KR20120031855A - 전자파 인체 보호 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 전자파 인체 보호 장치에 관한 것으로, 안테나를 포함하는 방사체와, 이 방사체와 결합하여 방사부를 이루는 복수의 단위셀이 주기적으로 배열된 주기 구조체를 포함하며, 웨어러블 단말기 등과 같이 새롭게 등장하는 인체 착용형 전자기기에서 발생하는 전자파로부터 인체를 보호하기 위해 주기 구조 및 안테나로 구성된 방사부를 통해 전자기기로부터 방사되는 방사 패턴을 조절하여 인체로 흡수되는 전자파의 흡수율을 낮출 수 있는 이점이 있다.
Description
본 발명은 전자파 인체 보호 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 전자파로부터 인체를 보호할 수 있는 전자파 인체 보호 장치에 관한 것이다.
최근 웨어러블 컴퓨터 및 RFID 건강 모니터링 기기 등 많은 통신 기기 등이 인체와 밀접하게 사용되고 있다. 이러한 기기들은 과거 이동통신 기기와는 달리 사용할 때 잠깐 인체와 밀접하게 사용하는 것이 아니라 장기간에 인체와 접촉하여 사용하게 되어 전자파가 인체에 미치는 영향이 더욱 중요하게 되었다.
현재로서는 이러한 통신 기기들이 사용하는 주파수 대역에서의 전자파가 인체에 미치는 영향에 대해 연관성은 명확히 밝혀지지 않았으나 백혈병, 뇌종양, 두통 등 각종 질병에 영향을 미칠 가능성이 있다고 보고되고 있다. 또한 장기간의 노출 및 인체에 접촉하여 노출되었을 경우 그 영향이 더 커질 수 있다.
지금까지의 전자파 인체 영향에 대한 기술은 두부에 근접한 이동통신 단말기에 대한 기술이 주를 이루었다.
종래의 두부 전자파 저감 기술에는 전자파 흡수체 및 EMI 도료의 사용, 안테나와 같은 방사체 구조의 변경 등과 같은 기술이 제안되고 있다. 또한 전자파 저지대(EBG: Electromagnetic BandGap)을 이용한 기술이 응용되고 있는데, 이는 유전체 등으로 이루어진 기판에 인공적으로 주기적인 금속 패턴을 구현하여 방사체의 전자기적 특성을 변화시킬 수 있다.
그러나 인체 착용형 기기 등과 같이 새롭게 등장하는 인체에 접촉하여 사용하는 기기들이 늘어나면서 좀 더 인체에 근접하여 장기간에 사용하므로 이러한 악영향을 미치는 전자파를 줄일 수 있는 연구가 요구되고 있다. 따라서 인체에 착용하여 사용하는 기기들의 전자파를 차단하거나 줄여서 인체에 미치는 악영향을 예방하기 위한 많은 연구가 필요한 실정이다.
본 발명은 새롭게 부상하는 인체 착용형 기기를 사용함에 있어 인체를 보호 하기 위하여, 주기 구조 및 안테나로 구성된 방사부를 설계하여 전자파의 인체 흡수율을 최소화시켜 다양한 인체 착용형 전자기기에 적용할 수 있는 전자파 인체 보호 장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 실시 예에 따른 전자파 인체 보호 장치는, 안테나를 포함하는 방사체와, 상기 방사체와 결합하여 방사부를 이루는 복수의 단위셀이 주기적으로 배열된 주기 구조체를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 방사체는, 상기 주기 구조체의 상부 중앙에 배치된 안테나 보드와, 상기 안테나 보드의 위에 형성된 안테나와, 상기 안테나 보드와 상기 안테나를 접지시키는 비아와, 상기 안테나 보드와 상기 안테나를 전기적으로 연결하여 신호를 피딩하는 피딩단자를 포함할 수 있다.
상기 전자파 인체 보호 장치는, 상기 안테나의 공진 길이 또는 폭을 조절하여 상기 방사체의 동작 주파수를 설정할 수 있다.
상기 주기 구조체의 단위셀은, 접지층과, 상기 접지층 위에 형성되어 유전체 스페이서의 역할을 하는 전자파 저지대 보드와, 상기 전자파 저지대 보드 위에 형성된 금속재질의 전자파 저지대 패턴을 포함할 수 있다.
상기 전자파 저지대 패턴은, 금속재질의 패치 내에 복수의 슬롯이 형성될 수 있다.
상기 패치 또는 슬롯은, 직사각형 모양을 가질 수 있다.
상기 전자파 인체 보호 장치는, 상기 주기 구조체의 주기 구조를 변형하여 동작 주파수 대역을 설정할 수 있다.
상기 전자파 인체 보호 장치는, 상기 슬롯의 구조 또는 모양을 변형하여 동작 주파수 대역을 설정할 수 있다.
상기 전자파 인체 보호 장치는, 인접한 상기 단위셀 간의 간격, 상기 단위셀의 크기, 상기 패치 내 상기 슬롯의 크기 중에서 적어도 하나 이상을 조절하여 동작 주파수 대역을 설정할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 의하면, 웨어러블 단말기 등과 같이 새롭게 등장하는 인체 착용형 전자기기에서 발생하는 전자파로부터 인체를 보호하기 위해 주기 구조 및 안테나로 구성된 방사체를 통해 전자기기로부터 방사되는 방사 패턴을 조절하여 인체로 흡수되는 전자파의 흡수율을 낮출 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 전자파 인체 보호 장치의 평면도.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따라 전자파 인체 보호 장치의 주기 구조체를 구성하는 단위셀의 평면도.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 전자파 인체 보호 장치의 측면도.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 전자파 인체 보호 장치의 사용 유무에 따른 전자파의 방사 패턴 예시도.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 전자파 인체 보호 장치의 전자파 흡수율 표.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 전자파 인체 보호 장치의 사용 예를 보인 도면.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따라 전자파 인체 보호 장치의 주기 구조체를 구성하는 단위셀의 평면도.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 전자파 인체 보호 장치의 측면도.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 전자파 인체 보호 장치의 사용 유무에 따른 전자파의 방사 패턴 예시도.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 전자파 인체 보호 장치의 전자파 흡수율 표.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 전자파 인체 보호 장치의 사용 예를 보인 도면.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
본 발명의 실시 예들을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명의 실시 예에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
본 발명의 실시 예에서는 전자파 저지대와 같은 주기 구조와 안테나로 구성된 방사부가 채택하여 전자파 인체 보호 장치를 구현한다. 전자파 저감을 위해 이용할 수 있는 전자파 저지대가 방사체와 결합하여 방사부를 이루었을 경우 자연에 존재하지 않는 자기 도체 특성을 인위적으로 구현하여 주기 구조의 표면이 고임피던스의 특징을 가지고 이러한 고임피던스의 특징으로 표면 전류를 감소시켜 표면파의 발생을 억제시켜 불필요한 전자파를 줄일 수 있다. 또한 인공자기도체(perfect magnetic conductor)의 특성을 이용하여 안테나와 같은 방사체의 방사 특성을 원하는 방향으로 변경시켜 방사체의 성능 저하 없이 전자파를 줄일 수 있다. 이러한 기술을 인체 착용형 기기에 적용 시킬 경우 방사부의 방사 패턴을 인체와 무해한 방향으로 변화시켜 인체와 접촉한 경우에도 인체를 보호할 수 있어 전자파 저감 기기로 사용이 가능하다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 전자파 인체 보호 장치의 평면도이며, 도 2는 본 발명의 실시 예에 따라 전자파 인체 보호 장치의 주기 구조체를 구성하는 단위셀의 평면도이고, 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 전자파 인체 보호 장치의 측면도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 전자파 인체 보호 장치(100)는 안테나(143)를 포함하는 방사체(140)와, 방사체(140)와 결합하여 방사부를 이루는 복수의 단위셀(A)이 주기적으로 배열된 주기 구조체(130)를 포함한다. 도 3에서 도면부호 110은 전자파를 발생할 수 있는 전자 회로이며, 120은 전자 회로(120)를 차폐시키는 차폐 케이스(120)이다. 예컨대, 전자 회로(110)는 주파수 발생기 등이 위치할 수 있다.
방사체(140)는, 주기 구조체(130)의 상부 중앙에 배치된 안테나 보드(141)와, 이 안테나 보드(141)의 위에 형성된 안테나(143)와, 안테나 보드(141)와 안테나(143)를 접지시키는 비아(145)와, 안테나 보드(141)와 안테나(143)를 전기적으로 연결하여 신호를 피딩하는 피딩단자(147)를 포함한다. 예컨대, 안테나(143)는 평판형 역 에프 안테나(PIFA : Planar Inverted-F Antenna)를 이용할 수 있으며, 안테나(143)의 공진 길이 및 폭(Wa, La)을 조절하여 방사체(140)가 동작할 주파수를 설정할 수 있다.
주기 구조체(130)의 단위셀(A)은, 접지층(131)과, 이 접지층(131) 위에 형성되어 유전체 스페이서의 역할을 하는 전자파 저지대 보드(133)와, 이 전자파 저지대 보드(133) 위에 형성된 금속재질의 전자파 저지대 패턴(135)을 포함한다. 전자파 저지대 패턴(135)은 금속재질의 패치(135a) 내에 복수의 슬롯(135b)이 형성되어 이루어지며, 예컨대, 패치(135a)와 슬롯(135b)은 사각 모양으로 형성할 수 있으나 이외에도 다각형 구조 또는 유전자 알고리즘을 사용한 구조 등과 같이 다양한 형태로 형성될 수 있다.
이러한 전자파 저지대 패턴(135)은 도 3에서는 도시 생략하였지만 도 1에 나타낸 바와 같이 패치(135a)를 접지층(131)에 연결하는 접지패드(137)을 포함할 수 있다.
이와 같이 구성된 전자파 인체 보호 장치(100)는 주기 구조체(130)의 주기 구조를 변형하여 전자파의 동작 주파수 대역을 설정할 수 있다. 즉 인접한 단위셀(A) 간의 간격(G), 단위셀(A)의 크기(W, L), 패치(135a) 내 슬롯(135b)의 크기(T, S, R) 중에서 적어도 하나 이상을 조절하여 보호하고자 하는 전자파의 동작 주파수 대역을 설정할 수 있다. 여기서 슬롯(135b)은 전자파의 동작 주파수 대역을 조절할 수 있으며 전류의 흐름을 길게 하여 주파수를 낮출 수 있는 역할을 한다. 따라서 슬롯(135b)이 없을 때의 단위셀보다 외부 단위셀의 크기를 줄일 수 있어 단위셀(A)의 소형화에도 기여한다. 또한, 주기 구조체(130)의 주기 구조를 변형하여 동작 주파수 대역을 설정할 때에 슬롯(135b)의 구조 및/또는 모양을 변형시켜서 동작 주파수 대역을 설정할 수도 있다.
이때, 단위셀(A) 간의 간격(G)는 전자파 저지 특성에 영향을 미치는 커패시턴스와 관련된 변수이며, 단위셀(A)의 패치(135a)는 인덕턴스와 관련된 변수로 슬롯(135b)을 삽입함으로 인하여 인덕턴스 효과가 증대되어 단위셀(A)을 소형화할 수 있다.
이와 같이 구성된 본 발명의 실시 예에 따른 전자파 인체 보호 장치(100)는 복수의 단위셀(A)이 주기적으로 배열된 주기 구조체(130)에 의해 이동통신 단말기 및 웨어러블 통신 기기 등의 인체 착용형 기기에서 발생하는 전자파로부터 발생하는 표면 전류를 감소시키고 방사체(140)의 방사 패턴을 변화시켜 전자파로부터 인체를 보호할 수 있다.
한편, 도 3에서는, 본 발명의 실시 예에 따른 전자파 인체 보호 장치(100)에서 주기 구조체(130)와 방사체(140)가 결합되어 이루는 방사부가 위치하고 그 아래에 차폐 케이스(120) 및 전자 회로(110)가 위치하는 것으로 나타내었으나, 이는 인체에 착용하기 용이한 크기로 설계하는 것을 가정한 것으로 방사부의 주변에 전자 회로가 위치하더라도 전자파 저감 효과를 얻을 수 있다.
도 4에서는 본 발명의 실시 예에 따른 전자파 인체 보호 장치를 사용하는 경우와 사용하지 않는 경우에 안테나로부터 발생되는 전자파의 방사 패턴을 비교하였다. 도 4에 나타난 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 전자파 인체 보호 장치를 사용함으로 인하여 통신 기기로부터 발생되는 전자파의 방사 패턴(PIFA with EBG)이 전자파 인체 보호 장치를 사용하지 않는 경우의 방사 패턴(PIFA)에 비해 인체 방향으로의 방사 패턴이 줄어든 것을 확인할 수 있다.
아래의 표 1은 본 발명의 실시 예에 따른 전자파 인체 보호 장치를 이용하여 측정된 전자파 흡수율(SAR)을 나타낸 것이다. WCDMA 주파수(1.98 GHz)대역을 측정하였으며, 10g 당 전자파 흡수율이 최대 38%의 저감효과를 얻을 수 있었다.
[표 1]
따라서 본 발명의 실시 예에 따른 전자파 인체 보호 장치가 전자파로부터 인체를 보호할 수 있는 방호 효과를 얻을 수 있다는 것을 확인할 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 전자파 인체 보호 장치의 사용 예를 보인 도면이다. 도 5에 나타낸 바와 같이 인체(201)와 인체 착용형 기기(203)와의 사이에 본 발명의 실시 예에 따른 전자파 인체 보호 장치(100)를 배치하여 인체 착용형 장치(203)로부터 발생하는 전자파로부터 인체를 보호할 수 있다. 즉, 주기 구조를 이용하여 안테나의 방사 패턴을 조절하여 전자파에 대한 보호 효과를 높여 안테나로부터 발생한 전자파의 인체 내 흡수율을 낮출 수 있다.
100 : 전자파 인체 보호 장치 130 : 주기 구조체
131 : 접지층 133 : 전자파 저지대 보드
135 : 전저파 저지대 패턴 140 : 방사체
131 : 접지층 133 : 전자파 저지대 보드
135 : 전저파 저지대 패턴 140 : 방사체
Claims (9)
- 안테나를 포함하는 방사체와,
상기 방사체와 결합하여 방사부를 이루는 복수의 단위셀이 주기적으로 배열된 주기 구조체를 포함하는
전자파 인체 보호 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 방사체는, 상기 주기 구조체의 상부 중앙에 배치된 안테나 보드와,
상기 안테나 보드의 위에 형성된 안테나와,
상기 안테나 보드와 상기 안테나를 접지시키는 비아와,
상기 안테나 보드와 상기 안테나를 전기적으로 연결하여 신호를 피딩하는 피딩단자를 포함하는
전자파 인체 보호 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 전자파 인체 보호 장치는, 상기 안테나의 공진 길이 또는 폭을 조절하여 상기 방사체의 동작 주파수를 설정하는
전자파 인체 보호 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 주기 구조체의 단위셀은, 접지층과, 상기 접지층 위에 형성되어 유전체 스페이서의 역할을 하는 전자파 저지대 보드와, 상기 전자파 저지대 보드 위에 형성된 금속재질의 전자파 저지대 패턴을 포함하는
전자파 인체 보호 장치. - 제 4 항에 있어서,
상기 전자파 저지대 패턴은, 금속재질의 패치 내에 복수의 슬롯이 형성된
전자파 인체 보호 장치. - 제 5 항에 있어서,
상기 패치 또는 슬롯은, 직사각형 모양을 가지는
전자파 인체 보호 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 전자파 인체 보호 장치는, 상기 주기 구조체의 주기 구조를 변형하여 동작 주파수 대역을 설정하는
전자파 인체 보호 장치. - 제 5 항에 있어서,
상기 전자파 인체 보호 장치는, 상기 슬롯의 구조 또는 모양을 변형하여 동작 주파수 대역을 설정하는
전자파 인체 보호 장치. - 제 5 항에 있어서,
상기 전자파 인체 보호 장치는, 인접한 상기 단위셀 간의 간격, 상기 단위셀의 크기, 상기 패치 내 상기 슬롯의 크기 중에서 적어도 하나 이상을 조절하여 동작 주파수 대역을 설정하는
전자파 인체 보호 장치.
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| KR1020100133403A KR101718930B1 (ko) | 2010-09-27 | 2010-12-23 | 전자파 인체 보호 장치 |
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