药丸天线系统专利检索-小母牛畜牧业专利检索查询-专利查询网

药丸天线系统

阅读：117发布：2020-05-11

专利汇可以提供药丸天线系统专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且描述了通过电力小H天线(221)产生的无线电波 (104)与外部收发器(106)通信的药丸(100)。该电力小H天线(221)连接到容纳电池和包括收发器(106)、标识信息和至少一个传感器的芯片组的导电圆柱形天线(223)。H天线(221)和导电圆柱形天线(223)布置为使得产生无线电波(104)的电流基本上总是对齐以一起工作。该药丸(100)本质上是，意在被母牛或其他反刍动物摄入，包含天线的气密地密封的胶囊。该药丸(100)被配置为当药丸(100)在母牛的胃内部时比药丸(100)在母牛体外时，更有效地以基本全向模式传输无线电波(104)。，下面是药丸天线系统专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种药丸，包括：
从接地板的正面延伸的电力小H天线，所述H天线通过微带传输线电连接到电源和信号发射机，所述微带传输线与接地面相对，所述接地面的宽度比所述微带传输线更大并通过绝缘垫片与所述微带传输线隔开，所述H天线包括平行偶极子和平行板传输线；
从所述接地板的背面延伸并电连接到所述接地板的导电圆柱形天线，所述导电圆柱形天线本质上容纳所述电源；
所述药丸配置为当由所述信号发射机供电时，辐射由在所述平行偶极子和所述导电圆柱形天线中对齐的并在共同方向上的电流产生的基本全向的电磁波。
2.根据权利要求1所述的药丸，还包括胶囊，所述胶囊封装并气密地密封所述电力小H天线、所述信号发射机、所述接地板、所述绝缘垫片、所述微带、以及所述导电圆柱形天线。
3.根据权利要求1所述的药丸，其中，所述药丸被称重以在反刍动物的整个生命中坚持保留在所述反刍动物的胃中。
4.根据权利要求1所述的药丸，其中，当所述信号发射机向所述天线提供电力时，所述平行板传输线具有相互抵消的相反电流。
5.根据权利要求1所述的药丸，其中，与所述药丸在反刍动物体内相比，当所述药丸在所述反刍动物体外操作时，所述全向电磁波被显著衰减。
6.根据权利要求5所述的药丸，其中，所述信号发射机由具有静态电路的印刷电路板组成，与所述药丸在所述反刍动物体外相比，当所述药丸位于所述反刍动物体内时，所述静态电路调谐所述H天线以显著更远地发射所述电磁波。
7.根据权利要求1所述的药丸，还包括通过所述导电圆柱形天线与所述电流屏蔽的印刷电路板。
8.根据权利要求1所述的药丸，其中，所述H天线的所述偶极子以与所述金属圆柱形天线的直径大致相同的距离间隔开。
9.根据权利要求1所述的药丸，其被配置为使用无线电频率与外部收发器进行双向通信。
10.根据权利要求1所述的药丸，还包括唯一标识和适于测量与宿主反刍动物相关联的物理参数的至少一个传感器，所述唯一标识和与所述物理参数相关联的至少一个值适于通过所述全向电磁波传输。
11.根据权利要求1所述的药丸，其中，所述电源包括设置在所述导电圆柱形天线内部的电池。
12.根据权利要求1所述的药丸，其中，所述信号发射机被配置为产生在所述H天线和所述导电圆柱形天线中的基本上一个方向对齐的电流，所述H天线和所述导电圆柱形天线适于从所述电流产生无线电频率波。
13.根据权利要求12所述的药丸，还包括唯一标识和适于测量与宿主反刍动物相关联的物理参数的至少一个传感器，所述唯一标识和与所述物理参数相关联的至少一个值适于通过所述无线电频率波传输。
14.根据权利要求13所述的药丸，其中，所述无线电频率波基本上是全向的。
15.根据权利要求14所述的药丸，其中，所述药丸具有配置为调谐至少所述H天线使得当所述药丸被置于反刍动物体内时比所述药丸位于所述反刍动物体外时能够更强地发射所述无线电频率波的电路。
16.一种方法，包括：
获得具有电力小H天线和导电圆柱形天线的药丸，所述H天线具有与所述导电圆柱形天线的外表面成直线的两个平行偶极子；
通过信号发射机用包含在所述导电圆柱形天线中的电池对所述H天线和所述导电圆柱形天线通电，以产生沿所述偶极子和所述导电圆柱形天线的外表面基本上指向相同方向的电流；
通过由所述偶极子和所述导电圆柱形天线的所述外表面中的所述电流产生的无线电信号波来发射所述药丸的至少标识。
17.根据权利要求16所述的方法，还包括以800MHz以上的频率交流电流。
18.根据权利要求16所述的方法，还包括经由所述H天线和所述导电圆柱形天线产生基本上全向的无线电波。
19.根据权利要求16所述的方法，其中，与所述药丸在反刍动物体内发射信号时相比，当所述药丸在所述反刍动物体外发射信号时，由所述药丸发射的无线电波明显更弱。
20.根据权利要求16所述的方法，还包括从所述药丸内的传感器获得至少一个传感器值，并且经由所述无线电信号波将所述至少一个传感器值发射到外部接收设备。

说明书全文

药丸天线系统

技术领域

[0001] 本实施方式针对存在于动物体内的可植入药丸装置与动物体外的接收器之间的双向无线电频率通信。

背景技术

[0002] 至少三十年来，农场主们一直通过从由他们的每只牛摄入的药丸传输的ID系统来监视他们的牛。一般而言，反刍动物(例如母牛)可以施用封装了电子识别系统和传感器(例如温度传感器)的药丸胶囊。吞下药丸后，母牛或公牛通常会将该药丸永久性地保留在其第二胃室或蜂巢胃中。通常，药丸包括电池和无线广播标识号和传感器值的其他电子设备。在某些情况下，药丸没有电池，而是依靠通过在无源RFID系统中常用的感应场的电力。然而，如果药丸要无线传输数据，则将需要天线。因为宿有药丸的反刍动物会固有地衰减药丸发射的信号，所以工程师和设计人员使用具有多个环路的天线，以接近药丸发射的频率的波长。此外，工程师和设计人员使用300MHz左右或以下的较低频率发射来更好地穿过动物。由于传输通常被降级到几英尺远，反刍动物有时会在他们的耳朵上或脖子上戴上放大器系统，以将信号扩展到接收器。那些在动物的体外不采用放大器的设计取决于从药丸的定向传输。通过定向传输信号，药丸可以在一个方向上传输50到75英尺。

[0003] 与本主题有关的创新通常是指所要求保护的发明。

发明内容

[0004] 本发明针对存在于动物体内的可植入药丸与动物体外的一个或多个接收器之间的单向和双向近全向无线电频率通信。

[0005] 本发明的某些实施方式考虑了一种药丸，所述药丸包括从接地板的正面延伸的电力小H天线，所述H天线通过微带传输线电连接到电源和信号发射机，所述微带传输线与接地面相对，所述接地面的宽度比所述微带传输线大至少三倍并通过绝缘垫片与所述微带传输线隔开，所述H天线包括两个平行偶极子和两条平行板传输线；从所述接地板的背面延伸并电连接到所述接地板的导电圆柱形天线，所述金属圆柱形天线本质上容纳所述电源；所述药丸配置为当由所述信号发射机供电时，辐射由在所述平行偶极子和所述导电圆柱形天线中对齐并在共同方向上的电流产生的基本全向的电磁波。

[0006] 其他实施方式考虑了刚刚描述的药丸还包括胶囊，该胶囊封装并气密第密封所述电力小H天线、所述信号发射机、所述接地板、所述绝缘垫片、所述微带、所述电池、以及所述导电圆柱形天线。某些实施方式设想将药丸称重以在反刍动物的整个生命中将其坚持保留在所述反刍动物的胃中。其他实施方式考虑了当所述信号发射机向所述天线供电时，所述两条平行板传输线具有相互抵消的相反电流。一些实施方式设想，与所述药丸在反刍动物体内相比，当所述药丸在所述反刍动物体外操作时，所述全向电磁波被显著衰减。这可以用信号发射机来实现，所述信号发射机可以由具有静态电路的印刷电路板组成，与所述药丸在所述反刍动物体外相比，当所述药丸位于所述反刍动物体内时，所述静态电路调谐所述H天线以明显更高效率发射电磁波。还有其他实施方式考虑了所述药丸还包括通过所述导电圆柱形天线与所述电流屏蔽的印刷电路板。在一些实施方式中，所述H天线的所述偶极子以与所述金属圆柱形天线的直径大致相同的距离间隔开。在某些结构中设想所述药丸将被配置为使用无线电频率与外部收发器进行双向通信。所述药丸的某些元件可以包括唯一标识和适于测量与宿主反刍动物相关联的物理参数的至少一个传感器，所述唯一标识和与所述物理参数相关联的至少一个值适于通过所述全向电磁波传输。

[0007] 本发明的其他实施方式还可以包括一种药丸，所述药丸包括：从导电圆柱形天线延伸的电力小H天线；插在所述H天线和所述导电圆柱形天线之间并电连接到所述H天线和所述导电圆柱形天线的接地板；设置在所述导电圆柱形天线内部的电池；以及信号发射机，其配置为在所述H天线和所述导电圆柱形天线中的基本上一个方向对齐的电流，所述H天线和所述导电圆柱形天线适于从所述电流产生无线电频率波。某些实施方式设想将所述药丸称重以保留在反刍动物的胃内，直到所述反刍动物不再存活。所述药丸可包括唯一标识和适于测量与宿主反刍动物相关联的物理参数的至少一个传感器，所述唯一标识和与所述物理参数相关联的至少一个值适于通过所述无线电频率波发射。在某些实施方式中，无线电频率波基本上是全向的。本发明的其他实施方式考虑了所述药丸具有配置为调谐至少所述H天线使得当所述药丸被置于反刍动物体内时比所述药丸位于所述反刍动物体外时能够更有效地发射所述无线电频率波的电路。

[0008] 本发明的又一实施方式还考虑了一种方法，包括：提供一种具有电力小H天线和导电圆柱形天线的药丸，所述H天线具有与所述导电圆柱形天线的外表面成直线的两个平行偶极子；通过信号发射机用包含在所述导电圆柱形天线中的电池对H天线和导电圆柱形天线通电，以产生沿所述偶极子和所述导电圆柱形天线的外表面基本上指向相同方向的电流；通过由所述偶极子和所述导电圆柱形天线的所述外表面中的所述电流产生的无线电信号波来发射所述药丸的至少标识。在某些构造中，将天线设想为还包括以800MHz以上的频率对所述电流进行交流。还可以设想，所述方法可以另外包括经由所述H天线和所述导电圆柱形天线产生基本上全向的无线电波。在一些想法中，与所述药丸在反刍动物体内发射信号时相比，当所述药丸在所述反刍动物体外发射信号时，由所述药丸发射的无线电波明显通过天线衰减得多。一些实施方式考虑了从所述药丸内的传感器获得至少一个传感器值，并且经由所述无线电信号波将所述至少一个传感器值发射到外部接收设备。附图说明

[0009] 图1A示意性地描绘了与本发明的实施方式一致的、由一头母牛摄入的、以全向模式发射无线电波信号的药丸；

[0010] 图1B示意性地描绘了与本发明的实施方式一致的、分布在区域中的围栏内的、以全向模式向外部收发器设备发射无线电波信号的多头母牛；

[0011] 图2描绘了与本发明的实施方式一致的药丸的某些基本内部元件的实施方式；

[0012] 图3示意性地描绘了与本发明的实施方式一致的药丸内部组件的实施方式的更详细的透视图；

[0013] 图4A描绘了与本发明的实施方式一致的在药丸天线中产生的电流的一种状态；

[0014] 图4B示意性地描绘了与本发明的实施方式一致的，由药丸天线系统产生的以全向模式进入空间的模型；

[0015] 图5示意性地描绘了与本发明的实施方式一致的用于某些药丸实施方式的基本电路板布局实施方式；

[0016] 图6示意性地描绘了与与本发明的实施方式一致的与药丸实施方式相关联的尺寸；以及

[0017] 图7描绘了根据本发明的实施方式的外部收发器系统的实施方式。

具体实施方式

[0018] 首先，本公开仅是示例性的，而非限制性的。因此，尽管本文描述的手段是为了便于解释，相对于示例性实施方式所示出和描述的，应当理解，本文的原理可以等同地应用于涉及电力小天线的类似用途的其他类型的情况。在下文中，可以使用相同的编号来标识相似或相同的结构。

[0019] 本发明的各方面总体上涉及存在于动物体内的可植入药丸与动物外部的接收器之间的双向无线电频率(radio frequency，RF)通信。为了便于解释，本文所描述的实施方式针对保留在母牛体内，更具体地在母牛的胃中的药丸。然而，所描述的实施方式不限于药丸，也不限于用于母牛或其他反刍动物，其他反刍动物包括牛、绵羊、鹿、山羊、长颈鹿等。然而，例如药丸实施方式可以被有利地使用在反刍动物中以监视反刍动物的行踪和身体功能。在一群母牛的情况下，可以对每头母牛进行监视，以确定它们是否在牧场的某个部分、在谷仓或畜栏中、生病或健康的等。在一头母牛的情况下，使用药丸施药器将药丸插入母牛的喉咙，从而使药丸进入母牛的胃中。通常，药丸落到母牛的蜂巢胃中。无论如何，药丸被称重，以使它不会前进通过母牛的消化系统、通过母牛的肠道、再从母牛的屁股排出，也不使其退出母牛的喉咙并进入母牛的口腔中。药丸被称重以使其在母牛寿命的剩余寿数或母牛寿命的一生中基本上位于母牛的肠道内。

[0020] 本文描述的某些实施方式针对一种能够双向无线通信的药丸，凭借该药丸可以具有一个或多个传感器来监视动物的a)身体状况/内部生命体征，b)位置，c)活动水平(步行、奔跑、躺下、进食、喝水、网状瘤胃活动以识别网状/瘤胃活动水平的变化等)，d)同一性或关于动物的其他感兴趣的特征。来自电力小天线家族的全向无线电频率天线与适当的收发器、存储器、电源(例如电池)、RFID、生物传感器、计算机处理器以及相关的计算机功能性能一起被放置在药丸内。一个或多个外部收发器当在药丸的范围内时可用于与药丸通信。由一个或多个外部收发器收集(并潜在地在药丸板上处理以识别疾病、治疗、药物推荐等，甚至可能存储在历史记录中)的信息可以传输到计算机系统，信息在此可以被收集和存储、操作、在其上报告、传输到别处等。某些实施方式设想了多个间隔开的外部收发器，使得这些收发器基本上通常但不总是处于占据特定区域(例如围栏或牧场)的动物的范围内。

[0021] 某些实施方式考虑了连接到容纳电池和芯片组的导电圆柱形天线的电力小H天线。芯片组在其他方面中可以包括收发器以及唯一地与药丸、处理器和至少一个传感器相关联的标识信息。H天线和导电圆柱形天线布置为以便产生无线电波的电流基本上始终对齐以一起工作。该药丸实质上是包含天线的气密地密封的胶囊，所述胶囊旨在被母牛或其他反刍动物摄入。该药丸被配置为，当该药丸在母牛的胃的内部时，比当该药丸在母牛的体外时(例如，在空气中)，能够更有效地以基本全向的模式发射无线电波。

[0022] 参照图1A，示意性地示出了具有摄入的药丸100的母牛102，如由箭头示意性地所示，该摄入的药丸100通过基本全向模式的无线电波104传输关于母牛102的数据。药丸100的长度约为3至41/2英寸，直径约为1英寸，并且可以根据特定的动物应用而改变大小。在此图中，如双向箭头108所描绘的，药丸传输由外部收发器106接收，从而可以在外部收发器106与药丸100之间进行双向通信。

[0023] 图1B示意性地示出了分布在区域126中的围栏中的多头母牛。这里，母牛A-D每个都具有专门识别每只动物的植入药丸。例如，母牛“A”由药丸“A”标识，母牛“B”由药丸“B”标识，依此类推。在该实施方式中，有三个被间隔开的外部收发器120-124并分布在围栏区域126中。因此，母牛“D”与外部收发器#1 120处于双向通信，母牛“A”与外部收发器#3 122处于双向通信，并且母牛“B”和“C”与外部收发器#2 124处于双向通信。这些母牛可以与外部收发器保持恒定通信，可以与外部收发器在设置时间段间歇性通信，或与外部收发器联系时，在此仅举三个例子说明双向通信是如何启动的。当然，间歇性通信技术可以通过将药丸
100置于静止状态(或睡眠状态)来帮助药丸100保持电池寿命，这将在后面进行更详细的讨论。这可以通过药丸100内部的适当电路来实现，或者可选地，可以由外部收发器106控制。
在外部收发器106控制药丸的静止状态的实施方式中，外部收发器106命令药丸100进入静止状态，然后经过一段设定的时间后或在操作员的判定下，外部收发器106(或不同的外部收发器)可以命令药丸100醒来并完全运行。在其他实施方式中，外部收发器106可以将更新的“传输间隔时间”发送给药丸100，这反过来使药丸100利用那些更新的时间来控制睡眠模式。某些实施方式设想了一种可以在宿主母牛102的整个生命中向药丸100提供恒定功率的电池。某些实施方式考虑了一种与特定宿主母牛相关联的药丸100，其获取生命体征(除了其他感测信息)，然后利用适当的时间戳(时间/天/顺序/等)将这些生命体征存储在药丸存储器中，然后将与特定药丸/母牛相关联的数据传输到外部收发器106时间戳。在某些情况下，在传输之后，可能无需在药丸存储器中保留数据，因此可以删除数据。删除可以在传输后立即发生，或者在其后的某个指定时间发生。某些实施方式考虑了在去到主计算机(未示出)之前将数据从一个外部收发器传输到另一外部收发器，例如，信息从外部收发器-3122传递数据到外部收发器-2 124，由此外部收发器-2 124将拥有的所有数据发送到主计算机。可选地，可以采用高可靠性的空中无线电传输方法，该方法可以包括清晰信道评估(clear channel assessment，cca)，以核实在药丸开始通过无线电发送数据之前，没有其他药丸或外部收发器在传输。外部收发器可配备实时计时器，该计时器可用于重置RF范围内的所有药丸计时器。一些实施方式设想一种给定的药丸100在发送并尝试从外部收发器
106接收具有确认、更新时间或其他药丸重新配置消息的消息后将进入“接收”模式。

[0024] 被称重的药丸100实质上是包含有内部电子组件的“智能”胶囊。图2描绘了与本发明的实施方式一致的药丸100的某些基本内部元件的实施方式。在所示的实施方式中，药丸100通常包括非金属药丸盒管211，在一个实施方式中，该非金属药丸盒管是聚合物，具有一对端盖201A和201B，其将药丸内部组件200与母牛的胃内物气密地密封开。某些实施方式设想了一个端盖，而另一端像试管一样简单地与胶囊一起模制。端盖201A和201B与药丸盒管
211之间的界面可以通过例如粘合剂、超声波焊接或本领域技术人员已知的其他方式密封/焊接。

[0025] 图3示意性地描绘了与本发明的实施方式一致的药丸内部组件200的实施方式。为了便于解释，在认为适当时，药丸内部组件200下文将简称为“药丸200”。在操作中，药丸200用作单个天线。在药丸200的上部是H天线221，在药丸200的下部是导电(金属)圆柱形天线223。

[0026] 在更详细的物理细节上，图3的本实施方式描述了具有绝缘垫片220的H天线部分221，该绝缘垫片220在该图中是透明聚合物，其具有正面222和背面224。绝缘垫片220约
1.5mm厚，用作将微带传输线216和微带传输线的接地面214隔开的电介质。某些实施方式考虑了由标准印刷电路板材料和技术构造的H天线部分221。在垫片220的正面222上具有第一平行板传输线210，从而第一辐射体202从第一平行板传输线210的一端沿向上的方向以90°延伸，并且第二辐射体204从第一平行板传输线210的另一端沿向上的方向以90°延伸。第一平行板传输线馈源218沿第一平行板传输线210的中心向下延伸。在驱动点217处的微带传输线216电连接到印刷电路板276。包括集总的电感器和电容器的晶格平衡-不平衡变换器(平衡到不平衡)电路250在微带传输线216和第一平行板传输引线218之间。第二平行板传输线212在绝缘垫片220的背面224上，从而第三辐射体206从第二平行板传输线212的一端沿向下的方向以90°延伸，而第四辐射体208从第二平行板传输线212的另一端沿向下的方向以90°延伸。第二平行板传输线馈源219沿第二平行板传输线212的中心向下延伸。晶格平衡-不平衡变换器电路250的另一部分连接到微带传输线接地面214。

[0027] 某些实施方式考虑了在H天线221周围添加灌封材料(未示出)，以增加整体药丸100的重量。此外，该灌封材料在某种程度上可以是刚性的，以使H天线221稳固在药丸100的内部。可以使用各种填充剂设计具有适当介电常数的灌封材料，或者可以使用天线结构221的可选无源组件来匹配灌封材料的介电常数以改善RF传输。

[0028] H天线部分221是通常由一对偶极子天线元件205和207组成的电力小天线，它们可以在中心驱动点218和219处利用平行板传输线210和212直接进行馈送。平行板传输线210和212按照安排固有地电平衡。电力小天线被定义为具有小于λ/2π的最大尺寸(由Wheeler在1947年定义)。在该实施方式中，每个偶极子约24mm长(见图6)，并且RF波长(λ)约325mm。偶极子205和207是电气紧密的(即，与RF波长相比如此紧密在一起，以至于偶极子205和207表现像是单个偶极子，而不是阵列。也就是说，偶极子205和207以大约由偶极子205和207发射的波长的10％间隔开)。一对偶极子205和207增加了H天线的稳固性。第一偶极子205实质上由第一辐射体202和第三辐射体206组成，第二偶极子207实质上由第二辐射体204和第四辐射体208组成。

[0029] 电流的一种状态(与产生电磁波所需的交流电状态相反)由如图4A所示的箭头表示。偶极对205和207电耦合到导电圆柱形元件290，从而使圆柱形元件290成为整个辐射天线的一部分。这增强了图4B所示的全向电磁波辐射模式。H天线221具有大的电抗值的驱动点阻抗。阻抗的该电抗部分被形成平衡-不平衡变换器电路250的一对集总元件所抵消。这种抵消产生了在设计频率下是纯真实的驱动点阻抗。因为大多数集成电路的驱动点被设计为接受不平衡阻抗，由集总元件组成的晶格平衡-不平衡变换器250被集成以既将电阻值变为由PCB 276所需要的，又用作平衡-不平衡变换器来将传输线模式从不平衡变为平衡。微带传输线216将H天线221的平行板传输线210和212连接到无线电频率PCB 276。在第一平行板传输线210和第二平行板传输线212中产生了电流的0°和180°相位差，其导致电流抵消，并因此在它们之间产生虚拟接地。换句话说，相反的电流在第一平行板传输线210和第二平行板传输线212中基本上抵消，因此避免了无意的馈线辐射。

[0030] 如前所述，绝缘垫片220将微带传输线的接地面214与微带传输线216隔开。微带传输线216位于平衡-不平衡变换器电路250的不平衡侧402上，因此微带传输线216是不平衡的。第一平行板传输线210和第二平行板传输线212是平衡的404。如图6所示，微带传输线216的宽度为1.7mm，微带传输线的接地面214的宽度为10mm。从理论上讲，微带传输线的接地面214将会在每个方向上无限延伸，但涉及到相对薄的金属微带传输线216，微带传输线的接地面214看起来基本上是无限的。微带传输线216引导束缚的电磁波，该束缚电磁波主要被束缚在微带传输线的接地面214和微带传输线216之间。束缚的电磁波随后通过平衡-不平衡变换器电路250转换成基本上沿第一平行板传输线210和第二平行板传输线212的内侧的电磁波。因为第一平行板传输线210和第二平行板传输线212具有相反的场，因此它们充当传输线而不是辐射体。因为电流不再相反，所以电磁波不再被束缚在偶极子205和207处。偶极子205和207是辐射体。另外，偶极子205和207以及微带传输线的接地面214中的电流延伸穿过圆形接地板270并沿金属圆柱形天线290的侧面向下。然后，波经由偶极子205和
207和金属圆柱体290基本上向全方向地辐射到空间中。因此，如指向同一方向的箭头所示金属圆柱体290用作整个天线的重要部分。某些实施方式设想金属圆柱体290是坚固的金属管，其附加目的是增加整个药丸100的密度以达到2.75g/cc的目标密度。可以在金属圆柱体
292内放置额外的固体金属块(未示出)，以将药丸密度增加到2.75g/cc的目标密度。导电圆柱形天线290可以缩短或加长以影响无线电波传输。导电圆柱形天线290可以抑制任何反馈，因为它起着截止波导的作用。导电圆柱体292和段塞(slug)(未示出)可以电连接到电池
282的接地端，充当从负极电池端到导电圆柱体292然后到连接导电圆柱体292至圆形接地板270的接地连接的电气接地路径。

[0031] 图4B示意性地描绘了由H天线221和金属圆柱体290产生的以全向模式进入空间的模型。如其所示，药丸辐射出全向RF图案490。辐射线492被用于示意性地示出全向RF图案490的三维模型。某些实施方式考虑了800MHz以上的无线电频率。其他实施方式设想了例如使用非许可频率，诸如433MHz和315MHz。

[0032] 继续参考图3，H天线221放置在圆形接地板270的顶部。圆形接地板270是RF接地，其通过接地带230产生连续的接地连接，该接地带230传导来自微带传输线216的电流，微带传输线216产生偶极子205和207中的电流的延长，从而使药丸241的整体长度(H天线221和导电圆柱体223)成为一个完整的天线。在圆形接地板270下方是主电路板276，其具有将主电路板276与圆形接地板270分开的间隙274。某些实施方式设想了间隙274在主电路板276和圆形接地板270之间具有恒定空间，其由同等大小的衬垫(未示出)创造。其他实施方式设想了主电路板276在圆形接地板下方延伸并进入导电圆柱体223。圆形接地板270通过接地带230(在该图中示出了其中的三个)电连接至金属圆柱体290。某些实施方式设想了在金属圆柱体290和圆形接地板270之间有更多的接地带或甚至是连续接地。其他实施方式设想了接地带是导体，其可以是导线、导电带、导电胶带或通过焊接、导电粘合或其他方法粘附到金属圆柱体292的其他导电材料，以电连接至金属圆柱体292。电池280设置在金属圆柱体290的内部，其用作供应给药丸200的电源。尽管未示出，某些实施方式设想了填充(灌封)材料，其填充H天线221周围的区域并增加药丸100重量以助于满足2.75g/cc的目标密度而不会有显著的无线电能衰减。

[0033] 图5描绘了与本发明的实施方式一致的电路板276的中心元件的一些示例。电路板276在顶面500和底面501上具有多个中心元件，其中包括诸如电阻器、电容器等的标准基本元件。参考顶面500，收发器芯片506经由圆形接地板270、晶体502、无线电放大器504和可选的表面声波(Surface Acoustic Wave，SAW)滤波器508直接连接到微带传输线216。底面501包括温度传感器510(可以测量母牛102的温度)、感应重力的加速度计514(例如，当母牛102躺着、进食、喝水或四处走动时)、微处理器和实时计时器520(其用于处理药丸200的计算)、用以存储传感器数据、接收到的数据(例如产犊日期、疾病、治疗、所用药物、父亲，母亲等)并保留标识信息的存储器516，和用以指示电路板276正在工作的可选的LED 512。电路板
276由电池280供电。主电路板276适合于药丸200的金属圆柱体290的顶部(或内部)直径。尽管未示出，电路板276包括垂直的“馈电”导体，所述导体将接地传递到微带传输线的接地面
214，并将无线电能量从收发器芯片506传递到偶极子205和207。

[0034] 某些实施方式考虑了芯片组配置有电路，所述电路至少使H天线221(以及在一些实施方式中圆柱形天线也是如此)平衡，或调谐到母牛的组织的介电常数，这类似于盐水浓缩。换句话说，H天线221被制作为在适应母牛102的介电环境的窄阻抗带宽上工作。这可以通过将无源组件集成到天线结构来完成，这有利于接近从发射机到母牛的胃的复杂阻抗的最佳能量传输。当天线221和223处于自由空间(在介电常数约为1.05的空气中)时，天线的工作频率增加，进而产生较大的失配，这降低了传输的功率(在某些情况下降低数量级)，从而当天线在母牛102体外时(或调谐天线221和223的任何工作环境)减少了有意和无意的辐射。例如，对于频率为915MHz的无线电波，血液的ε为61.3，σ约为1.55。如本领域技术人员已知的，ε是相对介电常数值，其有时被称为电容率。σ是电导率。某些实施方式考虑了用于调谐天线的电路是静态的，其被定义为不能被调节的电路。而其他实施方式考虑了动态电路，其可以被改变以根据所面对的条件更改至少H天线221的调谐。在某些实施方式中，药丸200被调谐以辐射——当穿过约200mm的母牛时，通过空气传输之前——接近最佳效率的无线电频率波。这大约是药丸100位于母牛的胃中的位置与母牛102体外之间的厚度。天线系统、H天线221和导电(金属)圆柱形天线223可以被调谐，从而在母牛102体外时(在将药丸放置在母牛的胃中之前)，天线系统的性能非常差，并且当不在母牛体内时会限制辐射的无线电功率。换句话说，只有当无线电波首先穿过约100mm的母牛并在继续通过空气传输之前时，天线才能正常工作。这是避免与由联邦航空管理局(Federal Aviation Administration，FAA)和其他监管机构监管的信号相冲突的重要特征。

[0035] 图6描绘了与本发明的实施方式一致的H天线221的实施方式的尺寸。在该实施方式中，电力小H天线221具有总长度为24mm且宽度为1mm的第一偶极子205和长度为24mm且宽度为1mm的第二偶极子207。第一平行板传输线210具有0.85mm的宽度和24.5mm的总长度。微带传输线216具有6.8mm的高度和1.7mm的宽度。微带传输线的接地面214具有6.8mm的高度和10mm的宽度。

[0036] 图7描绘了与本发明的实施方式一致的外部收发器系统700的实施方式，该外部收发器系统700充当来自母牛药丸100的信号与传输到计算系统(未示出)的数据之间的网关。外部收发器系统700被配置为与一个或多个药丸100进行双向通信。外部收发器外壳730的实施方式可以包括适合于安装在建筑物内部并且可以防水以抵挡室外因素的外壳。外部收发器系统700通常包括无线电收发器电子设备、非易失性存储器、微处理器、实时计时器、与单板计算机的连接、以及其他支持电路。更具体地，单板计算机702用作主外部收发器系统电路板704(其可以包括在微处理器和非易失性存储器中)和客户端或主计算机(未示出)之间的接口。非易失性存储器可用于存储从药丸100接收的数据，直到成功传递到主计算机(未示出)。除了诸如以太网、蜂窝调制解调器、远程Wi-Fi接口、RS-232、激光数据链接等的广泛的数据格式化和物理层数据转移之外，单板计算机702还促进在外部收发器系统700处的数据处理。单板计算机702连接到主外部收发器系统电路板704。单板计算机702可以具有与其相关联的其他特征，包括板上电源LED 726。单板计算机702也可用于对从药丸100和其他分开的数据收集/处理设备(例如，罐内液面监测器、气象站、摄像机)接收的原始数据——在处理和/或发送到主计算机(未示出)之前——进行数据处理。此外，单板计算机
702可以重新格式化从药丸100接收的数据，并通过各种各样的接口(例如以太网、蜂窝调制解调器、RS-232、远程Wi-Fi以及其他)将其发送到主计算机。无线电转发发射机模块(例如远程Wi-Fi发射机模块)可选地连接到单板计算机702，其配置为将由外部收发器系统700收集的数据传递到数据收集中心。当外部收发器系统700被远程部署时，这具有额外的益处。
无线电转发发射机经由同轴电缆708连接到Wi-Fi天线724。电缆708和716经由电缆连接器
706连接到各种组件。排出口/通气孔710可以位于外部收发器系统的底侧700，如果位于外面，则特别有用。其他元件可以包括例如电源开关712、各种状态可编程LED、通电LED 722。
仅举几个例子，外部收发器系统700需要诸如电池、直接电源线、太阳能的电源供应器/电源。在本实施方式中，示出了太阳能DC电源控制器720。外部收发器系统700可以经由连接到主外部收发器系统电路板704的药丸无线电链路天线714向药丸100传输信号以及从药丸
100接收信号。某些实施方式设想了药丸无线电链路天线714配置用于接收915MHz信号。其他实施方式考虑了药丸100以800MHz以上的频率与外部收发器系统700通信。

[0037] 本发明的某些实施方式考虑了药丸100用于监测反刍动物的生理数据，其中药丸100被施加给动物向下进入其食道。如前所述，药丸100的密度和大小使它被陷在动物的胃之一中。药丸200包括微处理器、存储器、可重置的实时电子计时器、控制从集成在药丸200中的传感器获取数据的药丸固件、以及可以通过母牛102发送和接收数据以及到接收站106的双向无线电收发器。药丸100中的无线电可以被设置为以一定的时间间隔发送。某些实施方式设想了当数据已经在接收站成功地被接收时，接收站106(或外部收发器)将确认消息，应计年龄时间(accrual age time)和日期消息发送回药丸100。在这种情况下，当药丸100没有从接收站接收到确认时，药丸100中的所有数据都会在应计时间戳内存储在药丸中的存储器中。在下一个预设间隔处，将传输存储器中的所有数据。如果接收站106接收到确认，则清除存储的内存。如果未收到确认，则将最新的时间戳读数与时间戳一起添加到存储器中。双向通信还允许终端用户或主计算机系统将消息(带有确认消息)发送到药丸100，以执行以下功能：更改发送间隔、更改中心读取间隔(其可能与无线电发射间隔不同)、更新药丸固件(向药丸固件添加新功能)、或打开或关闭药丸100中的不同传感器或功能。为节省电池电量并保持无线电信道畅通，以前已成功发送并被确认的数据将不会再次发送。

[0038] 其他实施方式考虑了控制药丸100的固件可以被编程或更新，其中基于传感器数据，获取传感器数据或传输间隔是动态的。例如，如果温度在102°F以上和/或加速度计数据在1.5G以上时，每隔5分钟对温度和加速度计数据进行采样并立即发送该数据，而不是每隔一小时发送温度和加速度计数据。

[0039] 还有其他实施方式考虑了加速度计，所述加速度计可以使用传感器采样方法来监视动物的运动，药丸100的方位以及重力下的突然跳跃，该传感器采样方法可以由终端用户通过双向无线电通信进行设置和重置。传感器还可以通过药丸100中的可编程逻辑来动态设置，该可编程逻辑可以通过双向无线电更新。例如，如果动物的温度比基线温度至少高1°F，则可以设置药丸固件每隔15分钟以每秒10次的高采样率对加速度计的重力采样15秒。

[0040] 某些实施方式考虑了双向无线电连接，其用于命令药丸100从在母牛102体外时的低功率无线电传输转到在将药丸100植入母牛102体内时经过一定时间后的高功率传输。当药丸在850MHz以上的非许可频段中工作时，这可能是有益的。

[0041] 其他实施方式考虑了终端用户或计算机系统使用双向无线电系统来设置或重置传感器“警报”参数(或使用多个传感器的逻辑条件)，该参数将改变药丸传感器采样间隔、或传感器传输间隔、或药丸板载边缘计算数据分析。这可以进一步，从而可以在药丸100中对药丸数据进行时间戳记，使得传感器采样间隔可以改变以维持时间同步，而这在没有板载药丸时间戳记的情况下则是不可能的。

[0042] 设想如果在微处理器内部使用其相对低准确度的实时计时器功能创建低成本的实时计时器，则可以通过在与来自接收站106的每次回执数据一起发送的“准确时间”内连续重置时间来防止微处理器实时计时器漂移和变得不准确。

[0043] 实施方式设想了电池电力保存，由此当药丸100在不对传感器进行采样或不使用无线电收发器进行传输时消耗超低功率。这可以促进寿命延长，而无需在将药丸100施用于动物之前关闭药丸100。当处于这种静止状态(睡眠状态)时，微处理器将断开——除了到微处理器的电源以外的——所有电路与电池电源的连接。然后微处理器被置于“深度睡眠”状态，以便关闭所有微处理器功能，除了用以唤醒药丸100以在可重新编程的间隔或发生传感器事件时读取传感器读数的必要内部电路。

[0044] 设想从药丸100到外部收发器站点106的双向通信可用于将校准系数数据写入药丸100，该校准系数数据可被板载药丸算法利用以调整传感器读数为已校标准来提供更高准确度的传感器读数。由药丸100发送的传感器读数以及其他数据可以传递到主计算机(未示出)。

[0045] 应该理解，尽管在前面的描述中已经阐明了本发明的各种实施方式的许多特征和优点，和本发明的各种实施方式的结构和功能的细节，但本公开仅是说明性的，并且在本发明的原理到由所附权利要求书所表达的术语的广泛一般含义所指示的全部范围内，特别是在部件的结构和布置方面，可以进行详细的改变。例如，尽管本文将电池用作电源，但是一些其他实施方式考虑了无源RFID药丸系统，该药丸系统在处于高能量询问区域时被供电/通电，同时仍保持基本相同的功能性而不脱离本发明的范围和精神。另一个示例可以包括对在盐水或与空气具有不同介电的其他介质中的药丸使用电力小天线设计。又一个落在本发明的范围和精神之内的示例可以包括在药丸的外表面上放置多个不同的传感器以测量和/或感测药丸可能与之接触的化学物质，和将所有感测的结果/值馈送到药丸内的电子设备(包括存储器)。此外，术语“一个”与“一”同义，其可以是多个中的第一个。

[0046] 清楚的是，本发明非常适合于实现所提及的目的和优点以及其中固有的目的和优点。尽管出于本公开的目的已经描述了当前优选的实施方式，但是可以进行许多改变，这些改变很容易向本领域技术人员表明，并且被所公开的本发明的精神所涵盖。

标题	发布/更新时间	阅读量
一种母牛专用子宫卵巢多部位精确给药与人工授精装置	2020-05-08	754
云贵高原特色奶牛养殖方法	2020-05-15	953
一种硬脑膜生物补片及其制备方法	2020-05-12	959
用于治疗寄生虫病的化合物和方法	2020-05-12	11
一种新式家畜动物用代谢笼及其使用方法	2020-05-16	264
一种小母牛营养调和食料配制方法	2020-05-12	588
一种提高奶牛夏季同期发情-定时输精效果的处理方法	2020-05-13	498
一种能提高雪花牛肉的肉牛养殖方法	2020-05-12	59
一种航天员专用的富硒矿物质营养餐制剂	2020-05-14	381
一种畜饲料添加剂及其制备方法与应用	2020-05-16	294

药丸天线系统

药丸天线系统

技术领域

背景技术

发明内容

具体实施方式

该功能需要专业版企业版VIP权限，您可以：