KR20150095483A - 인체 착용형 통신 기기용 안테나 - Google Patents

Abstract

인체 착용형 통신 기기용 안테나가 개시된다. 개시된 안테나는, 사각형 구조의 기판; 상기 기판 하부에 형성되는 접지면; 및 상기 기판 상부에 형성되고, 상기 기판 상부 중심에 형성되는 급전점과 결합되며 상기 급전점으로부터 각각 4개의 모서리 중 어느 하나로 향하는 4개의 방사 아암을 포함하는 방사 패턴을 포함하되, 상기 방사 아암 각각은 서로 다른 모서리로 향하며 소정 지점에서 절곡되는 구조를 가진다. 개시된 안테나에 의하면, 표면 지향적인 방사 특성을 가지면서 로우 프로파일 구조로 제작될 수 있는 장점이 있다.

Description

인체 착용형 통신 기기용 안테나{Antenna for Communication Device Worn by Human Body}

본 발명은 안테나에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 인체 착용형 통신 기기에 사용되는 안테나에 관한 것이다.

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.

이로 인해, 무선 인체 근접 네트워크와 함께 모니터링, 진단, 치료를 위한 의료용 이식 장비 및 의료용 착용형 통신 기기의 연구가 활발히 진행되고 있다.

특히, 신체에 착용되어 심박수와 같은 생체 신호를 측정하는 착용형 장비의 사용이 점차 증가하고 있는데, 이러한 착용형 통신 기기를 통해 생체 신호를 측정하는 장비에서 가장 큰 문제점은 기존의 안테나와는 다른 방사 특성이 요구된다는 점이다.

인체 모니터링을 위한 착용형 통신 기기에서 전송되는 신호는 또 다른 착용형 의료 장비(예를 들어, 시계와 같은 착용형 장비)에 신호를 전송해야 하며, 따라서, 착용형 통신 기기에 사용되는 안테나는 표면 지향성 방사 특성을 가질 필요가 있다.

본 발명은 표면 지향적인 방사 특성을 가지는 인체 착용형 통신 기기용 안테나를 제안한다.

또한, 본 발명은 로우 프로파일 구조로 구현될 수 있는 인체 착용형 통신 기기용 안테나를 제안한다.

상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명의 일 실시예에 따르면, 사각형 구조의 기판; 상기 기판 하부에 형성되는 접지면; 및 상기 기판 상부에 형성되고, 상기 기판 상부 중심에 형성되는 급전점과 결합되며 상기 급전점으로부터 각각 4개의 모서리 중 어느 하나로 향하는 4개의 방사 아암을 포함하는 방사 패턴을 포함하되, 상기 방사 아암 각각은 서로 다른 모서리로 향하며 소정 지점에서 절곡되는 구조를 가지는 인체 착용형 통신 기기용 안테나가 제공된다.

상기 제1 방사 아암 내지 제4 방사 아암은 각각 상기 사각형 기판의 제1 모서리 내지 제4 모서리까지 연장되고 상기 제1 방사 아암 내지 제4 방사 아암은 각각 상기 제1 모서리 내지 제4 모서리에서 절곡된다.

상기 제1 방사 아암은 상기 제1 모서리에서 상기 제2 모서리를 향하도록 절곡되고, 상기 제2 방사아암은 상기 제2 모서리에서 상기 제3 모서리를 향하도록 절곡되며, 상기 제3 방사 아암은 상기 제3 모서리에서 상기 제4 모서리를 향하도록 절곡되고, 상기 제4 방사 아암은 상기 제4 모설에서 상기 제1 모서리를 향하도록 절곡된다.

상기 제1 방사 아암과 상기 제3 방사 아암은 서로 마주보는 구조를 가지고 상기 제2 방사 아암과 상기 제4 방사 아암은 서로 마주보는 구조를 가진다.

상기 접지면으로부터 SMA 커넥터를 통해 상기 기판 상부의 중심으로 급전이 이루어진다.

본 발명의 안테나에 따르면, 표면 지향적인 방사 특성을 가지면서 로우 프로파일 구조로 제작될 수 있는 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나의 상부 사시도를 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나의 하부 평면도를 도시한 도면.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나의 전류 분포를 도시한 도면.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나의 S11 파라미터를 도시한 도면.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나의 인체 팬텀상에서의 방사 패턴을 도시한 도면.

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.

이하에서, 본 발명에 따른 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나의 상부 사시도를 도시한 도면이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나의 하부 평면도를 도시한 도면이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나는 기판(100)상에 형성되며, 기판(100)의 상부에는 안테나 패턴이 형성되고 기판(100)이 하부에는 접지면(180)이 형성된다.

기판(100)이 안테나의 몸체부로서 기능하며, 안테나 패턴 및 접지면(180)이 기판에 결합된다. 기판의 사이즈 및 유전율은 안테나의 방사 주파수 및 대역폭에 의해 결정될 수 있다.

인체 통신용 ISM 대역(2.4Ghz ~2.485GHz)에서 본 발명의 안테나가 사용될 경우, 유전율 3을 가지는 RT-30 기판이 사용될 수 있다. 물론, 안테나의 방사 주파수가 변화됨에 따라 사용되는 기판의 유전율이 변화될 수 있을 것이다.

급전점(150)은 기판 상부의 중심에 형성되며, 기판 하부의 접지면(180)으로부터 SMA 커넥터를 통해 직접 급전이 이루어질 수 있다. 이와 같은 급전 구조는 언밸런스(Unbalance) 급전 구조로서 후술하는 루프 형태의 전류 분포를 형성하기 위해 언밸런스 급전 구조를 이용한다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나는 4개의 방사 아암(110, 112, 114, 116)을 구비한다. 각 방사 아암(110, 112, 114, 116)은 기판의 중심으로부터 연장되며 급전점(150)과 전기적으로 연결되어 급전 신호를 제공받는다.

기판(100) 중심의 급전점(150)과 전기적으로 결합되기에 4개의 방사 아암(110, 112, 114, 116)은 모두 전기적으로 결합되어 있다.

제1 방사 아암(110)은 기판(100) 중심의 급전점(150)으로부터 제1 각도를 가지고 연장된다. 일례로, 도 1에 도시된 바와 같이, 제1 각도는 기판의 제1 모서리(210)를 향하도록 설정될 수 있다. 이때, 제1 방사 아암(110)은 제1 각도로 제1 모서리를 향하도록 연장된다. 기판(100)이 정사각형일 경우 제1 각도는 +45도로 설정될 수 있다.

제1 방사 아암(110)은 제1 각도로 연장되다가 소정 지점에서 절곡되는 구조를 가진다. 도 1에 도시된 바와 같이, 제1 방사 아암(110)은 기판(100)의 제1 모서리(210)까지 연장된 후 제1 모서리(210)에서 절곡될 수 있다.

제1 방사 아암(100)은 제1 모서리(210)에서 제2 모서리(212)를 향하도록 절곡될 수 있다.

제2 방사 아암(112)은 기판(100) 중심의 급전점(150)으로부터 제2 각도를 가지고 연장된다. 도 1에 도시된 바와 같이, 제2 각도는 제2 모서리(212)를 향하도록 설정될 수 있다. 이때, 제2 방사 아암(112)은 제2 각도로 제2 모서리(212)까지 연장될 수 있을 것이다.

제2 방사 아암(112) 역시 제2 각도로 연장되다가 소정 지점에서 절곡되는 구조를 가진다. 제2 방사 아암(112)은 제2 모서리(212)에서 제3 모서리(214)를 향하도록 절곡될 수 있다.

제3 방사 아암(114)은 기판(100) 중심의 급전점(150)으로부터 제3 각도를 가지고 연장된다. 도 1에 도시된 바와 같이, 제3 각도는 제3 모서리(214)를 향하도록 설정될 수 있다. 이때, 제3 방사 아암(114)은 제3 각도로 제3 모서리(214)까지 연장될 수 있을 것이다.

제3 방사 아암(114) 역시 제3 각도로 연장되다가 소정 지점에서 절곡되는 구조를 가진다. 제3 방사 아암(114)은 제3 모서리(214)에서 제4 모서리(216)를 향하도록 절곡될 수 있다.

제4 방사 아암(216)은 기판(100) 중심의 급전점(150)으로부터 제4 각도를 가지고 연장된다. 도 1에 도시된 바와 같이, 제4 각도는 제4 모서리(216)를 향하도록 설정될 수 있다. 이때, 제4 방사 아암(116)은 제4 각도로 제4 모서리(216)까지 연장될 수 있을 것이다.

제4 방사 아암(116) 역시 제4 각도로 연장되다가 소정 지점에서 절곡되는 구조를 가진다. 제4 방사 아암(116)은 제4 모서리(216)에서 제1 모서리(210)를 향하도록 절곡될 수 있다.

상술한 바와 같은 본 발명의 방사 패턴의 구조는 기판(100)이 정사각형일 경우 제1 방사 아암(110) 내지 제4 방사 아암(116)이 90도의 각도로 회전하는 구조를 가지고 있으며 제1 방사 아암(110) 내지 제4 방사 아암(116)의 형태는 동일하게 설정될 수 있다.

한편, 기판의 중심으로부터 각 모서리까지의 거리는 사용 주파수에 상응하는 파장의 1/2로 설정될 수 있다.

사각형 구조의 기판에 방사 아암이 형성되기 때문에 제1 방사 아암(110) 및 제3 방사 아암(114)과 제2 방사 아암(112) 및 제4 방사 아암(116)은 서로 마주보는 구조로 형성되며, 제1 방사 아암(110)과 제3 방사 아암(114)에서 방사되는 신호 및 제2 방사 아암(112)과 제4 방사 아암(116)에서 방사되는 신호는 상호 보상된다. 이러한 상호 보상에 의해, 루프 형태의 전류 주회 경로가 형성된다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나의 전류 분포를 도시한 도면이다.

도 3을 참조하면, 4개의 방사 아암들에서 루프 형태의 전류 분포가 형성되는 것을 확인할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 안테나는 기판의 두께에 의하여 방사 특성이 변하지 않으며, 따라서 로우 프로파일 형태를 가지도록 설계되는 것이 가능하다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나의 S11 파라미터를 도시한 도면으로서, 실선의 그래프는 자유 공간에서의 S11 파라미터이며 점선의 그래프는 인체 팬텀에서의 S11 파라미터이다.

도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나는 자유 공간 및 인체 팬텀상에서 모두 ISM 대역을 만족하는 것을 확인할 수 있다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나의 인체 팬텀상에서의 방사 패턴을 도시한 도면이다.

도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나는 인체 표면 지향성 방사 패턴을 가지는 것을 확인할 수 있다.

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.

Claims (5)

1. 사각형 구조의 기판;
   상기 기판 하부에 형성되는 접지면; 및
   상기 기판 상부에 형성되고, 상기 기판 상부 중심에 형성되는 급전점과 결합되며 상기 급전점으로부터 각각 4개의 모서리 중 어느 하나로 향하는 4개의 방사 아암을 포함하는 방사 패턴을 포함하되,
   상기 방사 아암 각각은 서로 다른 모서리로 향하며 소정 지점에서 절곡되는 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 인체 착용형 통신 기기용 안테나.
2. 제1항에 있어서,
   상기 제1 방사 아암 내지 제4 방사 아암은 각각 상기 사각형 기판의 제1 모서리 내지 제4 모서리까지 연장되고 상기 제1 방사 아암 내지 제4 방사 아암은 각각 상기 제1 모서리 내지 제4 모서리에서 절곡되는 것을 특징으로 하는 인체 착용형 통신 기기용 안테나.
3. 제2항에 있어서,
   상기 제1 방사 아암은 상기 제1 모서리에서 상기 제2 모서리를 향하도록 절곡되고, 상기 제2 방사 아암은 상기 제2 모서리에서 상기 제3 모서리를 향하도록 절곡되며, 상기 제3 방사 아암은 상기 제3 모서리에서 상기 제4 모서리를향하도록 절곡되고, 상기 제4 방사 아암은 상기 제4 모설에서 상기 제1 모서리를 향하도록 절곡되는 것을 특징으로 하는 인체 착용형 통신 기기용 안테나.
4. 제3항에 있어서,
   상기 제1 방사 아암과 상기 제3 방사 아암은 서로 마주보는 구조를 가지고 상기 제2 방사 아암과 상기 제4 방사 아암은 서로 마주보는 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 인체 착용형 통신 기기용 안테나.
5. 제1항에 있어서,
   상기 접지면으로부터 SMA 커넥터를 통해 상기 기판 상부의 중심으로 급전이 이루어지는 것을 특징으로 하는 인체 착용형 통신 기기용 안테나.
   

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