KR101978237B1

KR101978237B1 - 초소형 이중 대역 안테나

Info

Publication number: KR101978237B1
Application number: KR1020180067625A
Authority: KR
Inventors: 유형석
Original assignee: 한양대학교 산학협력단
Priority date: 2018-06-12
Filing date: 2018-06-12
Publication date: 2019-05-14

Abstract

본 발명은 초소형 이중 대역 안테나에 관한 것으로, 유전체 기판, 상기 유전체 기판 상부에 구성된 꽃 형상을 갖는 방사 패치, 상기 방사 패치 상부에 구성된 상판, 상기 유전체 기판 하부에 구성된 직선 슬롯을 하나 이상 포함하는 접지면, 상기 방사 패치와 상기 접지면 사이에 구성되는 동축 피드 및 단락핀을 포함하고, 상기 방사 패치는 상기 동축 피드를 포함하는 꽃잎 형상의 제1 영역, 일단이 상기 제1 영역에 연결된 줄기 형상의 제2 영역, 잎 형상을 갖는 패치 및 일단이 상기 잎 형상을 갖는 패치에 연결되고 타단은 상기 제2 영역에 연결되는 직선 패치를 포함하는 제3 영역, 상기 제2 영역에 연결되고 상기 단락핀을 포함하는 U 형상의 제4 영역을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

초소형 이중 대역 안테나{MICRO DOUBLE BAND ANTENNA}

본 발명은 초소형 이중 대역 안테나에 관한 것으로, 보다 자세하게는 인체 삽입형 의료기기에 적용 가능한 초소형 이중 대역 안테나에 관한 것이다.

의료 기술 및 마이크로 전자 장치의 발전으로 인하여, 이식용 의료 기기에 대한 관심이 증가하고 있다. 이식용 의료 기기는 ICP(Intercranial Pressure, 두개내압) 및 포도당 모니터링, 심박조정기, 소형 내시경 등과 같은 다양한 분야에 적용될 수 있다.

이식용 의료 기기에 있어서, 기기가 인체 외부에 위치한 장치와 무선으로 통신하기 위해서는 이식용 안테나가 필수적 요소이다. 이식용 안테나는 이식용 의료 기기와 외부의 장치 사이에서 심박수, 혈압 및 온도와 같은 인체 정보를 송수신할 수 있게 하며, 환자가 움직임에도 지속적으로 데이터를 송수신할 수 있게 한다. 즉, 이식용 의료 기기는 이식용 안테나를 이용하여 유선 의료 기기와 대비하여 보다 편리하게 환자의 진단 및 치료를 수행할 수 있다.

외부에서 사용하는 안테나에 비해 인체 조직에 둘러싸인 이식용 안테나는 인체의 특성으로 인하여 반사 손실 및 방사 패턴이 외부의 안테나와 상이하다. 따라서 이식용 의료 기기를 삽입한 환자의 안전을 보장하기 위하여 SAR(Specific Absorption Rate, 흡수율)이 한계치에 근접해야 하고, 인체 조직과 이식용 안테나가 서로 접촉하게 되면 인체 조직의 전도성으로 인하여 이식용 안테나가 단락될 수 있다는 문제점이 있다.

또한 최근 원격 측정 프로그램을 이용하기 위하여 다양한 이식형 안테나가 개발되고 있으나 기존의 이식형 안테나는 대역의 수 및 충분한 크기의 대역폭을 모두 만족하기 힘들 뿐 아니라 이식형 안테나에 포함된 유전체 기판의 두께로 인하여 성능이 제한되는 문제점이 있다. 또한 이식용 의료 기기는 인체 내부에 삽입되어야 하기 때문에 크기, 안전, 생체 적합성, 디튜닝(detuning) 현상 및 생체 조직의 유전적 특성의 다양성 등과 같은 해결해야 할 문제가 존재한다.

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 체내에 이식 가능한 안테나를 제공하는 것을 일 목적으로 한다.

또한 본 발명은 충분한 대역폭을 갖는 두 개의 주파수 대역에서 사용 가능한 안테나를 제공하는 것을 일 목적으로 한다.

또한 본 발명은 전방향성 방사패턴을 가질 수 있는 안테나를 제공하는 것을 일 목적으로 한다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 유전체 기판, 상기 유전체 기판 상부에 구성된 꽃 형상을 갖는 방사 패치, 상기 방사 패치 상부에 구성된 상판, 상기 유전체 기판 하부에 구성된 직선 슬롯을 하나 이상 포함하는 접지면, 상기 방사 패치와 상기 접지면 사이에 구성되는 동축 피드 및 단락핀을 포함하고, 상기 방사 패치는 상기 동축 피드를 포함하는 꽃잎 형상의 제1 영역, 일단이 상기 제1 영역에 연결된 줄기 형상의 제2 영역, 잎 형상을 갖는 패치 및 일단이 상기 잎 형상을 갖는 패치에 연결되고 타단은 상기 제2 영역에 연결되는 직선 패치를 포함하는 제3 영역, 상기 제2 영역에 연결되고 상기 단락핀을 포함하는 U 형상의 제4 영역을 포함하는 것을 일 특징으로 한다.

또한 상기 제1 영역은 원형 패치에 복수 개의 홈이 형성되어 전반적으로 '凸'의 형상을 갖되 상기 '凸' 형상의 모든 변이 곡률지게 구성되고, 상기 홈은 오목 곡면인 것을 일 특징으로 한다.

나아가 상기 제2 영역은 상기 제1 영역에서 연장된 직선 패치인 것을 일 특징으로 한다.

또한 상기 제3 영역은 상기 제2 영역의 중간 영역에서 연장된 직선 패치 및 상기 직선 패치의 일단에 연결된 집게발 형상의 패치를 포함하는 것을 일 특징으로 한다.

나아가 상기 제4 영역은 상기 제2 영역의 일단에 연결되어 상기 제1 내지 제3 영역을 둘러싸도록 형성된 U형 패치를 포함하는 것을 일 특징으로 한다.

또한 상기 방사 패치에 포함된 직선 패치의 폭은 동일하지 않은 것을 일 특징으로 한다.

나아가 상기 접지면은, 제1 직선 슬롯을 포함하는 A 영역, 하나 이상의 제2 직선 슬롯을 포함하는 B 영역, 상기 A 영역 및 상기 B 영역을 연결하는 하나 이상의 직사각 슬롯을 포함하는 C 영역, 상기 B 영역의 가장 좌측에 위치한 직선 슬롯과 연결된 제3 직선 슬롯을 포함하는 D 영역을 포함하는 것을 일 특징으로 한다.

또한 상기 D 영역은 상기 제3 직선 슬롯의 좌측에 좌측이 개방된 제4 직선 슬롯을 더 포함하는 것을 일 특징으로 한다.

나아가 상기 동축 피드는 상기 제1 영역의 상단에 인접하게 위치하고, 상기 단락핀은 상기 제4 영역의 우측에 인접하게 위치하는 것을 일 특징으로 한다.

또한 상기 유전체 기판, 상기 방사 패치, 상기 접지면 및 상기 상판의 크기는 동일한 것을 일 특징으로 한다.

나아가 상기 안테나는 둘 이상의 ISM 대역에서 공진하는 것을 일 특징으로 한다.

또는 상기 유전체 기판 및 상기 상판은 Rogers ULTRALAM 재질로 형성되는 것을 일 특징으로 한다.

전술한 바와 같은 본 발명에 의하면, 체내에 이식 가능한 안테나를 제공할 수 있다.

또한 본 발명은 충분한 대역폭을 갖는 두 개의 주파수 대역에서 사용 가능한 안테나를 제공할 수 있다.

또한 본 발명은 전방향성 방사패턴을 가질 수 있는 안테나를 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 의한 이중 대역 안테나의 구성을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 의한 방사 패치 및 접지면을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 의한 안테나를 설계하는 과정을 설명하기 위한 순서도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 의한 안테나를 디자인하는 과정을 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 의한 안테나의 디자인 과정에 포함된 4가지 단계의 손실율을 비교한 그래프이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 의한 안테나의 접지면의 디자인 과정에 포함된 3가지 단계의 손실율을 비교한 그래프이다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 의한 방사 패치의 제3 영역에 포함된 직선 패치와 제2 영역에 포함된 직선 패치 사이의 각도에 대한 파라메트릭 분석 결과를 도시한 그래프이다.
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 의한 방사 패치의 제4 영역에 포함된 좌우 패치의 길이에 대한 파라메트릭 분석 결과를 도시한 그래프이다.
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 의한 방사 패치의 제4 영역에 포함된 좌우 패치의 폭에 대한 파라메트릭 분석 결과를 도시한 그래프이다.
도 10은 본 발명의 일 실시 예에 의한 접지면의 D 영역에 포함된 제3 및 제4 슬롯의 폭에 대한 파라메트릭 분석 결과를 도시한 그래프이다.
도 11은 본 발명의 일 실시 예에 의한 접지면의 C 영역에 포함된 제2 직선 슬롯의 폭에 대한 파라메트릭 분석 결과를 도시한 도면이다.
도 12는 본 발명의 일 실시 예에 의한 접지면의 A 영역에 포함된 제1 직선 슬롯의 길이에 대한 파라메트릭 분석 결과를 도시한 그래프이다.
도 13은 본 발명의 일 실시 예에 의한 안테나의 시뮬레이션 환경을 나타내는 도면이다.
도 14는 본 발명의 일 실시 예에 의한 ASTM에서 측정한 손실율과 HFSS에서 얻어진 손실율을 비교한 그래프이다.
도 15는 본 발명의 일 실시 예에 의한 시뮬레이션 환경에 따른 안테나의 손실율을 비교한 그래프이다.
도 16은 본 발명의 일 실시 예에 의한 시뮬레이션 환경에 따른 안테나의 이득을 비교한 그래프이다.
도 17은 본 발명의 일 실시 예에 의한 ISM 주파수의 SAR 및 최대 허용 전력을 나타낸 표이다.
도 18은 본 발명의 일 실시 예에 의한 안테나와 기존의 이식형 안테나를 비교한 표이다.
도 19는 본 발명의 일 실시 예에 의한 특정 주파수 대역에서 발생하는 안테나의 전류 분포를 나타낸 그래프이다.
도 20은 본 발명의 일 실시 예에 의한 다양한 시나리오의 예산을 연산하기 위한 매개 변수를 나타낸 표이다.
도 21은 본 발명의 일 실시 예에 의한 안테나의 거리에 따른 이득을 나타낸 그래프이다.

전술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되며, 이에 따라 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명을 생략한다.

도면에서 동일한 참조부호는 동일 또는 유사한 구성요소를 가리키는 것으로 사용되며, 명세서 및 특허청구의 범위에 기재된 모든 조합은 임의의 방식으로 조합될 수 있다. 그리고 다른 식으로 규정하지 않는 한, 단수에 대한 언급은 하나 이상을 포함할 수 있고, 단수 표현에 대한 언급은 또한 복수 표현을 포함할 수 있음이 이해되어야 한다.

본 명세서에서 사용되는 용어는 단지 특정 예시적 실시 예들을 설명할 목적을 가지고 있으며 한정할 의도로 사용되는 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같은 단수적 표현들은 또한, 해당 문장에서 명확하게 달리 표시하지 않는 한, 복수의 의미를 포함하도록 의도될 수 있다. 용어 "및/또는," "그리고/또는"은 그 관련되어 나열되는 항목들의 모든 조합들 및 어느 하나를 포함한다. 용어 "포함한다", "포함하는", "포함하고 있는", "구비하는", "갖는", "가지고 있는" 등은 내포적 의미를 갖는 바, 이에 따라 이러한 용어들은 그 기재된 특징, 정수, 단계, 동작, 요소, 및/또는 컴포넌트를 특정하며, 하나 이상의 다른 특징, 정수, 단계, 동작, 요소, 컴포넌트, 및/또는 이들의 그룹의 존재 혹은 추가를 배제하지 않는다. 본 명세서에서 설명되는 방법의 단계들, 프로세스들, 동작들은, 구체적으로 그 수행 순서가 확정되는 경우가 아니라면, 이들의 수행을 논의된 혹은 예시된 그러한 특정 순서로 반드시 해야 하는 것으로 해석돼서는 안 된다. 추가적인 혹은 대안적인 단계들이 사용될 수 있음을 또한 이해해야 한다.

또한, 각각의 구성요소는 각각 하드웨어 프로세서로 구현될 수 있고, 위 구성요소들이 통합되어 하나의 하드웨어 프로세서로 구현될 수 있으며, 또는 위 구성요소들이 서로 조합되어 복수 개의 하드웨어 프로세서로 구현될 수도 있다.

또한, 본 발명에 따른 일 실시 예에 의한 이식용 안테나는 공업, 과학 및 의료용으로 사용되는 주파수 대역인 ISM(Industrial, Scientific and Medical band)를 사용할 수 있다. 무선 이식 장치에 주로 사용되는 주파수 대역인 MICS(Medical Implant Communication Service)는 생물 의학 분야에서 국제적으로 사용되는 주파수 대역이나, 좁은 대역폭을 제공하기 때문에 저해상도 이미지만을 제공할 수 있기 때문에, 본 발명의 일 실시 예에 의한 안테나는 보다 고화질의 이미지를 사용하기 위하여 ISM을 사용할 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 의한 이중 대역 안테나(이하, 안테나)의 구성을 도시한 도면이다. 도 1의 (a)는 안테나의 방사 패치, 도 1의 (b)는 안테나의 접지면, 도 1의 (c)는 안테나의 배면도, 도 1의 (d)는 안테나의 상세 구성도를 도시하고 있다. 안테나는 이식용 의료 기기가 외부와 통신 가능하게 신호를 송수신하는 장치로, 체내 삽입 가능한 안테나일 수 있다. 안테나는 ISM 대역의 주파수를 사용할 수 있다. 보다 구체적으로, 안테나는 ISM 대역 중 902~928MHz 및 2.4~2.4835GHz의 주파수 대역에서 공진할 수 있다.

도 1의 (c) 및 (d)를 참조하면, 안테나는 상판(100), 방사 패치(110), 유전체 기판(120), 접지면(130), 동축 피드(80) 그리고 단락핀(90)을 포함할 수 있다. 안테나는 10.08mm^3(7mm*7.2mm*0.2mm)의 부피를 가지며, 안테나를 구성하는 상판(100), 방사 패치(110), 유전체 기판(120), 그리고 접지면(130)의 크기는 모두 동일하나 이에 한정되지 않고 경우에 따라 변경될 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 의하면, 상판(100) 및 유전체 기판(120)은 생체 적합성 물질로 형성될 수 있다.

생체 적합성 물질은 생체 조직 또는 체액 등과 접촉하였을 때 거부 반응이 나타나지 않는 물질을 의미한다. 이 때, 거부 반응은 생체 조직에 가해지는 자극, 염증, 알레르기, 암, 혈액 성분 파괴 또는 변형, 혈전 형성 등일 수 있다. 본 발명의 일 실시 예에 의한 상판(100) 및 유전체 기판(120)은 생체 적합성 물질로 알루미나, 지르코니아, 스테인리스강, PMMA, Carbon-Ti 등을 사용할 수 있다.

상판(100)은 안테나의 가장 상부에 위치할 수 있다.

상판(100) 및 유전체 기판(120)은 유전율이 2.9, 유전체 손실이 0.0025 그리고 높이가 0.1mm인 Rogers ULTRALAM 회로 기판을 사용할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.

방사 패치(110)는 유전체 기판(120) 상부에 형성되며, 전도성 물질로 형성된다. 방사 패치(110)는 꽃 형상을 가질 수 있다. 보다 구체적으로 방사 패치(110)는 패치의 형상에 따라 도 2의 (a)와 같이 4개의 영역으로 구분될 수 있다.

보다 구체적으로 도 2의 (a)를 참조하면, 제1 영역(111)은 꽃잎 형상을, 제2 영역(112)은 줄기 형상을, 제3 영역(113)은 잎 형상을, 그리고 제4 영역(114)은 U 형상을 가질 수 있다.

제1 영역(111)은 원형 패치에 복수 개의 홈이 형성되어 전반적으로 '凸'의 형상을 갖되, '凸' 형상의 모든 변이 곡률지게 구성될 수 있다. 제1 영역(111)에 포함된 홈은 오목 곡면일 수 있다. 자세하게 설명하면, 제1 영역(111)은 원형 패치의 우측 상단, 좌측 상단 그리고 하단에 홈이 형성되어 '凸'의 형태를 가질 수 있다. 또한 제1 영역(111)은 동축 피드(80)를 포함할 수 있다.

제2 영역(112)은 일단이 제1 영역(111)의 하단에 위치한 두 홈의 중간 부분에서 연장되는 직선 패치를 포함할 수 있다. 제2 영역(112)의 타단은 제4 영역(114)에 연결될 수 있다.

제3 영역(113)은 제2 영역(112)의 중간 영역에서 연장된 직선 패치 및 직선 패치의 일단에 연결된 집게발 형상의 패치를 포함할 수 있다. 제3 영역(113)에 포함된 집게발 형상의 패치는 원형 패치에 삼각형의 홈이 형성됨으로써 구성될 수 있다. 제3 영역(113)은 안테나의 임피던스 매칭 및 튜닝에 중요한 역할을 할 수 있다. 제3 영역(113)에 포함된 직선 패치는 제2 영역(112)의 직선 패치와 70도의 각도를 이루며 형성될 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.

제2 영역(112)의 타단과 연결된 제4 영역(114)은 U 형상의 패치를 포함할 수 있고, 제1 영역(111) 내지 제3 영역(113)을 둘러싸도록 형성될 수 있다. 제4 영역(114)의 좌측 및 우측에 위치한 패치(이하, 설명의 용이성을 위하여 좌우 패치라고 명명한다.) 역시 안테나의 임피던스 매칭 및 튜닝에 중요한 역할을 할 수 있다. 다시 말해서, 좌우 패치의 길이 및 폭은 특히 2.4GHz 주파수 대역에서의 임피던스 매칭 및 튜닝에 있어서 중요한 역할을 할 수 있다. 좌우 패치의 길이가 증가하면 공진 주파수는 낮은 주파수 대역에 위치하고, 좌우 패치의 길이가 감소하면 공진 주파수는 높은 주파수 대역에 위치할 수 있다. 나아가 좌우 패치의 폭이 증가하면 공진 주파수는 높은 주파수 대역에 위치하고, 좌우 패치의 폭이 감소하면 공진 주파수는 낮은 주파수 대역에 위치할 수 있다. 즉, 안테나의 공진 주파수는 좌우 패치의 길이 및 폭을 통해 매칭 및 튜닝될 수 있다.

또한 제4 영역(114)은 단락핀(90)을 포함할 수 있다.

접지면(130)은 유전체 기판(120) 하부에 위치할 수 있다. 접지면(130)에서의 전류 경로는 안테나의 성능에 상당한 영향을 미칠 수 있다. 접지면(130)은 형상에 따라 도 2의 (b)와 같이 4개의 영역으로 구분될 수 있다.

보다 구체적으로 도 2의 (b)를 참조하면, A 영역(131)은 제1 직선 슬롯을 포함하고, B 영역(133)은 하나 이상의 제2 직선 슬롯을 포함하고, C 영역(132)은 A 영역(131) 및 B 영역(133)을 서로 연결하는 하나 이상의 직사각 슬롯을 포함하고, D 영역(134)은 B 영역(133)에 포함된 모든 제2 직선 슬롯과 연결된 제3 직선 슬롯을 포함할 수 있다.

A 영역(131)은 C 영역(132)의 가장 좌측에 위치한 직사각 슬롯과 연결되는 제1 직선 슬롯을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않고 또 다른 직사각 슬롯과 연결되는 제1 직선 슬롯이 형성될 수도 있다. 또한 A 영역(131)은 동축 피드(80)를 포함할 수 있다.

B 영역(133)은 제2 직선 슬롯이 동일한 간격으로 이격되도록 형성될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 또한 B 영역(132)은 가장 우측에 단락핀(90)을 포함할 수 있다.

C 영역(132)은 B 영역(133)에 포함된 하나 이상의 제2 직선 슬롯과 A 영역(131)을 각각 연결하는 하나 이상의 직사각 슬롯을 포함할 수 있다. C 영역(132)에 포함된 하나 이상의 직사각 슬롯 사이의 폭은 모두 동일할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.

D 영역(134)은 B 영역(133)의 모든 제2 직선 슬롯과 연결되는 우측이 개방된 제3 직선 슬롯을 포함할 수 있다. 또한 D 영역(134)의 좌측에는 제3 직선 슬롯과 구분된 좌측이 개방된 제4 직선 슬롯이 포함될 수 있다.

A 영역(131) 내지 D 영역(134)에 포함된 다양한 형상의 슬롯은 안테나의 정전 용량을 증가시켜 공진 주파수 대역을 낮출 수 있다.

동축 피드(80)는 방사 패치(110)의 제1 영역(111)의 상단에 위치할 수 있다. 동축 피드(80)는 반경이 전기 저항이 50Ω이고 반경이 0.3mm일 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다. 동축 피드(80)는 안테나의 여기(Excitation)을 위해 구성될 수 있다.

단락핀(90)은 방사 패치(110)의 제4 영역(114)의 우측에 인접하게 위치할 수 있다. 단락핀(90)은 방사 패치(110)를 접지면(130)에 연결하기 위한 것으로, 접지면(130)과 유사한 기능을 수행할 수 있다. 따라서, 단락핀(90)을 통해 안테나의 전기적 크기와 주파수 대역폭을 향상시킬 수 있다.

또한 동축 피드(80) 및 단락핀(90)을 이용하여 안테나의 크기를 보다 축소시킬 수 있다.

이하에서는 도 3 내지 도 6을 참조하여 안테나를 설계하는 과정을 설명한다.

도 3은 본 발명의 일 실시 예에 의한 안테나를 설계하는 과정을 설명하기 위한 순서도이다. 도 3을 참조하면, 전자기장 시뮬레이션 프로그램인 HFSS를 이용하여 목표하는 공진 주파수 대역을 설정(S100)하고, 설정된 주파수 대역부터 안테나 설계를 시작할 수 있다. 두 개의 공진 주파수 대역을 모두 지원하는 안테나를 설계하기 위해서는, 두 공진 주파수 대역 중 낮은 공진 주파수 대역을 먼저 만족할 수 있도록 해야 한다. 이는 낮은 주파수 대역에 대응되는 파장이 높은 주파수 대역에 대응되는 파장보다 더 크고, 나아가 낮은 주파수 대역의 전류 경로가 높은 주파수 대역의 전류 경로보다 길기 때문이다. 따라서 안테나가 목표하는 공진 주파수 대역 중 가장 낮은 공진 주파수 대역은 안테나의 기본적인 설계에 있어서 매개 변수를 정의할 수 있도록 한다.

공진 주파수 대역을 설정하고 나면, HFSS 시뮬레이션을 실행(S200)하여 안테나가 목표하는 낮은 공진 주파수 대역에서 공진하는 지 확인(S300)할 수 있다. 안테나가 공진하는 주파수 대역이 일치하지 않을 경우 매개 변수를 조정(S310)하여 주파수 대역을 재설정할 수 있다.

안테나가 목표하는 공진 주파수 대역 중 가장 낮은 주파수 대역에서 공진하면, 또 다른 목표 공진 주파수 대역에서 안테나가 공진할 수 있도록 한다. 이와 같이 이중 공진의 과제를 달성하기 위하여 안테나는 슬롯, 노치 및 추가 전류 경로를 생성할 수 있다. 이는 안테나의 매개 변수를 조정하여 최적화함으로써 얻어질 수 있다.

또 다른 목표 공진 주파수 대역에서 안테나가 공진할 수 있도록 설정하고 나면, HFSS 시뮬레이션을 실행(S400)하여 안테나가 목표하는 두 공진 주파수 대역에서 모두 공진하는 지 확인(S500)할 수 있다. 안테나가 공진하는 두 주파수 대역이 일치하지 않을 경우 매개 변수를 조정(S510)하여 주파수 대역을 재설정할 수 있다.

안테나의 두 공진 주파수 대역이 모두 설정되면 안테나를 제작하여 사용할 수 있다(S600).

도 4는 본 발명의 일 실시 예에 의한 안테나를 디자인하는 과정을 도시한 도면이다. 도 4를 참조하면, 안테나는 4단계를 거쳐 최종적으로 디자인되었다. 안테나는 원형 패치를 수정하여 생성될 수 있다. 보다 구체적으로 안테나는 원형 패치를 삼각형 또는 반원 모양으로 잘라내어 형성될 수 있다. 위와 같은 수정을 통해, 안테나는 보다 다양한 매개 변수를 지원함에 따라 안테나의 성능을 향상시킬 수 있으며, 시각적으로도 매력적이게 형성될 수 있다.

도 5는 본 발명의 일 실시 예에 의한 안테나의 디자인 과정에 포함된 4가지 단계의 손실율을 비교한 그래프이다. 도 5를 참조하면, 손실율의 값을 이용하여 안테나 성능을 개선하는 것을 확인할 수 있다.

먼저 첫 번째 단계(501)는 방사 패치가 제1 영역 및 제2 영역만을 포함하고, 동축 피드가 존재하며, 접지면이 그 어떤 슬롯도 포함하지 않는 경우를 의미한다. 첫 번째 단계에서, 손실율이 -3dB 이하일 때 1.14 및 3.48GHz의 주파수 대역에서 약하게 공진하는 것을 확인할 수 있다.

두 번째 단계(502)는 첫 번째 단계의 방사 패치에 제3 영역을 포함시킨 경우를 의미한다. 도 1의 설명에 서술한 바와 같이, 방사 패치의 제3 영역은 임피던스의 매칭 및 튜닝에 영향을 미치기 때문에, 두 번째 단계의 안테나는 첫 번째 단계보다 높은 주파수 대역에서 공진하는 것을 확인할 수 있다.

세 번째 단계(503)는 두 번째 단계의 방사 패치에 제4 영역을 포함시킨 경우를 의미한다. 도 1의 설명에 서술한 바와 같이, 방사 패치의 제4 영역 또한 임피던스의 매칭 및 튜닝에 영향을 미치기 때문에, 세 번째 단계의 안테나는 첫 번째 및 두 번째 단계보다 더욱 높은 주파수 대역에서 공진하는 것을 확인할 수 있다.

두 번째 단계 및 세 번째 단계의 안테나 형태에서 나타난 손실율을 통해, 방사 패치의 제3 영역 및 제4 영역이 안테나의 공진 주파수 대역에 영향을 미친다는 것을 확인할 수 있다.

네 번째 단계(504)는 세 번째 단계의 접지면에 A 영역 내지 D 영역을 포함시키고 단락핀을 추가한 경우를 의미한다. 네 번째 단계에서 접지면의 슬롯과 단락핀을 추가함으로써, 방사 패치의 크기를 변형하지 않고도 공진 주파수 대역에서의 공진 효과를 증가시킨 것을 확인할 수 있다.

도 6은 본 발명의 일 실시 예에 의한 안테나의 접지면의 디자인 과정에 포함된 3가지 단계의 손실율을 비교한 그래프이다. 즉, 도 6은 도 5의 네 번째 단계에서 추가되는 접지면의 디자인 과정을 나타낼 수 있다.

도 6을 참조하면, 도 6의 첫 번째 단계(601)는, 도 5의 네 번째 단계로 디자인된 안테나의 접지면에서 C 영역에 포함된 하나 이상의 직사각 슬롯을 제거한 것으로, 1.05GHz와 2.4~2.6GHz의 주파수 대역에서 공진하는 것을 확인할 수 있다. 이 때, 안테나는 손실율이 -10dB일 때, 공진하는 주파수인 1.05GHz의 대역폭이 188.6MHz이고, 2.6GHz 주파수의 대역폭이 236.5MHz임을 확인할 수 있다.

도 6의 두 번째 단계(602)는, 도 5의 네 번째 단계의 안테나의 접지면에서 D 영역에 포함된 제3 및 제4 직선 슬롯을 제거한 것으로, 1.63GHz에서 공진하는 것을 확인할 수 있다. 이 때, 안테나는 손실율이 -19dB일 때, 공진하는 주파수인 163GHz의 대역폭이 119MHz임을 확인할 수 있다. 즉, 두 번째 단계는 1.63GHz의 하나의 주파수 대역에서 공진하는 것을 확인할 수 있다.

도 6의 세 번째 단계(603)는, 도 5의 네 번째 단계와 동일하므로 따로 설명하지 않는다.

도 7 내지 도 12은 본 발명의 일 실시 예에 의한 안테나의 구성에 있어서 하나 이상의 매개 변수에 따른 파라메트릭 분석을 수행한 결과를 도시한 그래프이다. 파라메트릭 분석은 안테나의 다양한 시나리오에 따라 최적의 매개 변수를 적용할 수 있게 할 뿐 아니라 안테나의 최적화에도 영향을 미칠 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 의한 안테나의 경우, 파라메트릭 분석을 위해 고려해야 할 매개 변수는 방사 패치의 제3 영역에 포함된 직선 패치와 제2 영역에 포함된 직선 패치 사이의 각도, 방사 패치의 제4 영역에 포함된 좌우 패치의 길이와 폭, 접지면의 D 영역에 포함된 제3 및 제4 직선 슬롯의 폭, 접지면의 C 영역에 포함된 직사각 슬롯의 폭, 그리고 접지면의 A 영역에 포함된 제1 직선 슬롯의 길이를 포함할 수 있다. 그러나 매개 변수는 상술한 것에 한정되지 않고 이 외의 매개 변수를 더 추가할 수도 있다. 이와 같은 다양한 매개 변수를 이용하여 안테나의 임피던스가 매칭 및 튜닝될 수 있다.

보다 구체적으로, 도 7은 본 발명의 일 실시 예에 의한 방사 패치의 제3 영역에 포함된 직선 패치와 제2 영역에 포함된 직선 패치 사이의 각도에 대한 파라메트릭 분석 결과를 도시한 그래프이다. 각도는 60~80도 사이에서 선택될 수 있다. 도 7을 참조하면, 각도가 80도에서 60도까지 감소함에 따라 공진 주파수 대역이 좌측으로 선형을 이루며 이동하는 것을 확인할 수 있다. 또한 각도에 따라서 손실율이 달라지는 것도 확인할 수 있다. 따라서 제2 영역 및 제3 영역의 직선 패치 사이의 각도를 이용하여 목표하는 주파수 대역에 맞게 임피던스를 매칭 및 튜닝할 수 있다.

도 8은 본 발명의 일 실시 예에 의한 방사 패치의 제4 영역에 포함된 좌우 패치의 길이(L)에 대한 파라메트릭 분석 결과를 도시한 그래프이다. 도 8을 참조하면, 좌우 패치의 길이가 변화함에 따라 공진 주파수의 대역 또한 변화하는 것을 확인할 수 있다. 특히 2.4GHz 주파수 대역은 좌우 패치의 길이에 더욱 민감하게 반응할 수 있다. 또한 좌우 패치의 길이를 점차 줄임으로써, 2GHz 주파수 대역에서 안테나가 공진하기 때문에 2GHz 주파수 대역에서 공진하지 않도록 좌우 패치의 길이를 조정해야 한다. 따라서 좌우 패치의 길이가 4mm일 때 안테나는 목표하는 공진 주파수 대역을 만족할 수 있다.

도 9는 본 발명의 일 실시 예에 의한 방사 패치의 제4 영역에 포함된 좌우 패치의 폭(W)에 대한 파라메트릭 분석 결과를 도시한 그래프이다. 좌우 패치의 폭은 0.8~1.6mm 사이에서 선택될 수 있다. 도 9를 참조하면, 좌우 패치의 폭이 1.2mm 이상으로 증가할수록 공진 주파수가 상측으로 이동하는 것을 확인할 수 있다. 나아가 좌우 패치의 폭이 1.2mm 이하로 감소할수록 공진 주파수가 좌측으로 이동하는 것을 확인할 수 있다. 따라서 좌우 패치의 폭이 특히 2.4GHz 주파수 대역에서의 손실율에 영향을 미친다는 것을 알 수 있다.

도 10은 본 발명의 일 실시 예에 의한 접지면의 D 영역에 포함된 제3 및 제4 직선 슬롯의 폭(S1)에 대한 파라메트릭 분석 결과를 도시한 그래프이다. 도 10을 참조하면, 안테나의 두 공진 주파수 대역 중 낮은 주파수 대역보다 높은 주파수 대역에서 제3 및 제4 직선 슬롯의 폭의 크기에 대하여 민감하게 반응할 수 있다. 도 10에서, 제3 및 제4 직선 슬롯의 폭이 0.2mm 이상 0.4mm 이하의 범위에 존재하면 안테나가 공진하는 주파수 대역폭의 변화량이 크지 않고, 제3 및 제4 직선 슬롯의 폭이 1mm일 때 2.17GHz와 877MHz에서 공진하는 것을 확인할 수 있다. 따라서 제3 및 제4 직선 슬롯의 폭이 0.2mm일 때 안테나가 공진하는 주파수 대역이 목표하는 주파수 대역과 적절하게 일치하기 때문에 제3 및 제4 직선 슬롯의 폭을 0.2mm로 설정할 수 있다. 그러나 이에 한정되지는 않는다.

도 11은 본 발명의 일 실시 예에 의한 접지면의 C 영역에 포함된 직사각 슬롯의 폭(S2)에 대한 파라메트릭 분석 결과를 도시한 도면이다. 도 11을 참조하면, 직사각 슬롯의 폭이 0.4mm에서 0.8mm로 증가함에 따라 안테나의 두 공진 주파수 대역이 좌측으로 이동하고, 직사각 슬롯의 폭이 0.8mm를 초과하면 직사각 슬롯의 폭이 0.8mm일 때와 비교하여 공진 주파수 대역이 우측으로 이동하는 것을 확인할 수 있다. 또한 직사각 슬롯의 폭이 0.8mm를 초과할 경우 발생하는 손실율의 최소값이 약 -10dB 변동할 수 있기 때문에, 적절한 주파수 대역폭을 제공할 수 있는 지 모호할 수 있다. 따라서 직사각 슬롯의 폭이 0.8mm일 때 안테나가 공진하는 주파수 대역폭이 목표하는 주파수 대역폭과 적절하게 일치하기 때문에 직사각 슬롯의 폭을 0.8mm로 설정할 수 있다. 그러나 이에 한정되지는 않는다.

도 12는 본 발명의 일 실시 예에 의한 접지면의 A 영역에 포함된 제1 직선 슬롯의 길이에 대한 파라메트릭 분석 결과를 도시한 그래프이다. 제1 직선 슬롯의 길이는 1.8~2.4mm 사이에서 선택될 수 있다. 도 12를 참조하면, 안테나의 공진 주파수 대역은 제1 직선 슬롯의 길이에 민감하게 반응하는 것을 확인할 수 있다. 보다 구체적으로, 제1 직선 슬롯의 길이가 길어질수록 안테나의 공진 주파수 대역 및 안테나의 손실율이 낮아질 수 있다. 제1 직선 슬롯의 길이가 2.2mm일 때 안테나가 공진하는 주파수 대역 및 손실율이 목표하는 주파수 대역과 적절하게 일치하기 때문에 제1 직선 슬롯의 길이를 2.2mm로 설정할 수 있다. 그러나 이에 한정되지는 않는다.

도 7 내지 도 12에서 확인할 수 있는 바와 같이, 안테나의 공진 주파수 대역은 방사 패치의 제3 영역에 포함된 직선 패치와 제2 영역에 포함된 직선 패치 사이의 각도, 방사 패치의 제4 영역에 포함된 좌우 패치의 길이와 폭, 접지면의 D 영역에 포함된 제3 및 제4 직선 슬롯의 폭, 접지면의 C 영역에 포함된 직사각 슬롯의 폭, 그리고 접지면의 A 영역에 포함된 제1 직선 슬롯의 길이와 같은 매개 변수를 통해 제어될 수 있다. 상술한 매개 변수 중 방사 패치의 제3 영역에 포함된 직선 패치와 제2 영역에 포함된 직선 패치 사이의 각도, 접지면의 D 영역에 포함된 제3 및 제4 직선 슬롯의 폭, 그리고 접지면의 C 영역에 포함된 직사각 슬롯의 폭은 목표하는 두 공진 주파수 대역 중 낮은 공진 주파수 대역에서는 최소한의 영향을 미치지만, 안테나의 임피던스 매칭 및 튜닝에 있어서 보조 변수로 사용될 수 있다.

나아가 접지면의 A 영역에 포함된 제1 직선 슬롯의 길이, 접지면의 D 영역에 포함된 제3 및 제4 직선 슬롯의 폭, 그리고 방사 패치의 제3 영역에 포함된 직선 패치와 제2 영역에 포함된 직선 패치 사이의 각도의 변화로 인하여 두 공진 주파수 대역이 선형적으로 감소 및 이동하는 것을 확인할 수 있다.

또한 두 공진 주파수 대역을 모두 제어하는 중요한 매개 변수에는 방사 패치의 제3 영역에 포함된 직선 패치와 제2 영역에 포함된 직선 패치 사이의 각도와 접지면의 A 영역에 포함된 제1 직선 슬롯의 길이임을 확인할 수 있다.

도 13 내지 도 19를 참조하여 본 발명의 일 실시 예에 의한 안테나의 시뮬레이션 결과를 설명한다.

도 13은 본 발명의 일 실시 예에 의한 안테나의 시뮬레이션 환경을 나타내는 도면이다. 안테나의 시뮬레이션을 수행하기 위하여 고주파수 전자기파 시뮬레이션 프로그램인 HFSS의 피부 팬텀, Remcom XFdtd에서 지원하는 피부 팬텀, 그리고 염분 용액을 이용할 수 있다. 이 때 사용되는 안테나의 크기는 도 13의 (a)와 같으나 이에 한정되지는 않는다.

도 13의 (b-1)와 같이 HFSS에서 균일한 피부 팬텀의 중심에 안테나를 위치시켜 시뮬레이션을 수행할 수 있다.

또한 보다 실용적이고 현실적인 경우에서 안테나의 성능을 측정하기 위하여, 안테나는 도 13의 (b-2)에 도시된 바와 같이 Remcom XFdtd 시뮬레이터에서 97kg의 체중을 갖는 성인 남성의 심장, 팔 그리고 머리에 삽입될 수 있다. 두 공진 주파수 대역(ISM)에서의 균일한 피부 팬텀의 유전체 특성은 주파수에 완전히 의존할 수 있다. 또한 안테나의 SAR은 Remcom XFdtd 모델의 머리 부분에서 측정될 수 있다.

도 13의 (c)를 참조하면, 실제 인체 조직과 유사한 팬텀에서 안테나의 성능을 테스트하기 위하여, 인체 조직과 유사한 조직 특성을 갖는 염분 용액과 ASTM(American Society for Testing and Material Model)을 사용할 수 있다.

도 14는 본 발명의 일 실시 예에 의한 ASTM에서 측정한 손실율과 HFSS에서 측정한 손실율을 비교한 그래프이다. 도 14를 참조하면, ASTM에서 측정된 손실율이 공진 주파수 대역에서 약간의 편차만을 보일 뿐 HFSS를 통해 얻어진 손실율과 큰 차이가 없음을 확인할 수 있다. 두 손실율의 편차는 제조 과정에 있어서 상판 및 유전체 기판이 개별적으로 얻어짐으로 인하여 발생할 수 있다. 보다 구체적으로, 상판은 접착 재료를 이용하여 유전체 기판과 결합되기 때문에 그 사이에 공간이 형성될 수 있어, 그 공간으로 인하여 손실율의 편차가 발생할 수 있다. 또한 인접한 물질의 특성 또한 손실율의 편차의 원인이 될 수 있다. 그러나 손실율의 편차는 안테나의 성능에 있어서 용인될 수 있는 범위 내에 있기 때문에 안테나의 성능에 있어서 문제가 되지 않는다.

도 15는 본 발명의 일 실시 예에 의한 시뮬레이션 환경에 따른 안테나의 손실율을 비교한 그래프이다. 도 15를 참조하면, 낮은 공진 주파수 대역은 시뮬레이션 환경 및 안테나의 삽입 위치에 따라 다르게 측정될 수 있다. 보다 상세하게 설명하면, HFSS의 경우 공진 주파수 대역은 197.6MHz(822.8~1020.4MHz)이고, Remcom XFdtd의 경우 심장, 팔 그리고 머리에서 각각 217.8, 172.7 그리고 231.12MHz임을 확인할 수 있다. 나아가 높은 공진 주파수 대역은 HFSS의 경우 245.3MHz(2.2738~2.5191GHz)이고, Remcom XFdtd의 경우 심장, 팔 그리고 머리에서 각각 276.6, 221.7 그리고 600MHz임을 확인할 수 있다. 다양한 조직 환경에 의해 주파수 대역의 중심은 다소 차이가 발생할 수 있다.

나아가 세 번째 공진 주파수 대역은 Remcom XFdtd의 경우에 약 2GHz에서 발견될 수 있으나, Remcom XFdtd의 경우 두 공진 주파수 대역에 최소한의 영향을 미치고, 팔의 경우를 제외하고는 손실율 및 주파수 대역에 긍정적인 효과를 제공할 수 있다. 도 15를 참조하면, Remcom XFdtd에서 안테나가 심장 및 머리에 삽입되는 경우 공진 주파수 대역의 깊이 및 폭이 증가하는 것을 확인할 수 있다.

도 16은 본 발명의 일 실시 예에 의한 시뮬레이션 환경에 따른 안테나의 이득을 비교한 그래프이다. 도 16을 참조하면, 시뮬레이션 환경에 따라 안테나 이득이 다소 차이가 있음을 확인할 수 있다. 보다 자세하게는, 928MHz의 공진 주파수 대역에서, HFSS의 경우 -28.44dBi, Remcom XFdtd에서 심장, 팔 그리고 머리는 각각 -34.85, -28.047, -33.67dBi의 안테나 이득을 가질 수 있다. 나아가 2.45GHz의 공진 주파수 대역에서, HFSS의 경우 -25.65dBi, Remcom XFdtd에서 심장, 팔 그리고 머리는 각각 -33, -27.27, -29dBi의 안테나 이득을 가질 수 있다.

Remcom XFdtd의 경우, 두 공진 주파수 대역에서 최대 안테나 이득이 다소 떨어지는 경향이 있으나, ISM 주파수 대역에서 최대 안테나 이득 값은 원격 측정을 수행하는 기존 이식형 안테나에 적합할 수 있다. 상기 현상은 다양한 인체 조직에 의해 제공되는 환경에 의해 발생할 수 있다.

또한 도 16을 참조하면, 두 공진 주파수의 방사 패턴은 E-평면과 H-평면에서 모두 전방향성을 가질 수 있다.

도 17은 본 발명의 일 실시 예에 의한 ISM 주파수의 SAR 및 최대 허용 전력을 나타낸 표이다. 본 발명의 일 실시 예에 의한 안테나는 안정성 우려에 따라 IEEE의 규정에 따라 SAR 및 최대 허용 전력을 산정할 수 있다. 보다 구체적으로 도 17은 입력 전압이 1W일 때 SAR 및 최대 허용 전력을 나타내는 표이다. 도 17을 참조하면, 평균적인 1-g SAR를 만족시킬 수 있는 928MHz 주파수 대역의 최대 허용 전력은 3.4mW이고 2,45GHz 주파수 대역의 최대 허용 전력은 5.1mW임을 확인할 수 있다. 나아가, 평균적인 10-g SAR를 만족시킬 수 있는 924MHz 주파수 대역의 최대 허용 전력은 38.07mW이고 2.45GHz 주파수 대역의 최대 허용 전력은 49.46mW임을 확인할 수 있다.

도 18은 본 발명의 일 실시 예에 의한 안테나와 기존의 이식형 안테나를 비교한 표이다. 도 18을 참조하면, 기존의 이식형 안테나([10], [12], [19], 그리고 [20])와 대비하여 본 발명의 일 실시 예에 의한 안테나는 그 부피가 현저히 작은 것을 확인할 수 있다.

도 19는 본 발명의 일 실시 예에 의한 특정 주파수 대역에서 발생하는 안테나의 전류 분포를 나타낸 그래프이다. 도 19의 (a)는 928MHz 주파수 대역에서의 전류 분포를 나타낸 그래프로, 방사 패치의 우측과 접지면의 슬롯에 전류가 집중되는 것을 확인할 수 있다. 나아가 도 19의 (b)는 2.45GHz 주파수 대역에서의 전류 분포를 나타낸 그래프로, 방사 패치 및 접지면의 좌측에 전류가 집중되는 것을 확인할 수 있다. 즉, 두 공진 주파수 대역에서 방사 패치의 제4 영역에서 중요한 전류의 흐름을 감지할 수 있다. 도 19를 참조하면, 부피가 큰 영역은 높은 주파수 대역보다 낮은 주파수 대역에서 공진하는 것을 확인할 수 있다. 나아가, 대부분의 전류는 동 위상으로 흐르기 때문에 도 16과 같이 전방향성 패턴을 가질 수 있다.

이하에서는 본 발명의 일 실시 예에 의한 안테나의 원격 측정 범위의 사양에 대한 다양한 시나리오의 예산을 설명한다. 다양한 시나리오는 외부 기지국과 통신하여 환자를 치료하는 데에 있어서 중요한 역할을 한다.

시나리오의 예산은 안테나의 재질, 부정합 손실, 여유 공간의 손실, 케이블 손실 등의 다양한 손실과 밀접하게 연관되어 있어 이를 고려해야 한다. 보다 신뢰도 높은 통신을 위해서, 안테나의 이득이 이용 가능한 안테나 전력과 요구되는 안테나 전력의 차이로부터 연산된 20dB보다 큰 값을 가져야 한다. 도 20을 참조하면, 시나리오의 예산을 연산하는 데에 있어서 중요한 매개 변수를 확인할 수 있다.

안테나의 시나리오에 있어서 요구되는 전력은 수학식 1과 같이 연산될 수 있다. 수학식 1에서

는 이상적인 위상 변화(dB)를,

는

의 볼츠만 상수를,

는 켈빈 온도 값을,

는 비트 전송률(Kbps 또는 Mbps)을 의미할 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 의한 안테나는 피부와 내부 장기에 삽입될 수 있으므로, 입력 전력과 비트 전송률에 따른 두 가지 시나리오가 고려될 수 있다.

피부 삽입의 경우 입력 전력과 비트 전송률은 각각 -16dBm, 7Kbps로 제한될 수 있으며, 장기 삽입의 경우 입력 전력과 비트 전송률은 각각 -4dBm, 78Mbps로 제한될 수 있다.

이용 가능한 안테나 전력은 수학식 2와 같이 연산될 수 있다. 수학식 2에서,

는 전송 전력(dBm)을,

는 송신 안테나의 이득(dBi)을,

는 수신 안테나의 이득(dBi)을,

는 여유 공간의 손실 정도(dB)를 의미할 수 있다.

안테나의 통신에 있어서 두 주파수 대역의 안테나 이득 값은 상이하지만 수신 안테나의 경우

는 2dBi로 고정된다고 가정하여

를 수학식 3과 같이 연산할 수 있다. 수학식 3에서 d(m)은 수신 안테나와 송신 안테나 사이의 간격을 의미할 수 있다.

도 21은 본 발명의 일 실시 예에 의한 안테나의 거리에 따른 이득을 나타낸 그래프이다. 보다 안정적인 통신을 위해 안테나의 이득은 25dB로 제한될 수 있다.

도 21을 참조하면, 입력 전력이 -16dBm일 때 다양한 인체 부위에 위치한 안테나는 두 주파수 대역(928MHz 및 2.45GHz)에서 7Kbps의 데이터를 4m 이상의 거리에서 송수신할 수 있음을 확인할 수 있다. 나아가 입력 전력이 -4dBm일 때 다양한 인체 부위에 위치한 안테나는 78Mbps의 데이터를 928MHz의 주파수 대역에서는 2.5m 이상의 거리에서, 그리고 2.45GHz의 주파수 대역에서는 1.2m 이상의 거리에서 송수신할 수 있음을 확인할 수 있다.

또한, 특정 안테나 이득에 대한 측정 범위는 안테나 이득 및 데이터 전송 속도에 따라 감소하는 것을 확인할 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시 예에 의하면, 두 공진 주파수 대역에서의 최대 허용 전력이 이식용 어플리케이션의 최대 허용 전력인 -25dBm보다 큰 값을 가질 수 있다.

또한 본 발명의 일 실시 예에 의한 안테나는 생명 공학 분야, 특히 피부 및 내부 장기의 응용 분야에서 사용 가능하다.

본 명세서와 도면에 개시된 본 발명의 실시 예들은 본 발명의 기술 내용을 쉽게 설명하고 본 발명의 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것뿐이며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시 예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형 예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.

Claims

유전체 기판;
상기 유전체 기판 상부에 구성된 꽃 형상을 갖는 방사 패치;
상기 방사 패치 상부에 구성된 상판;
상기 유전체 기판 하부에 구성된 직선 슬롯을 하나 이상 포함하는 접지면;
상기 방사 패치와 상기 접지면 사이에 구성되는 동축 피드 및 단락핀을 포함하고,
상기 방사 패치는 상기 동축 피드를 포함하는 꽃잎 형상의 제1 영역, 일단이 상기 제1 영역에 연결된 줄기 형상의 제2 영역, 잎 형상을 갖는 패치 및 일단이 상기 잎 형상을 갖는 패치에 연결되고 타단은 상기 제2 영역에 연결되는 직선 패치를 포함하는 제3 영역, 상기 제2 영역에 연결되고 상기 단락핀을 포함하는 U 형상의 제4 영역을 포함하는 이중 대역 안테나.
제1항에 있어서,
상기 제1 영역은 원형 패치에 복수 개의 홈이 형성되어 전반적으로 '凸'의 형상을 갖되 상기 '凸' 형상의 모든 변이 곡률지게 구성되고,
상기 홈은 오목 곡면인 이중 대역 안테나.
제1항에 있어서,
상기 제2 영역은 상기 제1 영역에서 연장된 직선 패치인 이중 대역 안테나.
제1항에 있어서,
상기 제3 영역은 상기 제2 영역의 중간 영역에서 연장된 직선 패치 및 상기 직선 패치의 일단에 연결된 집게발 형상의 패치를 포함하는 이중 대역 안테나.
제1항에 있어서,
상기 제4 영역은 상기 제2 영역의 일단에 연결되어 상기 제1 내지 제3 영역을 둘러싸도록 형성된 U형 패치를 포함하는 이중 대역 안테나.
제1항에 있어서,
상기 방사 패치에 포함된 직선 패치의 폭은 동일하지 않은 이중 대역 안테나.
제1항에 있어서,
상기 접지면은,
제1 직선 슬롯을 포함하는 A 영역;
하나 이상의 제2 직선 슬롯을 포함하는 B 영역;
상기 A 영역 및 상기 B 영역을 연결하는 하나 이상의 직사각 슬롯을 포함하는 C 영역;
상기 B 영역의 가장 좌측에 위치한 직선 슬롯과 연결된 제3 직선 슬롯을 포함하는 D 영역을 포함하는 이중 대역 안테나.
제7항에 있어서,
상기 D 영역은 상기 제3 직선 슬롯의 좌측에 좌측이 개방된 제4 직선 슬롯을 더 포함하는 이중 대역 안테나.
제1항에 있어서,
상기 동축 피드는 상기 제1 영역의 상단에 인접하게 위치하고,
상기 단락핀은 상기 제4 영역의 우측에 인접하게 위치하는 이중 대역 안테나.
제1항에 있어서,
상기 유전체 기판, 상기 방사 패치, 상기 접지면 및 상기 상판의 크기는 동일한 이중 대역 안테나.
제1항에 있어서,
상기 안테나는 둘 이상의 ISM 대역에서 공진하는 이중 대역 안테나.
제1항에 있어서,
상기 유전체 기판 및 상기 상판은 Rogers ULTRALAM 재질로 형성되는 이중 대역 안테나.