的第二主要表面上的辐射阻塞***。
25. 根据权利要求24所述的天线设备，其中，衬底是刚性电路板。
26. 根据权利要求24所述的天线设备，其中，衬底是柔性电路板。
27. 根据权利要求24所述的天线设备，其中，天线方向图包括谢尔宾斯基三角形图案。
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