• 1 módulo transceptor UWB, ultra-wideband de alta resolución.
• antena directiva apuntando en vertical, nadir, hacia el punto inferior.
• 1 filtro de supresión Clutter, para eliminar el reflejo fijo del suelo/techo, conectado a un convertidor/demodulador que transforme la variación de fase del eco torácico en un tono audible (pitido) CASO ESPECÍFICO.

La imagen muestra precisamente el patrón de radiación 3D de una antena Vivaldi en PCB. La representación gráfica ayuda a entender muy bien cómo se distribuye la energía en este tipo de diseños:

• Lóbulo principal (la zona grande de colores): Muestra cómo la mayor parte de la energía electromagnética se proyecta hacia adelante (en la dirección donde se ensancha la apertura en forma de ranura).
• Nivel de exposición trasera: Quien esté situado justo detrás de la placa recibe una radiación sustancialmente menor que la que se emite por el frente, ya que la antena está diseñada para concentrar el haz en una sola dirección.
• Las pequeñas protuberancias verdes alrededor del origen son los lóbulos secundarios y traseros.
• Aunque la mayor parte de la energía va hacia adelante, ninguna antena es 100% direccional. Siempre existe una pequeña fracción de energía que se dispersa hacia los lados y hacia atrás.
• En este tipo de sensores de radiofrecuencia (como radares UWB o medidores), las potencias de emisión son extremadamente bajas (por debajo de unos pocos milivatios, mW).
• Por tanto, los niveles de radiación electromagnética (RF) a los que están expuestas las personas alrededor —tanto delante como detrás— se encuentran muy por debajo de los límites de seguridad normativos fijados para la salud.

La antena Vivaldi es precisamente una de las más utilizadas en prototipos y sistemas comerciales de radar UWB (Ultra-Wideband) y medición de constantes vitales a distancia. Sus características clave para esa aplicación son:

• Ancho de banda ultraancho: Permite emitir impulsos muy cortos en un espectro amplio de frecuencias, lo que le da al radar una alta resolución espacial.
• Geometría plana (PCB): Al estar integrada en una placa de circuito impreso, es ligera, económica de fabricar y muy fácil de orientar de forma fija hacia un punto concreto.
• Directividad frontal: Concentra la energía en la dirección donde la ranura se ensancha, lo que ayuda a dirigir la señal hacia la superficie u objetivo que se quiere analizar.

En investigaciones de laboratorio y aplicaciones biométricas no invasivas (como monitores de apnea o detección de respiración a través de superficies delgadas), este tipo de antena en placa es un estándar habitual por su compromiso entre tamaño compacto y rendimiento en banda ancha.

El área de cobertura de una antena Vivaldi depende de su ancho de haz (beamwidth, expresado en grados a -3 dB y de la distancia hasta la persona. Si la antena está colocada en el techo/suelo superior orientada hacia abajo (nadir):

• A 2 metros de distancia:
  • El haz proyecta un círculo sobre el plano de la cama con un diámetro de aproximadamente 1,8 a 2,3 metros.
• A 3 metros de distancia:
  • El haz cubre un diámetro de 2,8 a 3,5 metros.

Si la persona está recostada dentro del área del haz y simplemente se da la vuelta en la cama (pasa de boca arriba a estar de lado o boca abajo), el sensor no pierde la cobertura espacial, pero la señal cambia de intensidad:

• Superficie de reflexión (Sección Eficaz de Radar - RCS):
  • Boca arriba / Espalda: El tórax y el abdomen presentan una superficie plana y amplia expuesta a la onda vertical. El eco reflectado del movimiento respiratorio es fuerte y claro.
  • De lado: El perfil expuesto hacia la antena es más estrecho (el hombro y el costado). La superficie que se mueve hacia arriba y hacia abajo es menor, por lo que el eco reflejado disminuye entre un 30% y un 50%.
• Efecto en la medición: El radar sigue detectando la respiración dentro del cono de cobertura, pero la amplitud de la señal (y, por tanto, el volumen o la claridad del pitido demodulado) puede bajar. Para no perder la medición al girarse, el procesador de la señal del radar suele aplicar una ganancia automática (AGC) que compensa esa reducción del eco.

Un radar UWB o Doppler de alta resolución orientado a la monitorización biométrica no invasiva puede detectar varios parámetros fisiológicos y de conducta a través de los micromovimientos de la superficie corporal:

• Frecuencia cardíaca y variabilidad del ritmo cardíaco (HRV): Mide el pequeño impulso mecánico provocado por cada latido cardíaco sobre el tórax (balistocardiografía). A partir de la variación del intervalo entre latidos, permite inferir niveles de estrés o fatiga.

• Patrones y fases del sueño: Analiza la combinación de la frecuencia respiratoria, el ritmo cardíaco y los micromovimientos corporales para clasificar las etapas del sueño (sueño ligero, profundo o fase REM).

• Movimiento corporal y actividad: Detecta cambios de postura, giros en la cama, inquietud o periodos de inmovilidad prolongada.

• Detección de caídas o ausencias: Identifica variaciones abruptas en la posición del objetivo o la pérdida repentina de la señal biométrica dentro de la zona de cobertura.

• Presencia y micro-gestos: Determina si hay un ser vivo ocupando un espacio analizando pequeños movimientos involuntarios o temblores, incluso cuando la persona permanece completamente inmóvil.

Al combinar las señales del radar UWB con aprendizaje automático y modelos de minería de datos, se amplia enormemente el abanico de parámetros derivados que se pueden extraer del análisis de los micro-movimientos.

• Presión sanguínea y rigidez arterial: Analizando la forma exacta de la onda de pulso biomecánica (sección transversal del movimiento en grandes arterias como la aorta o la carótida) mediante redes neuronales, el sistema infiere parámetros como el tiempo de tránsito de la onda (PTT) para estimar la tensión arterial continua.

• Patrones respiratorios complejos: Algoritmos de clasificación permiten distinguir automáticamente entre respiración normal, hiperventilación, tos, suspiros, apnea obstructiva o eventos de respiración Cheyne-Stokes.

• Índice de masa corporal (IMC) y perfil biomecánico: La sección eficaz de radar (RCS) sumada a la firma de movimiento corporal permite crear un perfil de respuesta física ajustado al peso y contextura del individuo, refinando las estimaciones fisiológicas.

• Diagnóstico de estado autonómico y estrés: Integrando la variabilidad de la frecuencia cardíaca (HRV) con modelos de series temporales, la IA infiere la actividad del sistema nervioso simpático frente al parasimpático, evaluando el grado de ansiedad, carga cognitiva o fatiga fisiológica.