KR102374842B1 - Metamaterial loaded compact high-gain dual band circularly polarized implantable antenna system - Google Patents

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    • H01QANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q9/00Electrically-short antennas having dimensions not more than twice the operating wavelength and consisting of conductive active radiating elements
    • H01Q9/04Resonant antennas
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    • HELECTRICITY
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Abstract

본 발명의 실시 예에 따른 고이득 소형 듀얼 밴드 원형 편광 임플란트 안테나 시스템은 접지면, 상기 접지면의 상부에 위치한 서브스트레이트 층, 상기 서브스트레이트 층의 상부에 위치한 방사 패치, 상기 방사 패치의 상부에 위치한 슈퍼스트레이트 층, 상기 슈퍼스트레이트 층의 상부에 위치하며, 2x2 기본 단위 셀로 구성된 메타 물질 레이어를 포함하는 임플란트 안테나와, 센서 팩, 마이크로 전자장치, 알카인 배터리를 포함하는 전자부품 장치를 포함하며, 상기 방사 패치는 제1 영역, 상기 제1 영역에 연결된 제2 영역 및 상기 제2 영역에 연결된 제3 영역을 포함하되, 상기 제1 영역은 뱀 모양의 미앤더(meander) 형상의 패치를 포함하고, 상기 제2 영역은 하나 이상의 폐쇄 직선 슬롯과 하나의 개방 직선 슬롯을 포함하며, 상기 제3 영역은 계단형 슬롯, 복수의 개방 직선 슬롯, 복수의 폐쇄 직선 슬롯 및 복수의 사각형 패치를 포함하고, 상기 메타 물질 레이어의 상기 단위 셀은 H 모양의 슬롯을 포함한다.A high-gain small dual-band circularly polarized implant antenna system according to an embodiment of the present invention includes a ground plane, a substrate layer positioned on the ground plane, a radiation patch positioned on the substrate layer, and a radiation patch positioned on top of the radiation patch. A superstrate layer, located on the superstrate layer, comprising an implant antenna including a metamaterial layer composed of 2x2 basic unit cells, a sensor pack, a microelectronic device, and an electronic component device including an alkaline battery, wherein the The radiating patch comprises a first region, a second region connected to the first region, and a third region connected to the second region, wherein the first region comprises a snake-shaped meander-shaped patch; the second region includes at least one closed straight slot and one open straight slot, the third region includes a stepped slot, a plurality of open straight slots, a plurality of closed straight slots and a plurality of rectangular patches, wherein The unit cell of the metamaterial layer includes an H-shaped slot.

Description

메타 물질이 장착된 소형 고이득 듀얼 밴드 원형 편광 임플란트 안테나 시스템{METAMATERIAL LOADED COMPACT HIGH-GAIN DUAL BAND CIRCULARLY POLARIZED IMPLANTABLE ANTENNA SYSTEM}METAMATERIAL LOADED COMPACT HIGH-GAIN DUAL BAND CIRCULARLY POLARIZED IMPLANTABLE ANTENNA SYSTEM with metamaterials

본 발명은 메타 물질이 장착된 임플란트 안테나 시스템에 관한 것으로서, 보다 구체적으로 915MHz, 2450MHz 작동 주파수에서 게인 향상 효과와 및 원형 분극 동작이 가능한 듀얼 밴드 원형 편광 임플란트 안테나 시스템에 관한 것이다. The present invention relates to an implant antenna system equipped with a meta material, and more particularly, to a dual-band circularly polarized implant antenna system capable of a gain improvement effect and circular polarization operation at operating frequencies of 915 MHz and 2450 MHz.

최근 기술 발전으로 인해, 인간 신체 내부의 이식 가능한 무선 의료기기의 상용화가 급속도로 확산되고 있다. 이러한 의료기기는 약물 주입 장치, 임플란트 센서, 인공 시력 및 장기 제어, 신경 자극제, 심박 조절기 등으로 의료업 전반에 걸쳐 사용되고 있다. 인체 내부에 이식 가능한 의료기기는 인체 외부의 다른 의료기기와 양방향으로 통신이 가능하여야 한다. 이러한 양방향 통신은 인간 신체 내부의 이식 가능한 의료기기 내부에 포함된 안테나를 통해 이루어진다. Due to the recent technological development, the commercialization of wireless medical devices implantable inside the human body is rapidly spreading. These medical devices are used throughout the medical industry as drug injection devices, implant sensors, artificial vision and organ control, nerve stimulators, pacemakers, and the like. Medical devices that can be implanted inside the human body must be able to communicate in both directions with other medical devices outside the human body. This two-way communication is achieved through an antenna included inside an implantable medical device inside the human body.

안테나의 경우, 의료기기 내부에 장착되나, 안테나 역시 신체 내부의 이식되어야 하는 바, 생체 적합성 및 안전성, 신체 내부에 이식 가능한 소형화된 크기 등이 요구된다. 그러나 안테나의 크기가 소형화 될수록, 그 성능이 현저히 감소하는 문제점이 존재한다. In the case of the antenna, it is mounted inside the medical device, but the antenna must also be implanted inside the body, so biocompatibility and safety, and a miniaturized size that can be implanted inside the body are required. However, as the size of the antenna becomes smaller, there is a problem in that its performance is significantly reduced.

예를 들어, 실제 신체 내부로 이식되었을 때, 임피던스 대역폭 향상, 작동 가능한 주파수 대역에서 낮은 이득 등의 문제점이 존재하였다. For example, when implanted into an actual body, problems such as improvement of impedance bandwidth and low gain in an operable frequency band existed.

따라서, 안테나의 성능은 보다 발전시키고, 그 크기는 더욱 소형화 하려는 여러 가지 연구 및 개발이 진행되고 있다. 예를 들어, 크기는 소형화 되었으나 안테나가 동작하는 주파수 대역에서 이득 향상, 작동 주파수 대역에서 게인 향상 효과가 있는 보다 발전한 안테나의 개발이 진행되고 있다.Accordingly, various researches and developments are being conducted to further improve the performance of the antenna and to further reduce the size of the antenna. For example, although the size has been reduced, the development of a more advanced antenna having an effect of improving the gain in the frequency band in which the antenna operates and improving the gain in the operating frequency band is in progress.

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 고이득 듀얼 밴드 원형 편광 임플란트 안테나 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다. An object of the present invention is to provide a high-gain dual-band circularly polarized implant antenna system in order to solve the above problems.

본 발명은 915MHz 주파수 대역에서 향상된 이득과 CP 특성을 가지며, 2450MHz 주파수 대역에서 작동 가능한 신체 내부에 이식가능한 안테나 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다. An object of the present invention is to provide an antenna system implantable inside the body having improved gain and CP characteristics in the 915 MHz frequency band and operable in the 2450 MHz frequency band.

본 발명은 안테나 최고층에서 메타 물질 구조를 통합하여, 작동 주파수인 915MHz와 2450MHz상당한 게인 이득과 강력한 원형 분극을 제공하는 고이득 듀얼 밴드 임플란트 안테나 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.An object of the present invention is to provide a high-gain dual-band implant antenna system that integrates a meta-material structure in the uppermost layer of an antenna, and provides significant gain gains and strong circular polarization at operating frequencies of 915 MHz and 2450 MHz.

본 발명의 실시 예에 따른 고이득 소형 듀얼 밴드 원형 편광 임플란트 안테나 시스템은 접지면 상부에 위치한 서브스트레이트 층, 상기 서브스트레이트 층 상부에 위치한 방사 패치, 상기 방사 패치 상부에 슈퍼스트레이트 층이 위치하며, 상기 슈퍼스트레이트 층 상부에 2x2 기본 단위 셀로 구성된 메타 물질 레이어가 위치하는 것을 특징으로 하는 임플란트 안테나, 센서 팩, 마이크로 전자장치, 알카인 배터리를 포함하는 전자부품 장치를 포함한다.A high-gain small dual-band circularly polarized implant antenna system according to an embodiment of the present invention includes a substrate layer positioned above the ground plane, a radiation patch positioned on the substrate layer, and a superstrate layer positioned on the radiation patch top, and the It includes an electronic component device including an implant antenna, a sensor pack, a microelectronic device, and an alkaline battery, characterized in that a meta-material layer composed of 2x2 basic unit cells is positioned on the superstrate layer.

본 발명의 실시 예를 따르면, 915MHz와 2450MHz 두 주파수 대역에서 작동이 가능한 듀얼 밴드 임플란트 안테나 시스템을 설계할 수 있다. According to an embodiment of the present invention, it is possible to design a dual-band implanted antenna system capable of operating in two frequency bands of 915 MHz and 2450 MHz.

본 발명의 실시 예를 따르면, 메타 물질 레이어를 안테나 최고층 레이어로 통합하여, 두 작동 주파수 대역에서 게인 향상 및 원형 분극 동작을 제공하는 효과가 있다. According to an embodiment of the present invention, by integrating the metamaterial layer as the highest antenna layer, there is an effect of providing gain improvement and circular polarization operation in two operating frequency bands.

본 발명의 실시 예를 따르면, 슬롯 복잡성과 후방 산란 방사선을 감소시키는 접지면을 포함하는 임플란트 안테나 시스템을 설계할 수 있다. According to an embodiment of the present invention, it is possible to design an implanted antenna system including a ground plane to reduce slot complexity and backscattered radiation.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 메타 물질이 장착된 고이득 듀얼 밴드 원형 편광 임플란트 안테나를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 메타 물질 레이어를 설명하기 위한 도면이다.
도 3는 본 발명의 실시 예에 따른 메타 물질이 장착된 고이득 듀얼 밴드 원형 편광 임플란트 안테나 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 4은 본 발명의 실시 예에 따른 따른 메타 물질이 장착된 고이득 듀얼 밴드 원형 편광 임플란트 안테나 시스템의 성능에 대한 실험 설계를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 메타 물질이 장착된 고이득 듀얼 밴드 원형 편광 임플란트 안테나 시스템의 성능에 대한 실험 결과를 설명하기 위한 도면이다.
도 6는 본 발명의 실시 예에 따른 메타 물질이 장착된 고이득 듀얼 밴드 원형 편광 임플란트 안테나 시스템의 성능에 대한 실험 결과를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 메타 물질이 장착된 고이득 듀얼 밴드 원형 편광 임플란트 안테나 시스템의 성능에 대한 실험 결과를 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 메타 물질이 장착된 고이득 듀얼 밴드 원형 편광 임플란트 안테나 시스템의 성능에 대한 실험 결과를 설명하기 위한 도면이다.
도 9은 본 발명의 실시 예에 따른 메타 물질이 장착된 고이득 듀얼 밴드 원형 편광 임플란트 안테나 시스템의 전송 속도 실험 결과를 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 메타 물질이 장착된 고이득 듀얼 밴드 원형 편광 임플란트 안테나 시스템의 안전성 실험 결과를 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 본 발명의 실시 예에 따른 메타 물질이 장착된 고이득 듀얼 밴드 원형 편광 임플란트 안테나 시스템의 최대 허용 전류 실험 결과를 설명하기 위한 도면이다.
도 12은 본 발명의 실시 예에 따른 메타 물질이 장착된 고이득 듀얼 밴드 원형 편광 임플란트 안테나 시스템의 성능을 설명하기 위한 도면이다.
1 is a view for explaining a high-gain dual-band circularly polarized implant antenna equipped with a meta material according to an embodiment of the present invention.
2 is a view for explaining a meta-material layer according to an embodiment of the present invention.
3 is a view for explaining a high-gain dual-band circularly polarized implant antenna system equipped with a meta material according to an embodiment of the present invention.
4 is a diagram for explaining an experimental design for the performance of a high-gain dual-band circularly polarized implant antenna system equipped with a meta material according to an embodiment of the present invention.
5 is a view for explaining the experimental results on the performance of the high-gain dual-band circularly polarized implant antenna system equipped with a meta material according to an embodiment of the present invention.
6 is a view for explaining the experimental results on the performance of the high-gain dual-band circularly polarized implant antenna system equipped with a meta material according to an embodiment of the present invention.
7 is a view for explaining the experimental results on the performance of the high-gain dual-band circularly polarized implant antenna system equipped with a meta material according to an embodiment of the present invention.
8 is a view for explaining the experimental results on the performance of the high-gain dual-band circularly polarized implant antenna system equipped with a meta material according to an embodiment of the present invention.
9 is a view for explaining a transmission rate test result of a high-gain dual-band circularly polarized implant antenna system equipped with a meta material according to an embodiment of the present invention.
10 is a view for explaining a safety test result of a high-gain dual-band circularly polarized implant antenna system equipped with a meta material according to an embodiment of the present invention.
11 is a view for explaining the maximum allowable current test results of the high-gain dual-band circularly polarized implant antenna system equipped with a meta material according to an embodiment of the present invention.
12 is a view for explaining the performance of a high-gain dual-band circularly polarized implant antenna system equipped with a meta material according to an embodiment of the present invention.

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 불필요 하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명을 생략한다.The above-described objects, features and advantages will be described below in detail with reference to the accompanying drawings, and accordingly, those 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 gist of the present invention, the detailed description will be omitted.

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.In the drawings, the same reference numerals are used to indicate the same or similar elements, and all combinations described in the specification and claims may be combined in any manner. And unless otherwise provided, it is to be understood that references to the singular may include one or more, and references to the singular may also include plural expressions.

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, 체적으로 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.The terminology used herein is for the purpose of describing specific exemplary embodiments only and is not intended to be limiting. As used herein, singular expressions may also be intended to include plural meanings unless the sentence clearly indicates otherwise. The term “and/or,” “and/or” includes any and all combinations of the items listed therewith. The terms "comprises", "comprising", "comprising", "comprising", "having", "having", etc. have an implicit meaning, so that these terms refer to their described features, integers, It specifies steps, operations, elements, and/or components and does not exclude the presence or addition of one or more other features, integers, steps, operations, elements, components, and/or groups thereof. The steps, processes, and acts of the method described herein should not be construed as necessarily performing their performance in such a specific order as discussed or exemplified, unless the order of performance thereof is explicitly quantified. . It should also be understood that additional or alternative steps may be used.

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.In addition, each of the components may be implemented as a hardware processor, the above components may be integrated into one hardware processor, or the above components may be combined with each other and implemented as a plurality of hardware processors.

본 발명의 명세서에서 “임플란트 안테나 시스템”으로 지칭하는 것은 추가적인 설명이 없는 한 “메타 물질을 장착한 고이득 듀얼 밴드 원형 편광 안테나 시스템”을 말한다. In the present specification, the term “implant antenna system” refers to “a high-gain dual-band circularly polarized antenna system equipped with a meta-material” unless otherwise specified.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 메타 물질이 장착된 고이득 듀얼 밴드 원형 편광 임플란트 안테나를 설명하기 위한 도면이다. 1 is a view for explaining a high-gain dual-band circularly polarized implant antenna equipped with a meta material according to an embodiment of the present invention.

도 1(a)는 임플란트 안테나(200)를 구성하는 방사 패치(201)를 나타낸다. 방사 패치는 그 모양이 구불한 뱀 모양을 갖을 수 있다. 도 1(b)는 접지면(202)을 나타낸다. 도 1(c)를 보면, 접지면(202)과 서브스트레이트 층(204), 방사 패치(201), 슈퍼스트레이트 층(205), 메타 물질 레이어(203)가 계층 구조를 가지면서 임플란트 안테나를 구성할 수 있다. 1 (a) shows the radiation patch 201 constituting the implant antenna (200). The radiating patch may have a serpentine shape in its shape. 1( b ) shows a ground plane 202 . Referring to FIG. 1( c ), the ground plane 202 , the substrate layer 204 , the radiation patch 201 , the superstrate layer 205 , and the meta material layer 203 have a hierarchical structure and constitute an implant antenna. can do.

임플란트 안테나(200)의 전체 크기는 7mm x 6mm x 0.254mm에 해당될 수 있다. The overall size of the implant antenna 200 may correspond to 7mm x 6mm x 0.254mm.

동축 피드 핀(206)과 단락 핀(207)은 접지면(202)에 적절한 위치에 위치할 수 있다. 그 크기는 각각 0.6mm, 0.4mm 일 수 있다. The coaxial feed pin 206 and the shorting pin 207 may be positioned in a suitable location on the ground plane 202 . The size may be 0.6 mm and 0.4 mm, respectively.

서브스트레이트 층(204)과 슈퍼스트레이트 층(205)은 유전 상수 10.2, 손실 탄젠트 0.0035, 두께가 0.127mm인 Rogers RT/duriod 6010로 구성된 층일 수 있다. Substrate layer 204 and superstrate layer 205 may be layers composed of Rogers RT/duriod 6010 having a dielectric constant of 10.2, a loss tangent of 0.0035, and a thickness of 0.127 mm.

슈퍼스트레이트 층(205)은 신체 내부 환경에서 안테나의 주변 유효 유전율 변동을 안정화시킬 수 있다. The superstrate layer 205 may stabilize the ambient effective permittivity fluctuations of the antenna in the internal environment of the body.

또한, 안테나 이득 및 AR 움직임을 개선하기 위해 슈퍼스트레이트 층(205) 상에 2x2 개의 단위 셀로 구성된 메타 물질 레이어(203)가 설계될 수 있다. In addition, a metamaterial layer 203 composed of 2x2 unit cells may be designed on the superstrate layer 205 to improve antenna gain and AR motion.

메타 물질 레이어(203)를 구성하는 단위 셀의 메타 물질은 엡실론이 매우 큰 속성을 가질 수 있다. 엡실론이 매우 큰 특성은 유전율의 절대값이 1보다 매우 큰 특성을 말한다. The meta-material of the unit cell constituting the meta-material layer 203 may have a very large epsilon property. A characteristic having a very large epsilon refers to a characteristic in which the absolute value of the permittivity is much greater than 1.

메타 물질 레이어(203)는 슈퍼스트레이트 층(205) 상단에 장착될 때, 추가 유전체 슬래브가 필요하지 않기 때문에, 메타 물질 레이어(203)를 포함한 임플란트 안테나(200)가 신체 이식형 의료기기 내부에 장치화될 때 더욱 압축되어 그 크기의 소형화가 가능할 수 있다. When the meta-material layer 203 is mounted on top of the superstrate layer 205, since an additional dielectric slab is not required, the implant antenna 200 including the meta-material layer 203 is installed inside the implantable medical device. When it is compacted, it may be further compressed and the size may be miniaturized.

아래 표1를 참조하면, 임플란트 안테나를 구성하는 방사 패치(201)과 접지면(202), 메타 물질 레이어(203)의 폭, 너비, 길이 등을 나타내는 여러 파라미터 값을 확인할 수 있다. Referring to Table 1 below, several parameter values indicating the width, width, length, etc. of the radiation patch 201, the ground plane 202, and the meta-material layer 203 constituting the implant antenna can be confirmed.

Figure 112020073133463-pat00001
Figure 112020073133463-pat00001

이하에서는 도 2를 참조하여, 메타 물질 레이어에 대한 구체적인 설명을 후술하도록 한다. Hereinafter, a detailed description of the meta-material layer will be described with reference to FIG. 2 .

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 메타 물질 레이어의 특성을 확인하기 위한 실험에 대한 도면이다. 2 is a diagram of an experiment for confirming the properties of a meta-material layer according to an embodiment of the present invention.

메타 물질 레이어는 자기 쌍극자 및 전기 쌍극자 각각의 지향성 및 넓은 측 이득을 향상시키기 위해 유전율의 절대값이 1보다 매우 크거나 투과율의 절대값이 1보다 매우 큰 특성을 갖을 필요가 있다. The metamaterial layer needs to have a characteristic in which the absolute value of the permittivity is much greater than 1 or the absolute value of the transmittance is much greater than 1 in order to improve the directivity and broad-side gain of the magnetic dipole and the electric dipole, respectively.

또한 메타 물질 레이어는 매우 큰 엡실론을 가지는 특성을 가질 수 있다. 엡실론이 매우 큰 특성을 EVL이라 하고, 이는 유전율의 절대값이 1보다 매우 큰 특성을 말한다. Also, the metamaterial layer may have a very large epsilon. A characteristic having a very large epsilon is called EVL, and this refers to a characteristic in which the absolute value of the permittivity is much greater than 1.

또한, 접지된 메타물질 레이어 구조의 유전율과 투과율이 파동 원에 의해 자극되면, 정규화 된 광대역 전력 PN(0)은 아래와 같은 수학식 1을 이용하여 다음과 같이 표현할 수 있다.In addition, when the dielectric constant and transmittance of the grounded metamaterial layer structure are stimulated by a wave source, the normalized broadband power P N (0) can be expressed as follows using Equation 1 below.

Figure 112020073133463-pat00002
Figure 112020073133463-pat00002

이러한 수학식 1은 메타 물질 레이어의 유전율을 높이거나 메타 물질 레이어의 내재된 특성 임피던스를 낮추면, 방향성을 갖는 지시 전파를 얻을 수 있고, 원하는 전파 방향으로의 향상을 가져올 수 있다는 것을 보여줄 수 있다.Equation 1 can show that by increasing the dielectric constant of the meta-material layer or lowering the inherent characteristic impedance of the meta-material layer, directed propagation can be obtained and an improvement in the desired propagation direction can be obtained.

즉, 높은 유효 유전율 값은 누설파 개념에 기초하여 안테나의 지향성과 이득 향상을 가져오는데 적합하다. That is, a high effective permittivity value is suitable for improving the directivity and gain of the antenna based on the leakage wave concept.

따라서 메타 물질 레이어는 안테나 이득 및 AR 거동을 향상시키기 위해, 자유 공간에서 원형 편광 마이크로 스트립 안테나에 적용될 수 있다. Therefore, the metamaterial layer can be applied to the circularly polarized microstrip antenna in free space to improve the antenna gain and AR behavior.

또한, 메타 물질 레이어를 방사 패치 위에 위치시키면, 방사 패치와 메타 표면 사이에 추가적인 전자기 결합이 발생하여 AR 대역폭이 향상될 수 있다. 나아가, 메타 물질 레이어는 전계분포를 개선하여 안테나의 유효 조리개를 넓히는 효과도 있을 수 있다.In addition, placing the metamaterial layer over the emissive patch can result in additional electromagnetic coupling between the emissive patch and the metasurface, improving AR bandwidth. Furthermore, the meta material layer may have the effect of expanding the effective aperture of the antenna by improving the electric field distribution.

도 2(a)는 메타 물질 레이어의 유효 유전율 값 확인을 위한 실험 설계를 설명하기 위한 도면이다. 메타 물질 레이어를 두 개의 완벽히 전기 및 자기 전도성의 경계를 갖는 방사선 상자의 벽에 넣는다. 방사선 상자 벽은 피부 조직으로 구성되고, 메타 물질 레이어는 방사선 상자 벽에 1mm 거리에 위치하도록 구성한다. 도 2(a)를 통해서, 작동 주파수 대역에 따른 메타 물질 레이어의 유효 유전율의 값을 확인할 수 있다.2(a) is a diagram for explaining an experimental design for confirming an effective permittivity value of a metamaterial layer. A layer of metamaterial is placed on the wall of the radiation box with two perfectly electrically and magnetically conductive boundaries. The radiation box wall is composed of skin tissue, and the metamaterial layer is positioned at a distance of 1 mm from the radiation box wall. Referring to FIG. 2( a ), the effective permittivity value of the meta-material layer according to the operating frequency band can be confirmed.

본 실험을 통해서 작동 주파수 대역에 따른 유효 유전율 값을 계산한 결과는 도 2(b)를 참조하여 설명하도록 한다. The result of calculating the effective permittivity value according to the operating frequency band through this experiment will be described with reference to FIG. 2(b).

도 2(b)는 메타 물질 레이어의 작동 주파수 대역에 따른 유효 유전율 값을 나타낸 것이다. 실험 결과값을 확인하면, 유효 유전율 값은 20 내지 30 범위에 다양한 값을 갖는 것으로 나타난다.Figure 2(b) shows the effective permittivity value according to the operating frequency band of the metamaterial layer. When the experimental results are confirmed, the effective permittivity values appear to have various values in the range of 20 to 30.

도 2(b)를 참조하면, 메타 물질 레이어는 예측된 값보다 실제 측정값에서 작동 주파수 범위내 유효 유전율 값이 약 20 이상임을 알 수 있다. Referring to FIG. 2(b) , it can be seen that the effective permittivity value of the meta material layer within the operating frequency range in the actual measured value is about 20 or more than the predicted value.

메타 물질 레이어를 장착한 임플란트 안테나 시스템은 작동 주파수 범위내에서 매우 높은 유효 유전율 값을 갖을 수 있고, 이러한 특성으로 인해 안테나의 이득 및 AR 거동이 개선되는 효과가 있을 수 있다. The implanted antenna system equipped with the metamaterial layer may have a very high effective permittivity value within the operating frequency range, and due to these characteristics, the gain and AR behavior of the antenna may be improved.

이하에서는 도 3를 참조하여, 메타 물질이 장착된 고이득 듀얼 밴드 원형 편광 임플란트 안테나 시스템(100)을 설명하도록 한다.Hereinafter, with reference to FIG. 3 , a high-gain dual-band circularly polarized implant antenna system 100 equipped with a meta material will be described.

도 3는 본 발명의 실시 예에 따른 메타 물질이 장착된 고이득 듀얼 밴드 원형 편광 임플란트 안테나 시스템(100)을 설명하기 위한 도면이다. 3 is a view for explaining a high-gain dual-band circularly polarized implant antenna system 100 equipped with a meta material according to an embodiment of the present invention.

임플란트 안테나(200)는 센서 팩(102), 회로 및 전원, 배터리와 같은 마이크로 전자부품(103)과 함께 장치화 되어 임플란트 안테나 시스템(100)을 구축할 수 있다.The implant antenna 200 may be deviced together with the sensor pack 102 , circuit and power supply, and microelectronic components 103 such as a battery to construct the implant antenna system 100 .

도 3를 참조하면, 임플란트 안테나 시스템(100)은 여러가지 마이크로 전자부품 장치(103)와 함께 시스템을 구축할 수 있다. 이러한 임플란트 안테나 시스템(100)은 임플란트 안테나(200)와 센서 팩(102), 높이 2.1mm, 지름 6.5mm인 알카인 배터리(101) 2개를 포함할 수 있다. Referring to FIG. 3 , the implant antenna system 100 may build a system together with various microelectronic component devices 103 . The implant antenna system 100 may include an implant antenna 200 and a sensor pack 102, and two alkaline batteries 101 having a height of 2.1 mm and a diameter of 6.5 mm.

임플란트 안테나 시스템이 포함하는 전자부품 장치(103)는 완벽한 전기 전도체일 수 있다. The electronic component device 103 included in the implanted antenna system may be a perfect electrical conductor.

센서 팩(102)의 경우 Rogers RT/duriod 6010 로 구성될 수 있다. The sensor pack 102 may be configured as a Rogers RT/duriod 6010.

임플란트 안테나 시스템(100)은 유전 상수 9.8, 두께는 0.2mm인 생체 적합성을 만족하는 세라믹 알루미나 컨테이너에 담겨 패킹될 수 있다. 임플란트 안테나 시스템(100)의 크기는 8mm x 14mm x 5mm 크기일 수 있다.The implant antenna system 100 may be packed in a ceramic alumina container that satisfies biocompatibility with a dielectric constant of 9.8 and a thickness of 0.2 mm. The size of the implant antenna system 100 may be 8 mm x 14 mm x 5 mm.

이하에서는 도 4 내지 도 11을 참조하여, 임플란트 안테나 시스템의 성능에 대한 실험 결과를 후술하도록 한다. Hereinafter, the experimental results on the performance of the implant antenna system will be described with reference to FIGS. 4 to 11 .

도 4은 본 발명의 실시 예에 따른 따른 메타 물질이 장착된 고이득 듀얼 밴드 원형 편광 임플란트 안테나 시스템의 성능에 대한 실험 설계를 설명하기 위한 도면이다. 4 is a diagram for explaining an experimental design for the performance of a high-gain dual-band circularly polarized implant antenna system equipped with a meta material according to an embodiment of the present invention.

안테나 시스템의 성능을 확인하기 위해, 유한요소법을 기반으로 하는 고주파 구조 시뮬레이터(HFSS)와 유한 시간 차이 기반으로 하는 XFdtd Remcom이 실험에 활용된다. In order to check the performance of the antenna system, a high frequency structure simulator (HFSS) based on the finite element method and XFdtd Remcom based on a finite time difference are used for the experiment.

300mm x 300mm x 300mm 치수의 방사선 박스(300)로 둘러싸인 균일한 피부 조직에서 4mm 깊이에서 안테나 시스템의 성능을 시뮬레이션 한다.The performance of the antenna system is simulated at a depth of 4 mm in a uniform skin tissue surrounded by a radiation box 300 with dimensions of 300 mm x 300 mm x 300 mm.

나아가, 실제 인간의 머리 조직과 동일한 환경인 인간 머리 모델(301)에서도 Remcom 시뮬레이션을 통해, 실험 수행될 수 있다. Furthermore, an experiment may be performed through Remcom simulation in the human head model 301 that is the same environment as the actual human hair tissue.

균일한 피부 조직은 실험 전체에서 전체 대역에 대해 주파수에만 의존하도록 설정되어야 한다. The uniform skin tissue should be set to depend only on the frequency for the entire band throughout the experiment.

시뮬레이션은 안테나 시스템의 프로토 타입(305)을 이용하여 이루어진다. Simulations are made using a prototype 305 of the antenna system.

시뮬레이션을 위한 안테나 시스템의 프로토 타입(305)는 접지면, 방사 패치, 서브스트레이트, 메타 물질 레이어를 포함하여 구성할 수 있다. The prototype 305 of the antenna system for simulation may include a ground plane, a radiation patch, a substrate, and a meta-material layer.

나아가, 안테나 시스템을 실제 인간 모델의 두피, 심장, 위, 및 소장 및 대장과 같은 다른 신체 조직 위치(302)에도 이식하여, 안테나 시스템의 성능의 실제 실험 결과값을 확인할 수 있다. Furthermore, by implanting the antenna system into other body tissue locations 302 such as the scalp, heart, stomach, and small intestine and large intestine of a real human model, actual experimental results of the performance of the antenna system can be confirmed.

또한, 다진 돼지고기 근육(303)에 밀봉된 장치(304)를 사용하여 임플란트 안테나 시스템의 성능의 실제 실험 결과값을 확인할 수 있다. In addition, by using the device 304 sealed to the minced pork muscle 303 , it is possible to confirm the actual experimental results of the performance of the implant antenna system.

임플란트 안테나 시스템은 메타 물질을 장착한 것에 효과를 알아보기 위해, 메타 물질을 장착하지 아니한 임플란트 안테나 시스템을 이용해서 실험 진행을 할 수 있다. In order to examine the effect of the implanted antenna system mounted on the metamaterial, an experiment can be conducted using the implanted antenna system without the metamaterial.

도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 메타 물질이 장착된 고이득 듀얼 밴드 원형 편광 임플란트 안테나 시스템의 성능에 대한 실험 결과를 설명하기 위한 도면이다.5 is a view for explaining the experimental results on the performance of the high-gain dual-band circularly polarized implant antenna system equipped with a meta material according to an embodiment of the present invention.

실험 결과는 균일한 피부 조직에서, 프로토 타입을 이용한 HFSS 시뮬레이션, 심장 조직, 위 조직, 소장 및 대장 조직 환경에서, 프로토 타입을 이용한 Remcom 시뮬레이션, 돼지고기 근육에서 실제 메타 물질을 장착한 임플란트 안테나 시스템을 삽입하여 측정한 결과값에 해당한다. Experimental results showed that HFSS simulation using a prototype in uniform skin tissue, Remcom simulation using a prototype in the environment of heart tissue, stomach tissue, small intestine and colon tissue, and implant antenna system equipped with real metamaterials in pork muscle. It corresponds to the result value measured by inserting it.

실제 메타 물질을 장착한 임플란트 안테나 시스템 및 프로토 타입을 이용한 시뮬레이션 모두 균일한 피부 조직 환경, 두피, 심장, 위, 소장 및 대장과 같은 다른 신체 조직에서 915MHz, 2450MHz에서 공명함을 알 수 있다. It can be seen that both the implant antenna system equipped with real metamaterials and the simulation using the prototype resonate at 915 MHz and 2450 MHz in a uniform skin tissue environment, and other body tissues such as scalp, heart, stomach, small intestine and large intestine.

다만, 915MHz에서 각 환경에 따라 미세한 변화가 있으나, 이는 유의미한 수치가 아니며, 2450MHz에서의 각 환경에 따른 변화는 신체 조직의 전기적 특성 및 비대칭 부하 효과에 인한 것이라고 해석될 수 있어, 실험 결과에 영향을 주는 것은 아니다.However, at 915 MHz, there is a slight change according to each environment, but this is not a significant number. it is not giving

도 6는 본 발명의 실시 예에 따른 메타 물질이 장착된 고이득 듀얼 밴드 원형 편광 임플란트 안테나 시스템의 성능에 대한 실험 결과를 설명하기 위한 도면이다.6 is a view for explaining the experimental results on the performance of the high-gain dual-band circularly polarized implant antenna system equipped with a meta material according to an embodiment of the present invention.

도 6을 참조하면 균일한 피부 조직에서 임플란트 안테나 시스템을 프로토타입으로 시뮬레이션 한 결과와 실제 이식하여 측정한 결과값을 비교할 수 있다. Referring to FIG. 6 , the results obtained by simulating the implant antenna system as a prototype in a uniform skin tissue and the results measured by actual implantation can be compared.

실제 임플란트 안테나 시스템과 프로토타입 시뮬레이션 모두 메타 물질 레이어를 장착한 경우와 장착하지 아니한 경우로 나눠서 실험한다.Both the actual implant antenna system and the prototype simulation are tested by dividing the case with and without the metamaterial layer.

메타 물질 레이어를 장착한 시뮬레이션 프로토타입과 실제 이식한 임플란트 안테나 시스템 모두 915MHz, 2450MHz 대역에서 CP 특성이 있다. Both the simulated prototype equipped with the metamaterial layer and the implanted antenna system have CP characteristics in the 915MHz and 2450MHz bands.

또한, 메타 물질 레이어를 장착하지 아니한 경우의 915MHz에서 15.3%, 2450MHz에서 11.8% 3dB AR 대역폭이 관찰되었으나 메타 물질 레이어 장착한 경우, 각각 21.3%, 17.14%의 AR 대역폭이 관찰되었다. In addition, 15.3% and 11.8% 3dB AR bandwidth at 915 MHz at 915 MHz and 11.8% at 2450 MHz in the case where the meta material layer was not installed, but 21.3% and 17.14% AR bandwidth was observed when the meta material layer was installed, respectively.

시뮬레이션 프로토타입과 실제 이식한 임플란트 안테나 시스템 모두 비슷한 결과 양상을 보여준다. 다만, 두 경우 모두 메타 물질 레이어를 장착한 경우의 두 주파수 대역에서 모두 게인 향상을 명확하게 확인할 수 있었다. Both the simulated prototype and the implanted antenna system show similar results. However, in both cases, the gain improvement was clearly confirmed in both frequency bands when the metamaterial layer was mounted.

실제 이식한 임플란트 안테나 시스템의 경우 915MHz에서 약 2dB, 2450MHz에서 약 1.5dB의 이득 향상이 관찰되었다. In the case of the implanted antenna system actually implanted, gain improvement of about 2 dB at 915 MHz and about 1.5 dB at 2450 MHz was observed.

도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 메타 물질이 장착된 고이득 듀얼 밴드 원형 편광 임플란트 안테나 시스템의 성능에 대한 실험 결과를 설명하기 위한 도면이다.7 is a view for explaining the experimental results on the performance of the high-gain dual-band circularly polarized implant antenna system equipped with a meta material according to an embodiment of the present invention.

도 7은 4개의 다른 위상에 대한 공진 주파수에서 메타 물질 레이어를 장착한 임플란트 안테나 시스템의 방사 패치에 대한 전류 분포를 나타낸다. 7 shows the current distribution for a radiating patch of an implant antenna system equipped with a metamaterial layer at resonant frequencies for four different phases.

0도에서 위상의 작동 주파수는 모두 전류 밀도가 +y 방향에서 지배적이며, 90도 위상에서는 +x방향이 지배적으로 관찰되었다. 180도와 270의 전류 밀도는 거의 0도 및 90도와 동일한 크기의 반대 위상에서 발견되었다. 따라서, 주된 전류는 시계방향으로 회전하고 있으며, 임플란트 안테나 시스템에 대한 편파 감지가 왼쪽 CP임을 나타낸다.At 0°, the current density was dominant in the +y direction for all operating frequencies of the phase, and in the 90° phase, the +x direction was observed to dominate. Current densities of 180 degrees and 270 degrees were found in opposite phases with magnitudes approximately equal to 0 degrees and 90 degrees. Thus, the dominant current is rotating clockwise, indicating that the polarization sensing for the implanted antenna system is the left CP.

도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 메타 물질이 장착된 고이득 듀얼 밴드 원형 편광 임플란트 안테나 시스템의 성능에 대한 실험 결과를 설명하기 위한 도면이다. 8 is a view for explaining the experimental results on the performance of the high-gain dual-band circularly polarized implant antenna system equipped with a meta material according to an embodiment of the present invention.

도 8을 참조하면, 인간 두피, 심장, 위, 소장 및 대장 환경에서 Remcom 시뮬레이션과 돼지고기 근육에서 실제 메타 물질이 장착된 임플란트 안테나 시스템에 대해 작동 주파수 대비 방사 원거리 게인 패턴 실험결과를 나타낸다. Referring to FIG. 8 , the experimental results of the radiated far-field gain pattern compared to the operating frequency are shown for the Remcom simulation in human scalp, heart, stomach, small intestine and colon environments and the implant antenna system equipped with real metamaterials in pork muscle.

도 8을 참조하면, 게인 이득 패턴은 E-평면, H-평면 모두 전방향에서 이루어짐을 알 수 있다. 다만 전파의 최대 방향이 실험 환경 모두에서 외부 방향으로 확인되었다. 임플란트 안테나 시스템의 경우 양방향 통신이 가능하기 위해서는 방사 원거리 게인 패턴에서 전파 방향이 외부를 향해야 한다. 따라서, 본 발명의 임플란트 안테나 시스템이 양방향 통신이 수월하게 가능함을 입증하는 실험 결과가 된다. Referring to FIG. 8 , it can be seen that the gain gain pattern is formed in both the E-plane and the H-plane in all directions. However, the maximum direction of the radio wave was confirmed as the outward direction in all experimental environments. In the case of an implanted antenna system, the propagation direction must face outward in the radiated far-field gain pattern in order to enable bidirectional communication. Therefore, it is an experimental result that proves that the implant antenna system of the present invention can easily perform two-way communication.

나아가, 메타 물질 레이어를 장착한 임플란트 안테나 시스템이 피부 조직에서 하단 및 상단 ISM 대역의 최대 실현 이득 값이 각각 -17.1dBi, -9.81dBi 에 해당함도 추가적으로 확인할 수 있다. Furthermore, it can be further confirmed that the maximum realized gain values of the lower and upper ISM bands in the skin tissue of the implant antenna system equipped with the metamaterial layer correspond to -17.1 dBi and -9.81 dBi, respectively.

또한, 실험에서 임플란트 안테나 시스템의 성능을 확인하기 위해 링크 예산을 계산할 수 있다. 본 발명의 임플란트 안테나 시스템을 입력 전력이 25/zW 와 2dBi 값의 일정한 이득을 갖는 쌍극자 안테나와 거리를 d로 하는 트랜스미터로 간주할 수 있다. In addition, the link budget can be calculated to check the performance of the implanted antenna system in the experiment. The implanted antenna system of the present invention can be regarded as a transmitter whose input power is 25/zW and a dipole antenna having a constant gain of 2dBi and a distance d.

링크 예산에 관련된 추가 변수에 대한 것은 표 2를 확인하여 알 수 있다. Additional variables related to the link budget can be found in Table 2.

Figure 112020073133463-pat00003
Figure 112020073133463-pat00003

링크 예산은 Friis 공식을 이용하여 다양한 손실을 고려한 상태에서 계산한다. The link budget is calculated using the Friis formula, taking into account various losses.

이하에서는 도 9를 참조하여 본 발명의 임플란트 안테나 시스템의 전송 속도에 대한 실험 결과를 설명한다. Hereinafter, experimental results on the transmission speed of the implant antenna system of the present invention will be described with reference to FIG. 9 .

도 9은 본 발명의 실시 예에 따른 메타 물질이 장착된 고이득 듀얼 밴드 원형 편광 임플란트 안테나 시스템의 전송 속도 실험 결과를 설명하기 위한 도면이다. 9 is a view for explaining a transmission speed test result of a high-gain dual-band circularly polarized implant antenna system equipped with a meta material according to an embodiment of the present invention.

도 9의 (a)와 (b)는 915MHz에서 각각 100kbps, 1Mbps 비트율에서 본 발명의 임플란트 안테나 시스템의 전송 속도를 확인한 결과이다. 9 (a) and (b) are the results of confirming the transmission speed of the implant antenna system of the present invention at the bit rate of 100 kbps and 1 Mbps at 915 MHz, respectively.

본 발명의 임플란트 안테나 시스템은 거리 d가 10 보다 클 때 성공적인 전송을 보임을 확인할 수 있고, 거리 d가 6보다 클 때는 100kbps, 1Mbps 모두에서 빠른 전송을 확인할 수 있다. It can be confirmed that the implant antenna system of the present invention shows successful transmission when the distance d is greater than 10, and when the distance d is greater than 6, it can confirm fast transmission at both 100kbps and 1Mbps.

본 발명의 임플란트 안테나 시스템은 높은 데이터 속도를 갖고, 다른 여러가지 응용 제품에 활용할 수 있음을 확인할 수 있다.It can be confirmed that the implant antenna system of the present invention has a high data rate and can be utilized in various other applications.

도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 메타 물질이 장착된 고이득 듀얼 밴드 원형 편광 임플란트 안테나 시스템의 안전성 실험 결과를 설명하기 위한 도면이다. 10 is a view for explaining a safety test result of a high-gain dual-band circularly polarized implant antenna system equipped with a meta material according to an embodiment of the present invention.

도 10의 (a)와 (b)는 메타 물질이 장착되거나 되지 않은 임플란트 안테나 시스템에 대한 SAR 특정흡수율을 나타낸다. 1W의 전압 입력에 대해, 915MHz에서 심장 조직 1g에 평균적인 특정흡수율 SAR은 405.2W/kg을 나타낸다. 이 값은 메타 물질이 장착된 임플란트 안테나 시스템에서 확인된 결과이다. 10 (a) and (b) show the specific absorption rate of SAR for the implant antenna system with or without a meta-material mounted thereon. For a voltage input of 1 W, the average specific absorption SAR for 1 g of cardiac tissue at 915 MHz is 405.2 W/kg. This value is the result confirmed in the implant antenna system equipped with the meta material.

메타 물질이 장착되지 아니한 임플란트 안테나 시스템에서는 581.1W/kg으로 확인된다.In the implant antenna system not equipped with meta material, it is confirmed as 581.1 W/kg.

장착된 메타 물질 레이어 구조에 의해 변위 전류가 형성되고 이로 인해 SAR의 감소가 나타난다. A displacement current is formed by the mounted metamaterial layer structure, which leads to a reduction in SAR.

따라서 메타 물질 레이어를 장착한 임플란트 안테나 시스템이 장착하지 아니한 임플란트 안테나 시스템보다 뛰어난 성능을 가짐을 알 수 있다.Therefore, it can be seen that the implanted antenna system equipped with the metamaterial layer has superior performance than the implanted antenna system without it.

도 11은 본 발명의 실시 예에 따른 메타 물질이 장착된 고이득 듀얼 밴드 원형 편광 임플란트 안테나 시스템의 최대 허용 전류 실험 결과를 설명하기 위한 도면이다.11 is a view for explaining the maximum allowable current test results of the high-gain dual-band circularly polarized implant antenna system equipped with a meta material according to an embodiment of the present invention.

도 11을 참조하면, 심장 조직 1g과 10g에 대해서 최대 허용 순 입력 전력을 확인할 수 있다. Referring to FIG. 11 , the maximum allowable net input power for 1 g and 10 g of cardiac tissue may be confirmed.

915MHz에서 심장 조직에 허용 가능한 순 입력 전력은 메타 물질이 장착되지 않은 임플란트 안테나 시스템이 2.75mW, 메타 물질이 장착된 임플란트 안테나 시스템이 3.94mW에 해당된다. At 915 MHz, the allowable net input power to the heart tissue corresponds to 2.75 mW for the implanted antenna system without metamaterial and 3.94 mW for the implanted antenna system with metamaterial.

도 12은 본 발명의 실시 예에 따른 메타 물질이 장착된 고이득 듀얼 밴드 원형 편광 임플란트 안테나 시스템의 성능을 설명하기 위한 도면이다. 12 is a view for explaining the performance of a high-gain dual-band circularly polarized implant antenna system equipped with a meta material according to an embodiment of the present invention.

메타 물질이 장착된 고이득 듀얼 밴드 원형 편광 임플란트 안테나 시스템은 작동 주파수 대역이 915, 2450MHz에 해당되고, CP 특성을 가질 수 있다. A high-gain dual-band circularly polarized implant antenna system equipped with a meta-material has operating frequency bands of 915 and 2450 MHz, and may have CP characteristics.

나아가, 915MHz에서 대역폭은 17.8, -17.1dBi 게인 향상이 있고, 2450MHz에서 35.8 대역폭, -9.81dBi 게인 향상이 있다. Furthermore, the bandwidth at 915 MHz has 17.8 and -17.1 dBi gain enhancement, and at 2450 MHz there is a 35.8 bandwidth and -9.81 dBi gain enhancement.

이러한 실험 결과 역시 메타 물질이 장착된 임플란트 안테나 시스템이 장착되지 아니한 임플란트 안테나 시스템보다 뛰어난 성능을 가짐을 확인할 수 있다. These experimental results also confirm that the implanted antenna system equipped with the meta-material has superior performance than the non-mounted implanted antenna system.

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.The embodiments of the present invention disclosed in the present specification and drawings are merely provided for specific examples to easily explain the technical content of the present invention and help the understanding of the present invention, and are not intended to limit the scope of the present invention. It will be apparent to those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains that other modifications based on the technical spirit of the present invention can be implemented in addition to the embodiments disclosed herein.

Claims (5)

접지면, 상기 접지면의 상부에 위치한 서브스트레이트 층, 상기 서브스트레이트 층의 상부에 위치한 방사 패치, 상기 방사 패치의 상부에 위치한 슈퍼스트레이트 층, 상기 슈퍼스트레이트 층의 상부에 위치하며, 2x2 기본 단위 셀로 구성된 메타 물질 레이어를 포함하는 임플란트 안테나; 및
센서 팩, 마이크로 전자장치, 알카인 배터리를 포함하는 전자부품 장치; 를 포함하며,
상기 방사 패치는 제1 영역, 상기 제1 영역에 연결된 제2 영역 및 상기 제2 영역에 연결된 제3 영역을 포함하되,
상기 제1 영역은 뱀 모양의 미앤더(meander) 형상의 패치를 포함하고,
상기 제2 영역은 하나 이상의 폐쇄 직선 슬롯과 하나의 개방 직선 슬롯을 포함하며,
상기 제3 영역은 계단형 슬롯, 복수의 개방 직선 슬롯, 복수의 폐쇄 직선 슬롯 및 복수의 사각형 패치를 포함하고,
상기 메타 물질 레이어의 상기 단위 셀은 H 모양의 슬롯을 포함하는
소형 고이득 듀얼 밴드 원형 편광 임플란트 안테나 시스템.
A ground plane, a substrate layer positioned on top of the ground plane, a radiating patch positioned on top of the substrate layer, a superstrate layer positioned on top of the radiating patch, positioned on top of the superstrate layer, with a 2x2 basic unit cell an implant antenna comprising a constructed metamaterial layer; and
Electronic component devices including sensor packs, microelectronics, and alkaline batteries; includes,
wherein the radiating patch comprises a first region, a second region connected to the first region, and a third region connected to the second region,
The first region comprises a snake-shaped meander-shaped patch,
the second region comprises at least one closed straight slot and one open straight slot;
the third region comprises a stepped slot, a plurality of open straight slots, a plurality of closed straight slots, and a plurality of rectangular patches;
The unit cell of the meta-material layer includes an H-shaped slot
Compact high-gain dual-band circularly polarized implant antenna system.
제 1항에 있어서,
상기 임플란트 안테나는
상기 접지면에 동축 피드 핀과 단락 핀이 위치하고, 상기 단락 핀은 상기 접지면과 상기 서브스트레이트 층을 연결하는 것을 특징으로 하며,
상기 임플란트 안테나의 전체 크기는 가로ⅹ세로ⅹ높이가 7mmⅹ6mmⅹ0.254mm인 것을 특징으로 하는
소형 고이득 듀얼 밴드 원형 편광 임플란트 안테나 시스템.
The method of claim 1,
The implant antenna
A coaxial feed pin and a shorting pin are positioned on the ground plane, and the shorting pin connects the ground plane and the substrate layer,
The overall size of the implant antenna is characterized in that the width x length x height is 7mm x 6mm x 0.254mm.
Compact high-gain dual-band circularly polarized implant antenna system.
제 1항에 있어서,
상기 메타 물질 레이어는 유효 유전율이 특정 범위 내의 값을 갖는 것을 특징으로 하는
소형 고이득 듀얼 밴드 원형 편광 임플란트 안테나 시스템.
The method of claim 1,
The meta material layer is characterized in that the effective dielectric constant has a value within a specific range
Compact high-gain dual-band circularly polarized implant antenna system.
제 1항에 있어서,
상기 단위 셀의 메타 물질은 유효 유전율의 값이 임의의 값보다 큰 것을 특징으로 하는
소형 고이득 듀얼 밴드 원형 편광 임플란트 안테나 시스템.
The method of claim 1,
The meta material of the unit cell, characterized in that the value of the effective permittivity is greater than an arbitrary value
Compact high-gain dual-band circularly polarized implant antenna system.
제 1항에 있어서,
상기 임플란트 안테나는 작동 중심 주파수가 2개인 것을 특징으로 하는
소형 고이득 듀얼 밴드 원형 편광 임플란트 안테나 시스템
The method of claim 1,
The implant antenna is characterized in that the operating center frequency is two
Compact High Gain Dual Band Circular Polarized Implant Antenna System
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