KR102066466B1 - 초소형 삼중 밴드 안테나 - Google Patents

Abstract

본 발명은 삼중 밴드 안테나에 관한 것으로, 유전체 기판, 상기 유전체 기판 상부에 형성되며, 미앤더 형상의 패치를 포함하는 제1 영역, 상기 제1 영역에 연결되어 적어도 하나의 직선 슬롯을 포함하는 제2 영역 및 상기 제2 영역에 연결되며, 계단형 슬롯, 직사각 형상의 패치, 직선 슬롯 및 한 면이 개방된 ‘ㄴ’형 슬롯 중 적어도 하나를 중복하여 포함하는 제3 영역을 포함하는 방사 패치, 상기 방사 패치 상부에 형성되는 상판, 상기 유전체 기판 하부에 형성되며, 개방된 직선 슬롯을 포함하는 접지면, 상기 방사 패치와 상기 접지면 사이에 관통 형성되는 동축 피드, 상기 방사 패치와 상기 접지면 사이에 구성되는 단락핀을 포함하되, 상기 방사 패치에 형성된 슬롯의 폭은 0.4mm인 것을 특징으로 한다.

Description

초소형 삼중 밴드 안테나{MICRO TRIPLE BAND ANTENNA}

본 발명은 초소형 삼중 밴드 안테나에 관한 것으로, 보다 자세하게는 의료기기에 적용 가능한 초소형 삼중 밴드 안테나에 관한 것이다.

의료 기술 및 마이크로 전자 장치의 발전으로 인하여, 이식용 의료 기기에 대한 관심이 증가하고 있다. 이식용 의료 기기는 ICP(Intracranial Pressure, 두개내압) 및 포도당 모니터링, 심박조정기, 소형 내시경 검사기 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 인체 내부에 삽입되어야 하기 때문에 크기, 동작 주파수의 라이센싱, 생체 적합성, 안전과 관련된 성능 및 흡수율을 방해하는 생체 조직의 유전적 특성의 다양성과 같은 문제에 직면하고 있다.

소형 안테나를 사용하기 위하여 이식용 의료 기기는 생물 의학 분야에서 국제적으로 사용되는 주파수 대역인 MICS(Medical Implant Communication Service)과 공업, 과학 및 의료용으로 사용되는 주파수 대역인 ISM(Industrial, Scientific and Medical band)을 사용할 수 있다. 따라서, MICS 또는 ISM 대역 중 지원 가능한 넓은 대역 폭을 제공하는 소형화된 이식용 의료 기기의 개발이 요구되고 있다.

종래의 기술에는 하나의 주파수 대역에서 공진하는 안테나가 개시되어 있다. 그러나 단일 밴드 안테나는 다양한 주파수를 사용할 수 없어 다양한 주파수 대역에서 사용하기 어렵다는 문제가 있다.

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

또한 본 발명은 셋 이상의 주파수 대역에서 사용 가능한 안테나를 제공하는 것을 일 목적으로 한다.

또한 본 발명은 안테나와 배터리의 구조에 유동성을 부여함으로써 다양한 시나리오에서 접근 가능하게 하는 것을 일 목적으로 한다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 유전체 기판, 상기 유전체 기판 상부에 형성되며, 미앤더 형상의 패치를 포함하는 제1 영역, 상기 제1 영역에 연결되어 적어도 하나의 직선 슬롯을 포함하는 제2 영역 및 상기 제2 영역에 연결되며, 계단형 슬롯, 직사각 형상의 패치, 직선 슬롯 및 한 면이 개방된 ‘ㄴ’형 슬롯 중 적어도 하나를 중복하여 포함하는 제3 영역을 포함하는 방사 패치, 상기 방사 패치 상부에 형성되는 상판, 상기 유전체 기판 하부에 형성되며, 개방된 직선 슬롯을 포함하는 접지면, 상기 방사 패치와 상기 접지면 사이에 관통 형성되는 동축 피드, 상기 방사 패치와 상기 접지면 사이에 구성되는 단락핀을 포함하되, 상기 방사 패치에 형성된 슬롯의 폭은 0.4mm인 것을 일 특징으로 한다.

또한 상기 방사 패치는, 상기 계단형 슬롯에 연결된 직선 슬롯을 더 포함하는 것을 일 특징으로 한다.

나아가 상기 방사 패치는, 계단형 슬롯, 상기 계단형 슬롯에 연결된 직선 슬롯, 한 면이 개방된 'ㄴ'형 슬롯을 각각 하나 이상 더 포함하는 것을 일 특징으로 한다.

또한 상기 방사 패치의 슬롯의 폭은 동일한 것을 일 특징으로 한다.

나아가 상기 방사 패치의 슬롯의 폭은 동일하지 않은 것을 일 특징으로 한다.

또한 상기 동축 피드는 상기 방사 패치의 우상단에 인접한 것을 일 특징으로 한다.

나아가 상기 단락핀은 상기 방사 패치의 우측면에 인접한 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 대역 및 상기 둘 이상의 ISM 대역 사이의 주파수 대역 중 일 주파수 대역에서 공진하는 것을 일 특징으로 한다.

또한 상기 유전체 기판과 상기 상판은 Rogers 6010 재질로 형성되는 것을 일 특징으로 한다.

나아가 상기 안테나는 생체 적합성 물질인 세라믹 알루미나 재질로 형성되는 케이스로 캡슐화하는 것을 일 특징으로 한다.

또한 상기 케이스는 컨테이너 형태 또는 캡슐 형태를 갖는 것을 일 특징으로 한다.

나아가 상기 케이스 내부에는 하나 이상의 배터리 및 제어부가 더 포함되고, 상기 배터리는 상기 안테나에 전력을 공급하고, 상기 제어부는 상기 배터리의 전력 공급을 제어하고, 상기 안테나를 통해 전송되는 데이터를 관리하는 것을 일 특징으로 한다.

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

또한 본 발명은 셋 이상의 주파수 대역에서 사용 가능한 안테나를 제공할 수 있다.

또한 본 발명은 안테나와 배터리의 구조에 유동성을 부여함으로써 다양한 시나리오에서 접근 가능하게 할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 의한 안테나를 캡슐화한 이식용 의료 기기의 구성을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시 예에 의한 안테나를 캡슐화한 이식용 의료 기기의 구성을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 의한 안테나의 구조를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 의한 방사 패치를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 의한 접지면을 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 의한 방사 패치 및 접지면의 수치를 기재한 표이다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 의한 이식용 의료 기기의 성능을 검사하기 위한 환경을 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 의한 안테나의 반사 계수를 도시한 그래프이다.
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 의한 안테나와 수신기의 거리에 따른 시스템 이득을 도시한 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시 예에 의한 유전체 기판의 유전율에 따른 반사 계수를 도시한 도면이다.
도 11은 본 발명의 일 실시 예에 의한 주파수에 따른 반사 계수를 도시한 그래프이다.
도 12는 본 발명의 일 실시 예에 의한 피부 모형에 삽입된 이식용 의료 기기가 방사한 패턴을 나타낸 그래프이다.
도 13은 본 발명의 일 실시 예에 의한 특정 주파수 대역에서 발생하는 전류의 분포를 나타낸 그래프이다.
도 14는 본 발명의 일 실시 예에 의한 이식용 의료 기기의 SAR과 최대 허용 전력을 기재한 표이다.

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.

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

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 의한 안테나를 캡슐화한 이식용 의료 기기의 구성을 도시한 도면이다. 도 1의 (a)는 본 발명의 일 실시 예에 따른 이식용 의료 기기의 사시도, 도 1의 (b)는 배면도, 도 1의 (c)는 상세 구성도를 도시하고 있다.

도 2는 본 발명의 다른 실시 예에 의한 안테나를 캡슐화한 이식용 의료 기기의 구성을 도시한 도면이다. 도 2의 (a)는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 이식용 의료 기기의 사시도, 도 2의 (b)는 배면도, 도 2의 (c)는 상세 구성도를 도시하고 있다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 이식용 의료 기기는 경우에 따라 다양한 형태를 가질 수 있다. 도 1에 도시된 이식용 의료 기기는 안테나와 기타 장치가 나란히 구성된 플랫 형상으로, 두피와 같은 피부에 근접하게 삽입될 경우에 사용될 수 있으며 425.6mm^3(14mm*8mm*3.8mm)의 부피를 가질 수 있다. 나아가 도 2에 도시된 이식용 의료 기기는 안테나와 기타 장치가 적층되어 구성된 캡슐 형상으로, 심장, 위장 등 내부 장기 깊이 삽입될 경우에 사용될 수 있으며 647mm^3(지름9.2mm, 높이16mm)의 부피를 가질 수 있다. 도 1 및 도 2에서 확인한 바와 같이, 이식용 의료 기기에서 배터리의 위치는 기기의 크기에 영향을 미칠 수 있다.

도 2의 이식용 의료 기기는 도 1의 이식용 의료 기기가 포함하는 모든 장치를 포함하고, 추가로 LED 모듈(45)을 포함할 수 있다. LED 모듈(45)은 장기 내부로 삽입된 캡슐 형상의 이식용 의료 기기가 보다 수월하게 데이터를 수집할 수 있도록 빛을 조사할 수 있다.

도 1의 이식용 의료 기기와 도 2의 이식용 의료 기기는 내부에 포함된 각 장치의 위치만 상이할 뿐 LED 모듈(45)을 제외한 장치의 구성은 동일하다. 또한 두 이식용 의료 기기는 전송 범위, 방사 패턴, 반사 계수 및 피크 이득에 있어서 서로 유사한 성능을 가질 수 있다.

이하에서는 이식용 의료 기기의 구성을 설명하기 위하여 도 1의 플랫 형상의 이식용 의료 기기를 예시로 하나, 이하에서 서술되는 플랫 형상의 이식용 의료 기기에 대한 설명은 캡슐 형상의 이식용 의료 기기에도 적용될 수 있다.

이식용 의료 기기는 컨테이너(10), 안테나(20), 센서부(30), 제어부(40) 그리고 배터리(50)를 포함할 수 있다.

컨테이너(10)는 안테나(20), 센서부(30), 제어부(40) 그리고 배터리(50)를 캡슐화 하여 인체 조직과의 직접적인 접촉을 방지할 수 있도록 하기 위한 것이다. 컨테이너(10)는 인체 조직과 직접적으로 접촉되기 때문에 생체 적합성 물질로 구성될 수 있다.

안테나(20)는 이식용 의료 기기가 외부와 통신 가능하게 신호를 송수신하는 장치로, 체내 삽입 가능한 안테나일 수 있다. 안테나(20)는 의료용 기기를 사용할 수 있는 ISM 대역의 주파수 및 ISM 대역 사이의 주파수 대역 중 일 주파수 대역를 사용할 수 있다. 도 3을 참조하면, 안테나(20)는 상판(100), 유전체 기판(120), 방사 패치(110), 접지면(130), 동축 피드(80) 그리고 단락핀(90)을 포함할 수 있다. 안테나(20)는 21mm^3(7mm*6mm*0.5mm)의 부피를 가지며, 안테나(20)를 구성하는 상판(100), 유전체 기판(120), 방사 패치(110) 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. 생체 적합성 물질에는 알루미나, 지르코니아, 스테인리스강, PMMA, Carbon-Ti 등이 있다. 본 명세서에서는 안테나를 구성하는 부품에 사용되는 생체 적합성 물질은 유전율이 9.8이고 약 0.25mm의 두께를 갖는 알루미나인 것으로 설명하나 이에 한정되는 것은 아니다.

상판(100)은 안테나의 가장 상부에 위치할 수 있다. 상판(100) 및 유전체 기판(120)은 유전율이 10.2, 유전체 손실이 0.0023 그리고 높이가 0.25mm인 Rogers 6010 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 개방 직선 슬롯 및 폐쇄 직선 슬롯을 하나 이상 포함할 수 있다. 보다 구체적으로, 방사 패치(110)는 계단형 슬롯, 계단형 슬롯에 연결된 직선 슬롯, 한 면이 개방된 'ㄴ'형 슬롯을 각각 하나 이상 포함할 수 있다.

보다 용이한 설명을 위해 방사 패치(110)를 3개의 영역으로 나누어 설명한다. 도 4를 참조하면, 방사 패치(110)의 가장 하단인 제1 영역(410)은 미앤더 형상을 가질 수 있다. 제1 영역(410)의 미앤더(meander) 형상을 갖는 패치는 동일한 너비를 가지며, 미앤더 형상의 패치로 인해 형성되는 슬롯의 폭도 모두 동일할 수 있다.

방사 패치(110)에서 제1 영역(410)과 연결된 제2 영역(420)은 폐쇄 직선 슬롯과 개방 직선 슬롯을 각각 하나 이상 포함할 수 있다. 보다 구체적으로 제2 영역(420)은 3개의 폐쇄 직선 슬롯과 1개의 개방 직선 슬롯을 포함할 수 있다. 폐쇄 직선 슬롯과 개방 직선 슬롯의 개수는 위와 같이 한정되지 않고 경우에 따라 변경될 수 있다. 제2 영역(420)에 포함된 패치의 너비는 모두 동일하지 않을 수 있다. 제2 영역(420)에 포함된 일 폐쇄 직선 슬롯과 일 개방 직선 슬롯 사이의 패치의 너비는 타 영역에 포함된 패치의 너비와 상이할 수 있다.

방사 패치(110)에서 제2 영역(420)과 연결된 제3 영역(430)은 계단형 슬롯, 계단형 슬롯에 연결된 직선 슬롯, 한 면이 개방된 'ㄴ'형 슬롯, 직사각 형상의 패치를 각각 하나 이상 포함할 수 있다. 또한 제3 영역(430)은 방사 패치(110)의 끝부분을 포함하고 있다. 방사 패치(110)의 끝부분인 돌출된 패치의 길이는 주파수의 공진 범위에 영향을 미칠 수 있다.

방사 패치(110)는 각 패치의 길이를 조절하기 위하여 0.4mm의 슬롯을 포함할 수 있으나 이에 한정되지 않고 환경 및 패치의 위치 등에 따라 다르게 설계될 수 있다.

접지면(130)은 유전체 기판(120) 하부에 위치하고, 개방 직선 슬롯을 포함할 수 있다. 접지면(130)에 포함된 개방 직선 슬롯은 안테나의 이득을 향상시킬 수 있다. 접지면(130)은 도 5와 같이 형성될 수 있다.

방사 패치(110) 및 접지면(130)의 자세한 크기는 도 6과 같으나, 안테나(20)가 데이터를 송수신함에 있어서 보다 정확한 통신을 수행하기 위하여 신호의 강도, 이득 및 잡음 지수 등을 연산하여 각 수치가 최적화 되도록 제어될 수 있다.

동축 피드(80)는 안테나의 우상단에 위치하고, 방사 패치(110)의 하부면부터 접지면(130)을 수직으로 관통하도록 형성될 수 있다. 동축 피드(80)는 0.6mm의 지름을 가질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 동축 피드(80)는 안테나에 전력을 공급하는 데 사용될 수 있다.

단락핀(90)은 안테나의 우측에 위치하고, 일단이 방사 패치(110)의 하부면에 연결되고, 타단이 접지면(130)의 상단면에 연결되도록 형성될 수 있다. 단락핀(90)은 0.4mm의 지름을 가질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 단락핀(90)은 전파를 수신하는 역할을 수행하기 때문에 안테나가 수신하지 못하는 저주파의 신호를 수신할 수 있다. 또한 단락핀(90)은 접지면(130)과 유사한 기능을 수행할 수 있다. 따라서 단락핀(90)을 통해 안테나의 전기적 크기와 주파수 대역폭을 향상시킬 수 있다.

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

동축 피드(80) 및 단락핀(90)의 위치는 안테나의 공진 주파수 및 성능을 제어하기 위해 상이한 곳으로 조절될 수 있다.

안테나(20)는 ISM 대역 중 902~928MHz 및 2400~2483.5MHz의 주파수 대역과 두 ISM 대역 사이의 주파수 대역 중 일 주파수 대역인 1824~1980MHz의 주파수 대역에서 공진할 수 있다. 보다 구체적으로, 이식용 의료 기기의 제어부(40)는 902~920MHz의 주파수 대역에서 데이터를 전송하고, 2400~2483.5MHz의 주파수 대역에서는 이식용 의료 기기를 수면 상태 또는 동작 상태로 동작하게 하고, 1824~1980MHz의 주파수 대역에서 무선 전력을 전송할 수 있다. 안테나(20)는 이식용 의료 기기가 수면 상태이면, 2400~2483.5MHz의 대역에서 동작 신호가 수신되기 전까지 데이터를 전송하지 않을 수 있다.

이와 같이 주파수 대역에 따라 이식용 의료 기기의 동작 상태를 제어함으로써, 이식용 의료 기기 및 배터리에 저장된 전력을 효율적으로 사용할 수 있어 이식용 의료 기기의 수명을 연장시킬 수 있다.

센서부(30)는 인체에 대한 각종 정보를 수집하는 하나 이상의 센서를 포함할 수 있다. 예를 들어, 센서부(30)는 인체 내부의 영양, pH, 온도, 압력 또는 전기적 임피던스 중 어느 하나를 수집할 수 있다.

제어부(40)는 배터리(50)의 전력 공급을 제어하고, 안테나(20)를 통해 전송되는 데이터를 관리할 수 있다. 보다 구체적으로 제어부(40)는 전기적인 회로로 구현되어 있으며, 안테나(20)를 통해 센서부(30)로부터 검출된 정보를 외부의 수신기(미도시)로 전송할 수 있다.

배터리(50)는 안테나(20)에 전력을 공급할 수 있다. 배터리는 전기 저항이 0인 완벽한 전기 전도체로 구성되어 있으며, 직경 약 4.8mm 및 높이 약 1.6mm인 337 타입을 사용할 수 있다. 본 발명의 이식용 의료 기기는 두 개의 배터리를 사용할 수 있다. 그러나 배터리의 크기 및 수는 이에 한정되지 않는다.

이하에서는 도 7 내지 도 14를 참조하여 본 발명의 일 실시 예에 의한 이식용 의료 기기의 시뮬레이션 결과를 설명한다.

도 7은 본 발명의 일 실시 예에 의한 이식용 의료 기기의 성능을 검사하기 위한 환경을 나타내는 도면이다. 유한 요소법(FEM, Finite Element Method)과 유한차분 시간영역법(FDTD, Finite Difference Time Domain Method)을 이용하여 본 발명의 일 실시 예에 따른 이식용 의료 기기의 성능을 검사할 수 있다. 이식용 의료 기기는 두피, 심장, 대장 및 위 등의 다양한 조직에 약 4.5mm 깊이로 삽입되었다.

도 8을 참조하면, 인체 조직과 유사한 조직 특성을 위해 사용되는 염분 용액 내에서 ASTM(Aemerican Society for Testing and Materials Model)의 주파수에 따른 반사 계수의 측정 결과 값을 분석하면, 안테나가 약 915MHz, 1900MHz 및 2450MHz의 주파수에서 공진하고 있음을 확인할 수 있다.

도 9는 본 발명의 일 실시 예에 의한 안테나와 수신기의 거리에 따른 시스템 이득(마진, margin)을 도시한 그래프이다. 도 9의 (a)를 참조하면, 입력 전력이 20mW이고 안정적인 통신을 수행할 수 있는 시스템 이득을 30mB로 가정하였을 때, 140mbps의 비트 전송률로 최소 13.5m까지 통신이 가능하다는 것을 확인할 수 있다.

나아가 도 9의 (b)를 참조하면, 입력 전력이 20mW이고 시스템 이득이 30mB이고 비트 전송률이 78Mbps라고 가정하였을 때, 915MHz, 1900MHz 및 2450MHz에서 각각 최대 18m, 14m 및 13m까지 통신이 가능하다는 것을 확인할 수 있다.

도 10는 본 발명의 일 실시 예에 의한 유전체 기판의 유전율에 따른 반사 계수를 도시한 그래프이다. 유전체 기판은 종류마다 서로 다른 높이와 유전율을 가질 수 있기 때문에 파라메트릭 분석을 통하여 유전체 기판을 선택할 수 있다. 유전체 기판의 높이와 유전율은 유전체 기판의 성능에 영향을 미칠 수 있다.

도 10의 (a)를 참조하면, 유전체 기판의 유전율이 클수록 안테나가 공진하는 주파수 대역이 보다 낮아질 수 있다. 도 10의 (a)에서 유전체 기판이 10.2의 유전율을 가질 때, 안테나가 약 915MHz, 1900MHz 및 2450MHz의 주파수에서 공진한다는 것을 확인할 수 있다.

도 10의 (b)를 참조하면, 유전체 기판의 높이가 클수록 안테나가 공진하는 주파수 대역의 폭이 넓어지고 반사 손실이 증가할 수 있다. 도 10의 (b)에서 유전체 기판이 0.25mm의 높이를 가질 때 약 915MHz, 1900MHz 및 2450MHz의 주파수를 충분히 포함할 수 있고 안테나의 방사 효율이 극대화될 수 있다.

도 11은 본 발명의 일 실시 예에 의한 주파수에 따른 반사 계수를 도시한 그래프이다. 도 11을 참조하면, 이식용 의료 기기는 870~950MHz의 대역에서 최대 임피던스 대역폭(-10dB), 2320~2500MHz의 대역폭, 1825~1980MHz의 대역폭에서 동작할 수 있다. 870~950MHz와 2320~2500MHz는 각각 902~928MHz와 2400~2483.5MHz의 ISM 대역을 포함할 수 있다.

도 12는 4.5mm의 깊이로 인간의 머리, 소장 및 심장을 가진 균일한 피부 모형에 삽입된 이식용 의료 기기가 방사한 패턴을 나타낸 그래프이다. 도 12를 참조하면, 이식용 의료 기기는 915MHz, 1900MHz 및 2450MHz에서 26.4dBi, -23dBi 및 -20.47dBi의 이득을 가질 수 있다.

도 13은 특정 주파수 대역에서 발생하는 전류의 분포를 나타낸 그래프이다. 전류의 분포는 도체 중 전류선의 분포를 나타낼 수 있다. 도 13의 (a)는 공진 주파수 915MHz의 전류 분포를 나타낸 것으로, 전류가 패치의 좌측에서 우측으로 흐르고, 915MHz의 주파수에서 안테나가 반파장을 갖는 것을 확인할 수 있다. 도 13의 (b)는 공진 주파수 1900MHz의 전류 분포를 나타낸 것으로, 동축 피드와 반대 방향으로 전류가 흐르고, 1900MHz의 주파수에서 안테나가 1/4파장을 갖는 것을 확인할 수 있다. 도 13의 (c)는 공진 주파수 2450MHz의 전류 분포를 나타낸 것으로, 공진 주파수 1900MHz의 전류 분포와 유사한 형태를 가지는 것을 확인할 수 있다. 이는 1900MHz 주파수가 인체 조직과 유사한 특성을 갖기 때문이다.

본 발명의 일 실시 예에 의한 이식용 의료 기기는 안정성 우려에 따라 IEEE C95.1-1999, IEEE C-95-2005 표준 및 ICNIRP(국제 비이온화 방사 보호 위원회, International Commission on Non-Ionizing Radiation Protection) 지침에 따라 SAR(흡수율, Specific Absorption Rate) 및 최대 허용 전력을 산정할 수 있다. 산정된 SAR는 1g 및 10g의 기준에서 평균적으로 약 1.6W/kg 및 2W/kg이다. 보다 구체적으로 이식용 의료 기기의 SAR과 최대 허용 전력은 도 14를 참고할 수 있다. 도 14를 참조하면, 입력 전압을 1W라고 제한하면 1g-SAR인 1.6W/kg에 도달하기 위한 최대 출력이 4.20~4.52mW임을 확인할 수 있고 10g-SAR인 2W/kg에 도달하기 위한 최대 출력이 49.49~52.38mW임을 확인할 수 있다. 위의 두 값은 SAR 규정을 모두 만족한다.

본 발명의 일 실시 예에 의한 이식용 의료 기기는 두피, 심장, 결장, 대장 및 위 등의 다양한 조직에 다양한 필요에 의해서 이식될 수 있다.

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 (12)

1. 유전체 기판;
   상기 유전체 기판 상부에 형성되며, 미앤더 형상의 패치를 포함하는 제1 영역, 상기 제1 영역에 연결되어 적어도 하나의 직선 슬롯을 포함하는 제2 영역 및 상기 제2 영역에 연결되며, 계단형 슬롯, 직사각 형상의 패치, 직선 슬롯 및 한 면이 개방된 ‘ㄴ’형 슬롯 중 적어도 하나를 중복하여 포함하는 제3 영역을 포함하는 방사 패치;
   상기 방사 패치 상부에 형성되는 상판;
   상기 유전체 기판 하부에 형성되며, 개방된 직선 슬롯을 포함하는 접지면;
   상기 방사 패치와 상기 접지면 사이에 관통 형성되는 동축 피드;
   상기 방사 패치와 상기 접지면 사이에 구성되는 단락핀을 포함하되,
   상기 방사 패치에 형성된 슬롯의 폭은 0.4mm인 삼중 밴드 안테나.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 방사 패치는,
   상기 계단형 슬롯에 연결된 직선 슬롯을 더 포함하는 삼중 밴드 안테나.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 방사 패치의 슬롯의 폭은 동일한 삼중 밴드 안테나.
   
4. 제1항에 있어서,
   상기 방사 패치의 슬롯의 폭은 동일하지 않은 삼중 밴드 안테나.
   
5. 제1항에 있어서,
   상기 동축 피드는 상기 방사 패치의 우상단에 인접한 삼중 밴드 안테나.
   
6. 제1항에 있어서,
   상기 단락핀은 상기 방사 패치의 우측면에 인접한 삼중 밴드 안테나.
   
7. 제1항에 있어서,
   상기 유전체 기판, 상기 방사 패치, 상기 접지면 및 상기 상판의 크기는 동일한 삼중 밴드 안테나.
   
8. 제1항에 있어서,
   상기 안테나는 둘 이상의 ISM 대역 및 상기 둘 이상의 ISM 대역 사이의 주파수 대역 중 일 주파수 대역에서 공진하는 삼중 밴드 안테나.
   
9. 제1항에 있어서,
   상기 유전체 기판 및 상기 상판은 Rogers 6010 재질로 형성되는 삼중 밴드 안테나.
   
10. 제1항에 있어서,
    상기 안테나는 생체 적합성 물질인 세라믹 알루미나 재질로 형성되는 케이스로 캡슐화 되는 삼중 밴드 안테나.
    
11. 제10항에 있어서,
    상기 케이스는 컨테이너 형태 또는 캡슐 형태를 갖는 삼중 밴드 안테나.
    
12. 제10항에 있어서,
    상기 케이스 내부에는 하나 이상의 배터리 및 제어부가 더 포함되고,
    상기 배터리는 상기 안테나에 전력을 공급하고,
    상기 제어부는 상기 배터리의 전력 공급을 제어하고, 상기 안테나를 통해 전송되는 데이터를 관리하는 삼중 밴드 안테나.
    

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