KR20140119613A - Relay Antenna Attached to Human Body for Human Body Communication - Google Patents

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KR20140119613A KR1020130095982A KR20130095982A KR20140119613A KR 20140119613 A KR20140119613 A KR 20140119613A KR 1020130095982 A KR1020130095982 A KR 1020130095982A KR 20130095982 A KR20130095982 A KR 20130095982A KR 20140119613 A KR20140119613 A KR 20140119613A
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최재훈
탁진필
주은만
이성규
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Abstract

Disclosed is a relay antenna attached to a human body for human body communications. The disclosed antenna includes: a central ground surface which is formed on a lower portion of a first dielectric substrate; a second dielectric substrate which is coupled to a lower portion of the first dielectric substrate; and a lower emitter which is coupled to a lower portion of the second dielectric substrate, wherein the lower emitter includes a feed line, a lower patch, and a lower ground surface which is formed on the same plane and spaced apart from the lower patch and the feed line by a predetermined distance. The lower ground plane and the lower patch are electrically connected by an inductor. According to the disclosed antenna, it is possible to overcome the low radiation efficiency with the antenna of an implantable device, and it is possible to provide an internal directivity of the human body in a first band and an external directivity of the human body in a second band.

Description

인체 부착형 인체 통신용 중계기 안테나{Relay Antenna Attached to Human Body for Human Body Communication}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0002] The present invention relates to a human-

본 발명은 안테나에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 인체 부착형 인체 통신용 중계기 안테나에 관한 것이다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0002] The present invention relates to an antenna, and more particularly, to a human body attachable human-body communication repeater antenna.

무선 통신 기술이 발달함에 따라 초소형, 저전력 통신이 가능하게 되었고, 이러한 기술은 인체 내의 송신기와 외부의 수신기를 통해 체내 정보를 무선으로 송수신하는 의료용 기기에 활용 가능하게 하였다. With the development of wireless communication technology, it has become possible to communicate with very small size and low power, and this technology makes it possible to use in a medical device that transmits and receives body information wirelessly through a transmitter in a human body and an external receiver.

이로 인해, 무선 인체 근접 네트워크와 함께 모니터링, 진단, 치료를 위한 의료용 이식 기기의 연구가 활발히 진행되고 있다. As a result, studies on medical implantable devices for monitoring, diagnosis, and treatment with wireless human body proximity networks are actively being conducted.

의료용 이식형 기기는 MedRadio 대역의 25uW ERP 제한 규정으로 인하여 매우 낮은 출력 전력 레벨을 가져야 하고, 또한 유전율과 도전율이 높은 인체가 안테나를 감싸고 있기 때문에 안테나의 입력 임피던스와 공진 주파수를 변화시킬뿐만 아니라 방사 효율이 열하되어 신뢰 가능한 전송 거리가 매우 짧다는 문제가 있다. Medical implantable devices must have very low output power levels due to the 25 uW ERP limitations of the MedRadio band and because the body with high permittivity and high conductivity surrounds the antenna, it not only changes the input impedance and resonant frequency of the antenna, There is a problem that the reliable transmission distance is very short.

따라서, 이식형 기기로부터의 신호를 외부 기기로 직접 전송하는 데에는 많은 문제점이 있으며, 이러한 문제를 해결하기 위해 인체에 착용되는 착용형 중계 시스템이 필요하다. Therefore, there are many problems in transmitting signals from an implantable device directly to an external device. To solve such a problem, a wearable relay system worn on the human body is needed.

또한, 본 발명은 이식형 기기의 안테나가 가지는 낮은 방사 효율을 극복할 수 있는 인체 통신용 중계기 안테나를 제안한다. Further, the present invention proposes a human-body communication repeater antenna capable of overcoming low radiation efficiency of an antenna of an implantable device.

또한, 본 발명은 제1 대역에서 인체 내부 지향성을 가지고 제2 대역에서 인체 외부 지향성을 가지는 인체 통신용 중계기 안테나를 제안한다. Also, the present invention proposes a human-body communication repeater antenna having a human-body directivity in a first band and a human-body directivity in a second band.

상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명의 안테나에 따르면, 제1 유전체 기판; 상기 제1 유전체 기판 상부에 형성되는 상부 패치; 상기 제1 유전체 기판 하부에 형성되는 중앙 접지면; 상기 제1 유전체 기판 하부에 결합되는 제2 유전체 기판; 및 상기 제2 유전체 기판 하부에 결합되는 하부 방사체를 포함하되, 상기 하부 방사체는, 급전 선로, 하부 패치 및 상기 급전 선로와 하부 패치와 소정거리 이격되어 동일 평면에 형성되는 하부 접지면을 포함하고, 상기 하부 패치와 상기 하부 접지면은 인덕터에 의해 전기적으로 연결되는 인체 통신용 중계기 안테나가 제공된다. According to an aspect of the present invention, there is provided an antenna comprising: a first dielectric substrate; An upper patch formed on the first dielectric substrate; A central ground plane formed under the first dielectric substrate; A second dielectric substrate coupled to a lower portion of the first dielectric substrate; And a lower radiator coupled to a lower portion of the second dielectric substrate, wherein the lower radiator includes a feed line, a lower patch, and a lower ground plane spaced apart from the lower patch by a predetermined distance and formed in the same plane, Wherein the lower patch and the lower ground plane are electrically connected by an inductor.

상기 중앙 접지면에는 슬롯이 형성된다. A slot is formed in the central ground plane.

상기 슬롯은 상기 급전 선로와 오버랩되는 위치에 형성된다. The slot is formed at a position overlapping the feed line.

상기 중앙 접지면과 상기 하부 접지면은 커넥터에 의해 전기적으로 연결된다. The central ground plane and the lower ground plane are electrically connected by a connector.

본 발명의 안테나에 따르면, 이식형 기기의 안테나가 가지는 낮은 방사 효율을 극복할 수 있으며, 제1 대역에서 인체 내부 지향성을 가지고 제2 대역에서 인체 외부 지향성을 가질 수 있는 장점이 있다. According to the antenna of the present invention, it is possible to overcome the low radiation efficiency of the antenna of the implantable device and to have the human body directivity in the first band and to have the human body directivity in the second band.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 인체 통신용 중계기 안테나의 단면도를 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 일 실시에에 따른 상부 패치의 구조를 도시한 도면.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 중앙 접지면의 구조를 도시한 도면.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 하부 방사체의 구조를 도시한 도면.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 인체 통신용 중계기 안테나의 반사 손실을 도시한 그래프.
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a cross-sectional view of a human body communication repeater antenna according to an embodiment of the present invention; FIG.
2 is a view showing the structure of a top patch according to an embodiment of the present invention;
3 illustrates a structure of a central ground plane according to an embodiment of the present invention.
4 is a view illustrating a structure of a lower radiator according to an embodiment of the present invention.
5 is a graph illustrating return loss of a transponder antenna for human body communication according to an embodiment of the present invention.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. While the invention is susceptible to various modifications and alternative forms, specific embodiments thereof are shown by way of example in the drawings and will herein be described in detail. It should be understood, however, that the invention is not intended to be limited to the particular embodiments, but includes all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention. Like reference numerals are used for like elements in describing each drawing.

이하에서, 본 발명에 따른 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, embodiments according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 인체 통신용 중계기 안테나의 단면도를 도시한 도면이다. 1 is a cross-sectional view of a human body communication repeater antenna according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 인체 통신용 중계기 안테나는 제1 기판(100), 제2 기판(102), 상부 패치(110), 중앙 접지면(120) 및 하부 방사체(130)를 포함한다. 1, a transceiver antenna for a human body communication according to an exemplary embodiment of the present invention includes a first substrate 100, a second substrate 102, an upper patch 110, a central ground plane 120, and a lower radiator 130 ).

본 발명의 일 실시예에 따른 인체 통신용 중계기 안테나는 인체에 부착되어 인체 내부의 이식형 기기로부터 전송되는 신호를 수신하고 이식형 기기에서 수신된 신호를 모니터링 장치로 전송하는 기능을 한다. The transceiver antenna for human body communication according to an embodiment of the present invention receives a signal transmitted from an implantable device inside the human body attached to a human body and transmits a signal received from the implantable device to a monitoring device.

본 발명의 중계기 안테나는 제2 주파수 대역으로 전송되는 이식형 장비로부터의 신호를 수신하여 신호 처리를 수행한 후(예를 들어, 증폭) 제1 주파수 대역으로 모니터링 장비에 신호를 전송한다. The repeater antenna of the present invention receives a signal from an implantable device transmitted in a second frequency band, performs signal processing (for example, amplification), and transmits a signal to the monitoring device in a first frequency band.

여기서, 모니터링 장비는 이식형 기기로부터 송신된 신호를 분석할 수 있는 장비이다. 모니터링 장비는 인체와 이격되어 위치할 수도 있으며, 필요에 따라 인체에 부착될 수도 있다. 본 발명의 안테나는 인체와 이격되어 위치하는 모니터링 장비에 신호를 중계할 때 보다 효율적으로 동작할 수 있는 안테나이다. Here, the monitoring device is a device capable of analyzing signals transmitted from the implantable device. The monitoring equipment may be located away from the human body and may be attached to the human body as needed. The antenna of the present invention is an antenna that can operate more efficiently when relaying signals to monitoring equipment located apart from the human body.

제1 기판(100)은 미리 설정된 유전율을 가지는 유전체로 이루어지며, 제1 기판(100)의 상부에는 상부 패치(110)가 결합된다. 제1 기판(100)의 유전율은 요구되는 방사 특성 및 사용 주파수에 의해 결정될 수 있다. 일례로, FR-4 유전체로 이루어진 기판이 제1 기판(100)으로 사용될 수 있다. The first substrate 100 is made of a dielectric having a predetermined permittivity, and the upper patch 110 is coupled to the upper portion of the first substrate 100. The dielectric constant of the first substrate 100 may be determined by the required radiation characteristics and the frequency of use. As an example, a substrate made of FR-4 dielectric may be used as the first substrate 100.

상부 패치(110)는 제1 주파수 대역의 신호를 방사하는 기능을 하며, 일례로 직사각형의 형태를 가질 수 있다. 상부 패치(110)는 송신용 방사체이며, 모니터링 장비로 신호를 송신한다. The upper patch 110 radiates a signal of a first frequency band, and may have a rectangular shape, for example. The upper patch 110 is a transmitting emitter and transmits signals to the monitoring equipment.

일례로, 상부 패치(110)는 ISM 대역(2.4 ~ 2.485GHz)으로 모니터링 장비에 신호를 전송할 수 있다. As an example, the top patch 110 may transmit signals to the monitoring equipment in the ISM band (2.4-2.45 GHz).

물론, 상부 패치(110)는 모니터링 장비(110)로부터 신호를 수신하여 인체 내부의 이식형 기기에 신호를 전송하는 기능을 수행할 수도 있을 것이다. Of course, the upper patch 110 may also perform the function of receiving a signal from the monitoring equipment 110 and transmitting a signal to the implantable device within the human body.

도 2는 본 발명의 일 실시에에 따른 상부 패치의 구조를 도시한 도면이다. 2 is a view showing the structure of a top patch according to an embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 상부 패치(100)는 직사각형의 구조를 가지는 일반적인 패치 방사체일 수 있다. 상부 패치(100)의 크기 및 형태는 요구되는 주파수와 대역폭에 따라 변경될 수 있을 것이다. Referring to FIG. 2, the upper patch 100 according to an embodiment of the present invention may be a general patch radiator having a rectangular structure. The size and shape of the top patch 100 may vary depending on the required frequency and bandwidth.

제1 기판(110)의 하부에는 중앙 접지면(120)이 형성된다. 중앙 접지면은 제1 기판(110)의 하부 전 영역에 형성되는 것이 바람직하나 이에 한정되는 것은 아니다. A central ground plane 120 is formed below the first substrate 110. The central ground plane is preferably formed in the entire lower region of the first substrate 110, but is not limited thereto.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 중앙 접지면의 구조를 도시한 도면이다. 3 is a view illustrating a structure of a central ground plane according to an embodiment of the present invention.

중앙 접지면(120)의 소정 영역에는 슬롯(200)이 형성된다. 슬롯(200)은 후술하는 하부 패치에서 급전 선로(300)와 오버랩되는 영역에 형성되는 것이 바람직하다. 중앙 접지면(120)은 접지 전위를 제공하며, 상부 패치(110)와 하부 패치(130) 사이의 아이솔레이션을 제공하는 기능을 수행할 수 있다. A slot 200 is formed in a predetermined region of the central ground plane 120. It is preferable that the slot 200 is formed in a region overlapping with the feed line 300 in the lower patch described later. The central ground plane 120 provides a ground potential and can perform the function of providing isolation between the top patch 110 and the bottom patch 130. [

제2 기판(130)은 제1 기판(110)의 하부에 결합된다. 제1 기판(100)의 하부에 제2 기판(102)이 결합되므로, 제2 기판(130)의 상부에는 중앙 접지면(120)이 결합된다. 제2 기판(102)의 하부에는 하부 방사체(130)가 형성된다. The second substrate 130 is coupled to the lower portion of the first substrate 110. Since the second substrate 102 is coupled to the lower portion of the first substrate 100, the central ground plane 120 is coupled to the upper portion of the second substrate 130. A lower radiator 130 is formed below the second substrate 102.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 하부 방사체의 구조를 도시한 도면이다. 4 is a view illustrating a structure of a lower radiator according to an embodiment of the present invention.

도 4를 참조하면, 하부 방사체(130)는 하부 패치(132), 하부 접지면(134) 및 급전 선로(136)를 포함한다. Referring to FIG. 4, the lower radiator 130 includes a lower patch 132, a lower ground plane 134, and a feed line 136.

하부 접지면(134)은 하부 패치(132) 및 급전 선로(136)와 소정 거리 이격되어 하부 패치(132) 및 급전 선로(136)를 둘러싸는 구조로 형성된다. The lower ground plane 134 is formed to surround the lower patch 132 and the feed line 136 at a predetermined distance from the lower patch 132 and the feed line 136.

하부 접지면(134)과 중앙 접지면(120)은 커넥터를 이용하여 서로 전기적으로 연결될 수 있다. 물론, 제2 기판(102)에 비아를 형성하여 하부 접지면(134)과 중앙 접지면(120)을 전기적으로 연결할 수도 있을 것이다. The lower ground plane 134 and the central ground plane 120 may be electrically connected to each other using a connector. Of course, a via may be formed in the second substrate 102 to electrically connect the lower ground plane 134 and the central ground plane 120.

급전 선로(136)는 하부 패치(132)에 급전 신호를 제공한다. 도 4를 참조하면, 급전 선로(136)는 양 측에 접지가 소정거리 이격되어 존재하는 CPW 급전 선로의 형태를 가질 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. The feed line 136 provides a feed signal to the lower patch 132. Referring to FIG. 4, the feed line 136 may have a form of a CPW feed line having a ground at a predetermined distance on both sides, but the present invention is not limited thereto.

하부 패치(132)는 하부 패치(132)를 둘러싸는 하부 접지면(134)과 인덕터(140)를 통해 연결된다. 예를 들어, 하부 패치(132)와 하부 접지면(134)은 33nH의 칩 인덕터를 통해 하부 접지면(134)과 연결될 수 있을 것이다. The lower patch 132 is connected to the lower ground plane 134 surrounding the lower patch 132 through the inductor 140. For example, the lower patch 132 and lower ground plane 134 may be connected to the lower ground plane 134 through a 33 nH chip inductor.

이러한 구조의 하부 방사체(130)는 0차 공진으로 동작하는 방사체이다. 하부 패치(132)와 하부 접지면(134) 사이의 간격은 커패시턴스 및 인덕턴스로 모델링 가능하며, 이 두가지 파라미터에 의해 공진 주파수가 결정된다. The lower radiator 130 having such a structure is a radiator that operates with the 0th order resonance. The spacing between the lower patch 132 and the lower ground plane 134 can be modeled as capacitance and inductance, and the resonant frequency is determined by these two parameters.

따라서, 하부 접지면(134)과 하부 패치(132) 사이의 칩 인덕터의 인덕턴스를 적절히 선택하는 것에 의해 0차 공진 주파수를 조절하는 것이 가능하다. 또한, 하부 접지면(134)과 하부 패치(132) 사이의 간격 조절에 의해서도 0차 공진 주파수를 조절하는 것이 가능하다. Therefore, it is possible to adjust the zero-order resonance frequency by appropriately selecting the inductance of the chip inductor between the lower ground plane 134 and the lower patch 132. It is also possible to adjust the zero-order resonance frequency by adjusting the gap between the lower ground plane 134 and the lower patch 132.

하부 패치(132)를 포함하는 하부 방사체(130)는 인체에 착용될 때 인체에 근접하게 착용되며, 0차 공진을 통해 인체에 이식된 이식형 기기로부터 전달되는 신호를 수신한다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, MICS 대역의 신호를 인체에 이식된 이식형 기기로부터 수신할 수 있다. The lower radiator 130 including the lower patch 132 is worn close to the human body when worn on the human body and receives signals transmitted from the implantable device implanted into the human body through the 0th order resonance. According to an embodiment of the present invention, a signal in the MICS band can be received from an implantable device implanted in a human body.

한편, 상부 패치(110)는 하부 방사체(130)에 형성된 급전 선로(136)로로부터 커플링에 의해 급전을 받는다. The upper patch 110 is fed by coupling from the feed line 136 formed in the lower radiator 130.

중앙 접지면(120)의 슬롯(300)은 커플링 신호를 급전 선로(136)로로부터 상부 패치(110)에 제공하는 통로로서의 기능을 수행한다. The slot 300 of the central ground plane 120 serves as a path for providing a coupling signal from the feed line 136 to the upper patch 110.

하부 방사체(130)에 의해 수신된 신호는 별도의 신호 처리 모듈(미도시)의 변환 절차를 거쳐 상부 패치(110)를 통해 외부의 모니터링 장치에 전송된다. 전술한 바와 같이, ISM 대역으로 외부 모니터링 장치에 신호를 전송할 수 있을 것이다. The signal received by the lower radiator 130 is transmitted to the external monitoring device through the upper patch 110 through a conversion process of a separate signal processing module (not shown). As described above, signals may be transmitted to the external monitoring device in the ISM band.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 인체 통신용 중계기 안테나의 반사 손실을 도시한 그래프이다. 5 is a graph illustrating return loss of a human body communication repeater antenna according to an embodiment of the present invention.

도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나는 MICS 대역 및 ISM 대역에서 공진점을 형성하는 것을 확인할 수 있다. Referring to FIG. 5, it can be seen that the antenna according to an embodiment of the present invention forms a resonance point in the MICS band and the ISM band.

이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.As described above, the present invention has been described with reference to particular embodiments, such as specific elements, and specific embodiments and drawings. However, it should be understood that the present invention is not limited to the above- And various modifications and changes may be made thereto by those skilled in the art to which the present invention pertains. Accordingly, the spirit of the present invention should not be construed as being limited to the embodiments described, and all of the equivalents or equivalents of the claims, as well as the following claims, belong to the scope of the present invention .

Claims (4)

제1 유전체 기판;
상기 제1 유전체 기판 상부에 형성되는 상부 패치;
상기 제1 유전체 기판 하부에 형성되는 중앙 접지면;
상기 제1 유전체 기판 하부에 결합되는 제2 유전체 기판; 및
상기 제2 유전체 기판 하부에 결합되는 하부 방사체를 포함하되,
상기 하부 방사체는, 급전 선로, 하부 패치 및 상기 급전 선로와 하부 패치와 소정거리 이격되어 동일 평면에 형성되는 하부 접지면을 포함하고,
상기 하부 패치와 상기 하부 접지면은 인덕터에 의해 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 인체 통신용 중계기 안테나.
A first dielectric substrate;
An upper patch formed on the first dielectric substrate;
A central ground plane formed under the first dielectric substrate;
A second dielectric substrate coupled to a lower portion of the first dielectric substrate; And
And a lower radiator coupled to the lower portion of the second dielectric substrate,
Wherein the lower radiating element includes a feed line, a lower patch, and a lower ground plane spaced apart from the lower patch by a predetermined distance and formed on the same plane,
Wherein the lower patch and the lower ground plane are electrically connected by an inductor.
제1항에 있어서,
상기 중앙 접지면에는 슬롯이 형성되는 것을 특징으로 하는 인체 통신용 중계기 안테나.
The method according to claim 1,
And a slot is formed on the central ground plane.
제2항에 있어서,
상기 슬롯은 상기 급전 선로와 오버랩되는 위치에 형성되는 것을 특징으로 하는 인체 통신용 중계기 안테나.
3. The method of claim 2,
And the slot is formed at a position overlapping the feed line.
제1항에 있어서,
상기 중앙 접지면과 상기 하부 접지면은 커넥터에 의해 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 인체 통신용 중계기 안테나.
The method according to claim 1,
Wherein the central ground plane and the lower ground plane are electrically connected by a connector.
KR1020130095982A 2013-03-29 2013-08-13 Relay Antenna Attached to Human Body for Human Body Communication KR101533153B1 (en)

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