KR102337891B1 - 생체 측정기 내부 압력 모니터링 장치로 무선 전원을 전송하는 시스템 - Google Patents

생체 측정기 내부 압력 모니터링 장치로 무선 전원을 전송하는 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 생체 측정기 내부 압력 모니터링 장치로 무선 전원을 전송하는 시스템은 파워 앰프에 의해 증폭되는 주파수 신호를 생성하고, 복수의 코일을 통해 주파수 신호를 RF 에너지로 변환하여 제공하는 무선 충전 장치 및 사용자의 머리 내부에 부착되며, 상기 무선 충전 장치와 특정 거리만큼 이격된 상태에서 동축 케이블을 통해 정류기 회로에 연결되며 생체 측정 안테나를 통해 상기 RF 에너지를 수신하고, 복수의 센서를 통해 뇌내 압력을 측정하는 생체 측정기 내부 압력 모니터링 장치를 포함한다.

Description

생체 측정기 내부 압력 모니터링 장치로 무선 전원을 전송하는 시스템{Radiative Near-Field Wireless Power Transfer to Biotelemetric Intracranial Pressure Monitoring Device}
본 발명은 생체 측정기 내부 압력 모니터링 장치로 무선 전원을 전송하는 시스템에 관한 것이다.
의료 기술의 발전과 함께 효율적으로 생체 측정기 내부 압력 모니터링 장치를 개발할 필요가 있다. 이러한 의료 기기는 동시 데이터-테레미터 통신 및 무선 주파수(RF) 전원 수신을 위한 효율적인 이식 시 생체 측정 안테나를 필요로 한다.
이식 가능한 생체 측정 안테나의 개발은 크기 제한, 생체 적합성, 환자 안전 및 조직 결합을 포함한 특정 문제로 인해 어려운 작업이며, 생체 측정기 내부 압력 모니터링 장치에 대한 전력 공급은 또 다른 중요한 문제이다.
생체 측정기 내부 압력 모니터링 장치의 수명을 연장하려면 무선 전원 전송(WPT)이 적합한 메커니즘으로, 케이블과 배터리의 필요성을 제거해야 한다. 일반적으로 무선 전원 전송(WPT) 기법은 근거리 유도 전송과 원거리 복사 전송의 두 가지 접근 방식으로 구성된다.
이전 기법에서 두 개의 공명 코일(즉, 1차 코일과 2차 코일)이 서로 닫혀 있으며, 낮은 주파수에서 이식 가능한 의료 기기로 동력을 전달한다. 그러나 이 기법은 두 코일의 감도 및 정렬 불량, 소형 커플링 계수, 저품질 요인 Q로 인해 상대적으로 낮은 동력 전달 효율(Power Transfer Efficiency)을 제공한다. 이와는 대조적으로, 근거리 무선 전원 전송(WPT) 기법은 이식 가능한 의료 기기의 직사각형을 사용하여 RF 에너지를 DC 에너지로 변환한다.
근거리 무선 전원 전송(WPT) 기법과는 달리, 이 기술은 장거리에 배치된 송신기(Tx)와 수신기(Rx) 사이의 오정렬에 덜 민감하다. 단, 근거리 무선 전원 전송(WPT)에 비해 낮은 동력 전달 효율(Power Transfer Efficiency)을 제공한다는 단점이 있다.
본 발명은 동축 피드 및 단락핀을 이용하여 생체 측정 안테나의 크기를 보다 축소시킬 수 있도록 하는 생체 측정기 내부 압력 모니터링 장치로 무선 전원을 전송하는 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 코일의 두 개의 단락 핀을 통해 무선 충전 장치는 전류가 흐르는 동축 공급 포트를 통해 들뜬 상태에서 공명할 수 있도록 하는 생체 측정기 내부 압력 모니터링 장치로 무선 전원을 전송하는 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 생체 측정 안테나의 상판이 슬롯과 통합된 슬롯형 지상면으로 구현되기 때문에 생체 측정 안테나 크기의 추가 감소를 달성할 수 있도록 하는 생체 측정기 내부 압력 모니터링 장치로 무선 전원을 전송하는 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 생체 측정기 내부 압력 모니터링 장치로 무선 전원을 전송하는 시스템은 파워 앰프에 의해 증폭되는 주파수 신호를 생성하고, 복수의 코일을 통해 주파수 신호를 RF 에너지로 변환하여 제공하는 무선 충전 장치 및 사용자의 머리 내부에 부착되며, 상기 무선 충전 장치와 특정 거리만큼 이격된 상태에서 동축 케이블을 통해 정류기 회로에 연결되며 생체 측정 안테나를 통해 상기 RF 에너지를 수신하고, 복수의 센서를 통해 뇌내 압력을 측정하는 생체 측정기 내부 압력 모니터링 장치를 포함한다.
전술한 바와 같은 본 발명에 의하면, 동축 피드 및 단락핀을 이용하여 생체 측정 안테나의 크기를 보다 축소시킬 수 있다는 장점이 있다.
또한 본 발명에 의하면, 코일의 두 개의 단락 핀을 통해 무선 충전 장치는 전류가 흐르는 동축 공급 포트를 통해 들뜬 상태에서 공명할 수 있다는 장점이 있다.
또한 본 발명에 의하면, 생체 측정 안테나의 상판이 슬롯과 통합된 슬롯형 지상면으로 구현되기 때문에 생체 측정 안테나 크기의 추가 감소를 달성할 수 있다는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 생체 측정기 내부 압력 모니터링 장치로 무선 전원을 전송하는 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 생체 측정기 내부 압력 모니터링 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 생체 측정 안테나를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 충전 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 생체 측정기 내부 압력 모니터링 장치로 무선 전원을 전송하는 시스템의 시뮬레이션 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 정류기의 전력 변환 효율 및 출력 전압을 나타내는 그래프이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나의 측정 및 시뮬레이션된 반사 계수를 나타내는 그래프이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 충전 장치의 코일의 반사 계수를 설명하기 위한 그래프이다.
도 9은 생체 측정기 내부 압력 모니터링 장치 및 무선 충전 장치 사이의 거리의 시뮬레이션된 전송 계수를 나타내는 그래프이다.
도 10은 생체 측정기 내부 압력 모니터링 장치 및 무선 충전 장치 사이의 거리의 측정된 전송 계수를 나타내는 그래프이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전원 전송 시스템의 성능을 입증하기 위한 실험 설정을 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 생체 측정기 내부 압력 모니터링 장치로 무선 전원을 전송하는 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 1을 참조하면, 생체 측정기 내부 압력 모니터링 장치로 무선 전원을 전송하는 시스템은 생체 측정기 내부 압력 모니터링 장치(100) 및 무선 충전 장치(200)를 포함한다.
생체 측정기 내부 압력 모니터링 장치(100)는 사용자의 머리 내부에 부착되어 사용자의 두개내압을 감시한다.
이를 위해, 생체 측정기 내부 압력 모니터링 장치(100)는 RF 에너지를 캡처하기 위해 나선 코일이 아닌 생체 측정 안테나(104)와 통합된다. 이와 같은 이유는, 상승된 두개내압의 효율적인 감지, 감시, 치료는 환자의 생명을 구하기 위해서이다.
따라서, 생체 측정기 내부 압력 모니터링 장치(100)는 배터리 구동 마이크로 전자 기계식 시스템 압력 센서를 통해 두개내압의 변화를 모니터링하고 센서 데이터를 2.45GHz에서 외부 컨트롤러로 무선 전송하도록 설계되었다.
이러한 생체 측정기 내부 압력 모니터링 장치(100)는 이하의 도 2를 참조하여 설명하기로 한다.
무선 충전 장치(200)는 파워 앰프에 의해 증폭되는 주파수 신호를 생성하고, 복수의 코일을 통해 주파수 신호를 RF 에너지로 변환하여 제공한다.
이러한 무선 충전 장치(200)는 둘레면을 따라 형성되는 제1 코일 및 상기 제1 코일로부터 특정 간격만큼 이격되어 둘레면을 따라 형성되는 제2 코일을 포함하고, 상기 제1 코일 및 제2 코일 각각은 한쪽끝이 대각선 줄무늬를 통해 연결되며, 상기 대각선 줄무늬를 통해 안쪽 턴의 끝 및 바깥쪽 턴의 끝은 열려진 상태를 유지한다. 이러한 무선 충전 장치(200)는 이하의 도 4를 참조하여 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 생체 측정기 내부 압력 모니터링 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 2를 참조하면, 생체 측정기 내부 압력 모니터링 장치(100)는 생체 적합 컨테이너(101), 정류 회로(102), 스티로폼 스페이서(103), 생체 측정 안테나(104)를 포함한다.
생체 측정기 내부 압력 모니터링 장치(100)는 생체 적합 컨테이너(101)로 설계된다. 이때, 생체 적합 컨테이너(101)는 치수 8.9 mm × 6.9 mm × 4.5 mm 및 두께 0.25 mm이다.
정류 회로(102)는 스티로폼 스페이서(103)의 하측에 위치하며, 회로에는 전자 제품이 형성되어 있다. 예를 들어, 정류 회로(102)에는 복수의 센서가 형성되어 있을 수 있다.
스티로폼 스페이서(103)는 생체 측정 안테나(104) 및 정류 회로(102) 사이에 위치하며, 정류 회로(102)에 형성된 전자 부품이 생체 측정 안테나(104)의 성능에 미치는 영향을 방지하기 위해 사용된다.
생체 측정 안테나(104)는 스티로폼 스페이서(103)의 상측에 위치한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 생체 측정 안테나를 설명하기 위한 도면이다.
도 3을 참조하면, 생체 측정 안테나(104)는 임피던스 일치 지점에서 공급되며, 여기서 동시 RF 전원 수신(광대역 1900MHz RNF WPT) 및 데이터 통신(915MHz 생체 측정) 기능을 갖는다.
생체 측정 안테나(104)의 치수는 5.6 mm × 6 mm × 0.2 mm이며, 부피는 6.72 mm3이며, 가장 작은 설계가 된다. 인접한 ML들 사이의 작은 용량성 간극으로 인해, 그들 사이에 상호 임피던스가 설정되어 생체 측정 안테나의 임피던스 일치 특성을 돕는다.
생체 측정 안테나(104)는 상판(110), 방사 패치(120), 유전체 기판(130) 및 접지면(140)을 포함한다.
상판(110)은 생체 측정 안테나(104)의 가장 상부에 위치할 수 있다. 예를 들어, 상판(110)은 0.5 mm 폭의 빗자루 모양의 슬롯과 통합된 슬롯형 지상면으로 구현되기 때문에 생체 측정 안테나 크기의 추가 감소를 달성할 수 있도록 한다.
방사 패치(120)는 유전체 기판(130)의 상부에 형상되며, 전도성 물질로 형상된다. 방사 패치(120)는 패치의 형상에 따라 4개의 영역으로 구분될 수 있다.
제1 영역(120A)은 복수의 요철 형상(凸)의 가지를 포함하며, 복수의 요철 형상(凸)의 가지 사이의 간격은 서로 다를 수 있다. 즉, 제1 영역(120A)의 복수의 요철 형상(凸)의 가지 각각의 두께, 복수의 요철 형상의 가지 각각의 세로 길이, 복수의 요철(凸) 형상의 가지 중 제1 요철(凸) 형상의 가지 및 제2 요철(凸) 형상의 가지 사이의 간격은 서로 다를 수 있다.
제2 영역(120B)은 제1 영역(120A)의 요철(凸) 형상의 가지의 끝부분과 연장되어 복수의 요철(凸) 형상의 가지를 포함하며, 복수의 요철(凸) 형상의 가지 사이의 간격은 서로 다를 수 있다. 즉, 제2 영역(120B)의 복수의 형상의 가지 각각의 가로 길이는 서로 다를 수 있다. 이러한 제2 영역(120B)은 동축 필드(121A)를 포함할 수 있다. 동축 피드(121A)는 생체 측정 안테나의 여기(Excitation)를 위해 구성될 수 있다
제3 영역(120C)은 아래쪽부터 위쪽 방향으로 생성된 복수의 요철(凸) 형상의 가지를 포함하며, 복수의 요철(凸) 형상의 가지 중 마지막 가지는 나머지 요철 형상의 가지의 길이 보다 특정 길이만큼 길며, 제2 영역(120B)의 요철(凸) 형상의 가지의 끝부분과 연장된 세로 막대 형상의 가지와 연결될 수 있다.
제4 영역(120D)은 제3 영역(120C)의 복수의 요철(凸) 형상의 가지 중 마지막 요철(凸) 형상의 가로 길이와 동일한 길이로 형성된 제1 가지, 상기 제1 가지의 윗변에서 특정 간격만큼 이격된 거리에 상기 제1 가지의 폭보다 좁은 폭 및 짧은 길이로 형성된 제2 가지를 포함한다.
접지면(140)은 유전체 기판(130)의 하부에 위치할 수 있다. 접지면(130)에서의 전류 경로는 생체 측정 안테나의 성능에 상당한 영향을 미칠 수 있다.
단락핀(90)은 방사 패치(110)의 제2 영역(120B)의 우측 중앙에 위치할 수 있다. 단락핀(90)은 방사 패치(120)를 접지면(130)에 연결하기 위한 것으로, 접지면(130)과 유사한 기능을 수행할 수 있다.
따라서, 단락핀(90)을 통해 생체 측정 안테나의 전기적 크기와 주파수 대역폭을 향상시킬 수 있고, 방사 패치(120) 및 접지면(130) 사이에 단락핀(90)을 삽입하여 추가적으로 생체 측정 안테나의 크기 소형화에 도움이 될 수 있도록 한다.
또한 동축 피드(80) 및 단락핀(90)을 이용하여 생체 측정 안테나의 크기를 보다 축소시킬 수 있다. 본 발명에 따른 생체 측정 안테나는 직경 0.3mm의 50Ω 동축 피드(80)를 통해 들뜨게 된다.
[표 1]
Figure 112019113748817-pat00001
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 충전 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 4를 참조하면, 무선 충전 장치는 파워 앰프에 의해 증폭되는 주파수 신호를 생성하고, 증폭된 신호는 코일을 통해 RF 에너지로 변환된다. RF 에너지는 동축 케이블을 통해 정류기 회로에 연결된 생체 측정기 내부 압력 모니터링 장치(100)의 생체 측정 안테나로 전송된다.
예를 들어, 무선 충전 장치(200)는 50 mm × 50 mm × 0.025 mm의 크기로 구현될 수 있다. 이러한 무선 충전 장치(200)는 제1 코일(210) 및 제2 코일(220)을 포함한다.
제1 코일(210)은 무선 충전 장치(200)의 둘레면을 따라 형성되며, 제2 코일(220)은 제1 코일(210)로부터 특정 간격만큼 이격되어 둘레면을 따라 형성된다. 상기의 제1 코일(210) 및 제2 코일(220)은 구리 코일로 구현될 수 있다.
제1 코일(210) 및 제2 코일(220) 각각의 한쪽 끝은 대각선 줄무늬를 통해 연결되며, 대각선 줄무늬(230)를 통해 안쪽 턴의 끝 및 바깥쪽 턴의 끝은 열려진 상태를 유지한다. 이러한 두 개의 단락 핀을 통해 무선 충전 장치(200)는 전류가 흐르는 동축 공급 포트를 통해 들뜬 상태에서 공명할 수 있다.
예를 들어, 무선 충전 장치(200)는 전류가 흐르는 50Ω 동축 공급 포트를 통해 들뜬 상태 1900MHz에서 공명할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 생체 측정기 내부 압력 모니터링 장치로 무선 전원을 전송하는 시스템의 시뮬레이션 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 생체 측정기 내부 압력 모니터링 장치로 무선 전원을 전송하는 시스템은 단층 티슈 박스로 구현되는 균질 피부 팬덤에서 시뮬레이션되다. 주파수 의존형 유전체 피부 조직의 성질은 915에서 εr = 41.3, σ = 0.87 S/m이고, MHz 및 εr = 38.7, 1900MHz에서 σ = 1.22 S/m이다. 생체 측정 안테나(104)는 균질 피부 팬덤의 중앙에 5mm 깊이에 이식되었다. 도 5의 참조번호 (a)와 같이 무선 충전 장치(200) 및 균질 피부 팬덤은 특정 간격(예를 들어, 15 mm) 이격되어 있다.
원거리 이득 패턴, 최대 입력 전력, 특정 흡수 속도(SAR) 안전 수준 및 반사 계수(|S11|)와 전송 계수(|S21|)를 포함하는 산란 매개 변수는 유한요소법(FEM), 유한요소법 AED 및 렘콤에 사용된 차이 시간 영역(FDTD) 방법에 따라 산출되었다.
본 발명에서 따른 무선 전원 전송(WPT) 기법은 식염수로 가득찬 인김 헤드 팬덤에서 실행되어 실질적으로 검증되었다.
무선 충전 장치(200)의 |S11|, 생체 측정 안테나(104)의 |S11| 및 무선 충전 장치(200)와 생체 측정 안테나(104) 사이의 |S21| 와 같은 산란 매개 변수는 벡터 네트워크 분석기를 사용하여 측정하였다.
도 5의 참조번호(b)는 무선 충전 장치(200) 및 생체 측정기 내부 압력 모니터링 장치(100)을 나내타며, 생체 측정기 내부 압력 모니터링 장치(100)은 생체 측정 안테나(104), 스티로폼 스페이서(103) 듀얼 레이어 인쇄 회로 보드 및 알루미나 컨테이너로 구성된다.
무선 충전 장치(200) 및 생체 측정기 내부 압력 모니터링 장치(100) 사이의 무선 통신 성능을 분석하기 위해서 연계 예산 분석이 수행되었다. 만일, 안테나 불일치 손실, 경로 손실, 케이블 손실, 재료 손실 등의 통신 시스템 손실로 인해 링크 여유는 0dB 이상일 때 유효한 것으로 간주된다. 10dB는 더 나은 신뢰성을 위해 최소 기준 여유로 가정한다.
연계 예산 분석을 위한 링크 예산의 표준 방정식을 기반으로 무선 링크를 계산하는 데 사용되는 매개변수는 [표 2]와 같다.
[표 2]
Figure 112019113748817-pat00002
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 정류기의 전력 변환 효율 및 출력 전압을 나타내는 그래프이다.
도 6을 참조하면, 부항 저항기가 15 kΩ일 때 회로의 교정된 출력 전압 및 최대 전력 변환 효율성을 나타낸다. 1900 MHz에서, 입력 전력 4 dBm에서 만족스러운 임피던스 일치 조건에서 79 %의 전력 변환 효율성이 달성된다. 반면, 입력 전력 2dBm이 공급될 때 회로는 82 %의 전력 변환 효율성이 달성된다.
15 kΩ의 부항 저항기가 시뮬레이션에서 고려된 반면 LED는 실험 설정에서 밝기를 관찰하고 회로 성능을 분석하기 위해 사용되었다는 점에 유의해야 한다.
그래프에서 볼 수 있듯이 15 kΩ의 부하 저항기에서 최대 7.2V의 전압을 얻을 수 있다. 특히, 전력 변환 효율성은 전류 값 측정 및 디지털 멀티미터를 사용하는 입력 파워로부터 공급되는 LED의 전압에 따라 산출된다.
무선 통신 성능을 분석하려면 본 발명에 따른 생체 측정기 내부 압력 모니터링 장치의 연계 예산 분석이 수행되었다. 때문에, 안테나 불일치와 같은 통신 시스템 손실 손실, 경로 손실, 케이블 손실 및 재료 손실, 링크 여유는 0dB보다 클 때 효과적이라고 간주된다. 링크 예산의 표준 방정식을 기반으로 무선 링크를 계산하는 데 사용되는 매개변수는 [표 3]과 같다.
[표 3]
Figure 112019113748817-pat00003
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나의 측정 및 시뮬레이션된 반사 계수를 나타내는 그래프이다.
도 7을 참조하면, 생체 측정기 내부 압력 모니터링 장치(100) 및 무선 충전 장치(200)를 포함하는 생체 측정기 내부 압력 모니터링 장치로 무선 전원을 전송하는 시스템의 성능은 산란 계수 및 원거리 이득 패턴에 대해서 분석한다.
현실적인 이질적 모델(Remcom), 동질적 모델(AED), 식염수 용액에서 수신기 IMD의 |S11|을 그림 9와 비교하였다. 그래프는 두 개의 다른 주파수(예를 들어, 915MHz에서의 데이터 측정 모드 및 1900MHz에서의 무선 RF 전원 수신 모드)에서 공명하는 듀얼 밴드의 성능을 나타낸다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 충전 장치의 코일의 반사 계수를 설명하기 위한 그래프이다.
도 8을 참조하면, 안테나 시스템은 낮은 공진대역 및 높은 공진대역에서 각각 90 MHz(885?975 MHz)와 914 MHz(1650?2564 MHz)의 측정된 -10 dB 대역폭을 제공한다. 무선 전원 전송 시스템에서 무선 충전 장치(200)의 코일의 시뮬레이션 및 측정된 반사 계수는 그래프 8과 같다.
코일은 측정된 -10dB 대역폭이 160MHz(1840MHz?2000MHz)인 1900MHz(단일 대역 모드)에서 작동하도록 튜닝된다. 이와 같은 이유는, 안테나 시스템의 측정 및 시뮬레이션된 산란 파라미터의 약간의 변화는 조립 공차 때문이다.
그래프는 균질 피부 팬덤에서 무선 충전 장치의 코일의 전기장 분포를 나타낸다. 코일의 기하학적 구조 때문에 도 8과 같이 균일한 전기장 분포가 달성된다. 전기장 분포는 전자기 에너지가 자연적으로 인체 조직이 손실됨에 따라 깊이를 통해 전파될 때 점차적으로 감소한다.
도 9는 생체 측정기 내부 압력 모니터링 장치 및 무선 충전 장치 사이의 거리의 시뮬레이션된 전송 계수를 나타내는 그래프이다.
도 9를 참조하면, 그래프는 Remcom에서 시뮬레이션된 이질 매개체에서 무선 충전 장치(200)의 제1 코일 및 제2 코일 사이의 |S21| 를 증명한다. 무선 전원 전송 시스템은 최대 |S21|을 나타낸다. 무선 전원 전송 시스템에서 생체 측정기 내부 압력 모니터링 장치(100) 및 무선 충전 장치(200) 사이의 거리가 20mm일 때, 1900MHz에서 -24.5dB 의 최대 |S21|를 나타낸다.
도 10은 생체 측정기 내부 압력 모니터링 장치 및 무선 충전 장치 사이의 거리의 측정된 전송 계수를 나타내는 그래프이다.
도 10을 참조하면, -25.9dB의 측정된 |S21|는 20mm 에서 Tx-Rx 분리 거리가 달성된다. 상기의 측정된 |S21|의 효율은 생체 측정기 내부 압력 모니터링 장치(100) 및 무선 충전 장치(200) 사이의 거리에 따라 달라질 수 있다. 생체 측정기 내부 압력 모니터링 장치(100) 및 무선 충전 장치(200) 사이의 거리가 증가할수록 측정 효율은 감소하고, 60mm 거리에서 -39.7dB까지 감소한다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전원 전송 시스템의 성능을 입증하기 위한 실험 설정을 설명하기 위한 도면이다.
도 11을 참조하면, 무선 전원 전송 시스템의 성능을 입증하기 위한 실험 설정은 무선 충전 장치(200)의 코일, 식염수 용액에 담근 생체 측정 안테나, 정류 회로, dc 부하 역할을 하는 녹색 LED로 구성된다.
신호 분석기는 파워 앰프에 의해 증폭되는 1900MHz 주파수 신호를 생성한다. 증폭된 신호는 무선 충전 장치(200)의 코일을 통해 RF 에너지로 변환된다. RF 에너지는 동축 케이블을 통해 정류기 회로에 연결된 인간의 머리 형태(human head phantom)에 있는 생체 측정 안테나로 전송된다.
RF 에너지는 LED에 제공된 후에 dc 신호가 획득되며, 무선 전원 전송 시스템의 에너지 수신 성능은 녹색 LED의 밝기에 따라 검증된다. 무선 충전 장치(200) 및 생체 측정 안테나 사이의 20mm의 거리가 증명된다.
1900MHz에서 -25.9dB의 무선 전원 전송 시스템 효율성 때문에, 정류 회로에 3dBm 입력 전력 제공하는 28.9dBm의 무선 충전 장치(200)의 전력에서 녹색 LED는 성공적으로 구동된다. 이때, 녹색 LED의 전방 전압은 2.1V이다.
녹색 LED로 공급되는 전압은 무선 충전 장치(200)의 전력을 증가시킴으로써 증가되기 때문에 높인 LED 밝기가 관찰된다. 이렇게 해서, 실시간 환경에서 무선 전원 전송 시스템의 효능은 입증되었다.
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.
100: 생체 측정기 내부 압력 모니터링 장치
101: 생체 적합 컨테이너
102: 정류 회로
103: 스티로폼 스페이서
104: 생체 측정 안테나
200: 무선 충전 장치

Claims (5)

  1. 파워 앰프에 의해 증폭되는 주파수 신호를 생성하고, 복수의 코일을 통해 주파수 신호를 RF 에너지로 변환하여 제공하는 무선 충전 장치; 및
    사용자의 머리 내부에 부착되며, 상기 무선 충전 장치와 특정 거리만큼 이격된 상태에서 동축 케이블을 통해 정류기 회로에 연결되며 생체 측정 안테나를 통해 상기 RF 에너지를 수신하고, 복수의 센서를 통해 뇌내 압력을 측정하는 생체 측정기 내부 압력 모니터링 장치를 포함하되,
    상기 생체 측정기 내부 압력 모니터링 장치는
    컨테이너;
    상기 컨테이너의 내부에 위치하며 복수의 전자 센서가 형성되어 있는 정류 회로;
    상기 정류 회로의 상측에 형성되는 스티로폼 스페이서; 및
    상기 스티로폼 스페이서의 상측에 형성되어 상기 무선 충전 장치와 통신하는 생체 측정 안테나를 포함하고,
    상기 생체 측정 안테나는
    상판;
    상기 상판의 하측에 형성되어 복수의 영역으로 구성되며, 상기 복수의 영역 중 어느 하나의 영역에 단락핀이 형성되어 있고 또 다른 하나의 영역에 동축 피드가 형성되어 있는 방사 패치;
    상기 방사 패치의 하측에 형성되는 유전체 기판; 및
    상기 유전체 기판의 하측에 형성되며, 상기 방사 패치의 단락핀을 통해 연결되는 접지면을 포함하는 것을 특징으로 하는
    생체 측정기 내부 압력 모니터링 장치로 무선 전원을 전송하는 시스템.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 방사 패치는
    가지 사이의 간격의 복수의 요철 형상(凸)의 가지를 포함하는 제1 영역;
    상기 제1 영역의 요철(凸) 형상의 가지의 끝부분과 연장되며 서로 다른 간격의 복수의 요철 형상(凸)의 가지 및 동축 필드를 포함하는 제2 영역;
    아래쪽부터 위쪽 방향으로 생성된 복수의 요철(凸) 형상의 가지를 포함하는 제3 영역; 및
    상기 제3 영역의 복수의 요철(凸) 형상의 가지 중 마지막 요철(凸) 형상의 가로 길이와 동일한 길이로 형성된 제1 가지, 상기 제1 가지의 윗변에서 특정 간격만큼 이격된 거리에 상기 제1 가지의 폭보다 좁은 폭 및 짧은 길이로 형성된 제2 가지를 포함하는 제4 영역을 포함하는 것을 특징으로 하는
    생체 측정기 내부 압력 모니터링 장치로 무선 전원을 전송하는 시스템.
  5. 파워 앰프에 의해 증폭되는 주파수 신호를 생성하고, 복수의 코일을 통해 주파수 신호를 RF 에너지로 변환하여 제공하는 무선 충전 장치; 및
    사용자의 머리 내부에 부착되며, 상기 무선 충전 장치와 특정 거리만큼 이격된 상태에서 동축 케이블을 통해 정류기 회로에 연결되며 생체 측정 안테나를 통해 상기 RF 에너지를 수신하고, 복수의 센서를 통해 뇌내 압력을 측정하는 생체 측정기 내부 압력 모니터링 장치를 포함하되,
    상기 무선 충전 장치는
    둘레면을 따라 형성되는 제1 코일 및 상기 제1 코일로부터 특정 간격만큼 이격되어 둘레면을 따라 형성되는 제2 코일을 포함하고,
    상기 제1 코일 및 제2 코일 각각은 한쪽끝이 대각선 줄무늬를 통해 연결되며, 상기 대각선 줄무늬를 통해 안쪽 턴의 끝 및 바깥쪽 턴의 끝은 열려진 상태를 유지하는 것을 특징으로 하는
    생체 측정기 내부 압력 모니터링 장치로 무선 전원을 전송하는 시스템.
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