KR101533155B1 - 인체 착용형 장비 안테나 - Google Patents

Abstract

인체 착용형 장비 안테나가 개시된다. 개시된 안테나는, 제1 유전체 기판; 상기 제1 유전체 기판 상부에 형성되는 제1 방사 패치; 상기 제1 유전체 기판 상부에 형성되며 상기 제1 방사 패치와 소정 거리 이격되어 상기 제1 방사 패치를 둘러싸는 제2 방사 패치; 상기 제1 유전체 기판 하부에 결합되며 상기 제1 방사 패치에 급전 신호를 제공하는 급전 선로를 포함하되, 상기 제1 방사 패치는 복수의 포인트에서 복수의 제1 접지 비아홀을 통해 접지와 전기적으로 연결된다. 개시된 안테나에 의하면, 표면 지향적인 방사 특성을 가지면서 소형으로 제작될 수 있는 장점이 있다.

Description

인체 착용형 장비 안테나{Antenna for Wearable Device}

본 발명은 안테나에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 인체 착용형 장비에 사용되는 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 장비 및 의료용 착용형 장비의 연구가 활발히 진행되고 있다.

특히, 신체에 착용되어 심박수와 같은 생체 신호를 측정하는 착용형 장비의 사용이 점차 증가하고 있는데, 이러한 착용형 장비를 통해 생체 신호를 측정하는 장비에서 가장 큰 문제점은 기존의 안테나와는 다른 방사 특성을 가진다는 점이다.

인체 모니터링을 위한 착용형 장비에서 전송되는 신호는 또 다른 착용형 의료 장비(예를 들어, 시계와 같은 착용형 장비)에 신호를 전송해야 하며, 따라서, 착용형 장비에 사용되는 안테나는 표면 지향성 방사 특성을 가질 필요가 있다.

또한, 본 발명은 표면 지향적인 방사 특성을 가지는 인체 착용형 장비 안테나를 제안한다.

또한, 본 발명은 소형화된 구조를 가지는 인체 착용형 장비 안테나를 제안한다.

상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명의 일 실시예에 따르면, 제1 유전체 기판; 상기 제1 유전체 기판 상부에 형성되는 제1 방사 패치; 상기 제1 유전체 기판 상부에 형성되며 상기 제1 방사 패치와 소정 거리 이격되어 상기 제1 방사 패치를 둘러싸는 제2 방사 패치; 상기 제1 유전체 기판 하부에 결합되며 상기 제1 방사 패치에 급전 신호를 제공하는 급전 선로를 포함하되, 상기 제1 방사 패치는 복수의 포인트에서 복수의 제1 접지 비아홀을 통해 접지와 전기적으로 연결되는 인체 착용형 장비 안테나가 제공된다.

상기 제1 방사 패치는 원형이며, 상기 제2 방사 패치는 링 형상이다.

상기 제1 방사 패치에서 상기 복수의 제1 접지 비아홀을 통해 전기적으로 연결되는 포인트들은 상기 제1 방사 패치의 중심으로부터 동일한 거리에 위치한다.

상기 제2 방사 패치는 복수의 포인트에서 복수의 제2 접지 비아홀을 통해 접지와 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 인체 착용형 장비 안테나.

상기 제2 방사 패치에서 상기 복수의 제2 접지 비아홀을 통해 전기적으로 연결되는 포인트들은 상기 제1 방사 패치의 중심으로부터 동일한 거리에 위치한다.

상기 제1 접지 비아홀의 개수는 4이고, 상기 제2 접지 비아홀의 개수는 4이다.

상기 인체 착용형 장비 안테나는, 상기 제1 유전체 기판 하부에 결합되는 제2 유전체 기판; 및 상기 제2 유전체 기판 하부에 결합되는 하부 접지를 더 포함한다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 제1 유전체 기판; 상기 제1 유전체 기판 상부에 형성되는 제1 방사 패치; 상기 제1 유전체 기판 상부에 형성되며 상기 제1 방사 패치와 소정 거리 이격되어 상기 제1 방사 패치를 둘러싸는 제2 방사 패치; 상기 제1 유전체 기판 하부에 결합되며 상기 제1 방사 패치에 급전 신호를 제공하는 급전 선로를 포함하되, 상기 급전 선로가 상부에 결합되며 상기 제1 유전체 기판 하부에 결합되는 제2 유전체 기판; 및 상기 제2 유전체 기판 하부에 결합되는 하부 접지를 포함하되, 상기 제1 방사 패치는 복수의 포인트에서 다수의 제1 접지 비아홀을 통해 상기 하부 접지와 전기적으로 연결되는 인체 착용형 장비 안테나가 제공된다.

본 발명의 안테나에 따르면, 표면 지향적인 방사 특성을 가지면서 소형으로 제작될 수 있는 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 인체 착용형 장비 안테나의 단면도를 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 하부 접지의 구조를 도시한 도면.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 인체 착용형 장비 안테나의 상부 패치 평면도를 도시한 도면.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 인체 착용형 장비 안테나의 투시 사시도를 도시한 도면.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 인체 착용형 안테나의 반사 손실을 도시한 그래프.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 인체 착용형 안테나의 전류 분포를 도시한 도면.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 인체 착용형 안테나의 XZ 평면의 방사 패턴을 도시한 도면.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 인체 착용형 안테나의 YZ 평면의 방사 패턴을 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 착용형 장비 안테나의 단면도를 도시한 도면이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 인체 착용형 장비 안테나는 제1 기판(100), 제1 기판상에 형성되는 상부 패치(110), 제2 기판(120), 제1 기판(100) 및 제2 기판(120) 사이에 형성되는 급전 라인(130) 및 제2 기판(120) 하부에 형성되는 하부 접지(140)를 포함한다.

제1 기판(100)은 소정의 유전율을 가지는 유전체 재질로 이루어진다. 제1 기판(100)의 유전율은 상부 패치(110)의 방사 주파수 및 방사 특성에 기초하여 정해진다. 일례로, 제1 기판(100)으로 유전율 2.22.를 갖는 Rogers RT/duroid 5880 기판이 사용될 수 있다.

제2 기판(120)은 소정의 유전율을 가지는 유전체 재질로 이루어진다. 제2 기판(120)의 유전율 역시 상부 패치(110)의 방사 주파수 및 방사 특성에 기초하여 정해진다.

물론, 제1 기판(100) 및 제2 기판(120)은 동일한 유전율을 가지는 기판일 수도 있으며, 제1 기판(100) 및 제2 기판(120)은 독립된 기판이 아닌 일체형의 구조로 구현될 수도 있다.

제2 기판(120)의 하부에는 하부 접지가 결합되며, 하부 접지(140)는 도전성 재질로 이루어진다. 하부 접지(140)는 상부 패치(110)의 소정 영역에 접지 전압을 제공하며, 후술하는 바와 같이 다수의 비아홀을 통해 상부 패치(110)와 연결된다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 하부 접지의 구조를 도시한 도면이다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시에에 따른 하부 접지(140)는 사각형 구조를 가지고 있으며, 제2 기판의 전체 영역에 대해 형성될 수 있다.

상부 패치(110)는 인체 착용형 장비에서 발생되는 신호를 의료 장비에 전송하는 기능을 한다. 예를 들어, 인체 착용형 장비는 심장 박동수를 측정하는 장비일 수 있으며, 측정된 심장 박동수 정보가 상부 패치(110)를 통해 사용자가 착용하는 의료 장비에 전송된다.

여기서, 의료 장비는 인체 착용형 장비로부터 전송되는 신호를 수신하여 착용자의 상태를 분석하는 장비이다. 예를 들어, 착용형 의료 장비는 시계 형태로 사용자에게 착용되는 심장 박동수 분석 장비일 수 있다.

본 발명의 안테나는 착용형 측정 장비의 신호를 착용형 의료 장비에 전송하기 위한 안테나이기에 표면 지향형 방사 특성을 가질 필요가 있다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 인체 착용형 장비 안테나의 상부 패치 평면도를 도시한 도면이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 인체 착용형 장비 안테나의 투시 사시도를 도시한 도면이다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 상부 패치는 원형 패치(300) 및 원형 패치(300)와 소정 거리 이격되어 원형 패치를 둘러싸는 링 패치(302)를 포함한다.

원형 패치(300)는 급전 비아홀(200)을 통해 급전 라인(130)과 전기적으로 연결되며 급전 라인(130)으로부터 급전 신호를 제공받는다.

원형 패치(300)는 복수의 제1 접지 비아홀(210, 212, 214, 216)을 통해 전기적으로 접지 상태인 하부 접지(140)와 전기적으로 연결된다. 즉, 원형 패치(300)는 복수의 제1 접지 비아홀(210, 212, 214, 216)에 의해 복수의 포인트에서 접지와 전기적으로 연결되는 것이다. 제1 접지 비아홀을 통해 접지와 전기적으로 연결되는 복수의 접지 연결 포인트들은 원형 패치의 중심으로부터 동일한 거리에 위치한다. 즉, 원형 패치의 중심으로부터 각 제1 접지 비아홀(210, 212, 214, 216)까지의 거리는 동일한 것이다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, TM31 모드를 이용한 표면 지향 방사 특성을 구현한다. 기존의 표면 지향 방사 특성 안테나는 TM01 또는 TM02의 고차 모드를 이용하여 표면 지향 방사 특성을 구현하는 것이 일반적이나, 이러한 모드들을 이용하여 표면 지향 방사 특성을 구현할 경우 안테나의 사이즈가 증가하게 된다.

본 발명의 안테나는 인체에 착용하는 착용형 장비에 사용되는 안테나이기에 사이즈가 소형화될 필요가 있으며 이를 위해 TM31 모드를 이용하여 표면 지향 방사 특성을 구현한다.

TM31 모드를 이용하여 표면 지향 방사 특성을 구현하고자 할 경우, 도 3에 도시된 바와 같이, 4개의 제1 접지 비아홀(210, 212, 214, 216)을 형성하여 4개의 포인트에서 원형 패치(300)가 접지와 전기적으로 연결되도록 한다.

물론, TM31 모드가 아닌 다른 모드에 의해 표면 지향 방사 특성을 구현하고자 할 경우 접지와 원형 방사체(300)간 연결을 위한 제1 접지 비아홀의 개수는 변경될 수 있을 것이다.

원형 패치(300)와 소정 거리 이격되어 원형 패치(300)를 둘러싸는 링 패치(302)는 복수의 제2 접지 비아홀(220, 222, 224, 226)을 통해 하부 접지(140)와 전기적으로 연결된다.

링 패치(302)는 보다 높은 반사 손실 특성을 확보하기 위해 원형 패치를 둘러싸도록 형성된다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 링 패치(302)에서 제2 접지 비아홀(220, 222, 224, 226)을 통해 하부 접지(140)와 연결되는 포인트들은 원형 패치(300)의 중심으로부터 동일한 거리에 위치한다.

원형 패치(300)에서 제1 접지 비아홀을 통해 연결되는 접지 연결 포인트의 수 및 링 패치(302)에서 제2 접지 비아홀을 통해 연결되는 접지 연결 포인트의 수는 동일한 것이 바람직하다.

TM31 모드를 이용하여 표면 지향 방사 특성을 구현할 경우 링 패치(302)에서 제2 접지 비아홀(220, 222, 224, 226)을 통해 연결되는 접지 연결 포인트의 수는 4개이며, 따라서 4개의 비아홀이 형성된다.

본 발명의 일 실시예에 따른 인체 착용형 장비 안테나는 2.45GHz의 중심 주파수를 가지는 ISM 대역에서 동작할 수 있다.

2.45GHz의 중심 주파수를 가지는 ISM 대역에서 동작하기 위해 제1 기판(100) 및 제2 기판(120)은 약 60mm X 65mm의 사이즈를 가질 수 있다. 또한, 제1 기판(100) 및 제2 기판(120)이 적층된 두께는 약. 3.15mm로 설정될 수 있으며, 하부 접지(140)와 원형 패치(300) 또는 링 패치(302)를 연결하는 비아홀들의 길이 역시 약 3.15mm일 수 있다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 인체 착용형 안테나의 반사 손실을 도시한 그래프이다.

도 5에는 링 패치가 구비된 경우의 반사 손실 및 링 패치가 구비되지 않은 경우의 반사 손실이 각각 도시되어 있다. 도 5에서, 점선은 링 패치가 없는 경우의 반사 손실이고 실선은 링 패치가 있는 경우의 반사 손실이다.

도 5를 참조하면, 링 패치가 구비된 경우에 양호한 반사 손실이 확보되는 것을 확인할 수 있으며, 2.45GHz 를 중심 주파수로 하는 ISM 대역에서 방사가 이루어지는 것을 확인할 수 있다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 인체 착용형 안테나의 전류 분포를 도시한 도면이다.

도 6을 참조하면, 상부에 형성된 원형 패치(300) 및 링 패치(302)는 TM31 모드의 전류 분포를 가지는 것을 확인할 수 있으며, 이러한 전류 분포에 의해 표면 지향성 방사 패턴을 가지는 것이 가능하다.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 인체 착용형 안테나의 XZ 평면의 방사 패턴을 도시한 도면이고, 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 인체 착용형 안테나의 YZ 평면의 방사 패턴을 도시한 도면이다.

도 7 및 도 8에는 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나의 자유 공간에서의 방사 패턴 및 인체 팬텀 위에서의 방사 패턴이 각각 도시되어 있다.

도 7 및 도 8을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 인체 착용형 안테나는 TM31 모드의 전류 분포로 인해 표면 지향적인 방사 패턴을 가지는 것을 확인할 수 있다.

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 (13)

1. 삭제
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 삭제
7. 삭제
8. 삭제
9. 제1 유전체 기판;
   상기 제1 유전체 기판 상부에 형성되는 제1 방사 패치;
   상기 제1 유전체 기판 상부에 형성되며 상기 제1 방사 패치와 소정 거리 이격되어 상기 제1 방사 패치를 둘러싸는 제2 방사 패치;
   상기 제1 유전체 기판 하부에 결합되며 상기 제1 방사 패치에 급전 신호를 제공하는 급전 선로를 포함하되,
   상기 급전 선로가 상부에 결합되며 상기 제1 유전체 기판 하부에 결합되는 제2 유전체 기판; 및
   상기 제2 유전체 기판 하부에 결합되는 하부 접지를 포함하되,
   상기 제1 방사 패치는 복수의 포인트에서 다수의 제1 접지 비아홀을 통해 상기 하부 접지와 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 인체 착용형 장비 안테나.
10. 제9항에 있어서,
    상기 제1 방사 패치는 원형이며, 상기 제2 방사 패치는 링 형상인 것을 특징으로 하는 인체 착용형 장비 안테나.
11. 제10항에 있어서,
    상기 제1 방사 패치에서 상기 복수의 제1 접지 비아홀을 통해 전기적으로 연결되는 포인트들은 상기 제1 방사 패치의 중심으로부터 동일한 거리에 위치하는 것을 특징으로 하는 인체 작용형 장비 안테나.
12. 제11항에 있어서,
    상기 제2 방사 패치는 복수의 포인트에서 복수의 제2 접지 비아홀을 통해 접지와 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 인체 착용형 장비 안테나.
13. 제12항에 있어서,
    상기 제2 방사 패치에서 상기 복수의 제2 접지 비아홀을 통해 전기적으로 연결되는 포인트들은 상기 제1 방사 패치의 중심으로부터 동일한 거리에 위치하는 것을 특징으로 하는 인체 작용형 장비 안테나.

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