KR102489559B1 - Miniaturizing method of antenna and wireless power transefer resonator uising granfene and carbon composite meterial - Google Patents

Miniaturizing method of antenna and wireless power transefer resonator uising granfene and carbon composite meterial Download PDF

Info

Publication number
KR102489559B1
KR102489559B1 KR1020180013831A KR20180013831A KR102489559B1 KR 102489559 B1 KR102489559 B1 KR 102489559B1 KR 1020180013831 A KR1020180013831 A KR 1020180013831A KR 20180013831 A KR20180013831 A KR 20180013831A KR 102489559 B1 KR102489559 B1 KR 102489559B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
graphene
bridge
antenna
carbon composite
wireless power
Prior art date
Application number
KR1020180013831A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR20190094558A (en
Inventor
김미정
Original Assignee
김미정
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 김미정 filed Critical 김미정
Priority to KR1020180013831A priority Critical patent/KR102489559B1/en
Publication of KR20190094558A publication Critical patent/KR20190094558A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR102489559B1 publication Critical patent/KR102489559B1/en

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01PWAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P1/00Auxiliary devices
    • H01P1/20Frequency-selective devices, e.g. filters
    • H01P1/201Filters for transverse electromagnetic waves
    • H01P1/203Strip line filters
    • H01P1/20327Electromagnetic interstage coupling
    • H01P1/20354Non-comb or non-interdigital filters
    • H01P1/20381Special shape resonators
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01PWAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P11/00Apparatus or processes specially adapted for manufacturing waveguides or resonators, lines, or other devices of the waveguide type
    • H01P11/008Manufacturing resonators
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • 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
    • H01Q9/30Resonant antennas with feed to end of elongated active element, e.g. unipole
    • H01Q9/40Element having extended radiating surface

Abstract

그래핀 및 탄소복합소재를 응용한 안테나 및 무선전력 전송 공진기 소형화 방법에 관한 것으로, 기생소자 구조를 제거하고 준 뫼비우스 스트립을 적어도 1회 이상 원주를 자른 준 뫼비우스 구조를 적용하는 구성을 마련하여, 그래핀 및 탄소복합소재를 응용해서 안테나 및 무선전력 전송 공진기를 소형할 수 있다.It relates to a method for miniaturizing an antenna and a wireless power transmission resonator by applying graphene and carbon composite materials. A configuration in which a parasitic element structure is removed and a quasi-Mobius strip is cut at least once in a circumference is provided, Antennas and wireless power transmission resonators can be miniaturized by applying pins and carbon composite materials.

Description

그래핀 및 탄소복합소재를 응용한 안테나 및 무선전력 전송 공진기 소형화 방법{MINIATURIZING METHOD OF ANTENNA AND WIRELESS POWER TRANSEFER RESONATOR UISING GRANFENE AND CARBON COMPOSITE METERIAL}Antenna and wireless power transmission resonator miniaturization method using graphene and carbon composite materials

본 발명은 그래핀 및 탄소복합소재를 응용한 안테나 및 무선전력 전송 공진기 소형화 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 그래핀 및 탄소복합소재를 응용해서 안테나 및 무선전력 전송 공진기를 소형화하는 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a method for miniaturizing an antenna and a wireless power transmission resonator by applying graphene and a carbon composite material, and more particularly, to a method for miniaturizing an antenna and a wireless power transmission resonator by applying graphene and a carbon composite material. .

무선이동통신이 급속도로 발전하면서, 4G/5G 이동통신 단말기, 무선제어 시스템, 사물통신 및 사물인터넷, 만물통신과 무선센서네트워크 등 다양한 무선통신 시스템은 더욱 경량이고, 간단한 구조이면서, 집적화하기 쉬운 구조로 소형화된 소자들을 요구하고 있다. As wireless mobile communication develops rapidly, various wireless communication systems such as 4G/5G mobile communication terminals, wireless control systems, things communication and the Internet of things, everything communication and wireless sensor networks are becoming more lightweight, simple, and easy to integrate. There is a demand for miniaturized devices.

이에 따라, 회로의 물리적 크기를 줄이기 위한 여러 가지 방법들이 연구되고 있으며, 평판형 마이크로웨이브 소자들과 회로들은 설계와 제작이 쉽기 때문에 폭넓게 발전하여 응용되고 있다. Accordingly, various methods for reducing the physical size of circuits are being studied, and planar microwave devices and circuits are widely developed and applied because they are easy to design and manufacture.

특히, 전 세계 이동통신 단말기 제조업체들과 무선 제어시스템 제조업체들은 저전력으로 동작하면서 방사 효율이 높으며, 회로 실장 시 공간적 제약이 없는 소형화된 플렉서블한 광대역 고이득 안테나를 요구하고 있다.In particular, manufacturers of mobile communication terminals and wireless control systems around the world require miniaturized, flexible, high-gain broadband antennas that operate with low power, have high radiation efficiency, and are free from space limitations when mounting circuits.

이러한 안테나의 소형화 기법으로는 헬리컬 구조를 적용하는 방법, 메타 물질(meta material) 및 적층 구조를 적용하는 방법 등 여러방법들이 적용되고 있다.As a miniaturization technique of such an antenna, various methods such as a method of applying a helical structure, a method of applying a meta material and a stacked structure are applied.

그 중에서 상기 헬리컬 구조는 한 번의 원주의 회전이 있을 때마다 공진 주파수가 생김에 따라, 단일 공진 주파수 특성의 안테나를 소형화하는 기법에는 적합하지 않으며, 메타 물질과 적층 구조를 적용하는 방법들은 구조가 복잡하고 제조 비용이 상승하는 단점이 있다.Among them, the helical structure generates a resonant frequency whenever the circumference rotates once, so it is not suitable for a technique for miniaturizing an antenna with a single resonant frequency characteristic, and methods applying metamaterials and stacked structures have complicated structures. It has the disadvantage of increasing manufacturing cost.

또한, 3차원 구조의 기본적인 뫼비우스 스트립을 활용한 기술과, 뫼비우스 스트립의 특성을 활용한 평판형 구조의 기술이 제안되었으나, 완전한 평판형 구조가 아니고, 저주파수에서의 선로 결합효과(coupling effect) 현상이 발생하는 문제점이 있었다.In addition, a technology using a basic Möbius strip of a three-dimensional structure and a planar structure technology utilizing the characteristics of a Möbius strip have been proposed, but it is not a complete planar structure, and a coupling effect phenomenon at low frequencies has been proposed. There were problems that arose.

이러한 종래기술에 따른 광대역 모노폴 안테나 기술의 일 예가 하기의 특허문헌 1 및 특허문헌 2 등에 개시되어 있다.An example of a broadband monopole antenna technology according to the prior art is disclosed in Patent Document 1 and Patent Document 2 below.

한편, 2004년 상온에서 투명 테이프를 이용하여 흑연에서 그래핀(Graphene)을 떼어 내는 데 성공함에 따라, 그래핀을 이용한 다양한 기술이 개발되고 있다. Meanwhile, in 2004, as it succeeded in separating graphene from graphite using a transparent tape at room temperature, various technologies using graphene are being developed.

흑연은 탄소들이 벌집 모양의 육각형 그물처럼 배열된 평면들이 층으로 쌓여 있는 구조이고, 이 흑연의 한 층을 그래핀이라 부른다. Graphite is a structure in which carbons are stacked in layers in which planes are arranged like a honeycomb-shaped hexagonal net, and one layer of this graphite is called graphene.

도 1은 그래핀의 예시도이다.1 is an exemplary view of graphene.

그래핀은 0.2㎚의 두께로 물리적, 화학적 안정성이 매우 높다. 특히, 그래핀은 구리보다 100배 이상 전기가 잘 통하고, 반도체로 주로 쓰이는 실리콘보다 100배 이상 전자의 이동성이 빠르다. 강도는 강철보다 200배 이상 강하며, 최고의 열전도성을 자랑하는 다이아몬드보다 2배 이상 열전도성이 높다. 또한, 그래핀은 빛을 대부분 통과시키기 때문에, 투명하며 신축성도 매우 뛰어나 늘리거나 구부려도 전기적 성질을 잃지 않는다.Graphene has a very high physical and chemical stability with a thickness of 0.2 nm. In particular, graphene conducts electricity more than 100 times better than copper, and the mobility of electrons is more than 100 times faster than silicon, which is mainly used as a semiconductor. Its strength is more than 200 times stronger than steel, and its thermal conductivity is more than twice that of diamond, which boasts the highest thermal conductivity. In addition, since graphene passes most of the light, it is transparent and has excellent elasticity, so it does not lose its electrical properties even when stretched or bent.

이러한 그래핀의 활용 분야는 매우 다양하다. 즉, 그래핀은 높은 전기적 특성을 활용한 초고속 반도체, 투명 전극을 활용한 휘는 디스플레이, 디스플레이만으로 작동하는 컴퓨터, 높은 전도도를 이용한 고효율 태양전지 등이 있는데, 특히 구부릴 수 있는 디스플레이, 손목에 차는 컴퓨터나 전자 종이를 만들 수 있어서 미래의 신소재로 주목받고 있다.The application fields of such graphene are very diverse. In other words, graphene includes ultra-high-speed semiconductors using high electrical properties, bendable displays using transparent electrodes, computers that operate only with displays, and high-efficiency solar cells using high conductivity. In particular, bendable displays, computers worn on the wrist or Since it can make electronic paper, it is attracting attention as a new material of the future.

이런 특성으로 인해 그래핀은 차세대 신소재로 각광받는 탄소나노튜브를 뛰어넘는 소재로 평가받으며 '꿈의 나노물질'이라 불린다. Due to these characteristics, graphene is evaluated as a material that surpasses carbon nanotubes, which are in the limelight as a next-generation new material, and is called 'dream nanomaterial'.

그래핀과 탄소나노튜브는 화학적 성질이 아주 비슷하고, 후공정을 통해 금속성과 반도체성을 분리할 수 있다. 그러나 그래핀은 탄소나노튜브보다 균일한 금속성을 갖고 있기 때문에, 산업적으로 응용할 가능성이 더 크다. Graphene and carbon nanotubes have very similar chemical properties, and metal and semiconducting properties can be separated through a post-process. However, since graphene has a more uniform metallic property than carbon nanotubes, it is more likely to be applied industrially.

대한민국 특허 등록번호 제10-0416883호(2004년 2월 5일 공고)Republic of Korea Patent Registration No. 10-0416883 (published on February 5, 2004) 대한민국 특허 등록번호 제10-0660051호(2006년 12월 22일 공고)Republic of Korea Patent Registration No. 10-0660051 (Announced on December 22, 2006)

그러나 그래핀은 밴드갭이 없어 반도체가 아닌 금속 특징을 지닌다. However, graphene has no band gap, so it has characteristics of a metal rather than a semiconductor.

이러한 그래핀의 특성을 응용해서 그래핀 반도체 설계 기술의 개발이 요구되고 있다. There is a demand for the development of graphene semiconductor design technology by applying the characteristics of graphene.

본 발명의 목적은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 그래핀 및 탄소복합소재를 응용해서 안테나 및 무선전력 전송 공진기를 소형화하는 방법을 제공하는 것이다. An object of the present invention is to solve the above problems, and to provide a method of miniaturizing an antenna and a wireless power transmission resonator by applying graphene and a carbon composite material.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 그래핀 및 탄소복합소재를 응용한 안테나 및 무선전력 전송 공진기 소형화 방법은 기생소자 구조를 제거하고 준 뫼비우스 스트립을 적어도 1회 이상 원주를 자른 준 뫼비우스 구조를 적용하며, 그래핀 및 탄소복합소재를 응용해서 안테나 및 무선전력 전송 공진기를 소형하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the method for miniaturizing an antenna and a wireless power transmission resonator using graphene and carbon composite materials according to the present invention removes the parasitic element structure and cuts the quasi-Mebius strip at least once in its circumference. It is characterized by applying a Mobius structure and miniaturizing an antenna and a wireless power transmission resonator by applying graphene and carbon composite materials.

상기 스트립의 한 쪽 끝에서 두 번째 브릿지는 세 번째 링과 브릿지에 의해 연결되고, 네 번째 브릿지는 다섯 번 째 링과 브릿지에 의해 연결되며, 첫 번째 브릿지는 마지막 다섯 번 째 브릿지에 의해 연결되고, 또 다른 스트립의 한 쪽 끝에서 첫 번째 브릿지는 두 번째 링과 브릿지에 의해 연결되고, 세 번째 브릿지는 네 번째 링과 브릿지에 의해 연결되는 것을 특징으로 한다.At one end of the strip, the second bridge is connected by a third ring and a bridge, the fourth bridge is connected by a fifth ring and a bridge, and the first bridge is connected by a fifth and last bridge, At one end of another strip, the first bridge is connected by a second ring and bridge, and the third bridge is connected by a fourth ring and bridge.

상기 스트립의 구조는 3차원 뫼비우스 스트립의 위상과 동일하게 매듭과 얽힘이 없는 구조를 가지고, 각각의 링의 회전각에 따른 L과 C의 가변으로 인한 임피던스 매칭 파라미터를 적용해서 그래핀의 주파수에 따른 도전율 손실의 보상이 가능한 것을 특징으로 한다.The structure of the strip has a structure without knots and entanglements identical to the topology of the three-dimensional Mobius strip, and by applying the impedance matching parameter due to the variation of L and C according to the rotation angle of each ring, according to the frequency of graphene It is characterized in that the compensation of the conductivity loss is possible.

그리고 상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 그래핀 및 탄소복합소재를 응용한 안테나 및 무선전력 전송 공진기 소형화 방법은 (a) 포토리소 그래피 공정을 응용해서 기판 위에 구리 패턴과 그래핀 패턴을 형성하고, 포토 레지스트를 마스킹하는 단계, (b) 플라즈마 에칭 공정에서 그래핀을 보호하기 위한 크롬 메탈을 증착하는 단계, (c) 포토 레지스트 스트립을 형성한 후, 그래핀의 효과를 극대화하기 위한 구리-그래핀 구조를 만들기 위해 그래핀을 에칭하는 단계, (d) 구리 전극패턴 위에 그래핀을 전사하고, 전사된 그래핀에 크롬 전극을 증착해서 그래핀을 보호하는 단계, (e) PTFE 기판 위에 올라간 그래핀을 플라즈마 에칭을 통해 제거하고, 그래핀 위의 크롬 전극을 제거해서 구리-그래핀 전극 공진기 어레이를 완성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.And in order to achieve the above object, a method for miniaturizing an antenna and a wireless power transmission resonator using graphene and carbon composite material according to the present invention is (a) applying a photolithography process to form a copper pattern and graphene on a substrate Forming a pattern and masking the photoresist, (b) depositing chromium metal to protect graphene in the plasma etching process, (c) maximizing the effect of graphene after forming a photoresist strip Etching graphene to make a copper-graphene structure, (d) transferring graphene on a copper electrode pattern, and protecting graphene by depositing a chromium electrode on the transferred graphene, (e) PTFE It is characterized in that it includes the step of removing the graphene on the substrate through plasma etching and removing the chromium electrode on the graphene to complete the copper-graphene electrode resonator array.

또한, 상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 그래핀 및 탄소복합소재를 응용한 안테나 및 무선전력 전송 공진기 소형화 방법은 사파이어 기판 혹은 퀄츠 기판 위에 구리 전극을 증착하고, 공진기 디자인을 적용한 구리 전극을 패터닝 후, 그 기판위에 그래핀을 성장시킴으로써, 그래핀 성장 과정에서 구리가 melting되면서 그래핀을 성장시키는 것을 특징으로 한다.In addition, in order to achieve the above object, a method for miniaturizing an antenna and a wireless power transmission resonator using graphene and carbon composite materials according to the present invention deposits a copper electrode on a sapphire substrate or a quartz substrate and applies a resonator design. After patterning the copper electrode, by growing graphene on the substrate, it is characterized in that graphene is grown while copper is melted during the graphene growth process.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 그래핀 및 탄소복합소재를 응용한 안테나 및 무선전력 전송 공진기 소형화 방법에 의하면, 그래핀 및 탄소복합소재를 응용해서 안테나 및 무선전력 전송 공진기를 소형화할 수 있다는 효과가 얻어진다. As described above, according to the method for miniaturizing an antenna and a wireless power transmission resonator using graphene and a carbon composite material according to the present invention, the effect of miniaturizing an antenna and a wireless power transmission resonator by applying graphene and a carbon composite material is obtained

그리고 본 발명에 의하면, 각각의 링의 회전 각 및 NUMBER OF CUTS의 증가로 인한 안테나 및 공진기의 소형화 효과 및 QUALITY FACTOR를 제어할 수 있다는 효과가 얻어진다.And according to the present invention, the effect of miniaturization of the antenna and the resonator due to the increase in the rotation angle and NUMBER OF CUTS of each ring and the effect of controlling the QUALITY FACTOR are obtained.

또한, 본 발명에 의하면, 그래핀의 플라즈몬 현상을 이용하여 더 우수하고 소형으로 안테나 및 공진기를 제조할 수 있다는 효과가 얻어진다.In addition, according to the present invention, an effect that an antenna and a resonator can be manufactured in a better and smaller size by using the plasmon phenomenon of graphene is obtained.

도 1은 그래핀의 예시도,
도 2는 뫼비우스 스트립(N=0)과 원주를 따라서 한 번 잘려진(N=1) 뫼비우스 스트립의 구조도,
도 3은 준 뫼비우스 스트립(Quasi Mobius strip)의 정면도,
도 4는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 그래핀 및 탄소복합소재를 응용한 안테나를 예시한 도면,
도 5는 그래핀 패턴의 전면과 후면의 공진기 어레이를 보인 도면,
도 6은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 그래핀 및 탄소복합소재를 응용해서 안테나 및 무선전력 전송 공진기를 소형화하는 공정을 보인 도면이다.
도 7은 사파이어 기판 또는 퀄츠 기판에서 그래핀 성장을 예시한 도면.
1 is an exemplary diagram of graphene;
2 is a structure diagram of a Möbius strip (N = 0) and a Möbius strip cut once along the circumference (N = 1);
3 is a front view of a Quasi Mobius strip;
4 is a diagram illustrating an antenna to which graphene and carbon composite materials are applied according to a preferred embodiment of the present invention;
5 is a diagram showing a resonator array of the front and rear surfaces of a graphene pattern;
6 is a diagram showing a process of miniaturizing an antenna and a wireless power transmission resonator by applying graphene and a carbon composite material according to a preferred embodiment of the present invention.
7 is a diagram illustrating graphene growth on a sapphire substrate or a quartz substrate.

이하 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 그래핀 및 탄소복합소재를 응용한 안테나 및 무선전력 전송 공진기 소형화 방법을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. Hereinafter, a method for miniaturizing an antenna and a wireless power transmission resonator using graphene and a carbon composite material according to a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 실시 예에서는 모노폴 안테나를 설명하였으나, 본 발명은 반드시 이에 한정되는 것은 아니고, 모노폴 안테나 뿐만 아니라, 메타 물질의 단위 공진셀, 무선전력 전송 공진기, 오실레이터 등의 RF 수동 소자에 적용될 수 있음에 유의하여야 한다. Although a monopole antenna has been described in this embodiment, it should be noted that the present invention is not necessarily limited thereto, and may be applied to RF passive elements such as unit resonant cells of meta materials, wireless power transmission resonators, oscillators, as well as monopole antennas. do.

도 2는 뫼비우스 스트립(N=0)과 원주를 따라서 한 번 잘려진(N=1) 뫼비우스 스트립의 구조도이다.2 is a structural diagram of a Möbius strip (N=0) and a Möbius strip cut once along the circumference (N=1).

뫼비우스 스트립은 inner space와 outer space가 180°의 위상차를 가지고 있다. 즉, inner space와 outer space가 분리된 공간이 아닌 연결되어 있는 open space의 특성이 있다. The Möbius strip has a phase difference of 180° between inner space and outer space. In other words, there is a characteristic of an open space in which the inner space and the outer space are connected rather than separated.

따라서 뫼비우스 스트립은 원주를 따라 잘랐을 때, 두 개의 스트립으로 분리되는 것이 아니라, 원주의 길이가 자르기 전의 2배가 되는 하나의 스트립이 되는 특성이 있다.Therefore, when the Möbius strip is cut along the circumference, it is not separated into two strips, but has a characteristic of becoming one strip whose length is doubled before being cut.

도 3은 준 뫼비우스 스트립(Quasi Mobius strip)의 정면도이다.3 is a front view of a Quasi Mobius strip.

도 3에서 제안하는 안테나는 방사체에 3차원 Mobius strip를 2차원 평면구조로 변형시킨 Quasi Mobius strip을 적용하였다. Quasi Mobius strip을 RF회로 설계 시 적용하면, 공진주파수는 유지하면서 전체 원주의 길이의 소형화된다. 도 3에서는 두 개의 링이 교차되어 연결되어 있다.The antenna proposed in FIG. 3 applies a Quasi Mobius strip, which transforms a 3-dimensional Mobius strip into a 2-dimensional planar structure, to a radiator. If Quasi Mobius strip is applied in RF circuit design, the length of the entire circumference can be miniaturized while maintaining the resonant frequency. In FIG. 3 , two rings are crossed and connected.

따라서 본 발명에 따른 모노폴 안테나는 유전체 기판 전면 중앙에 배치되고 준-뫼비우스 스트립을 적어도 1회 이상 원주를 따라 자른 구조로 형성되는 복수의 루프를 포함하는 방사체, 각 루프의 일단을 순차적으로 연결하는 제1 브릿지 및 최내측 루프와 최외측 루프의 일단에 각각 형성된 비아 홀을 연결하는 제2 브릿지를 포함하여 안테나를 소형화하며, 상기 방사체의 각 루프는 서로 다른 직경을 갖는 링 라인으로 마련될 수 있다. Therefore, the monopole antenna according to the present invention is a radiator including a plurality of loops disposed in the center of the front surface of a dielectric substrate and formed in a structure in which a quasi-Mobius strip is cut along the circumference at least once or more, and one end of each loop is sequentially connected. The antenna is miniaturized by including a first bridge and a second bridge connecting via holes respectively formed at ends of the innermost loop and the outermost loop, and each loop of the radiator may be provided with ring lines having different diameters.

도 4를 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따는 그래핀 및 탄소복합소재를 응용한 안테나의 구조를 설명한다. Referring to FIG. 4, the structure of an antenna using graphene and a carbon composite material according to a preferred embodiment of the present invention will be described.

도 4는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 그래핀 및 탄소복합소재를 응용한 안테나를 예시한 도면이다. 4 is a diagram illustrating an antenna using graphene and a carbon composite material according to a preferred embodiment of the present invention.

도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 그래핀 및 탄소복합소재를 응용한 안테나는 비아홀(VIA HOLE), 즉 기생소자 구조를 없앤 QUASI MOBIUS 구조로써, Number of Cuts(N=4)이다. As shown in FIG. 4, the antenna to which graphene and carbon composite materials are applied according to a preferred embodiment of the present invention has a VIA HOLE, that is, a QUASI MOBIUS structure without a parasitic element structure, and has Number of Cuts (N= 4) is.

스트립의 한 쪽 끝에서 두 번째 브릿지는 세 번째 링과 브릿지에 의해 연결되고, 네 번째 브릿지는 다섯 번 째 링과 브릿지에 의해 연결되며, 첫 번째 브릿지는 마지막 다섯 번 째 브릿지에 의해 연결될 수 있다 At one end of the strip, the second bridge may be connected by the third ring and bridge, the fourth bridge may be connected by the fifth ring and bridge, and the first bridge may be connected by the last fifth bridge.

또 다른 스트립의 한 쪽 끝에서 첫 번째 브릿지는 두 번째 링과 브릿지에 의해 연결되고, 세 번째 브릿지는 네 번째 링과 브릿지에 의해 연결될 수 있다.At one end of another strip, the first bridge may be connected by a second ring and bridge, and the third bridge may be connected by a fourth ring and bridge.

본 실시 예에서는 매듭이론이 적용된 구조를 가질 수 있다. In this embodiment, it may have a structure to which the knot theory is applied.

즉, 3차원의 뫼비우스 스트립은 매듭과 얽힘이 없다.That is, the three-dimensional Möbius strip has no knots or entanglements.

본 발명의 실시 예에 따른 안테나 및 공진기에 적용되는 스트립 구조는 3차원 뫼비우스 스트립의 위상과 동일하게 매듭과 얽힘이 없는 구조이다. The strip structure applied to the antenna and resonator according to the embodiment of the present invention is a structure free from knots and entanglements in the same phase as the three-dimensional Möbius strip.

그리고 본 실시 예에서는 그래핀의 주파수에 따른 도전율 손실을 보상할 수 있는 구조를 갖는다.And, in this embodiment, it has a structure capable of compensating the conductivity loss according to the frequency of graphene.

즉, 각각의 링의 회전각에 따른 L과 C의 가변으로 인한 임피던스 매칭 파라미터를 적용함으로써, 그래핀의 주파수에 따른 도전율 손실을 보상할 수 있다. That is, by applying the impedance matching parameter due to the variation of L and C according to the rotation angle of each ring, the conductivity loss according to the frequency of graphene can be compensated.

또, 본 실시 예에서는 안테나 및 공진기의 소형화 효과 및 QUALITY FACTOR의 제어를 실현할 수 있다. In addition, in this embodiment, miniaturization of the antenna and resonator and control of QUALITY FACTOR can be realized.

즉, 각각의 링의 회전 각 및 NUMBER OF CUTS의 증가로 인한 안테나 및 공진기의 소형화 효과 및 QUALITY FACTOR의 제어가 가능하다.That is, the miniaturization effect of the antenna and resonator due to the increase in the rotation angle and NUMBER OF CUTS of each ring and the control of QUALITY FACTOR are possible.

도 5는 그래핀 패턴의 전면과 후면의 공진기 어레이를 보인 도면이고, 도 6은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 그래핀 및 탄소복합소재를 응용해서 안테나 및 무선전력 전송 공진기를 소형화하는 공정을 보인 도면이다. 5 is a diagram showing a resonator array on the front and rear surfaces of a graphene pattern, and FIG. 6 shows a process of miniaturizing an antenna and a wireless power transmission resonator by applying graphene and a carbon composite material according to a preferred embodiment of the present invention. it is a drawing

도 5에 도시된 바와 같이, 본 실시 예에서는 그래핀-Cu(구리) 하이브리드 구조로써, PTFE 기판위에 방사형 구리 패턴 위에 그래핀을 전사(transfer)시킨 구조를 가질 수 있다. As shown in FIG. 5, in this embodiment, as a graphene-Cu (copper) hybrid structure, it may have a structure in which graphene is transferred onto a radial copper pattern on a PTFE substrate.

이와 같은 그래핀 패턴을 갖는 공진기는 도 6의 1) 내지 3)에 도시된 바와 같이, 일반적인 포토리소 그래피(photolithography) 공정과 유사하게, 기판 위에 구리 패턴과 그래핀 패턴을 형성하고, 포토 레지스트(photo resist)를 마스킹(masking)한다. As shown in 1) to 3) of FIG. 6, the resonator having such a graphene pattern is similar to a general photolithography process, forming a copper pattern and a graphene pattern on a substrate, and forming a photoresist ( mask the photo resist.

그리고 도 6의 4)에 도시된 바와 같이, 플라즈마 에칭 공정에서 그래핀을 보호하기 위한 크롬 메탈을 증착한다. And as shown in 4) of FIG. 6, chromium metal is deposited to protect the graphene in the plasma etching process.

도 6의 5)에서 포토 레지스트 스트립을 형성한 후, 그래핀의 효과를 극대화하기 위한 구리-그래핀 구조를 만들기 위해 그래핀을 에칭한다(도 6의 6))After forming the photoresist strip in 5) of FIG. 6, the graphene is etched to create a copper-graphene structure to maximize the effect of graphene (6 of FIG. 6))

여기서, 차이점은 구리 전극패턴 위에 그래핀을 전사하고, 전사된 그래핀에 크롬 전극을 증착하여 그래핀을 보호해주는 역할한다.Here, the difference is that the graphene is transferred on the copper electrode pattern and the chromium electrode is deposited on the transferred graphene to protect the graphene.

이어서, PTFE 기판 위에 올라간 그래핀을 플라즈마 에칭을 통해 제거하고(도 6의 7)), 마지막으로 그래핀 위의 크롬 전극을 제거하면 구리-그래핀 전극 공진기 어레이가 완성된다(도 6의 8)).Subsequently, the graphene on the PTFE substrate is removed through plasma etching (7 in FIG. 6), and finally, the copper-graphene electrode resonator array is completed by removing the chromium electrode on the graphene (8 in FIG. 6). ).

이와 같은 과정을 통해 구리-그래핀 구조를 형성함으로써, 높은 전도도를 유지할 수 있다.By forming a copper-graphene structure through such a process, high conductivity can be maintained.

즉, 구리는 산화가 매우 잘되는 메탈로써, 상단에 보호를 해주는 물질이 필수적이다. In other words, copper is a metal that is very easily oxidized, so a material that protects the upper part is essential.

그래핀이 증착된 구리의 경우, 산화 및 부식을 방지하는 베리어 역할을 할 수 있다.In the case of graphene-deposited copper, it can serve as a barrier to prevent oxidation and corrosion.

따라서 본 발명은 구리 전극 산화를 막아주는 베리어 뿐만 아니라, 전도성을 유지하는 구조를 갖는 공진기에 적합한 구조라 할 수 있다.Therefore, the present invention can be said to be a structure suitable for a resonator having a structure that maintains conductivity as well as a barrier that prevents copper electrode oxidation.

한편, 도 7은 사파이어 기판 또는 퀄츠 기판에서 그래핀 성장을 예시한 도면이다. Meanwhile, FIG. 7 is a diagram illustrating graphene growth on a sapphire substrate or a quartz substrate.

본 발명은 도 7에 도시된 바와 같이, 공정을 단순화 하기 위해 사파이어 기판 혹은 퀄츠(quartz) 기판 위에 구리 전극을 증착하고, 공진기 디자인을 적용한 구리 전극을 패터닝 후, 그 기판위에 그래핀을 성장시킴으로써, 그래핀 성장 과정에서 구리가 melting되면서 그래핀이 성장되는 효과를 얻을 수 있다. As shown in FIG. 7, the present invention deposits a copper electrode on a sapphire substrate or a quartz substrate to simplify the process, patterns the copper electrode to which the resonator design is applied, and then grows graphene on the substrate, As copper melts during the graphene growth process, the effect of graphene growth can be obtained.

이와 같이, 본 발명은 사파이어/그래핀 전극 또는 퀄츠/그래핀 전극 공진기 형태를 구성할 수 있다. As such, the present invention may constitute a sapphire/graphene electrode or a quartz/graphene electrode resonator.

이 경우, 그래핀의 표면 플라즈몬 현상을 이용하여 더 우수하고 소형으로 안테나 및 공진기를 제조할 수 있다. In this case, better and smaller antennas and resonators can be manufactured using the surface plasmon phenomenon of graphene.

이상 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 상기 실시 예에 따라 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되는 것은 아니고, 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경 가능한 것은 물론이다.Although the invention made by the present inventors has been specifically described according to the above embodiments, the present invention is not limited to the above embodiments, and various changes can be made without departing from the gist of the present invention.

본 발명은 그래핀 및 탄소복합소재를 응용한 안테나 및 무선전력 전송 공진기 소형화 방법 기술에 적용된다.The present invention is applied to a method for miniaturizing an antenna and a wireless power transmission resonator using graphene and carbon composite materials.

Claims (5)

기생소자 구조를 제거하고 준 뫼비우스 스트립을 적어도 1회 이상 원주를 자른 준 뫼비우스 구조를 적용하며, 그래핀 및 탄소복합소재를 응용해서 안테나 및 무선전력 전송 공진기를 소형하고,
상기 스트립의 구조는 3차원 뫼비우스 스트립의 위상과 동일하게 매듭과 얽힘이 없는 구조를 가지며,
각각의 링의 회전각에 따른 L과 C의 가변으로 인한 임피던스 매칭 파라미터를 적용해서 그래핀의 주파수에 따른 도전율 손실의 보상이 가능하며,
각의 링의 회전 각 및 NUMBER OF CUTS를 증가시켜 안테나 및 공진기를 소형화하고, QUALITY FACTOR의 제어가 가능한 것을 특징으로 하는 그래핀 및 탄소복합소재를 응용한 안테나 및 무선전력 전송 공진기 소형화 방법.
Remove the parasitic element structure and apply a quasi-Moebius structure in which the circumference of the quasi-Moebius strip is cut at least once, and apply graphene and carbon composite materials to make the antenna and wireless power transmission resonator smaller,
The structure of the strip has a structure without knots and entanglements identical to the topology of the three-dimensional Möbius strip,
It is possible to compensate for the conductivity loss according to the frequency of graphene by applying the impedance matching parameter due to the variation of L and C according to the rotation angle of each ring.
A method for miniaturizing antennas and resonators by increasing the rotation angle and NUMBER OF CUTS of each ring, and miniaturizing antennas and wireless power transmission resonators using graphene and carbon composite materials, characterized in that the control of QUALITY FACTOR is possible.
제1항에 있어서,
상기 스트립의 한 쪽 끝에서 두 번째 브릿지는 세 번째 링과 브릿지에 의해 연결되고, 네 번째 브릿지는 다섯 번 째 링과 브릿지에 의해 연결되며, 첫 번째 브릿지는 마지막 다섯 번 째 브릿지에 의해 연결되고,
또 다른 스트립의 한 쪽 끝에서 첫 번째 브릿지는 두 번째 링과 브릿지에 의해 연결되고, 세 번째 브릿지는 네 번째 링과 브릿지에 의해 연결되는 것을 특징으로 하는 그래핀 및 탄소복합소재를 응용한 안테나 및 무선전력 전송 공진기 소형화 방법.
According to claim 1,
At one end of the strip, the second bridge is connected by a third ring and a bridge, the fourth bridge is connected by a fifth ring and a bridge, and the first bridge is connected by a fifth and last bridge,
At one end of another strip, the first bridge is connected by the second ring and the bridge, and the third bridge is connected by the fourth ring and the bridge. An antenna using graphene and carbon composite materials, and A method for miniaturizing a wireless power transmission resonator.
삭제delete 삭제delete 삭제delete
KR1020180013831A 2018-02-05 2018-02-05 Miniaturizing method of antenna and wireless power transefer resonator uising granfene and carbon composite meterial KR102489559B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020180013831A KR102489559B1 (en) 2018-02-05 2018-02-05 Miniaturizing method of antenna and wireless power transefer resonator uising granfene and carbon composite meterial

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020180013831A KR102489559B1 (en) 2018-02-05 2018-02-05 Miniaturizing method of antenna and wireless power transefer resonator uising granfene and carbon composite meterial

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20190094558A KR20190094558A (en) 2019-08-14
KR102489559B1 true KR102489559B1 (en) 2023-01-18

Family

ID=67622127

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020180013831A KR102489559B1 (en) 2018-02-05 2018-02-05 Miniaturizing method of antenna and wireless power transefer resonator uising granfene and carbon composite meterial

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102489559B1 (en)

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100416883B1 (en) 2001-07-27 2004-02-05 (주)신아정보통신 A wideband monopole antenna
KR100660051B1 (en) 2005-08-11 2006-12-22 코마테크 주식회사 Structure for broadband monopole antenna
KR101729036B1 (en) * 2015-02-11 2017-04-24 김미정 Monopole antenna
KR20170063405A (en) * 2015-11-30 2017-06-08 김미정 Antenna and resonator using composite materials

Also Published As

Publication number Publication date
KR20190094558A (en) 2019-08-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102074777B (en) Micro-strip rectangular double annular circular-seam resonator-based frequency selectivity surface structure
Ghosh et al. A dual-band tunable frequency selective surface with independent wideband tuning
JPWO2013027824A1 (en) Antenna and electronic device
US10276942B2 (en) Helical antenna and method of modulating the performance of a wireless communications device
JP4726972B2 (en) Radome and microstrip patch antenna with the same
KR102489559B1 (en) Miniaturizing method of antenna and wireless power transefer resonator uising granfene and carbon composite meterial
Raad et al. A 2.45 GHz transparent antenna for wearable smart glasses
JP5304489B2 (en) Radio wave absorber
KR20100131155A (en) Frequency adjustable dual composite right/left handed transmission line structure
JP7470950B2 (en) Antenna and its manufacturing method
JP5842731B2 (en) Metamaterial antenna
KR20170126126A (en) SAW filter and method of manufacturing the same
JP6379009B2 (en) Laminated metamaterial substrate
US10797108B2 (en) Printed reconfigurable electronic circuit
TW202207523A (en) Antenna device
US10836642B2 (en) Graphene semiconductor design method
JP2009021770A (en) Ebg element, its array structure, and high-frequency circuit
JP6983613B2 (en) Microwave band antenna
TW202102356A (en) Device comprising physical properties controlled by microstructure and method of manufacturing the same
JP2016051842A (en) Spiral inductor, method for manufacturing spiral inductor, and transformer
KR101989985B1 (en) Method of preparing freestanding thin film
JP2022024120A (en) Method for producing graphene film and method for manufacturing antenna
JP2020515039A (en) Graphene semiconductor design method
Devi et al. Metamaterial-based miniaturized CPW band stop filter design on silicon substrate for microwave applications
Hota et al. Fractal-shaped DGS and its sensitivity analysis with microstrip patch antenna for 2.4 GHz WLAN applications

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right