ANTENNENANORDNUNG FÜR ELEKTROMAGNETISCHE WELLEN IN KÖRPER¬

NAHER ANWENDUNG MIT REDUZIERTER FREIRAUMABSTRAHLUNG

TECHNISCHES GEBIET

Verschiedene Beispiele der Offenbarung betreffen eine Antennenanordnung für elektromagnetische Wellen in einer körpernahen Anwendung, mittels derer eine Abstrahlung der elektromagnetischen Wellen in den dem Körper abgewendeten Freiraum reduziert werden kann.

HINTERGRUND

Es sind medizinische Anwendungen für Radarmessungen bekannt. Hierbei werden Antennenanordnungen in körpernahen Anwendungen verwendet, um elektromagnetische Wellen zur Vermessung von anatomischen Strukturen einer Person einzusetzen.

Ein Beispiel betrifft etwa die Charakterisierung des Vokaltrakts. Die Charakterisierung des Vokaltrakts kann zum Zwecke der Bestimmung einer intendierten Sprachäußerung der Person erfolgen. Siehe z.B. Wagner, Christoph, et al. "Silent Speech Command Word Recognition Using Stepped Frequency Continuous Wave Radar." (2021 ).

Technisch wird die menschliche Stimme häufig durch das sogenannte Quelle-Filter- Modell beschrieben. Die Lunge, die Luftröhre und der Kehlkopf bilden zusammen die Quelle. Die Luft wird in der Lunge komprimiert und strömt durch die Luftröhre nach oben zum Kehlkopf. Im Kehlkopf bilden die Stimmlippen - umgangssprachlich als „Stimmbänder“ bezeichnet - die Stimmritze. Die Kehlkopfmuskulatur hält die Stimmlippen unter Spannung, indem sie über die Aryknorpel eine Kraft ausübt. Beim stimmhaften Sprechen bewirken der Druck in der Luftröhre und die Spannung der Stimmlippen, dass sich diese periodisch öffnen und schließen, wodurch eine akustische Schwingung, eine Schallwelle, entsteht. Diese Schallwelle wird durch die zeitlich veränderliche Form des Vokaltrakts, bestehend aus Rachen, Mundhöhle und Nasenhöhle, akustisch gefiltert, bevor sie aus dem Mund und den Nasenlöchern austritt.

Die Erzeugung von Sprache aus entsprechenden Sprachäußerungen besteht dabei aus dem Vorgang der Phonation, technisch ausgedrückt der Anregung einer akustischen Schwingung durch die Stimmlippen, und der Artikulation, also der Filterung des Schallspektrums durch die zeitlich veränderliche Form des Vokaltrakts. Die Formung des Vokaltrakts erfolgt mit dem Gaumensegel, das die Nasenhöhle öffnet oder abschließt, der Zunge, der oberen und unteren Zahnreihe sowie der Ober- und Unterlippe.

Üblicherweise wird bei solchen Radarmessungen eine relativ hohe Auflösung benötigt. Die verwendeten elektromagnetischen Wellen der Radarmessung weisen deshalb eine vergleichsweise große Bandbreite auf. Beispielsweise könnten Frequenzen im Bereich von 0,3 GHz bis 15 GHz verwendet werden, also im Hochfrequenz-Spektrum. Hierbei wird die obere Frequenz durch die zunehmende Dämpfung im Gewebe und die niedrigste Frequenz durch die praktikable Antennengröße limitiert.

Der Sendebetrieb in diesem Frequenzbereich ist typischerweise reguliert. Sofern eine Abstrahlung erlaubt ist, ist typischerweise die Sendeleistung regulatorisch begrenzt, um Interferenzen zwischen unterschiedlichen Nutzem zu begrenzen.

Andererseits kann eine möglichst hohe Sendeleistung aber erstrebenswert sein, um das Signal-zu-Rausch-Verhältnis der Radarmessung zu erhöhen. Typischerweise sind die erreichbaren Pegel des gemessenen Signals durch die hohe Dämpfung der elektromagnetischen Wellen im Gewebe begrenzt.

ZUSAMMENFASSUNG

Es besteht Bedarf für Techniken, um Radarmessung in körpernahen Anwendungen zu implementieren. Insbesondere besteht ein Bedarf für Antennenanordnungen, welche die unerwünschte Freiraumabstrahlung reduzieren. Diese Aufgabe wird gelöst von den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche. Die Merkmale der abhängigen Patentansprüche definieren Ausführungsformen.

Es werden Antennenanordnungen für elektromagnetische Wellen in körpernahen Anwendungen offenbart, welche elektromagnetische Wellen bevorzugt in das Gewebe abgeben und dabei eine möglichst geringe Abstrahlung in den Freiraum (das heißt eine dem Gewebe gegenüberliegende Umgebung) ermöglichen. Diese Antennenanordnungen ermöglichen es also, den größten Teil der Hochfrequenz-Energie in das Gewebe einzukoppeln und nur einen vergleichsweise kleineren Teil der Hochfrequenzenergie in den Freiraum abzustrahlen.

Eine Antennenanordnung für elektromagnetische Wellen in einer körpernahen Anwendung wird offenbart. Beispielsweise könnte die Antennenanordnung für die Charakterisierung eines Vokaltrakts verwendet werden. Der Vokaltrakt kann zum Beispiel charakterisiert werden, um eine intendierte Sprachäußerung zu bestimmen.

Die Antennenanordnung weist eine Oberseite und eine Unterseite auf. Die Antennenanordnung ist dabei eingerichtet, um auf ihrer Unterseite auf einer Hautoberfläche einer Person aufgebracht zu werden.

Die Antennenanordnung umfasst eine zweidimensionale ausgedehnte Trägerstruktur, z.B. eine elastische bzw. flexible Trägerstruktur. Die Trägerstruktur könnte ein Plastiksubstrat sein. Es könnte ein glasfaserverstärkter Epoxidharz verwendet werden. Die Trägerstruktur kann biegsam sein. Dadurch kann sich die Trägerstruktur - und mit ihr die Antennenanordnung - an die Oberflächenform der Hautoberfläche anpassen.

Die Antennenanordnung umfasst außerdem auch ein oder mehrere Leiterstrukturen. Die Leiterstrukturen sind, in Abstimmung mit den restlichen Teilen der Anordnung, ausgelegt, um die elektromagnetischen Wellen in das Gewebe einzukoppeln. Sie bilden damit die Antenne.

Die ein oder mehrere Leiterstrukturen sind an der Trägerstruktur angebracht.

In den ein oder mehreren Leiterstrukturen kann ein Hochfrequenz(HF)-Strom fließen.

Die elektromagnetischen Wellen können eine Frequenz im Bereich von 0,3 bis 15 GHz aufweisen. Ferner umfasst die Antennenanordnung auch ein oder mehrere Absorberelemente. Diese Absorberelemente sind direkt oder indirekt (über ein oder mehrere andere Elemente oder Schichten) an der Trägerstruktur angebracht und sind eingerichtet, um eine in Bezug auf die Oberseite und die Unterseite asymmetrische Abstrahlcharakteristik der elektromagnetischen Wellen zu bewirken.

Die durch die Absorberelemente verursachte Veränderung der Abstrahlcharakteristik kann bewirken, dass die Abstrahlung in den zur Oberseite zugewandten Halbraum stärker gedämpft und damit verringert ist, als die in den der Unterseite zugewandten Halbraum. Somit wird durch die Absorberelemente das Verhältnis der abgestrahlten Leistung in die beiden Halbräume zugunsten des dem Gewebe der Person zugewandten Halbraums beeinflusst. Das bedeutet also, dass das sogenannte Vor-/Rück- verhältnis verändert werden kann, zugunsten einer Abstrahlung in den zur Unterseite zugewandten Halbraum. Zusammen mit dieser asymmetrischen Abstrahlcharakteristik kann sich auch eine entsprechende komplementäre asymmetrische Detektionscharakteristik ergeben, wenn die entsprechende Antennenanordnung zum Empfangen von elektromagnetischen Wellen verwendet wird.

Indem eine asymmetrische Abstrahlcharakteristik verwendet wird, kann die Freiraumabstrahlung reduziert werden. Dadurch können - gegenüber einer Anordnung ohne Absorberelemente - größere Sendeleistungen verwendet werden, weil zum Beispiel regulatorische Beschränkungen, welche die maximal zulässige Ausstrahlung in den Freiraum betreffen, auch bei größeren Sendeleistungen eingehalten werden können: die elektromagnetische Energie wird in Richtung des Gewebes abgegeben, aber nicht oder nur zu einem signifikant geringeren Teil in den Freiraum. Dadurch können wiederum Radarmessungen mit höheren Signal-zu-Rausch-Verhältnis implementiert werden, so dass entsprechende Anwendungen von einer größeren Signalqualität profitieren.

Das Signal-zu-Rausch-Verhältnis kann weiter verbessert werden, wenn eine entsprechende Antennenanordnung mit asymmetrischer Detektionscharakteristik zur Detektion der elektromagnetischen Wellen - nach Propagation im Gewebe - verwendet wird. Dies liegt daran, dass weniger Störsignale aus dem Freiraum empfangen werden. Die unerwünschte Interferenz wird reduziert. Durch die Verwendung der Absorberelemente kann ferner eine besonders kompakte Implementierung der Antennenanordnung bereitgestellt werden, insbesondere im Vergleich zu Reflektoren, welche die elektromagnetischen Wellen reflektieren würden.

Dabei gibt es unterschiedliche Implementierungsvananten für die ein oder mehreren Absorberelemente. Solche Implementierungsvananten, die nachfolgend näher beschrieben werden, könnten auch in Kombination verwendet werden.

In einer Implementierungsvariante stellen die ein oder mehreren Absorberelemente einen resistiven Verlustmechanismus für elektrische Ströme bereit. Dies bedeutet also, dass durch Verwendung von entsprechenden ein oder mehreren Widerständen die Stromverteilung in den ein oder mehreren metallischen Leiterstrukturen gezielt so geformt werden kann, dass die asymmetrische Abstrahlcharakteristik bevorzugt wird. Beispielsweise kann ein Symmetriebruch der Stromverteilung in Bezug auf die Oberseite und Unterseite durch das Vorsehen entsprechender resistiver Strukturen an geeigneter Stelle in Bezug auf die ein oder mehreren Leiterstrukturen erreicht oder gefördert werden.

Wenn zum Beispiel die ein oder mehreren Leiterstrukturen eine flächige Leiterebene umfassen, so könnten die ein oder mehreren Widerstände an einem Umfang der flächigen Leiterebene angeordnet sein und mit dieser verbunden sein. Die ein oder mehreren Widerstände könnten dabei als resistive Schicht ausgebildet sein oder auch als gehauste Widerstände, die auf der Oberfläche der Leiterebene aufgebracht sind.

Eine solche Technik beruht auf der Erkenntnis, dass insbesondere Stromfluss im Randbereich der flächigen Leiterebene für die Abstrahlung in den Freiraum verantwortlich ist. Durch das Vorsehen der ein oder mehreren Widerstände können die Hochfrequenzsignale im Randbereich der flächigen Leiterebene gezielt absorbiert werden, wodurch die Freiraumabstrahlung reduziert werden kann.

Beispielsweise könnten die ein oder mehreren Widerstände auf der flächigen Leiterebene aufgebracht und mit dieser leitend verbunden sein und über deren Umfang hinausragen. Es wäre denkbar, dass die ein oder mehreren Widerstände eine Ausdehnung senkrecht zur flächigen Leiterebene aufweisen. Beispielsweise könnten die ein oder mehreren Widerstände als resistive Schicht mit einer senkrechten Ausdehnung auf einer Kante der flächigen Leiterebene implementiert sein.

Voranstehend wurde eine beispielhafte Implementierungsvariante für die ein oder mehreren Absorberelemente beschrieben, die einen resistiven Verlustmechanismus ausnutzt. Alternativ oder zusätzlich zu einer solchen Ausnutzung des resistiven Verlustmechanismus wäre auch die Ausnutzung eines dielektrischen oder magnetischen Verlustmechanismus für das elektromagnetische Nahfeld der ein oder mehreren metallischen Leiterstrukturen denkbar. Hier wäre es zum Beispiel denkbar, dass die ein oder mehreren Absorberelemente ein oder mehrere zweidimensional ausgedehnte absorbierende Materialschichten umfassen. Diese können zum Beispiel auf den metallischen Leiterstrukturen, die die ein oder mehreren Leiterstrukturen ausbilden, aufgebracht sein (z.B. getrennt durch eine isolierende Schicht). Ein entsprechendes absorbierendes Material kann zum Beispiel aus folgender Gruppe ausgewählt sein: Kohlenstoff (etwa Graphit); Metall (etwa Nickel, Titan oder Chrom); und Metallpartikel in einem Trägermaterial (also z.B. Metallpartikel in Silikon oder Graphitstaub in Epoxyharz; auch Mischungen sind denkbar). Es wären Kohlenstoffpartikel in einem Trägermaterial denkbar. Das absorbierende Material kann aus einer Materialmischung die solcherart Materialien enthalten kann gefertigt sein.

In einem solchen Beispiel wäre es insbesondere möglich, dass die ein oder mehreren absorbierenden Materialschichten eine laterale Strukturierung aufweisen. Diese laterale Strukturierung kann also in der Ebene parallel zur Oberseite bzw. Unterseite ausgebildet sein. Zum Beispiel könnte die Dicke der entsprechenden ein oder mehreren absorbierenden Materialschichten variieren. Die ein oder mehreren absorbierenden Materialschichten könnten durch Gräben unterbrochen sein. Diese laterale Strukturierung kann insbesondere mit der lateralen Strukturierung der ein oder mehreren metallischen Leiterstrukturen korrelieren. Beispielsweise könnte absorbierendes Material in Zwischenräumen zwischen Metallleitern der ein oder mehreren Leiterstrukturen vorgesehen sein oder direkt oberhalb der Metallleiter oder oberhalb von Kanten der Metallleiter. Durch die Verwendung der lateralen Strukturierung kann eine erhöhte Robustheit der Antennenanordnung gegenüber wiederholter Biegung erreicht werden.

Durch solche vorbeschriebene Techniken ist es insbesondere möglich, dass die Antennenanordnung mit einer Dicke (d.h. senkrecht zur zweidimensional ausgedehnten Trägerstruktur) bereitgestellt wird, die vergleichsweise klein ist. Beispielsweise kann eine Antennenanordnung implementiert werden, deren Ausdehnung senkrecht zur Trägerstruktur nicht größer ist als ein Hundertstel der Wellenlänge der längsten Wellenlängenkomponente der elektromagnetischen Wellen im Vakuum ist. Eine solche dünne Ausbildung der Antennenanordnung ermöglicht es, diese Antennenanordnung bequem auf der Haut zu tragen, auch über längere Zeit. Insbesondere wird eine Biegsamkeit bzw. Elastizität der Antennenanordnung aufgrund der elastischen Ausbildung der Trägerstruktur gewahrt, so dass sich die Antennenanordnung der Oberflächenform der Hautoberfläche anpassen kann.

Als allgemeine Regel gibt es unterschiedliche Möglichkeiten, um die Trägerstruktur bzw. die anderen Komponenten der Antennenanordnung zu implementieren. Zum Beispiel wäre es denkbar, dass die Trägerstruktur als textile Schicht ausgebildet ist. Das bedeutet, dass die Trägerstruktur beispielsweise aus einem gewebten Material bestehen kann bzw. durch das Textil ausgebildet wird. Es wären Textile oder sogenannte nichtgewebte Materialen denkbar. Gestrickte oder geknüpfte Schichten wären möglich. In einem solchen Beispiel könnten die ein oder mehreren Leiterstrukturen zum Beispiel als Fäden oder Bänder in die textile Schicht gewebt sein oder aufgestickt sein oder anderweitig fixiert sein. Die Absorberelemente könnten entsprechend auf diesen Fäden oder Bändern angebracht sein oder mit diesen verbunden sein oder auf der textilen Schicht, die die Trägerstruktur ausbildet, aufgebracht sein.

In einem weiteren Beispiel wäre es denkbar, dass die Trägerstruktur und die ein oder mehreren Leiterstrukturen aus Folie, etwa Polyimid-Folie, ausgebildet sind. Hier können also die Trägerstruktur und die ein oder mehreren Leiterstrukturen als dünne Schichten mit Elastizität auf Folien-Basis umgesetzt werden. Es wären auch Papier oder papierähnliche Materialien denkbar. Papierähnlich wäre eine dünne Schicht aus (ungeordneten) Fasern, die aber nicht zwingend als Hauptbestandteil Zellulose enthalten müssen.

Die Antennenanordnung könnte zum Beispiel mittels einer Klebefolie, die sich entlang der Trägerstruktur erstreckt, beispielsweise entlang der Unterseite, auf der Hautoberfläche der Person angebracht werden. Die Klebefolie kann beispielsweise als Hydrokolloid-Folie ausgelegt sein. Liegt die Dielektrizitätskonstante des Klebefolie zwischen der der Trägerstruktur und der der Haut kann eine besonders gute Einkopplung des Hochfrequenzsignals in das Gewebe erreicht werden. Mittels solcher Antennenanordnungen können unterschiedliche medizinische Anwendungen ermöglicht werden. Beispielsweise könnte der Vokaltrakt der Person charakterisiert bzw. vermessen werden und basierend darauf eine intendierte Sprachäußerung bestimmt werden. Ein entsprechendes System kann also eine solche Antennenanordnung umfassen, sowie ein HF-Frontend. Das HF-Frontend kann mit den ein oder mehreren Leiterstrukturen elektrisch leitfähig gekoppelt sein (etwa über ein Kabel) und eingerichtet sein, um Radarmessungen - etwa in Transmission oder Reflek- tion - basierend auf den elektromagnetischen Wellen durchzuführen. Eine Radarmessung im Sinne der Offenbarung kann z.B. die Bestimmung der Impulsantwort des Ausbreitungskanals umfassen. Eine Radarmessung im Sinne der Offenbarung kann also eine Interaktion von elektromagnetischen Wellen mit dem Gewebe und das Gewinnen von Information über diese Interaktion umfassen. Das HF-Frontend könnte auch auf der Trägerstruktur angebracht sein. Das HF-Frontend kann z.B. einen Frequenzmischer, Oszillator, HF-Verstärker und Filter umfassen. Es wäre denkbar, dass eine flächenhaft verteilte, auf der Trägerstruktur angebrachte Batterie vorhanden ist. Außerdem kann das System einen Prozessor aufweisen, welcher eingerichtet ist, um basierend auf den Radarmessungen die intendierten Sprachäußerungen der Person zu bestimmen.

Ein entsprechendes Verfahren umfasst das Charakterisieren eines Vokaltrakts einer Person mittels einer Radarmessung unter Verwendung einer entsprechenden Antennenanordnung.

Beispielsweise könnte eine intendierte Sprachäußerung der Person basierend auf dem Charakterisieren des Vokaltrakts bestimmt werden. Es wäre denkbar, einen Text zu bestimmen, der eine textuelle Wiedergabe der Sprache entsprechend der intendierten Sprachäußerung beschreibt. Es könnte eine Audioausgabe bestimmt werden (also ein Audiosignal), welche der Sprachäußerung entspricht. Nachfolgend wird für alle solche Varianten der Begriff der Bestimmung einer synthetischen Sprache einer Person verwendet.

Eine Antennenanordnung für elektromagnetische Wellen in einer körpernahen Anwendung wird offenbart. Beispielsweise könnte die Antennenanordnung für die Charakterisierung eines Vokaltrakts verwendet werden. Der Vokaltrakt kann zum Beispiel charakterisiert werden, um eine intendierte Sprachäußerung zu bestimmen. Die An- tennenanordnung weist eine Oberseite und eine Unterseite auf. Die Antennenanordnung ist dabei eingerichtet, um auf ihrer Unterseite auf einer Hautoberfläche einer Person aufgebracht zu werden. Die Antennenanordnung umfasst eine zweidimensionale ausgedehnte Trägerstruktur. Die Trägerstruktur umfasst ein Textil oder besteht aus Textil. Die Antennenanordnung umfasst außerdem auch ein oder mehrere Leiterstrukturen. Die Leiterstrukturen sind, in Abstimmung mit den restlichen Teilen der Anordnung, ausgelegt, um die elektromagnetischen Wellen in das Gewebe einzukoppeln. Sie bilden also eine Antenne.

Durch die Verwendung einer textilen Trägerstruktur kann ein besonders guter Kontakt zwischen der Hautoberfläche und der Trägerstruktur hergestellt werden. Außerdem ist eine textile Trägerstruktur angenehm zu tragen; und kann insbesondere über einen längeren Zeitraum getragen werden. Dies ist insbesondere bei Stimmprothesen wichtig. Die textile Trägerstruktur kann atmungsaktiv sein. Die textile Trägerstruktur kann Schweiß ableiten oder aufnehmen. Allergische Reaktionen können vermieden werden.

Die oben dargelegten Merkmale und Merkmale, die nachfolgend beschrieben werden, können nicht nur in den entsprechenden explizit dargelegten Kombinationen verwendet werden, sondern auch in weiteren Kombinationen oder isoliert, ohne den Schutzumfang der vorliegenden Erfindung zu verlassen.

KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN

FIG. 1 ist eine schematische Seitenansicht einer Antennenanordnung gemäß verschiedenen Beispielen.

FIG. 2 ist ein Polarplot der abgestrahlten elektromagnetischen Leistungsdichte, die eine Antennenanordnung gemäß verschiedenen Beispielen mit einer asymmetrischen Abstrahlcharakteristik bereitstellt.

FIG. 3 ist eine schematische Aufsicht einer Antennenanordnung gemäß verschiedenen Beispielen.

FIG. 4 illustriert ein beispielhaftes System. DETAILLIERTE BESCHREIBUNG

Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden.

Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder ähnliche Elemente. Die Figuren sind schematische Repräsentationen verschiedener Ausführungsformen der Erfindung. In den Figuren dargestellte Elemente sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu dargestellt. Vielmehr sind die verschiedenen in den Figuren dargestellten Elemente derart wiedergegeben, dass ihre Funktion und genereller Zweck dem Fachmann verständlich wird. In den Figuren dargestellte Verbindungen und Kopplungen zwischen funktionellen Einheiten und Elementen können auch als indirekte Verbindung oder Kopplung implementiert werden. Eine Verbindung oder Kopplung kann drahtgebunden oder drahtlos implementiert sein. Funktionale Einheiten können als Hardware, Software oder eine Kombination aus Hardware und Software implementiert werden.

Nachfolgend werden Techniken offenbart, welche es ermöglichen, Radarmessungen in körpernahen Anwendungen durchzuführen. Beispielsweise könnten medizinische Anwendungen ermöglicht werden. Beispiele betreffen die Lokalisierung und/oder Verfolgung von chirurgischen Geräten, beispielsweise eines Endoskops. Weitere Beispiele betreffen die Detektion von Position und/oder Bewegung von Körperstrukturen wie z.B. Knochen.

Ein weiteres Beispiel betrifft die Charakterisierung des Vokaltrakts einer Person. Die Charakterisierung des Vokaltrakts ermöglicht es, eine intendierte Sprachäußerung einer Person zu bestimmen. Beispielsweise könnten einzelne Laute oder eine Lautfolge bestimmt werden; etwa könnten entsprechende Vokale oder Konsonanten bestimmt werden bzw. eine entsprechende Abfolge. Es wäre denkbar, einen Text zu bestimmen, der eine textuelle Wiedergabe der Sprache beschreibt. Es könnte eine Audioausgabe bestimmt werden (also ein Audiosignal), welches der Sprachäußerung entspricht. Nachfolgend wird für alle solche Varianten der Begriff der Bestimmung einer synthetischen Sprache einer Person verwendet.

Die synthetische Sprache kann insbesondere auch bestimmt werden, wenn keine Lautbildung durch die Person möglich ist. Das bedeutet, dass „stumme Sprache“ ermöglicht wird. Stimmstörungen äußern sich in einer Reihe von Symptomen, die unter dem Begriff Dysphonie zusammengefasst werden: von Heiserkeit über eine schwache oder verzerrte Sprache bis hin zu einem vollständigen Verlust der Stimme, der als Aphonie bezeichnet wird. Stimmstörungen können funktionellen oder organischen Ursprungs sein. Organische Stimmstörungen können weiter unterteilt werden in strukturelle oder neurogene Störungen. Für Personen mit solchen Stimmstörungen kann eine „stumme Sprache“ ermöglicht werden.

Synthetische Sprache kann auch erzeugt werden, wenn die Person absichtlich flüstert oder lautlos artikuliert. Dies könnte z.B. ein fernmündliches, privates „Gespräch“ ermöglichen.

Insbesondere werden Antennenanordnung für elektromagnetische Wellen offenbart, die für eine körpernahe Anwendung geeignet sind. Die entsprechenden Antennenanordnungen können elastisch bzw. biegsam und dünn (z.B. nicht dicker als 5 mm oder optional nicht dicker als 2 mm) ausgebildet sein, so dass diese zum Beispiel auf der Haut aufgeklebt werden können. Die Antennenanordnungen können laterale Ausmessungen aufweisen, die wesentlich größer sind als die Dicke (z.B. laterale Ausmessungen von 2 bis 5 cm und eine Dicke von 2 mm). Die Antennenanordnungen können besonders leicht und biegsam sein, so dass diese von der Person auch über eine längere Zeit getragen werden können.

Die Antennenanordnungen weisen auch eine vorteilhafte Abstrahlcharakteristik von elektromagnetischen Wellen auf. Insbesondere werden Antennenanordnungen offenbart, die elektromagnetische Wellen bevorzugt in das Gewebe der Person aussenden - anstatt in den umliegenden Freiraum.

FIG. 1 ist eine schematische Seitenansicht einer beispielhaften Antennenanordnung 41 . Die Antennenanordnung 41 wird auf ihrer Unterseite 45 auf einer Hautoberfläche 196 der Person aufgebracht. Die Antennenanordnung weist eine Trägerstruktur 112 auf, hier als Trägerschicht oder Trägerfolie implementiert. Auf der Trägerstruktur 112 sind mehrere metallische Leiterstrukturen 122 (in Fig. 1 mit schwarzem Kontrast gezeigt) ausgebildet. Eine entsprechende metallische Schicht 113 ist gezeigt. Diese sind eingerichtet, um elektromagnetische Wellen auszusenden. Unterhalb der metallischen Schicht 113 ist eine Klebefolie 114 vorgesehen, was aber optional ist. Die Antennenanordnung 41 kann mittels der Klebefolie 114 ohne bzw. minimierten Luftspalt auf der Hautoberfläche 196 fixiert werden.

Der Oberseite 46 der Antennenanordnung 41 zugewendet ist eine absorbierende Materialschicht 111 vorgesehen. Diese wird im dargestellten Beispiel durch mehrere Absorberelemente 121 ausgebildet (es wäre aber auch möglich, lediglich ein einzelnes Absorberelement zu verwenden). Im Beispiel der FIG. 1 ist die absorbierende Materialschicht 111 lateral (entlang der X-Achse) strukturiert. Die Absorberelemente 121 könnten zum Beispiel aus Kohlenstoff, z.B. in Form von Graphit, oder Metallen wie z.B. Chrom, Titan, Eisen oder Nickel bzw. einer Materialmischung, die solcherart Materialien enthalten kann, gefertigt sein.. Durch die Verwendung der absorbierende Materialschicht 111 wird ein dielektrischer oder magnetischer Verlustmechanismus für das elektromagnetische Nahfeld der Leiterstrukturen 122 bereitgestellt. Dadurch wird eine asymmetrische Abstrahlcharakteristik der elektromagnetischen Wellen bewirkt; das ist in FIG. 2 gezeigt.

FIG. 2 illustriert Aspekte im Zusammenhang mit der Abstrahlcharakteristik. Dabei ist hier zur Veranschaulichung angenommen, dass die Antennenanordnung in Luft oder Vakuum angeordnet ist.

FIG. 2 zeigt einen Schnitt durch die Abstrahlcharakteristik 201 (durchgezogene Linie) der Antennenanordnung 41 als Polarplot. Aus FIG. 2 ist ersichtlich, dass die abgestrahlte Leistungsdichte angrenzend an die Unterseite (dort wird beim Gebrauch die Hautoberfläche 196 angeordnet) größer ist als im gegenüberliegenden Freiraum angrenzend and die Oberseite 46. Das bedeutet, dass die Abstrahlcharakteristik asymmetrisch ist. Ohne die absorbierende Materialschicht 111 ergäbe sich eine relativ symmetrische Abstrahlcharakteristik 202 (gestrichelte Linie).

Durch die Verwendung der Absorberelemente 121 , die den dielektrischen, galvanischen (resistiven) oder magnetischen Verlustmechanismus für das elektromagnetische Nahfeld der Leiterstrukturen 122 bereitstellen, kann insbesondere eine kompakte Antennenanordnung 41 gewährleistet werden. Die Dicke 95 (vergleiche Fig. 1 ) der Antennenanordnung kann klein in Bezug auf die längste Wellenlänge im Vakuum der ausgesendeten elektromagnetischen Wellen sein, z.B. könnte die Dicke 95 nicht größer als 1/10 dieser längsten Wellenlänge im Vakuum sein.

Eine solch dünne Implementierung der Antennenanordnung 41 kann auch mit anderen Implementierungsvananten der Absorberelemente 121 erreicht werden. Ein entsprechendes Beispiel ist in Fig. 3 gezeigt.

FIG. 3 ist eine schematische Aufsicht auf eine beispielhafte Antennenanordnung 42. Die Antennenanordnung 42 weist wiederum eine metallische Leiterstruktur 122 auf (die über Kontaktpads 320 mit einem Koaxial-Stecker verbunden werden können; auf der Unterseite der Kontaktpads 320 befindet sich auch eine Metallisierung, in der Aufsicht der FIG. 3 nicht gezeigt). Die metallische Leiterstruktur 122 ist als flächige Leiterebene ausgebildet, hier mit elliptischer Form. Entlang eines Umfangs der flächigen Leiterebene, die durch die Leiterstrukturen 122 ausgebildet wird, ist bündig eine resistive Schicht 321 angeordnet. Die resistive Schicht 321 bildet also einen Widerstand für die HF-Ströme in der Leiterstruktur 122 aus. Die resistive Schicht 321 könnte auch entlang des Umfangs der Leiterstruktur 122 und ggf. darüber hinaus auf der Leiterstruktur 122 aufgebracht sein, d.h. versetzt in z-Richtung. Als Alternative zur resistiven Schicht 321 könnten auch Oberflächen-befestigte Widerstandselemente verwendet werden, die beispielsweise über einen weiteren elliptischen Ring (außerhalb der Leiterstruktur 122) kontaktiert werden. Es wäre auch denkbar, dass die resistive Schicht 321 sich senkrecht (in z-Richtung) entlang einer Kante der Leiterstruktur 122 erstreckt.

Durch eine solche Implementierung der Antennenanordnung 42 kann ein resistiver Verlustmechanismus für elektrische Ströme in der flächigen Leiterebene bereitgestellt werden. Der Stromfluss zum Rand bzw. Umfang wird reduziert; was die Abstrahlung in den Freiraum 195 reduziert (vergleiche FIG. 2).

FIG. 4 illustriert ein beispielhaftes System 80. Dieses umfasst die Antennenanordnung 41 oder die Antennenanordnung 42 oder eine vergleichbare Antennenanordnung. Außerdem ist ein HF-Frontend 81 vorgesehen sowie ein Prozessor 82. Diese ist eingerichtet, beispielsweise basierend auf Programmcode aus dem Speicher 83 geladen wird, eine Radarmessung durchzuführen. Dazu werden elektromagnetische Wellen in das Gewebe der Person über die Hautoberfläche 196 (Fig. 1 ) ausgesendet, indem ein entsprechender HF-Stromfluss in die Leiterstrukturen 122 (Fig. 2) eingespeist wird. Reflektierte oder transmittierte elektromagnetische Wellen können dann mit einer weiteren Antennenanordnung gemessen werden. Basierend auf dieser Radarmessung könnte der Prozessor 82 zum Beispiel den Vokaltrakt charakterisieren, etwa zum Zwecke der Bestimmung einer intendierten Sprachäußerung.

Zum Synthetisieren der Sprache können die mit der Antenne empfangenen, digitalisierten Daten prozessiert und hinsichtlich der auf der Freiraumstrecke zwischen den Antennen signalmodulierenden Veränderungen der Vokaltraktgeometrie ausgewertet werden. Diese Auswertung kann mithilfe eines maschinengelernten Algorithmus erfolgen. Das Signal kann als Kanal-Impulsantwort des transmittierten elektromagnetischen Signals durch die detektierten Strukturen aufgefasst werden. Dieses könnte dann mittels eines maschinengelernten Algorithmus ausgewertet werden. Grundsätzlich sind entsprechende Techniken bekannt aus: WO 2021/214065, sodass hier keine weiteren Details diskutiert werden müssen.

Selbstverständlich können die Merkmale der vorab beschriebenen Ausführungsformen und Aspekte der Erfindung miteinander kombiniert werden. Insbesondere können die Merkmale nicht nur in den beschriebenen Kombinationen, sondern auch in anderen Kombinationen oder für sich genommen verwendet werden, ohne das Gebiet der Erfindung zu verlassen.

Beispielsweise wurden voranstehend Techniken für eine Antennenanordnung mit einer Trägerstruktur, insbesondere einer elastischen bzw. flexiblen Trägerstruktur, beschrieben, so dass die Antennenanordnung direkt auf einer Hautoberfläche einer Person aufgebracht werden kann, etwa ohne einen dazwischenliegenden Luftspalt. Die Trägerstruktur kann aber auch starr ausgebildet sein, wobei dann die lateralen Abmessungen klein in Bezug auf die Krümmung der Gesichtspartien sein sollten, also z.B. kleiner als 30 mm x 30 mm.

Es wäre denkbar, die hierin offenbarten Techniken im Zusammenhang mit der Verwendung von ein oder mehreren Absorberelementen, die einer asymmetrische Ab- strahlcharakteristik der elektromagnetischen Wellen bewirken, auch für andere Arten von Antennenanordnungen einzusetzen. Beispiele betreffen zum Beispiel Antennenanordnungen für eine Integration in eine Brille oder einen Brillenbügel, in eine Maske oder einen Kopfhörer, in ein Zahngebiss oder eine Zahnspange, in ein Zahnimplantat, usw..

Ferner wurden Techniken beschrieben, bei denen eine textile Trägerstruktur für eine Antennenanordnung verwendet wird. Die textile Trägerstruktur kann insbesondere auch hilfreich sein, wenn keine Absorberelemente verwendet werden.

Ferner wurden voranstehend Techniken beschrieben, bei denen Antennenanordnungen für elektromagnetische Wellen implementiert werden. In verschiedenen Beispielen ist es nicht unbedingt notwendig, Antennenanordnungen für elektromagnetische Wellen im Zusammenhang mit Radarmessungen zu verwenden. Beispielsweise wäre es denkbar, mittels der offenbarten Antennenanordnungen HF-Energie in den Körper zum Zweck der Temperaturerhöhung im Gewebe einzustrahlen. Es könnte auch eine Datenübertragung implementiert werden, beispielsweise von oder zu Implantaten.