KR102250964B1 - 금속 매체가 탑재된 안테나 시스템 - Google Patents

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유형석
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한양대학교 산학협력단
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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 금속 매체가 장착된 안테나는 상기 금속 매체가 장착된 안테나의 상부에 위치하며 특정 문자가 형성되어 있는 복수의 서브 금속 매체가 서로 이격되어 배치되어 있는 금속 매체, 상기 금속 매체의 하부에 위치하는 방사 패치, 상기 방사 패치의 하부에 위치하며 복수의 영역을 포함하는 복사 패치, 상기 방사 패치의 하부에 위치하는 유전체 기판 및 상기 유전체 기판의 하부에 위치하는 접지면을 포함하고, 상기 접지면은 상기 복사 패치를 접지면에 연결하는 단락핀 및 상기 복사 패치를 그라운드에 연결하는 동축 피드를 포함한다.

Description

금속 매체가 탑재된 안테나 시스템{METAMATERIAL LOADED ANTENNA SYSTEM}
본 발명은 금속 매체가 탑재된 안테나 시스템에 관한 것이다.
최근의 연구 발전은 무선 사용을 가능하게 했다. 이식 가능한 의료기기(IMD)를 제어 장치(예: 이식된 센서, 약물 주입 장치, 인공 시력 및 기관 제어)로 연결하거나 자극기(동력 자극기, 에피브릴레이터, 코클리어 이식물 및 납 없는 심박조정기)를 사용하여 환자의 라이프스타일을 개선한다.
무선으로 연결된 이식 가능한 의료기기의 주요 구성요소는 통합형이다. 양방향 통신을 용이하게 하는 이식 가능한 안테나 외부 제어 장비와 함께 이식 가능한 설계 안테나는 반드시 해야 하기 때문에 상당한 연구 관심을 끌었다.
무선으로 연결된 이식 가능한 의료기기의 주요 구성요소는 외부 제어 장비와의 양방향 통신을 용이하게 하며, 임플란트 안테나의 설계는 소형화, 생체적합성, 환자안전, 충분한 방사선효율, 원형극화(CP)의 요건을 충족해야 하기 때문에 상당한 연구 관심을 끌었다.
인간과 경쟁하기 위한 외부 환경과의 커뮤니케이션 활동과 자세 운동 내부가 잘 맞도록 하기 위해서 생체 인식 응용 프로그램에 사용되는 안테나는 최소 크기 및 볼륨으로 설계되어야 한다.
그러나 소형화는 안테나의 이득과 효율성을 떨어뜨린다. 많은 연구자들이 이러한 요건을 충족시키기 위해 다양한 안테나 설계를 제안하고 개발했다.
최근 우리는 생체 측정과 무선 전송 시스템을 위한 삼중 대역 안테나 시스템을 설계했다. 안테나의 소형화, 임피던스 매칭, 대역폭 증강은 지상면에 슬롯을 삽입하여 달성하였다.
하지만, 적은 이득 값 전파의 모든 주파수 대역을 땅 구멍으로부터 지배적인 다시 산란 방사선 때문에 바람직한 방향에서 행해졌다. 후방 산란 방사선은 마이크로 전자 공학과 통합될 때 안테나를 심각하게 차단할 수 있다.
본 발명은 915MHz 및 2450MHz에서 향상된 이득과 순환 양극화 특성을 가진 금속 매체가 탑재된 안테나 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 복사 패치와 메타 표면 사이에 추가적인 전자기를 결합한 결과 위에 금속 매체를 배치하여 AR 대역폭을 향상시킬 수 있도록 하는 금속 매체가 탑재된 안테나 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있고, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 이해될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위한 금속 매체가 장착된 안테나는 상기 금속 매체가 장착된 안테나의 상부에 위치하며 특정 문자가 형성되어 있는 복수의 서브 금속 매체가 서로 이격되어 배치되어 있는 금속 매체, 상기 금속 매체의 하부에 위치하는 방사 패치, 상기 방사 패치의 하부에 위치하며 복수의 영역을 포함하는 복사 패치, 상기 방사 패치의 하부에 위치하는 유전체 기판 및 상기 유전체 기판의 하부에 위치하는 접지면을 포함하고, 상기 접지면은 상기 복사 패치를 접지면에 연결하는 단락핀 및 상기 복사 패치를 그라운드에 연결하는 동축 피드를 포함한다.
전술한 바와 같은 본 발명에 의하면, 915MHz 및 2450MHz에서 향상된 이득과 순환 양극화 특성을 가진다는 장점이 있다.
또한 본 발명에 의하면, 복사 패치와 메타 표면 사이에 추가적인 전자기를 결합한 결과 위에 금속 매체를 배치하여 AR 대역폭을 향상시킬 수 있다는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 매체가 탑재된 안테나 시스템 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 매체가 장착된 안테나를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 매체가 탑재된 안테나 시스템에 대한 분석 설정 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 매체가 탑재된 안테나 시스템에 대한 분석 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 인체 조직마다 금속 매체가 탑재된 안테나 시스템에서 시뮬레이션 및 측정된 반사계수의 비교하기 위한 도면이다.
도 6은 금속 매체가 탑재되지 않은 시스템에서 시뮬레이션 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 매체가 탑재된 안테나 시스템의 복사 패치의 시뮬레이션된 표면 전류 분포를 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 매체가 탑재된 안테나 시스템을 위한 E-플레인 및 H-플레인에서 시뮬레이션 및 측정된 이득 패턴을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 915 MHz의 서로 다른 데이터 전송 속도에서 모의 무선 통신 링크 예산 분석 결과를 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 915MHz에서 해부학적 인체 모형에서 1g의 조직에 대한 시뮬레이션 SAR 분포를 설명하기 위한 도면이다.
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.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 매체가 탑재된 안테나 시스템 설명하기 위한 도면이다.
도 1을 참조하면, 금속 매체가 탑재된 안테나 시스템은 생체 측정 애플리케이션에서 기기의 실제 사용성을 입증하기 위해 더미 전자 구성품과 통합되어 있다. 이 장치는 동질 팬텀 내부와 실제 인간 모델의 다른 신체 조직 내에서 시뮬레이션된다.
금속 매체가 탑재된 안테나 시스템의 성능은 다진 돼지고기 근육에서 실험적으로 검증되며, 측정된 결과는 시뮬레이션 결과와 합당한 것으로 확인된다. 또한, 금속 매체가 탑재된 안테나 시스템의 링크 예산 분석은 생물-테레메트릭 애플리케이션에서의 통신 능력을 조사하기 위해 서로 다른 조직에 대해 추정된다.
이 장치에는 이식 가능한 안테나, 센서 팩, 마이크로 전자 장치 및 높이 2.1mm와 직경 6.5mm의 알칼리 배터리 2개가 들어 있다. 전자 부품과 배터리는 완벽한 전기 도체로 간주되며 센서 팩은 Roger RT/duriod 6010이다.
기기의 모든 구성 요소 9.8의 εr와 두께를 0.2mm와 생체에 적합한 세라믹 알루미나(알루미나)컨테이너에 보관되고 있다.
안테나 설계 및 분석에는 고주파 구조 시뮬레이터(HFSS) 기반의 유한 요소 방법과 XFdtd 렘콤 기반의 유한 차이 시간 영역이 사용되었다. 처음에 안테나 시스템은 치수 300 mm Х 300 mm Х 300 mm의 방사선 박스에 둘러싸인 균질 피부 박스에서 4 mm의 깊이에서 시뮬레이션되었다. 피부조직의 특성(정용도 및 전도도)은 에 사용되는 전체 밴드에 대해 주파수 의존으로 설정되었다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 매체가 장착된 안테나를 설명하기 위한 도면이다.
도 2를 참조하면, 금속 매체가 장착된 안테나의 크기는 7 mm Х 6mm Х 0.254 mm이며, 완전한 지상면을 가진 뱀 모양의 복사 패치로 구성된다. 지름이 각각 0.6 mm와 0.4 mm인 동축 공급과 단락 핀은 지면 면의 적절한 위치에 배치된다. 설계된 안테나는 기판 및 슈퍼레이트 층에 사용된다. 이하에서는 도 2(a) 내지 도 2(d)를 참조하여 금속 매체가 장착된 안테나에 대해서 보다 구체적으로 설명하기로 한다.
도 2(a)는 금속 매체가 장착된 안테나의 복사 패치를 나타내고, 도 2(b)는 지상면을 나타내고, 도 2(c)는 금속 매체가 장착된 안테나의 분해 도를 나타내고, 도 2(d)는 금속 매체가 장착된 안테나의 사이드 도를 나타낸다.
도 2(c)와 같이, 금속 매체가 장착된 안테나는 금속 매체(110), 방사 패치(120), 도 2(a)의 복사 패치(130), 유전체 기판(140) 및 도 2(b)의 접지면(150)을 포함한다.
금속 매체(110)는 금속 매체가 장착된 안테나의 가장 상부에 위치할 수 있다. 이러한 금속 매체(110)는 특정 문자가 형성되어 있는 복수의 서브 금속 매체으로 구현되며, 복수의 서브 금속 매체은 특정 간격으로 이격되어 형성될 수 있다. 예를 들어, 금속 매체(110)는 도 2(a)와 같이 복수의 서브 금속 매체은 문자 "H"가 형성될 수 있으며, 복수의 서브 금속 매체은 특정 간격으로 이격되어 형성될 수 있다.
즉, 안테나 주변의 변동 또한 안테나 이득과 AR 동작을 개선하기 위해 2 Х 2 단위 셀로 구성된 유한한 금속 매체(110)가 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나의 방사 패치(120)의 상면에 형성된다.
방사 패치(120)는 금속 매체(110) 및 복사 패치(130) 사이에 위치할 수 있으며, 도성 물질로 형성된다.
유전체 기판(140)은 방사 패치(120) 및 접지면(150) 사이에 위치한다. 이때, 유전체 기판(140)은 유전 상수(εr) 10.2, 손실 접선(탄산) 0.0035, 두께 0.127mm의 로저스 RT/듀리오드 6010을 기판층과 수퍼레이트층으로 사용한다. 이로 인해, 고전자 초특급 재료는 안테나를 디커플링한다. 손실된 환경에서 효과적인 관찰력을 안정화한다.
복사 패치(130)는 방사 패치(120) 및 유전체 기판(140) 사이에 위치한다. 이러한 복사 패치(130)는 제1 영역(130_1), 제2 영역(130_2) 및 제3 영역(130_3)을 포함한다.
제1 영역(130_1)은 둘레면 중 밑변의 우측에 있는 홀을 제외한 나머지에 미음(ㅁ) 형상의 가지가 형성되어 있고, 미음(ㅁ) 형상의 가지의 내부는 제1 서브 영역(130a), 제2 서브 영역(130b) 및 제3 서브 영역(130c)을 포함한다.
제1 서브 영역(130a)은 아무런 패턴이 존재하지 않고, 제2 서브 영역(130b)은 윗변 및 아랫변에서 특정 간격만큼 이격된 위치에 180도 회전된 디긋(
Figure 112019126128105-pat00001
)형상의 가지가 형성되어 있다.
제3 서브 영역(130c)은 왼쪽, 위쪽 및 오른쪽에 오른쪽 방향으로 90도 회전된 디긋(
Figure 112019126128105-pat00002
)을 제외한 영역에 형성된 미음(ㅁ)형상의 가지가 형성되어 있고, 제4 서브 영역(130d)은 왼쪽변 및 오른쪽변에서 특정 거리만큼 이격된 위치에 형성된 제1 가로 가지(130_aa), 제1 가지(130_aa)의 왼쪽에서부터 세로 방향으로 형성된 제1 세로 가지(130_bb), 상기 제1 세로 가지(130_bb)의 중심에서 오른쪽 방향으로 형성된 제2 가로 가지(130_cc) 및 상기 제2 가로 가지(130_cc)의 오른쪽에서 세로 방향으로 형성된 제2 세로 가지(130_dd)를 포함한다.
제2 영역(130_2)은 밑변에 형성된 제1 연결 가로 가지(130_4) 및 중심에 형성된 특정 높이의 연결 세로 가지(130_5)를 통해 제1 영역(130_1)과 연결된다. 이러한 제2 영역(130_2)은 둘레면에 미음(ㅁ) 형상의 가지가 형성되어 있고, 미음(ㅁ) 형상의 가지 내부 중심에 가로 가지가 형성되어 있다.
제3 영역(130_3)은 제2 연결 가로 가지(130_6)를 통해 제2 영역(130_2)과 연결되며, 둘레면에 복수의 요철 형상(凸)의 가지를 포함한다.
접지면(150)은 유전체 기판(140)의 하부에 위치할 수 있다. 접지면(150)에서의 전류 경로는 생체 측정 안테나의 성능에 상당한 영향을 미칠 수 있다. 접지면(150)에는 단락핀(151) 및 동축 피드(152)가 형성되어 있다. 도 2(d)와 같이 단락핀(151)은 복사 패치(130)를 접지면(150)에 연결하기 위한 것이고, 동축 피드(152)는 복사 패치(130)를 그라운드에 연결하기 위한 것이다.
금속 매체 장치 셀을 장착하는 데 추가적인 유전 슬래브가 필요하지 않으므로 바이오-텔레미터 응용에 사용되는 이식 가능한 의료기기 내부에 더 높은 수준의 컴팩트함이 보장된다. 안테나의 상세 설계 매개변수는 [표 1]에 제시되어 있다.
[표 1]
Figure 112019126128105-pat00003
실제 시나리오에서 이식 가능한 의료 기기는 안테나뿐만 아니라 센서, 회로 및 전원(배터리)과 같은 마이크로 전자 구성 요소도 포함한다. 따라서, 지정된 안테나 모형의 전자 부품들은 장치 구조를 구성하기 위해와 통합되어 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 매체가 탑재된 안테나 시스템에 대한 분석 설정 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 3을 참조하면, 금속 매체가 탑재된 안테나 시스템은 도 3(a)와 같이 렘콤의 실제 인간 모델의 두피, 심장, 위, 그리고 작고 큰 창자와 같은 다른 신체 조직 위치에 이식되었다. 시뮬레이션 결과는 안테나 시스템의 조립된 시제품에 의해 검증되었다.
제조된 금속 매체 탑재 안테나는 더미 회로와 3D 프린팅 장치로 둘러싸인 두 개의 배터리로 통합되었다. 반사 계수, AR 행동 및 이득 패턴은 도 3(b)와 같이 밀봉된 장치를 다진 돼지고기 근육에 넣어 측정했다.
한편, 자기 쌍극선원 및 전기 쌍극선원의 직접성과 광범위한 이득을 개선하기 위해 EVL(|εr| 1) 및 mu(|μr| 1) 특성을 가진 금속 매체 슈퍼레이트가 필요하다.
투과성 εr 및 투과성 μr의 접지된 금속 매체 구조가 파원에 의해 흥분되는 경우, 정규화된 측면 출력 PN(0)은 하기의 [수학식 1] 내지 [수학식 4]과 같이 표현할 수 있다.
[수학식 1]
Figure 112019126128105-pat00004
[수학식 2]
Figure 112019126128105-pat00005
[수학식 3]
Figure 112019126128105-pat00006
[수학식 4]
Figure 112019126128105-pat00007
상기의 [수학식 1] 내지 [수학식 4]는 우리가 금속 매체 구조의 상대적 투과율을 높이거나 특성 임피던스를 낮게 만든다면, 지시 방사선을 얻을 수 있으며, 이는 원하는 전파 방향에서 향상으로 이어진다. 따라서 높은 유효 투과율 값은 누출파 개념에 기초한 안테나 방향성 및 이득 향상에 적합하다.
또한, 자유 공간의 원형 극성 마이크로 스트립 안테나에 금속 매체 구조를 적용하여 안테나 이득을 개선하였다. 이러한 개선은 두 가지 요인에 기인한다.
첫째, 복사 패치(130)와 메타 표면 사이에 추가적인 전자기를 결합한 결과 위에 금속 매체(110)를 배치하여 AR 대역폭을 향상시킨다. 둘째, 금속 매체(110)는 안테나의 유효 개구부를 확대시키는 현장 분포를 개선한다.
본 연구에서는 금속 매체(110)의 단위 셀을 분석하였다. 도 4(a)와 같이 피부 팬텀의 양쪽에서 1mm 거리에 배치된 방사선 박스의 벽에 각각 완벽한 전기 및 자기 전도 경계를 두 개씩 적용하였으며, 자기 쌍극 선원의 넓은 편익을 개선하기 위해서는 EVL 속성이 있는 접지 금속 매체 슈퍼레이트가 필요하다. 여기서는 균질 피부 팬텀에서 금속 매체 장착 임플란트 안테나를 시뮬레이션했다.
유효 투과율 및 투과율과 같은 단위 셀의 특성과 유효 매체 매개변수를 크라머스-크로니그 알고리즘을 사용하여 추출했다. 도 4(b)에서 원하는 주파수 범위에서 금속 매체 슈퍼레이트의 유효 투과율 값이 매우 높으며, 20 - 30의 범위에서 차이가 있음을 알 수 있다.
따라서, 안테나의 게인 및 AR 동작을 개선하기 위해 이러한 EVL 속성을 가진 이 금속 매체(110)를 사용할 수 있다. 금속 매체가 탑재된 안테나 시스템의 복귀 손실 특성에 대한 시뮬레이션 및 측정 결과는 도 5에 나타나 있다.
도 5는 인체 조직마다 금속 매체가 탑재된 안테나 시스템에서 시뮬레이션 및 측정된 반사계수의 비교하기 위한 도면이다.
도 5를 참조하면, 금속 매체가 탑재된 안테나 시스템은 915 MHz 대역과 2450 MHz 대역으로 공명하며, 하위 및 상위 ISM 대역에서는 각각 최대 측정 임피던스 대역폭이 17.8%, 35.8%이다.
본 발명에 따른 균일한 피부 박스 및 현실적인 인간 모델의 다른 조직(스칼프, 심장, 위, 소장, 대장)안에서의 안테나 시스템을 위한 시뮬레이션 상황은 도 3(a)와 같다.
이기종 환경은 저주파 대역(915MHz)에서는 무시할 수 있는 영향을 가지고 있는 반면, 상부 대역(2450MHz)에서는 작은 이동이 일어나는데, 이는 신체 조직의 전기적 특성의 변화와 비대칭 부하 효과 때문일 수 있다.
도 6은 금속 매체가 탑재되지 않은 시스템에서 시뮬레이션 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 6을 참조하면, 시뮬레이션 및 측정된 AR과 이식 가능한 PIFA와 금속 매체가 탑재된 PIFA 사이의 이득 비교는 도 6(a)와 (b)에 예시되어 있다.
도 6(a)와 같이 해당 주파수 대역의 CP 동작 및 비적재 안테나의 시뮬레이션된 3-dB AR 대역폭은 하한 및 상부 ISM 대역 각각 15.3%, 11.8%로 관측된다. 금속 매체가 탑재된 안테나 시스템은 하부 및 상부 대역에서 각각 21.3%, 17.14%의 AR 대역폭을 나타낸다. 측정된 AR 동작은 시뮬레이션 시나리오와 밀접하게 연관되어 있다.
시뮬레이션 및 측정 이득 대 주파수 분석은 도 6(b)에 나타나 있으며, 금속 매체 구조물을 적재할 때의 이득 향상은 명확히 관찰할 수 있다. 저주파 대역과 상한 주파수 대역에서는 각각 약 2dB와 1.5dB의 이득 향상이 관찰된다. 공진 주파수에서 측정된 게인 행동에서도 유사한 게인 증가를 관찰할 수 있다.
축 거동에 관계없이 CP 메커니즘은 또한 표면 전류 분포를 분석하여 실현된다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 매체가 탑재된 안테나 시스템의 복사 패치의 시뮬레이션된 표면 전류 분포를 설명하기 위한 도면이다.
도 7을 참조하면, 4개의 다른 단계(예를 들어, 0°, 90°, 180°, 270°)에 해당하는 공명 주파수(915 및 2450 MHz)에서 금속 매체 부하 안테나의 복사 패치에 대한 시뮬레이션된 전류 분포를 나타낸다.
0°에서의 작동 주파수는 +Y 방향(상향)에서 밀도가 우세하며, 90°의 경우 위상, 지배 전류는 +X 방향(우측)에 있다. 그러나, 180°및 270°각각을 위한 지배적인 전류는 0° 및 90°와 동일한 크기이지만 반대 국면에서 발견된다. 따라서, 지배적인 전류는 시계 방향으로 회전하고 있으며, 이는 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 매체 loaded 안테나의 양극화가 좌측 원형 양극화임을 보여준다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 매체가 탑재된 안테나 시스템을 위한 E-플레인 및 H-플레인에서 시뮬레이션 및 측정된 이득 패턴을 설명하기 위한 도면이다.
도 8을 참조하면, 현실적인 인간의 두피, 심장, 위장, 그리고 작고 큰 창자, 그리고 그 작동 빈도에서 다진 돼지고기 근육에서 측정된 것이며, 이득 패턴은 E 및 H 평면에서 거의 전방향이다.
그러나 이식 가능한 안테나 시스템에 필요한 최대 전파 방향은 해부학적 모델에서 벗어나 있다. 게인 패턴은 도 3(b)와 같이 무반향 챔버로 측정되었다.
금속 매체가 탑재된 안테나 시스템의 최대 실현 이득 값은 하부 ISM 대역과 상부 ISM 대역의 각각 -17.1과 -9.81dBi로 피부 팬텀에서 관찰되었으며, 이는 최근에 발표된 삽입 가능 안테나에 비해 가장 작은 안테나 크기로 현재까지 얻은 가장 높은 이득 값이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 시스템의 통신 능력을 결정하기 위해서 링크 예산은 산출된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 임플란트 안테나 시스템은 입력 전력이 25μW인 송신기(Tx)로 간주되었고, 2dBi의 일정한 이득(Gr)을 가지는 쌍극 안테나는 Tx로부터 d 거리에 위치한 수신기로 간주되었다. 링크 예산의 계산에 사용된 추가 매개변수는 [표 2]에 제시되어 있다.
[표 2]
Figure 112019126128105-pat00008
Friis 공식은 다양한 손실을 고려하여 링크 예산을 계산하는 데 사용되었다.
도 9는 915 MHz의 서로 다른 데이터 전송 속도에서 모의 무선 통신 링크 예산 분석 결과를 설명하기 위한 도면이다. 도 10은 915MHz에서 해부학적 인체 모형에서 1g의 조직에 대한 시뮬레이션 SAR 분포를 설명하기 위한 도면이다.
도 9 및 도 10을 참조하면, 도 9(a) 및 (b)는 각각 비트 전송률이 100kbps와 1Mbps인 915MHz에서 서로 다른 신체 조직에서 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 시스템의 거리 대 여유를 보여준다. 안테나 시스템이 각각 100kbps와 1Mbps의 비트 전송률로 d > 10 및 d >= 6 m에서 성공적인 전송을 보이는 것이 관찰되었다.
따라서 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 시스템은 저속 및 고데이터 전송률 애플리케이션의 요건을 충족하며 복수의 이식 가능한 생체 의학 애플리케이션에 사용할 수 있다.
본 발명에 따른 금속 매체가 탑재된 안테나 시스템의 안전성 평가하기 위해서, SAR 분포는 두피에서 1g의 조직에 걸쳐 분포한다. 금속 매체 구조 없이 그리고 금속 매체 구조를 가진 현실적인 인간 모델의 심장 각각 도 10(a)와 (b)에 평가되고 표시되었다.
1W의 입력 전력의 경우, 최대 1g 평균 SAR은 915MHz에서 심장 조직은 405.2와 581.1로 관찰되었다. 각각 금속 매체 포함 및 미사용 W/kg. SAR 감소 그리고 금속 매체 구조를 통한 이득 향상은 안테나 시스템의 주변 조직에 변위 전류의 형성에 기인한다. 금속 매체가 장착된 안테나의 상세 성능(예: 대역폭, 이득 및 최대 허용 순 입력 전력) 그리고 XFdtd 기반 시뮬레이터 렘콤을 사용하는 다른 인체 조직에 금속 매체가 없는 것은 [표 3] 에 제시되어 있다.
[표 3]
Figure 112019126128105-pat00009
[표 3]에 따르면 금속 매체 구조물이 없는 심장에 대한 1g 순 입력전력은 2.75와 3.94mW로 IEEE 안전규정에 따라 이식 가능한 안테나에 지정된 25μW 값과 매우 거리가 멀다.
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.

Claims (4)

  1. 금속 매체가 장착된 안테나에 있어서,
    상기 금속 매체가 장착된 안테나의 상부에 위치하며 특정 문자가 형성되어 있는 복수의 서브 금속 매체가 서로 이격되어 배치되어 있는 금속 매체;
    상기 금속 매체의 하부에 위치하는 방사 패치;
    상기 방사 패치의 하부에 위치하며 복수의 영역을 포함하는 복사 패치;
    상기 방사 패치의 하부에 위치하는 유전체 기판;
    상기 유전체 기판의 하부에 위치하는 접지면을 포함하고,
    상기 접지면은 상기 복사 패치를 접지면에 연결하는 단락핀 및 상기 복사 패치를 그라운드에 연결하는 동축 피드를 포함하는 것을 특징으로 하는
    금속 매체가 장착된 안테나.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복사 패치는
    둘레면 중 밑변의 우측에 있는 홀을 제외한 나머지에 미음(ㅁ) 형상의 가지가 형성되어 있고, 미음(ㅁ) 형상의 가지의 내부에 복수의 서브 영역이 형성되어 있는 제1 영역;
    밑변에 형성된 제1 연결 가로 가지 및 중심에 형성된 특정 높이의 연결 세로 가지를 통해 상기 제1 영역과 연결되고, 둘레면에 미음(ㅁ) 형상의 가지가 형성되어 있고, 미음(ㅁ) 형상의 가지 내부 중심에 가로 가지가 형성되어 있는 제2 영역; 및
    제2 연결 가로 가지를 통해 상기 제2 영역과 연결되며 둘레면에 복수의 요철 형상(凸)의 가지를 포함하는 제3 영역을 포함하는 것을 특징으로 하는
    금속 매체가 장착된 안테나.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 복수의 서브 영역은
    제1 서브 영역;
    윗변 및 아랫변에서 특정 간격만큼 이격된 위치에 180도 회전된 디긋(
    Figure 112020105673637-pat00010
    )형상의 가지가 형성되어 있는 제2 서브 영역;
    오른쪽 방향으로 90도 회전된 디긋(
    Figure 112020105673637-pat00011
    )을 제외한 영역에 형성된 미음(ㅁ)형상의 가지가 형성되어 있는 제3 서브 영역; 및
    왼쪽변 및 오른쪽변에서 특정 거리만큼 이격된 위치에 형성된 제1 가로 가지, 상기 제1 가로 가지의 왼쪽에서부터 세로 방향으로 형성된 제1 세로 가지, 상기 제1 세로 가지의 중심에서 오른쪽 방향으로 형성된 제2 가로 가지 및 상기 제2 가로 가지의 오른쪽에서 세로 방향으로 형성된 제4 서브 영역을 포함하는 것을 특징으로 하는
    금속 매체가 장착된 안테나.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 금속 매체는
    2 Х 2 단위 셀로 구성되는 것을 특징으로 하는
    금속 매체가 장착된 안테나.
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20060111182A (ko) * 2005-04-22 2006-10-26 엘지전자 주식회사 스파이럴 안테나 및 그를 이용한 무선통신단말기
KR20120005197A (ko) * 2010-07-08 2012-01-16 동국대학교 산학협력단 무선 ｕｓｂ 동글 장치용 안테나와 이를 이용한 무선 ｕｓｂ 동글 장치
KR101687921B1 (ko) * 2015-11-20 2016-12-19 울산대학교 산학협력단 다중 밴드 안테나

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