KR102250961B1 - Dual band antenna - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 듀얼 밴드 안테나에 관한 것이다.The present invention relates to a dual band antenna.
바이오메디컬 원격측정 기술이 발전함에 따라 의료용 애플리케이션에는 소형 크기의 효율적인 기기가 필요하다. As biomedical telemetry technology advances, medical applications require compact and efficient devices.
지난 수십 년간 이식 가능한 의료기기(IMD)는 연구자들의 관심을 끌었다. 이식 가능한 의료기기는 포도당 모니터링, 캡슐 내시경, 심장 박동 조절기 및 두개내 압력(ICP) 모니터링과 같은 몇 가지 원격 환자 모니터링 애플리케이션에 사용할 수 있다. Implantable medical devices (IMDs) have attracted the attention of researchers over the past decades. Implantable medical devices can be used in several remote patient monitoring applications, such as glucose monitoring, capsule endoscopes, pacemakers, and intracranial pressure (ICP) monitoring.
양방향 무선 연결을 위해 이식 가능한 안테나가 이러한 이식 가능한 의료기기에 사용된다. 이러한 듀얼 밴드 안테나 시스템은 의사의 끝에 있는 수신 장치에 생리학적 데이터를 전송할 수 있는 능력을 가지고 있다. For two-way wireless connectivity, implantable antennas are used in these implantable medical devices. This dual-band antenna system has the ability to transmit physiological data to a receiving device at the doctor's end.
이식 가능한 안테나의 설계에는 대역폭 강화, 크기 제한, 생체 적합성, 환자 안전 및 디턴팅 현상과 같은 특정 과제가 포함된다. 연구자들은 이러한 문제들을 극복하기 위해 지속적으로 노력하고 있다.The design of an implantable antenna includes specific challenges such as bandwidth enhancement, size limitation, biocompatibility, patient safety and detenting phenomena. Researchers are constantly striving to overcome these problems.
저주파 대역(MedRadio)의 큰 크기, 좁은 대역폭, 낮은 영상 화질 및 낮은 데이터 전송률 때문에 데이터 원격측정에는 산업, 과학 및 의료(ISM) 주파수 대역이 선호된다.Industrial, scientific and medical (ISM) frequency bands are preferred for data telemetry because of the large size, narrow bandwidth, low image quality and low data rate of the low frequency band (MedRadio).
각각 915MHz와 2450MHz에서의 데이터 전송과 절전/절전 모드는 배터리 수명을 연장할 뿐만 아니라 간섭 및 보안 문제도 감소시킨다.Data transmission and sleep/sleep modes at 915MHz and 2450MHz, respectively, extend battery life as well as reduce interference and security issues.
마찬가지로, 이질적인 주변 환경으로 인한 주파수 디턴의 한계를 보완하기 위해서는 넓은 대역폭과 튜닝 매개변수를 가진 임플란트 안테나가 필요하다. Likewise, in order to compensate for the limit of frequency detonation due to the heterogeneous surrounding environment, an implant antenna having a wide bandwidth and tuning parameters is required.
높은 대역폭을 얻기 위해, 반전 F 안테나에 ð 모양의 스트립 2개를 사용하였다. 마찬가지로, 대역폭 향상을 위해 C자형 접지와 단일 패치를 결합했다. 생체적합성과 단락 방지는 장기 이식용 안테나에 특히 중요하다.To obtain high bandwidth, two ð-shaped strips were used for the inverting F antenna. Likewise, it combines a C-shaped ground with a single patch for increased bandwidth. Biocompatibility and short-circuit protection are particularly important for organ transplant antennas.
최근에는 생체측정 응용 분야에 다양한 안테나가 제안되고 있다. 종래에는 2.45 GHz에서 작동하는 이중 링 슬롯 임플란트의 사용을 보고하였다. 3dBi 이득 개선은 슈퍼레이트에 비해 메타 물질 배열을 사용함으로써 이루어졌지만, 그 안테나는 메타물질 하중에 의해 부피가 커졌다. Recently, various antennas have been proposed for biometric applications. Conventionally, the use of dual ring slot implants operating at 2.45 GHz has been reported. The 3dBi gain improvement was achieved by using the metamaterial array compared to the superrate, but the antenna was bulky by the metamaterial load.
더욱이, 본 발명의 일 실시예에 따른 듀얼 밴드 안테나 시스템은 IMD의 회로가 안테나 성능에 미치는 영향을 관찰하기 위해 어떤 시스템과 통합되지 않았다. Moreover, the dual band antenna system according to an embodiment of the present invention is not integrated with any system to observe the effect of the circuit of the IMD on the antenna performance.
이식 가능한 안테나와 통합된 스칼프 이식 시스템이 최근에 개발되었다.처음에 안테나 시스템은 200 Х 200 Х 200 mm3 치수의 균질 피부 팬텀(HSP) 내부 4 mm 깊이에서 시뮬레이션되었다. 또한 균질 피부 팬텀(HSP)에서 달성한 결과는 측정을 통해 검증되었으며 -28.5와 -22.8dBi의 게인 값은 각각 915MHz와 2.45GHz에서 얻었다.An integrated scalp implant system with an implantable antenna was recently developed; initially the antenna system was simulated at a depth of 4 mm inside a homogeneous skin phantom (HSP) measuring 200 Х 200 Х 200 mm3. In addition, the results achieved with the homogeneous skin phantom (HSP) were verified through measurements, and gain values of -28.5 and -22.8dBi were obtained at 915MHz and 2.45GHz, respectively.
그러나 안테나 용적은 크고 특정 흡수율(SAR) 값은 두 주파수 모두에서 매우 높다. 또한 측정은 전체 시스템이 아닌 조작된 안테나만 사용하여 수행되었다.However, the antenna volume is large and the specific absorption rate (SAR) value is very high at both frequencies. Also, measurements were performed using only the manipulated antenna, not the entire system.
종래에는, 2.4GHz로 작동하는 다층 헬리컬 임플란트 안테나를 제안했다. 단, 안테나 용적은 여전히 크고(ð Х (5.5)2 Х 3.18 mm3) 싱글밴드 기능을 나타낸다.Conventionally, a multilayer helical implant antenna operating at 2.4GHz has been proposed. However, the antenna volume is still large (ð Х (5.5)2 Х 3.18 mm3) and exhibits single-band functionality.
또한 2.4GHz에서 피크 이득 값은 낮다(-32dBi). 마찬가지로, 높은 데이터 전송률을 목표로 하는 이식 가능한 안테나 통신은 4개의 요소 MIMO 기술을 사용하고 전자파 밴드갭(EBG) 디커플링 구조를 통합하여 최적화된다.Also, at 2.4GHz, the peak gain value is low (-32dBi). Likewise, implantable antenna communication targeting high data rates is optimized using four element MIMO technology and incorporating an electromagnetic wave bandgap (EBG) decoupling structure.
하지만, 상기 작업의 주요 관심사는 크기(434.6mm3)이기 때문에 바이오 의료용 임플란트(biomedical implantable)에 배치하기가 어렵다. 소형화에 의해 개발된 듀얼 밴드 안테나 시스템은 트리플밴드 동작을 가진다. However, the main concern of the above operation is its size (434.6mm3), so it is difficult to place it on a biomedical implantable. The dual-band antenna system developed by miniaturization has triple-band operation.
그러나 이 종래에는 기기 수준 측정과 설계 유연성이 부족했다. 최근 928MHz와 2.45GHz로 작동하는 듀얼 밴드 꽃 모양의 이식식 안테나를 제안했다. 그러나 안테나는 구조가 복잡하며 2.45GHz에서의 이득과 대역폭은 작다. 또한, 종래에는 전적으로 설계 매개변수의 조정에 초점을 맞추고 있으며 시스템 수준에서 안테나 성능의 검증은 미흡하다.However, these priorities lacked instrument-level measurement and design flexibility. Recently, they proposed a dual-band flower-shaped implantable antenna that operates at 928MHz and 2.45GHz. However, the structure of the antenna is complex, and the gain and bandwidth at 2.45GHz are small. In addition, conventionally, the focus is entirely on the adjustment of design parameters, and verification of antenna performance at the system level is insufficient.
바이오메디컬 원격측정 기술이 발전함에 따라 의료용 애플리케이션에는 소형 크기의 효율적인 기기가 필요하다. As biomedical telemetry technology advances, medical applications require compact and efficient devices.
지난 수십 년간 이식 가능한 의료기기(IMD)는 연구자들의 관심을 끌었다. 이식 가능한 의료기기는 포도당 모니터링, 캡슐 내시경, 심장 박동 조절기 및 두개내 압력(ICP) 모니터링과 같은 몇 가지 원격 환자 모니터링 애플리케이션에 사용할 수 있다. Implantable medical devices (IMDs) have attracted the attention of researchers over the past decades. Implantable medical devices can be used in several remote patient monitoring applications, such as glucose monitoring, capsule endoscopes, pacemakers, and intracranial pressure (ICP) monitoring.
양방향 무선 연결을 위해 이식 가능한 안테나가 이러한 이식 가능한 의료기기에 사용된다. 이러한 듀얼 밴드 안테나 시스템은 의사의 끝에 있는 수신 장치에 생리학적 데이터를 전송할 수 있는 능력을 가지고 있다. For two-way wireless connectivity, implantable antennas are used in these implantable medical devices. This dual-band antenna system has the ability to transmit physiological data to a receiving device at the doctor's end.
이식 가능한 안테나의 설계에는 대역폭 강화, 크기 제한, 생체 적합성, 환자 안전 및 디턴팅 현상과 같은 특정 과제가 포함된다. 연구자들은 이러한 문제들을 극복하기 위해 지속적으로 노력하고 있다.The design of an implantable antenna includes specific challenges such as bandwidth enhancement, size limitation, biocompatibility, patient safety and detenting phenomena. Researchers are constantly striving to overcome these problems.
저주파 대역(MedRadio)의 큰 크기, 좁은 대역폭, 낮은 영상 화질 및 낮은 데이터 전송률 때문에 데이터 원격측정에는 산업, 과학 및 의료(ISM) 주파수 대역이 선호된다.Industrial, scientific and medical (ISM) frequency bands are preferred for data telemetry because of the large size, narrow bandwidth, low image quality and low data rate of the low frequency band (MedRadio).
각각 915MHz와 2450MHz에서의 데이터 전송과 절전/절전 모드는 배터리 수명을 연장할 뿐만 아니라 간섭 및 보안 문제도 감소시킨다.Data transmission and sleep/sleep modes at 915MHz and 2450MHz, respectively, extend battery life as well as reduce interference and security issues.
마찬가지로, 이질적인 주변 환경으로 인한 주파수 디턴의 한계를 보완하기 위해서는 넓은 대역폭과 튜닝 매개변수를 가진 임플란트 안테나가 필요하다. Likewise, in order to compensate for the limit of frequency detonation due to the heterogeneous surrounding environment, an implant antenna having a wide bandwidth and tuning parameters is required.
높은 대역폭을 얻기 위해, 반전 F 안테나에 ð 모양의 스트립 2개를 사용하였다. 마찬가지로, 대역폭 향상을 위해 C자형 접지와 단일 패치를 결합했다. 생체적합성과 단락 방지는 장기 이식용 안테나에 특히 중요하다.To obtain high bandwidth, two ð-shaped strips were used for the inverting F antenna. Likewise, it combines a C-shaped ground with a single patch for increased bandwidth. Biocompatibility and short-circuit protection are particularly important for organ transplant antennas.
최근에는 생체측정 응용 분야에 다양한 안테나가 제안되고 있다. 종래에는 2.45 GHz에서 작동하는 이중 링 슬롯 임플란트의 사용을 보고하였다. 3dBi 이득 개선은 슈퍼레이트에 비해 메타 물질 배열을 사용함으로써 이루어졌지만, 그 안테나는 메타물질 하중에 의해 부피가 커졌다. Recently, various antennas have been proposed for biometric applications. Conventionally, the use of dual ring slot implants operating at 2.45 GHz has been reported. The 3dBi gain improvement was achieved by using the metamaterial array compared to the superrate, but the antenna was bulky by the metamaterial load.
더욱이, 본 발명의 일 실시예에 따른 듀얼 밴드 안테나 시스템은 IMD의 회로가 안테나 성능에 미치는 영향을 관찰하기 위해 어떤 시스템과 통합되지 않았다. Moreover, the dual band antenna system according to an embodiment of the present invention is not integrated with any system to observe the effect of the circuit of the IMD on the antenna performance.
이식 가능한 안테나와 통합된 스칼프 이식 시스템이 최근에 개발되었다.처음에 안테나 시스템은 200 Х 200 Х 200 mm3 치수의 균질 피부 팬텀(HSP) 내부 4 mm 깊이에서 시뮬레이션되었다. 또한 균질 피부 팬텀(HSP)에서 달성한 결과는 측정을 통해 검증되었으며 -28.5와 -22.8dBi의 게인 값은 각각 915MHz와 2.45GHz에서 얻었다.An integrated scalp implant system with an implantable antenna was recently developed; initially the antenna system was simulated at a depth of 4 mm inside a homogeneous skin phantom (HSP) measuring 200 Х 200 Х 200 mm3. In addition, the results achieved with the homogeneous skin phantom (HSP) were verified through measurements, and gain values of -28.5 and -22.8dBi were obtained at 915MHz and 2.45GHz, respectively.
그러나 안테나 용적은 크고 특정 흡수율(SAR) 값은 두 주파수 모두에서 매우 높다. 또한 측정은 전체 시스템이 아닌 조작된 안테나만 사용하여 수행되었다.However, the antenna volume is large and the specific absorption rate (SAR) value is very high at both frequencies. Also, measurements were performed using only the manipulated antenna, not the entire system.
종래에는, 2.4GHz로 작동하는 다층 헬리컬 임플란트 안테나를 제안했다. 단, 안테나 용적은 여전히 크고(ð Х (5.5)2 Х 3.18 mm3) 싱글밴드 기능을 나타낸다.Conventionally, a multilayer helical implant antenna operating at 2.4GHz has been proposed. However, the antenna volume is still large (ð Х (5.5)2 Х 3.18 mm3) and exhibits single-band functionality.
또한 2.4GHz에서 피크 이득 값은 낮다(-32dBi). 마찬가지로, 높은 데이터 전송률을 목표로 하는 이식 가능한 안테나 통신은 4개의 요소 MIMO 기술을 사용하고 전자파 밴드갭(EBG) 디커플링 구조를 통합하여 최적화된다.Also, at 2.4GHz, the peak gain value is low (-32dBi). Likewise, implantable antenna communication targeting high data rates is optimized using four element MIMO technology and incorporating an electromagnetic wave bandgap (EBG) decoupling structure.
하지만, 상기 작업의 주요 관심사는 크기(434.6mm3)이기 때문에 바이오 의료용 임플란트(biomedical implantable)에 배치하기가 어렵다. 소형화에 의해 개발된 듀얼 밴드 안테나 시스템은 트리플밴드 동작을 가진다. However, the main concern of the above operation is its size (434.6mm3), so it is difficult to place it on a biomedical implantable. The dual-band antenna system developed by miniaturization has triple-band operation.
그러나 이 종래에는 기기 수준 측정과 설계 유연성이 부족했다. 최근 928MHz와 2.45GHz로 작동하는 듀얼 밴드 꽃 모양의 이식식 안테나를 제안했다. 그러나 안테나는 구조가 복잡하며 2.45GHz에서의 이득과 대역폭은 작다. 또한, 종래에는 전적으로 설계 매개변수의 조정에 초점을 맞추고 있으며 시스템 수준에서 안테나 성능의 검증은 미흡하다.However, these priorities lacked instrument-level measurement and design flexibility. Recently, they proposed a dual-band flower-shaped implantable antenna that operates at 928MHz and 2.45GHz. However, the structure of the antenna is complex, and the gain and bandwidth at 2.45GHz are small. In addition, conventionally, the focus is entirely on the adjustment of design parameters, and verification of antenna performance at the system level is insufficient.
이러한 목적을 달성하기 위한 듀얼 밴드 안테나은 듀얼 밴드 안테나의 가장 상부에 위치하는 상판, 상기 상판의 하부에 형성되며 둘레에 형성된 미음(ㅁ)형태의 슬롯, 중심에 형성된 육각형 모양의 슬롯 및 육각형 모양의 슬롯의 방향으로 회전된 복수의 티(T)자형 슬롯이 형성되어 있는 방사 패치, 상기 방사 패치의 하부에 형성되는 유전체 기판 및 상기 유전체 기판의 하부에 형성되며 특정 방향으로 회전된 옴(
전술한 바와 같은 본 발명에 의하면, 두개내 압력(ICP) 모니터링을 위해 이중 채널을 갖도록 한다는 장점이 있다.According to the present invention as described above, there is an advantage of having a dual channel for intracranial pressure (ICP) monitoring.
또한 본 발명에 의하면, 소형화 부피, 단순한 기하학 및 유연한 형태에 관계없이 성능이 우수하고 이중 대역 기능을 제공한다는 장점이 있다.In addition, according to the present invention, there is an advantage in that the performance is excellent and a dual band function is provided regardless of the miniaturization volume, simple geometry and flexible shape.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 듀얼 밴드 안테나 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 듀얼 밴드 안테나 시스템의 상세 아키텍처를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 듀얼 밴드 안테나 시스템의 분석 설정 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 듀얼 밴드 안테나 시스템의 분석 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 듀얼 밴드 안테나 시스템의 분석 결과를 설명하기 위한 그래프이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 듀얼 밴드 안테나 시스템의 원거리 극지 이득 패턴의 비교 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 방사능 전파의 해부학적 모델에서 본 발명의 일 실시예에 따른 듀얼 밴드 안테나 시스템 방향을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 듀얼 밴드 안테나 시스템의 복사 패치 및 접지 평면의 전류 분포를 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 듀얼 밴드 안테나 시스템의 915MHz 및 2.45GHz에서 1g SAR의 시뮬레이션 분포를 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 듀얼 밴드 안테나 시스템의 915MHz의 서로 다른 데이터 속도에 대한 링크 여유를 설명하기 위한 도면이다.1 is a diagram illustrating a dual band antenna system according to an embodiment of the present invention.
2 is a diagram illustrating a detailed architecture of a dual band antenna system according to an embodiment of the present invention.
3 is a diagram for explaining an analysis and setting process of a dual band antenna system according to an embodiment of the present invention.
4 is a diagram illustrating an analysis process of a dual band antenna system according to an embodiment of the present invention.
5 is a graph for explaining an analysis result of a dual band antenna system according to an embodiment of the present invention.
6 is a diagram for explaining comparison of a far-field polar gain pattern of a dual band antenna system according to an embodiment of the present invention.
7 is a view for explaining the direction of the dual band antenna system according to an embodiment of the present invention in the anatomical model of radioactive propagation.
8 is a diagram for explaining a current distribution in a radiation patch and a ground plane of a dual band antenna system according to an embodiment of the present invention.
9 is a view for explaining a simulation distribution of 1g SAR at 915MHz and 2.45GHz of the dual band antenna system according to an embodiment of the present invention.
10 is a diagram for explaining link margins for different data rates of 915 MHz in a dual band antenna system according to an embodiment of the present invention.
전술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되며, 이에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 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. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일 또는 유사한 구성요소를 가리키는 것으로 사용된다.The above-described objects, features, and advantages will be described later in detail with reference to the accompanying drawings, and accordingly, a person of ordinary skill in the art to which the present invention pertains will be able to easily implement the technical idea of the present invention. In describing the present invention, if it is determined that a detailed description of a known technology related to the present invention may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, a detailed description will be omitted. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the drawings, the same reference numerals are used to indicate the same or similar elements.
본 발명에서는 이중 채널을 갖는 소형화된 듀얼 밴드 안테나 시스템(915 MHz 및 2.45 GHz) 통신은 두개내 압력(ICP) 모니터링을 위해 설계되었다. 가장 작은 발자국을 가진 본 발명의 일 실시예에 따른 듀얼 밴드 안테나 시스템은 기존 이식 가능 안테나에 대한 연구와 비교했을 때 향상된 이득, 광대역 통신망 및 안전을 위한 최대 허용 전력 측면에서 우수한 성능을 보였다.In the present invention, a miniaturized dual band antenna system (915 MHz and 2.45 GHz) communication with dual channels is designed for intracranial pressure (ICP) monitoring. The dual-band antenna system according to an embodiment of the present invention having the smallest footprint showed excellent performance in terms of improved gain, broadband communication network, and maximum allowable power for safety when compared to studies on existing implantable antennas.
원하는 공명 대역(915MHz 및 2.45GHz)에서 상당한 소형화 크기와 임피던스 매칭은 라디에이터에 오픈 엔드 접지 슬롯, 쇼트 핀, 육각 및 T자형 슬롯을 추가하여 얻는다.Significant miniaturization size and impedance matching in the desired resonant bands (915MHz and 2.45GHz) is achieved by adding open-end ground slots, short pins, hex and T-slots to the radiator.
최근 보고된 일부 연구와 함께 시뮬레이터(Remcom)의 XFdtd 기반 시뮬레이션 환경의 안테나 시스템의 성능 비교는 [표 1]과 같다.[Table 1] shows the comparison of the performance of the antenna system in the simulation environment based on XFdtd of the simulator (Remcom) along with some of the recently reported studies.
[표 1][Table 1]
본 발명의 일 실시예에 따른 듀얼 밴드 안테나 시스템은 소형화 부피, 단순한 기하학 및 유연한 형태에 관계없이 성능이 우수하고 이중 대역 기능을 제공한다.The dual-band antenna system according to an embodiment of the present invention has excellent performance and provides a dual-band function regardless of a miniaturized volume, simple geometry, and flexible shape.
종래의 안테나에 비해 본 발명의 일 실시예에 따른 듀얼 밴드 안테나의 특정 흡수율(SAR) 값이 조금 더 높은 것은 본 발명의 일 실시예에 따른 듀얼 밴드 안테나의 작은 크기와 슬롯 지상면에 기인할 수 있다.The fact that the specific absorption rate (SAR) value of the dual band antenna according to the embodiment of the present invention is slightly higher than that of the conventional antenna may be due to the small size and slot ground surface of the dual band antenna according to the embodiment of the present invention. have.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 듀얼 밴드 안테나 시스템 모형의 전자 부품, 배터리, biosensors 장치 아키텍처 제시하는 것으로 구성되어 있다. 처음에 듀얼 밴드 안테나 시뮬레이션은 150 Х 150 Х 150 mm3 치수의 균질 피부 팬텀(HSP)에서 3mm 깊이에서 수행되었다. In addition, it consists of presenting an electronic component, battery, and biosensors device architecture of a dual-band antenna system model according to an embodiment of the present invention. Initially, dual-band antenna simulations were performed at a depth of 3 mm on a homogeneous skin phantom (HSP) measuring 150
시스템 수준 연구를 위해 설계한 듀얼 밴드 안테나를 두개내 압력(ICP) 장치와 통합/설치하고 균질 피부 팬텀(HSP)에서 시뮬레이션을 수행했다. 접지 슬롯의 반지름을 수정하여 극복한 장치의 금속 전자 부품 때문에 분해가 발생했다. A dual-band antenna designed for system-level studies was integrated/installed with an intracranial pressure (ICP) device and simulation was performed on a homogeneous skin phantom (HSP). Disassembly occurred due to the metal electronics of the device, which was overcome by modifying the radius of the ground slot.
이후 균질 피부 팬텀(HSP)에서 달성한 장치의 결과는 다음과 같다. 유한 차이의 시간 영역(FDTD) 기반 시뮬레이터(Remcom)에서 현실적 인체의 머리에서 추가적인 시뮬레이션을 통해 검증되었다. Subsequently, the results of the device achieved in the homogeneous skin phantom (HSP) are as follows. In a finite difference time domain (FDTD)-based simulator (Remcom), it was verified through additional simulation on the head of a realistic human body.
안전 문제를 위해 시뮬레이터(Remcom)의 이기종 환경에서도 기기의 특정 흡수율(SAR: specific absorption rate)를 인간 모델의 머리에서 조사하였다. 머리에서 달성된 피크 이득 값을 기반으로 본 발명의 일 실시예에 따른 장치의 링크 예산을 계산했다. 3D 헤드 팬텀에서 본 발명의 일 실시예에 따른 듀얼 밴드 안테나와 해당 시스템의 제작된 프로토타입의 테스트는 모의실험 결과와 측정된 결과 사이에 양호한 일치도를 보여준다.For safety reasons, the specific absorption rate (SAR) of the device was investigated in the head of a human model even in a heterogeneous environment of the simulator (Remcom). The link budget of the device according to an embodiment of the present invention was calculated based on the peak gain value achieved at the head. In a 3D head phantom, a test of a dual band antenna according to an embodiment of the present invention and a manufactured prototype of the system shows a good degree of agreement between the simulation results and the measured results.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 듀얼 밴드 안테나 시스템을 설명하기 위한 도면이다.1 is a diagram illustrating a dual band antenna system according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 듀얼 밴드 안테나의 전면, 후면 및 측면 구성은 각각 도 1(a), (b), (c)에 표시된다. 유연하고 생동감 있는 소재 로저스 ULTRAAM으로 0.1 mm의 총 두께를 기판과 수퍼레이트로 활용한다. 로저스 ULTRAAM은 각각 2.9와 0.0025의 유전 상수(εr)와 접선 상수를 가지고 있다. Referring to FIG. 1, the front, rear, and side configurations of a dual band antenna are shown in FIGS. 1(a), (b), and (c), respectively. Rogers ULTRAAM, a flexible and lively material, utilizes a total thickness of 0.1 mm as a substrate and superrate. Rogers ULTRAAM has dielectric constants (εr) and tangent constants of 2.9 and 0.0025, respectively.
본 발명의 일 실시예에 따른 듀얼 밴드 안테나는 상판(110), 도 1(a)의 방사 패치(120), 유전체 기판(130) 및 도 1(b)의 접지면(140)을 포함한다. A dual band antenna according to an embodiment of the present invention includes a
상판(110)은 듀얼 밴드 안테나의 가장 상부에 위치할 수 있다.The
도 1(a)의 방사 패치(120)는 상판(110) 및 유전체 기판(130) 사이에 형성되며, 전도성 물질로 형성된다. The
이러한 방사 패치(120)는 둘레에 형성된 미음(ㅁ)형태의 슬롯(120_1), 중심에 형성된 육각형 모양의 슬롯(120_2) 및 육각형 모양의 슬롯(120_2)의 좌측, 우측, 상측 및 하측에 형성 되며 육각형 모양의 슬롯(121_2) 방향으로 회전되어 있는 티(T)자형 슬롯(121_3, 121_4, 121_5, 121_6)이 형성되어 있다. 이러한 방사 패치(120)의 육각형 슬롯은 튜닝을 돕는다. The
즉, 육각형 모양의 슬롯(120_2)의 하측에 형성된 티(
상기의 방사 패치(120)에는 단락핀(120_7) 및 동축 피드(120_8)가 형성되어 있다. A shorting pin 120_7 and a coaxial feed 120_8 are formed on the
도 1(b)의 접지면(140)은 유전체 기판(130)의 하부에 위치할 수 있다. The
접지면(140)에는 단락핀(140_7) 및 동축 피드(140_8)가 형성되어 있다. 도 1(c)와 같이 단락핀(140_7)은 방사 패치(120)의 단락핀(120_7)를 통해 방사 패치(120)을 접지면(140)에 연결하기 위한 것이고, 동축 피드(140_8)는 방사 패치(120)의 동축 피드(120_8)을 통해 방사 패치(120)를 접지면(140)에 연결하기 위한 것이다. A shorting pin 140_7 and a coaxial feed 140_8 are formed on the
상기와 같이, 접지면(140)에 단락핀(140_7) 및 동축 피드(140_8)을 위치하여 소형화를 달성할 수 있다. 따라서, 듀얼 밴드 안테나의 총 용적은 9.8 mm3(7 mm Х 7 mm Х 0.2 mm)까지만 상당히 제한된다. 임피던스 매칭 및 튜닝에는 개방형 접지 슬롯 폭(Wc)과 반지름(Rc)이 매우 중요하다. As described above, by placing the shorting pin 140_7 and the coaxial feed 140_8 on the
초기 설계의 경우, 슬롯 폭(Wc)의 값이 260mm, 반면에 반지름(Rc)의 2.3mm이다. 두 공명 모드 모두 슬롯 폭(Wc)를 변화시켜 주파수 스펙트럼의 오른쪽과 왼쪽으로 이동할 수 있다. In the case of the initial design, the value of the slot width Wc is 260 mm, while the value of the radius Rc is 2.3 mm. Both resonance modes can be shifted to the right and left of the frequency spectrum by varying the slot width (Wc).
마찬가지로 두 작동 주파수 대역을 모두 쉽게 이동할 수 있다. 반지름(Rc)를 감소시킴으로써 스펙트럼의 더 높은 쪽을 향한다. 동축 공급 및 단락 핀의 직경은 0.6이고 각각 0.4mm이고, 지면 면의 두 상단 모서리에 위치한다.Likewise, both operating frequency bands can be easily moved. By reducing the radius (Rc) it is directed to the higher side of the spectrum. The diameter of the coaxial feed and shorting pins is 0.6 and 0.4mm each, located at the two upper corners of the ground plane.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 듀얼 밴드 안테나 시스템의 상세 아키텍처를 설명하기 위한 도면이다.2 is a diagram illustrating a detailed architecture of a dual band antenna system according to an embodiment of the present invention.
도 2를 참조하면, 두개내 압력(ICP)감시에 대한 이식형 안테나 체계를 나타낸다. 본 발명의 일 실시예에 따른 듀얼 밴드 안테나 시스템은 434.72 mm3의 작은 부피 내에 이식 가능한 안테나, 마이크로 전자 부품, 센서 팩 및 두 개의 배터리를 포함한다. 배터리에는 완벽한 전기 전도체가 사용되며, 마이크로 전자 부품과 센서 팩에는 로저스 RT/듀리오드 6010이 활용된다.2, an implantable antenna system for intracranial pressure (ICP) monitoring is shown. The dual band antenna system according to an embodiment of the present invention includes an antenna, a microelectronic component, a sensor pack, and two batteries that can be implanted within a small volume of 434.72 mm3. Complete electrical conductors are used for the battery, and Rogers RT/Duriod 6010 is used for microelectronics and sensor packs.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 듀얼 밴드 안테나 시스템의 분석 설정 과정을 설명하기 위한 도면이다. 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 듀얼 밴드 안테나 시스템의 분석 과정을 설명하기 위한 도면이다.3 is a diagram for explaining an analysis and setting process of a dual band antenna system according to an embodiment of the present invention. 4 is a diagram illustrating an analysis process of a dual band antenna system according to an embodiment of the present invention.
도 3 및 도 4를 참조하면, 조직과 직접 접촉하지 않도록 하기 위해 본 발명의 일 실시예에 따른 듀얼 밴드 안테나와 함께 모든 구성요소를 생체 적합 재료인 세라믹 알루미나(Al2O3)로 캡슐화하며 두께는 = 0.25mm, rr = 9.8이다. 균질 피부 팬텀(HSP) 및 현실적인 머리에서 3 mm의 이식 깊이를 고려한다. 3 and 4, in order not to directly contact the tissue, all components together with the dual band antenna according to an embodiment of the present invention are encapsulated with ceramic alumina (Al2O3), which is a biocompatible material, and the thickness is = 0.25. mm, rr = 9.8. Consider a homogeneous skin phantom (HSP) and an implant depth of 3 mm in realistic heads.
측정을 위해, 본 발명의 일 실시예에 따른 듀얼 밴드 안테나 시스템은 첨단 3D 인쇄 기술에 의해 제작되고 기기 포장 후에 밀봉된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 듀얼 밴드 안테나의 초기 시뮬레이션(시스템이 있거나 없는 경우) 도 3(a)와 같이 FEM 기반 시뮬레이터(HFS)를 통해 3mm 깊이에서 균질 피부 팬텀(HSP)(150 Х 150 Х 150 mm3)로 수행되었다. For measurement, the dual band antenna system according to an embodiment of the present invention is manufactured by advanced 3D printing technology and sealed after packaging the device. Initial simulation of a dual band antenna according to an embodiment of the present invention (with or without a system) Homogeneous skin phantom (HSP) (150
균질 피부 팬텀(HSP)에 할당된 전기적 특성은 종래에 사용되었는데, 피부 팬텀은 각각 915 MHz와 2.45 GHz의 주파수에서 permitivity((r) = 41.33 및 38, conductivity(σ) = 0.872 및 1.45 S/m의 값을 사용하는 것이 특징이다. 균질 피부 팬텀(HSP)에서 얻은 결과의 유효성 확인을 위해 듀얼 밴드 안테나 시스템을 실제 사람의 머리에 추가로 이식했다. The electrical properties assigned to the homogeneous skin phantom (HSP) have been conventionally used, and the skin phantoms have permitivity ((r) = 41.33 and 38, conductivity(σ) = 0.872 and 1.45 S/m at frequencies of 915 MHz and 2.45 GHz, respectively. In order to validate the results obtained from the homogeneous skin phantom (HSP), a dual-band antenna system was additionally implanted into the human head.
듀얼 밴드 안테나 시스템은 도 3(b)와 같이 시뮬레이터(Remcom)을 사용한 시뮬레이션에 대해 현실적인 인간의 머리에 이식되었다. 듀얼 밴드 안테나와 해당 시스템의 프로토타입을 제작하였고, 도 4(a) 도 4(b)에 표시된 측정 설정은 시뮬레이션된 반사계수와 방사선 패턴의 유효성 검사에 사용했다. 측정은 식염수 용액을 포함한 3D 헤드 팬텀에서 가공된 시제품을 플런핑하여 수행되었다.The dual band antenna system was implanted in a realistic human head for simulation using a simulator (Remcom) as shown in FIG. 3(b). A prototype of the dual-band antenna and the corresponding system was produced, and the measurement setup shown in Fig. 4(a) and Fig. 4(b) was used for validity check of the simulated reflection coefficient and radiation pattern. Measurements were performed by plunging the processed prototype in a 3D head phantom containing a saline solution.
원거리 데이터 통신의 경우, 케이블 손실, 안테나 불일치 및 재료 손실, 경로 손실 등 다른 유형의 손실을 고려하면서 링크 예산을 계산해야 한다. For long-distance data communications, the link budget must be calculated taking into account other types of losses, such as cable loss, antenna mismatch and material loss, and path loss.
일반적으로, 연결 여유는 일관된 통신을 위해 0-dB 이상이어야 한다. 따라서 본 발명에서는 통신 신뢰성을 확보하기 위한 0-dB 시스템 마진을 검토한다. 링크 예산은 종래에 제시된 표준 방정식을 사용하여 계산한다.In general, the connection margin should be above 0-dB for consistent communication. Therefore, in the present invention, the 0-dB system margin for securing communication reliability is examined. The link budget is calculated using the standard equation presented previously.
[표 2]는 송신기 전력(Pt), 공명 주파수(fr), 자유 공간 손실(Lf), 송신기(TX) 및 수신기(RX) 안테나 이득(각각 Gt 및 Gr), 가용 전력 및 필요한 전력(Ap 및 Rp)을 포함하는 링크 예산 계산에서 고려되는 중요한 매개변수를 보여준다.Table 2 shows the transmitter power (Pt), resonant frequency (fr), free space loss (Lf), transmitter (TX) and receiver (RX) antenna gains (Gt and Gr, respectively), available power and required power (Ap and It shows the important parameters to be considered in the calculation of the link budget including Rp).
[표 2][Table 2]
초기에 본 발명의 일 실시예에 따른 소형 유연 듀얼 밴드 안테나 시스템은 3mm 깊이에서 균질 피부 팬텀(HSP)에서 설계 및 분석되었다. 또한 듀얼 밴드 안테나 시스템은 설계된 시스템과 통합되었고 균질 피부 팬텀(HSP)에서 추가 시뮬레이션이 수행되었다. 시스템과의 통합 후, 반지름(Rc)를 2.3 mm에서 2.5 mm로 증가시켜 재회신하는 금속성 전자부품의 존재로 인해 듀얼 밴드 안테나 디턴링이 관찰되었다. Initially, a small flexible dual band antenna system according to an embodiment of the present invention was designed and analyzed in a homogeneous skin phantom (HSP) at a depth of 3mm. In addition, the dual band antenna system was integrated with the designed system and further simulations were performed on a homogeneous skin phantom (HSP). After integration with the system, dual-band antenna detoning was observed due to the presence of a metallic electronic component that returned by increasing the radius (Rc) from 2.3 mm to 2.5 mm.
이후 반지름(Rc)에서 수정 후 달성한 결과는 현실적인 인간 모델의 머리에서 시뮬레이터(Remcom)을 사용하여 검증되었다. 이때, 측정은 식염수로 채워진 3D 헤드 팬텀에서 가공된 프로토타입을 사용하여 수행되었다.Subsequently, the results achieved after correction in the radius (Rc) were verified using a simulator (Remcom) in the head of a realistic human model. At this time, the measurement was performed using a prototype processed in a 3D head phantom filled with saline.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 듀얼 밴드 안테나 시스템의 분석 결과를 설명하기 위한 그래프이다.5 is a graph for explaining an analysis result of a dual band antenna system according to an embodiment of the present invention.
도 5를 참조하면, 도 5(a)는 금속성 전자부품과 그 구성품에 의한 탈선효과 접지 슬롯 수정에 의한 복원을 나타내는 그래프이고, 도 5(b)는 다양한 환경에서 S11 비교를 시뮬레이션하고 측정한 그래프이다.Referring to FIG. 5, FIG. 5(a) is a graph showing the derailment effect due to a metallic electronic component and its components and restoration by ground slot correction, and FIG. 5(b) is a graph obtained by simulating and measuring comparison of S11 in various environments. to be.
도 5(a)는 듀얼 밴드 안테나 및 장치 내부의 금속 구성 요소 사이의 결합으로 인해 발생한 디턴팅 효과를 나타낸다. 듀얼 밴드 안테나를 장치와 통합하면 작동 주파수의 우측 이동이 발생하는 것을 관찰할 수 있다. 5(a) shows the detenting effect caused by the coupling between the dual band antenna and the metal components inside the device. Incorporating a dual-band antenna with the device can be observed to cause a right shift of the operating frequency.
이 디턴팅은 접지 슬롯의 반지름(Rc)를 수정하여 복원한다. 도 5(b)에서와 마찬가지로, 다른 실제 시뮬레이션 조건에서 듀얼 밴드 안테나의 S11은 식염수 용액에서 측정한 S11과 비교된다. This detenting is restored by modifying the radius (Rc) of the ground slot. As in Fig. 5(b), S11 of the dual band antenna under different actual simulation conditions is compared with S11 measured in a saline solution.
듀얼 밴드 안테나가 915MHz와 2.45GHz ISM 대역의 2개의 공진을 제공하는 것은 분명하다. 915MHz에서 시스템이 없는 시뮬레이션과 측정된 (염수 용액) -10dB 대역폭은 각각 107.5와 111MHz이며, 2.45GHz에서는 각각 560MHz와 570MHz이다. It is clear that the dual-band antenna provides two resonances in the 915MHz and 2.45GHz ISM bands. The simulated and measured (brine solution) -10dB bandwidths at 915MHz are 107.5 and 111MHz respectively, and at 2.45GHz they are 560MHz and 570MHz, respectively.
균질 피부 팬텀(HSP)에서 도달한 시뮬레이션 대역폭은 낮은 ISM 대역에서는 89.6 MHz로 감소했고, 높은 ISM 대역에서는 듀얼 밴드 안테나와 장치의 통합으로 인해 750 MHz로 증가하였다. 이러한 대역폭 변화는 접지 슬롯의 가장자리에서 더 높은 전류 밀도로 인해 발생하며, 이는 장치의 가까운 간격의 금속 구성 요소와 결합된다.The simulation bandwidth reached in the homogeneous skin phantom (HSP) decreased to 89.6 MHz in the low ISM band, and increased to 750 MHz in the high ISM band due to the integration of the dual-band antenna and device. This bandwidth change occurs due to the higher current density at the edge of the ground slot, which is coupled with the close-spaced metal components of the device.
헤드 모델의 듀얼 밴드 안테나 시스템의 시뮬레이션은 해부학적 헤드 모델의 비대칭 효과로 인한 상위 주파수 대역의 추가 대역폭 확장을 보여준다.Simulation of the dual-band antenna system of the head model shows the additional bandwidth extension of the upper frequency band due to the asymmetric effect of the anatomical head model.
또 다른 가능한 이유는 다양한 전기적 특성이다. 높은 공명 주파수에서 임피던스 매칭 및 대역폭 향상에 기여하는 머리의 이기종 환경의 주변 조직이고, 광범위한 임피던스 대역폭은 인체 조직의 높은 분산 특성 때문에 항상 선호된다.Another possible reason is the variety of electrical properties. It is a peripheral tissue of a heterogeneous environment of the head that contributes to impedance matching and bandwidth enhancement at high resonant frequencies, and a wide impedance bandwidth is always preferred because of the high dispersion characteristics of human tissues.
시뮬레이션 및 측정 환경에 관계없이, S11 곡선은 거의 구별할 수 없다. 그러나 서로 다른 상황에서 달성된 대역폭은 두 개의 표적 ISM 대역을 포함한다.Regardless of the simulation and measurement environment, the S11 curve is almost indistinguishable. However, the bandwidth achieved in different situations includes two target ISM bands.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 듀얼 밴드 안테나 시스템의 원거리 극지 이득 패턴의 비교 설명하기 위한 도면이다.6 is a diagram for explaining comparison of a far-field polar gain pattern of a dual band antenna system according to an embodiment of the present invention.
도 6을 참조하면, 측정된 원거리 극성 이득 패턴과 균질 피부 팬텀(HSP)와 이질적인 헤드의 시뮬레이션 패턴은 그림 6에 나타나 있다. 환경에 관계없이 패턴은 거의 구별할 수 없다. Referring to FIG. 6, the measured distant polarity gain pattern and the simulation pattern of the homogeneous skin phantom (HSP) and the heterogeneous head are shown in FIG. 6. Regardless of the environment, patterns are hardly distinguishable.
그러나, 그들의 최대값은 다음과 같다. 환경 915 MHz와 2.45 GHz의 피크 이득은 식염수 용액에 시스템이 없는 측정에서는 각각 -28.32와 -23.91 dBi로, 시스템 측정에서는 -28.57과 -23.98 dBi로 나타났다. XY와 XZ 평면의 극성 방사선 패턴은 거의 전방향과 유사하다.However, their maximum values are as follows. The peak gains of
도 7은 방사능 전파의 해부학적 모델에서 본 발명의 일 실시예에 따른 듀얼 밴드 안테나 시스템 방향을 설명하기 위한 도면이다.7 is a view for explaining the direction of the dual band antenna system according to an embodiment of the present invention in the anatomical model of radioactive propagation.
도 7을 참조하면, 도 7(a) 및 (b)는 각각 915MHz와 2.45GHz의 차체 모델에서 3D 방사선 패턴 및 해부학적 인간으로부터의 최대 전파 방향을 나타낸다. Referring to FIG. 7, FIGS. 7A and 7B show a 3D radiation pattern and an anatomically maximum propagation direction from a human in a vehicle body model of 915 MHz and 2.45 GHz, respectively.
방사선이 인체 바깥으로 향하는 것은 분명한데, 이는 이식 가능한 의료기기가 외부 장치와 통신하는 데 필수적이다. 3D 패턴은 거의 전방향이지만, 높은 작동 빈도에서 작은 악화는 해부학적 신체 모델의 비균질성과 비대칭적 효과에 기인한다. It is clear that radiation is directed outside the body, which is essential for implantable medical devices to communicate with external devices. The 3D pattern is almost omnidirectional, but at high operating frequencies the small deterioration is due to the inhomogeneity and asymmetric effects of the anatomical body model.
또한 시뮬레이션과 측정을 통해 달성된 결과(S11과 방사선 패턴) 간의 약간의 차이는 제작 공차에 기인할 수 있다. 그러나 측정 결과는 여전히 시뮬레이션 결과와 잘 일치한다. 측정 및 다른 시뮬레이션 환경에서 듀얼 밴드 안테나와 시스템의 성능은 [표 3]에 요약되어 있다.In addition, slight differences between the results achieved through simulation and measurement (S11 and radiation pattern) may be due to manufacturing tolerances. However, the measurement results still agree well with the simulation results. The performance of the dual-band antenna and system in measurement and other simulation environments is summarized in [Table 3].
[표 3][Table 3]
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 듀얼 밴드 안테나 시스템의 복사 패치 및 접지 평면의 전류 분포를 설명하기 위한 도면이다. 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 듀얼 밴드 안테나 시스템의 915MHz 및 2.45GHz에서 1g 특정 흡수율(SAR)의 시뮬레이션 분포를 설명하기 위한 도면이다. 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 듀얼 밴드 안테나 시스템의 915MHz의 서로 다른 데이터 속도에 대한 링크 여유를 설명하기 위한 도면이다.8 is a diagram for explaining a current distribution in a radiation patch and a ground plane of a dual band antenna system according to an embodiment of the present invention. 9 is a diagram for explaining a simulation distribution of a 1g specific absorption rate (SAR) at 915MHz and 2.45GHz of a dual band antenna system according to an embodiment of the present invention. 10 is a diagram for explaining link margins for different data rates of 915 MHz in a dual band antenna system according to an embodiment of the present invention.
도 8 내지 도 10을 참조하면, 915MHz와 2.45GHz에서 본 발명의 일 실시예에 따른 듀얼 밴드 안테나의 전류 분포도는 각각 도 8(a)와 (b)에 표시된다. 915MHz에서는 공급 지점에서 단락 핀으로 가는 경로를 따라 방사 패치(도 1, 120)의 상부 및 중앙 부분에서 전류 밀도가 더 높다. 8 to 10, current distribution diagrams of a dual band antenna according to an embodiment of the present invention at 915 MHz and 2.45 GHz are shown in FIGS. 8 (a) and (b), respectively. At 915 MHz, the current density is higher in the upper and central portions of the radiating patch (Fig. 1, 120) along the path from the supply point to the shorting pin.
더구나 강류는 가장자리 주변에서 감지할 수 있다. 방사 패치(도 1, 120)의 T자형 슬롯(도 1, 121_3, 121_4, 121_5, 121_6)과 저주파용 슬롯형 접지 평면 마찬가지로, 2.45 GHz에서는 전류가 주로 방사 패치(도 1, 120)의 중앙 부분과 개방된 접지 슬롯의 가장자리에 집중된다. Moreover, strong currents can be detected around the edges. Like the T-shaped slots (Figs. 1, 121_3, 121_4, 121_5, 121_6) of the radiation patch (Figs. 1, 120) and the slot-type ground plane for low frequencies, at 2.45 GHz, the current is mainly the central part of the radiation patch (Figs. 1, 120). And is concentrated on the edge of the open ground slot.
또한 두 공명 주파수의 공급 및 단락 핀(도 1, 140_7) 위치에서 상당한 전류 밀도를 확인할 수 있다. 더욱이 도 9에 나타낸 것과 같이, 특정 흡수율(SAR)는 설계한 듀얼 밴드 안테나를 현실적인 헤드에 이식하여 계산한다.In addition, a significant current density can be seen at the location of the supply and shorting pins (Fig. 1, 140_7) of the two resonant frequencies. Furthermore, as shown in Fig. 9, the specific absorption rate (SAR) is calculated by implanting the designed dual-band antenna into a realistic head.
안전성 확인 및 본 발명의 일 실시예에 따른 듀얼 밴드 안테나에 허용되는 최대 입력 전력을 결정하는데 사용하기 위해 특정 흡수율(SAR)의 분석이 필요하다. IEEE 안전 지침을 충족하기 위해, 특정 흡수율(SAR)의 값은 각각 1.6 및 2 W/kg 미만이어야 한다.Analysis of a specific absorption rate (SAR) is required to confirm safety and use it to determine the maximum input power allowed for the dual band antenna according to an embodiment of the present invention. In order to meet the IEEE safety guidelines, the value of the specific absorption rate (SAR) should be less than 1.6 and 2 W/kg, respectively.
915MHz 및 2.45GHz에서 계산된 특정 흡수율(SAR)의 값은 [표 4]에 나열되어 있다. The values of the specific absorption rate (SAR) calculated at 915MHz and 2.45GHz are listed in [Table 4].
[표 4][Table 4]
IEEE 안전 지침에 따라 입력 전력을 1W로 유지함으로써 1과 10g 표준의 경우 915MHz에서 각각 730.07과 89.70 W/kg의 특정 흡수율(SAR)의 값을 생성한다. 마찬가지로, 특정 흡수율(SAR)의 값은 1과 10 g 표준의 경우 각각 591.4와 82.7 W/kg이다.By keeping the input power at 1W in accordance with the IEEE safety guidelines, the 1 and 10g standards generate values of specific absorption rates (SARs) of 730.07 and 89.70 W/kg at 915 MHz, respectively. Likewise, the values of the specific absorption rate (SAR) are 591.4 and 82.7 W/kg for the 1 and 10 g standards, respectively.
915MHz에서 1과 10g 표준의 경우, 최대 허용 입력 전력은 각각 2.19와 22.45mW이며, 2.45GHz에서는 각각 2.71과 24.18mW이다. 이러한 값은 25μW(최대 전력 허용)보다 훨씬 크다. 따라서, 특정 흡수율(SAR)은 이 작업에서 이슈가 되지 않는다.For the 1 and 10g standards at 915MHz, the maximum allowable input power is 2.19 and 22.45mW, respectively, and 2.71 and 24.18mW at 2.45GHz, respectively. These values are much larger than 25 μW (maximum power allowed). Therefore, the specific absorption rate (SAR) is not an issue in this work.
외부 장치와의 무선 통신의 경우, 링크 예산 분석은 세 가지 다른 데이터 속도(Br)로 수행되었다. 100kbps의 속도(br)이 압력 데이터의 전송에 적합하다는 것을 보여준다.For wireless communication with external devices, link budget analysis was performed at three different data rates (Br). It shows that a speed of 100 kbps (br) is suitable for the transmission of pressure data.
입력 전력은 유럽연구위원회 규정에 따라 -46.02dBW(25μW)로 설정되었다. Gr은 2.15dBi에서 상수로 간주된다. 시뮬레이션된 링크 여유도는 도 10에 나타나 있다. 915MHz에서는 10Mbps의 데이터도 0-dB 여유로 9m 이상 통신할 수 있는 것이 분명하다. 더욱이, 원격 측정 범위는 각각 속도(br)의 증가와 감소에 따라 감소하고 증가한다는 것이 명백하다.The input power was set to -46.02dBW (25μW) according to the European Research Council regulations. Gr is considered a constant at 2.15dBi. The simulated link margin is shown in FIG. 10. At 915MHz, it is clear that 10Mbps of data can communicate over 9m with 0-dB margin. Moreover, it is clear that the telemetry range decreases and increases with increasing and decreasing speed br, respectively.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 이는 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명 사상은 아래에 기재된 특허청구범위에 의해서만 파악되어야 하고, 이의 균등 또는 등가적 변형 모두는 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.As described above, although the present invention has been described by the limited embodiments and drawings, the present invention is not limited to the above embodiments, which is, if one of ordinary skill in the field to which the present invention belongs, various modifications and Transformation is possible. Therefore, the idea of the present invention should be grasped only by the claims set forth below, and all equivalent or equivalent modifications thereof will be said to belong to the scope of the idea of the present invention.
110: 상판
120: 방사 패치
130: 유전체 기판
140: 접지면110: top plate
120: radiation patch
130: dielectric substrate
140: ground plane
Claims (4)
듀얼 밴드 안테나의 가장 상부에 위치하는 상판;
상기 상판의 하부에 형성되며 둘레에 형성된 미음(ㅁ)형태의 슬롯, 중심에 형성된 육각형 모양의 슬롯 및 상기 육각형 모양의 슬롯의 방향으로 회전된 복수의 티(T)자형 슬롯이 형성되어 있는 방사 패치;
상기 방사 패치의 하부에 형성된 유전체 기판; 및
상기 유전체 기판의 하부에 형성되어 있는 접지면을 포함하는
듀얼 밴드 안테나.
In the dual band antenna,
A top plate positioned at the top of the dual band antenna;
Radiation patch formed on the lower part of the upper plate and having a circumferentially shaped slot, a hexagonal slot formed in the center, and a plurality of T-shaped slots rotated in the direction of the hexagonal slot ;
A dielectric substrate formed under the radiation patch; And
Including a ground plane formed under the dielectric substrate
Dual band antenna.
상기 방사 패치는
상기 육각형 모양의 슬롯의 하측에 형성된 티(
듀얼 밴드 안테나.
The method of claim 1,
The radiation patch
Tee formed on the lower side of the hexagonal slot (
Dual band antenna.
상기 방사 패치 및 상기 접지면 각각은
단락핀 및 동축 패드가 각각 형성되어 있는 것을 특징으로 하는
듀얼 밴드 안테나.
The method of claim 1,
Each of the radiation patch and the ground plane
Characterized in that the shorting pin and the coaxial pad are formed respectively
Dual band antenna.
상기 접지면의 단락핀은 상기 방사 패치의 단락핀을 통해 상기 방사 패치를 상기 접지면에 연결하고,
상기 접지면의 동축 패드는 상기 방사 패치의 동축 패드를 통해 상기 방사 패치를 상기 접지면에 연결하는 것을 특징으로 하는
듀얼 밴드 안테나.The method of claim 3,
The shorting pin of the ground plane connects the radiation patch to the ground plane through the shorting pin of the radiation patch,
The coaxial pad of the ground plane is characterized in that the radiation patch is connected to the ground plane through the coaxial pad of the radiation patch.
Dual band antenna.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020190161194A KR102250961B1 (en) | 2019-12-06 | 2019-12-06 | Dual band antenna |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020190161194A KR102250961B1 (en) | 2019-12-06 | 2019-12-06 | Dual band antenna |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR102250961B1 true KR102250961B1 (en) | 2021-05-11 |
Family
ID=75914790
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020190161194A KR102250961B1 (en) | 2019-12-06 | 2019-12-06 | Dual band antenna |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR102250961B1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113889765B (en) * | 2021-10-19 | 2024-04-19 | 中国人民解放军63660部队 | Method for expanding working band lower limit of coplanar Vivaldi antenna |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20000074886A (en) * | 1999-05-27 | 2000-12-15 | 윤원석 | Broadband microstripline-fed circular slot antenna |
| KR101601599B1 (en) * | 2015-04-22 | 2016-03-08 | 한양대학교 산학협력단 | Antenna for Wearable Device |
| KR101672743B1 (en) * | 2015-08-05 | 2016-11-04 | 서울과학기술대학교 산학협력단 | Antena for dualband circular polarization and method for designing the same |
-
2019
- 2019-12-06 KR KR1020190161194A patent/KR102250961B1/en active IP Right Grant
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