KR101428928B1 - 인체통신용 이중대역 중계기 안테나 - Google Patents

Abstract

인체통신용 이중대역 중계기 안테나가 개시된다. 개시된 안테나는, 제1 유전체 기판; 상기 제1 유전체 기판 상부에 형성되는 상부 패치; 상기 제1 유전체 기판 하부에 형성되는 급전 라인; 상기 제1 유전체 기판 하부에 결합되는 제2 유전체 기판; 및 상기 제2 유전체 기판 하부에 형성되며 그라운드와 전기적으로 연결되는 하부 패치를 포함하되, 상기 제1 유전체 기판에는 상기 급전 라인과 상기 상부 패치를 전기적으로 연결하는 급전 비아가 형성된다.

Description

인체통신용 이중대역 중계기 안테나{Dual Band Relay Antenna for Human Body}

본 발명은 안테나에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 인체 통신에서 사용될 수 있는 이중대역 중계기 안테나에 관한 것이다.

무선 통신 기술이 발달함에 따라 초소형, 저전력 통신이 가능하게 되었고, 이러한 기술은 인체 내의 송신기와 외부의 수신기를 통해 체내 정보를 무선으로 송수신하는 의료용 기기에 활용 가능하게 하였다.

이로 인해, 무선 인체 근접 네트워크와 함께 모니터링, 진단, 치료를 위한 의료용 이식 기기의 연구가 활발히 진행되고 있다.

이러한 인체 모니터링 시스템에서 가장 큰 문제점은 인체의 영향으로 인해 이식된 기기의 안테나가 매우 낮은 방사 효율을 가지며, 또한 인체의 유전율에 따라 그 방사 특성이 변화된다는 점이다.

높은 방사 효율을 가지기 위해서는 보다 강한 급전 신호와 큰 사이즈를 가지는 안테나를 필요로 하게 되나, 이를 위해서는 이식형 기기의 사이즈가 증가될 수 밖에 없어 낮은 방사 효율을 개선하는 것은 매우 극복하기 어려운 문제이다.

이러한 문제를 해결하기 위해 인체에 이식된 이식형 기기에서 보낸 신호를 받아 의료 장비로 신호를 보내줄 중계 시스템이 필요하다.

또한, 본 발명은 이식형 기기의 안테나가 가지는 낮은 방사 효율을 극복할 수 있는 인체 통신용 중계기 안테나를 제안한다.

또한, 본 발명은 ISM 이중 대역에서 방사 가능한 인체 통신용 중계기 안테나를 제안한다.

상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명의 일 실시예에 따르면, 제1 유전체 기판; 상기 제1 유전체 기판 상부에 형성되는 상부 패치; 상기 제1 유전체 기판 하부에 형성되는 급전 라인; 상기 제1 유전체 기판 하부에 결합되는 제2 유전체 기판; 및 상기 제2 유전체 기판 하부에 형성되며 그라운드와 전기적으로 연결되는 하부 패치를 포함하되, 상기 제1 유전체 기판에는 상기 급전 라인과 상기 상부 패치를 전기적으로 연결하는 급전 비아가 형성되는 인체 통신용 중계 안테나가 제공된다.

상기 하부 패치에는 슬롯이 형성된다.

상기 제1 유전체 기판 및 상기 제2 유전체 기판에는 상기 하부 패치와 상기 상부 패치를 전기적으로 연결하도록 그라운드 비아가 연속적으로 형성된다.

상기 하부 패치는 상기 급전 라인에 의해 소정의 갭을 두고 급전받는다.

본 발명의 안테나에 따르면, 이식형 기기의 안테나가 가지는 낮은 방사 효율을 극복할 수 있으며, ISM 이중 대역에서 방사 가능한 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 인체 통신용 중계 안테나의 투시 사시도를 도시한 도면.
도 2는 도 1에 도시된 인체 통신용 중계 안테나에서 A-A’ 부분의 단면도를 도시한 도면.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 인체 통신용 중계 안테나의 하부 패치 구조를 도시한 도면.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나의 반사손실 특성을 도시한 그래프.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나에서 상부 패치의 표면 전류 분포를 도시한 도면.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.

이하에서, 본 발명에 따른 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 인체 통신용 중계 안테나의 투시 사시도를 도시한 도면이고, 도 2는 도 1에 도시된 인체 통신용 중계 안테나에서 A-A' 부분의 단면도를 도시한 도면이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 인체 통신용 중계 안테나는 제1 기판(100), 제2 기판(102), 상부 패치(110), 하부 패치(120), 급전 비아(130) 및 그라운드 비아(140)를 포함한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 인체 통신용 중계 안테나는 인체에 부착되어 인체 내부의 이식형 기기로부터 전송되는 신호를 수신하고 이식형 장비에서 수신된 신호를 모니터링 장치로 전송하는 기능을 한다.

본 발명의 중계 안테나는 제2 주파수 대역으로 전송되는 이식형 장비로부터의 신호를 수신하여 신호 처리를 수행한 후(예를 들어, 증폭) 제1 주파수 대역으로 모니터링 장비에 신호를 전송한다.

여기서, 모니터링 장비는 이식형 기기로부터 송신된 신호를 분석할 수 있는 장비이다. 모니터링 장비는 안경, 시계 등과 결합되어 인체에 부착될 수도 있고 인체와 격리되어 위치할 수도 있다. 후술할 본 발명의 실시예에 따른 안테나는 안경, 시계와 같은 형태로 인체에 부착되는 모니터링 장비에 신호를 중계할 때 높은 효율을 가진다.

제1 기판(100)은 미리 설정된 유전율을 가지는 유전체로 이루어지며, 제1 기판(100)의 상부에는 상부 패치(110)가 결합된다. 제1 기판(100)의 유전율은 요구되는 방사 특성 및 사용 주파수에 의해 결정될 수 있다.

상부 패치(110)는 제1 주파수 대역의 신호를 방사하는 기능을 하며, 일례로 직사각형의 형태를 가질 수 있다. 상부 패치(110)는 송신용 방사체이며, 모니터링 장비로 신호를 송신한다.

제1 기판(100)의 하부에는 급전 라인(150)이 형성된다. 급전 라인(150)으로는 급전 신호가 제공된다. 제1 기판(100)에는 급전 라인(150)과 제1 기판(100)의 상부에 형성되는 상부 패치(110)를 연결하는 급전 비아(130)가 형성된다.

상부 패치(110)는 급전 비아(130)를 통해 급전 신호를 제공받아 모니터링 장비로 신호를 송신한다.

한편, 제1 기판에는 그라운드 비아(140)가 형성된다. 그라운드 비아(140)는 후술할 제2 기판(102)에도 동일하게 형성되며, 그라운드 비아(140)를 통해 상부 패치(110)의 소정 지점은 그라운드와 전기적으로 연결된다.

결국, 상부 패치(110)는 소정 지점에 급전 신호가 제공되고, 상부 패치(110)의 또 다른 지점에는 접지가 전기적으로 결합되는 것이다.

이와 같은 급전 구조는 상부 패치(110)가 고차 모드로 공진하도록 하며, 이러한 고차 모드 공진으로 방사될 경우 상부 패치(110)는 인체 표면을 따라 방사하는 방사 패턴을 가진다.

따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 인체 통신용 중계 안테나는 인체에 부착되는 모니터링 장비에 신호를 중계할 때 높은 효율을 가질 수 있다.

제1 기판(100)의 하부에는 제2 기판(102)이 결합된다. 제1 기판(100)의 하부에 결합되므로, 제2 기판(102)의 상부에는 급전 라인(150)이 결합된다.

제2 기판(102)의 하부에는 하부 패치(120)가 결합된다. 하부 패치(120)는 그라운드와 결합되어 전기적으로 그라운드 상태를 유지한다.

제2 기판(102)은 소정의 유전율을 가지는 유전체로 이루어지며 제2 기판(102)의 유전율은 필요한 방사 특성 및 주파수 대역에 의해 정해질 수 있다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 인체 통신용 중계 안테나의 하부 패치 구조를 도시한 도면이다.

도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 인체 통신용 중계 안테나의 미리 설정된 영역에는 슬롯(300)이 형성된다. 하부 패치(102)는 슬롯(300)을 통해 방사하는 슬롯 방사체로서, 슬롯의 형태 및 길이는 필요한 방사 주파수에 상응하여 결정될 수 있다.

하부 패치(120)에 대한 급전 역시 급전 라인(150)에 의해 이루어진다. 하부 패치(120)와 급전 라인(150)은 제2 기판(102)의 두께에 상응하여 이격되어 있으며, 하부 패치(102)로는 급전 라인(150)에 의해 갭 피딩이 이루어진다.

하부 패치(102)는 수신용 방사체이며, 인체 내부의 이식형 기기로부터 전송되는 신호를 수신한다. 하부 패치(120)를 통해 수신된 신호는 중계 시스템에서 적절히 신호처리된 후 상부 패치(110)를 통해 모니터링 장비로 전송된다.

제1 기판(100)에 형성되는 그라운드 비아(140)는 제2 기판(102)에도 연장된다. 그라운드 비아(140)를 통해 하부 패치(120)의 소정 지점과 상부 패치(110)의 소정 지점이 전기적으로 연결되며, 이를 통해 상부 패치(110)의 소정 지점이 접지와 연결될 수 있다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나의 반사손실 특성을 도시한 그래프이다.

도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나는 이중 대역에서 공지점이 형성되는 것을 확인할 수 있다. 하부 패치는 저주파 대역에서 공진 대역을 형성하며, 상부 패치는 고주파 대역에서 공진점을 형성한다.

예를 들어, 상부 패치는 ISM 대역 중 2.45GHz를 중심 주파수로 한 대역에서 공진점을 형성할 수 있으며, 하부 패치는 ISM 대역 중 5.8GHz를 중심 주파수로 한 대역에서 공진점을 형성할 수 있다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나에서 상부 패치의 표면 전류 분포를 도시한 도면이다.

도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나의 상부 패치는 2.45GHz에서 TM₂₁ 모드를 만족하며, 이로 인해 표면 지향성을 갖는 필드 분포를 갖게 된다.

이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

Claims (4)

1. 제1 유전체 기판;
   상기 제1 유전체 기판 상부에 형성되는 상부 패치;
   상기 제1 유전체 기판 하부에 형성되는 급전 라인;
   상기 제1 유전체 기판 하부에 결합되는 제2 유전체 기판; 및
   상기 제2 유전체 기판 하부에 형성되며 그라운드와 전기적으로 연결되는 하부 패치를 포함하되,
   상기 제1 유전체 기판에는 상기 급전 라인과 상기 상부 패치를 전기적으로 연결하는 급전 비아가 형성되는 것을 특징으로 하는 인체 통신용 중계 안테나.
2. 제1항에 있어서,
   상기 하부 패치에는 슬롯이 형성되는 것을 특징으로 하는 인체 통신용 중계 안테나.
3. 제1항에 있어서,
   상기 제1 유전체 기판 및 상기 제2 유전체 기판에는 상기 하부 패치와 상기 상부 패치를 전기적으로 연결하도록 그라운드 비아가 연속적으로 형성되는 것을 특징으로 하는 인체 통신용 중계 안테나.
4. 제1항에 있어서,
   상기 하부 패치는 상기 급전 라인에 의해 소정의 갭을 두고 급전받는 것을 특징으로 하는 인체 통신용 중계 안테나.

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