KR20180130227A - 듀얼모드 안테나를 포함하는 두개내압 모니터링 디바이스 - Google Patents

Abstract

본 발명은 듀얼모드 안테나를 포함하는 두개내압 모니터링 디바이스에 관한 발명으로서, 본 발명의 일 실시예에 따른 듀얼모드 안테나를 포함하는 두개내압 모니터링 디바이스는 이식된 부위의 두개내압을 검출하기 위한 센서부; 및 검출된 두개내압를 체외로 전송하는 듀얼모드 안테나;를 포함하되, 듀얼모드 안테나는 제 1 주파수 및 제 2 주파수의 전파를 방사시키며, 급전홀을 포함하는 그라운드 패치(ground patch); 그라운드 패치의 상부에 형성된 제 1 유전층; 제 1 유전층의 상부에 위치하고, 미앤더(meander)형상의 슬롯 및 급전라인(feed line)을 포함하는 방사 패치(radiation patch); 및 방사패치의 상부에 형성된 제 2 유전층을 포함하되, 급전라인은 방사패치의 하부면에 연결되어 급전홀에 수직으로 관통되도록 형성되고, 제 1 주파수 및 제 2 주파수는 슬롯의 형상에 따라 조절되는 것을 특징으로 한다.

Description

듀얼모드 안테나를 포함하는 두개내압 모니터링 디바이스{MONIERING DEVICE OF INTRACRANIAL PRESSURE WITH DUAL-MODE ANTENA}

본 발명은 듀얼모드 안테나를 포함하는 두개내압 모니터링 디바이스에 관한 것이다.

의학 기술의 발달과 마이크로 및 나노 기술의 도입으로 인하여, 인간 신체의 다양한 생리학적 신호를 치료하고 모니터링하기 위한 의료용 임플란트 기술에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 예컨데, 심박수, 혈당 수치, 체온 및 두개내압을 모니터링하기 위한 캡슐 내시경 및 임플란트 안테나 등이 고안되었다.

특히, 두개내압(ICP)의 모니터링과 관리는 사람 생명과 직접적으로 연결되기 때문에, 두개내압을 모니터링 하기 위한 무선 장치가 요구되고 있는 실정이다.

임플란트 가능한 두개내압의 모니터링 장치에 있어서, 임플란트 안테나는 전자기파를 송신 및 수신하기 위한 매체로서, 임플란트용 의료장비에서 생체 내부를 모니터링 하기 위한 매우 중요한 구성요소 중 하나이다.

그러나, 생체 내부로 삽입되어야 하기 때문에 크기가 작아야하고, 생체 적합성, 조직의 커플링(coupling) 및 환자의 안정성 등을 포함하는 여러가지 사안들이 고려되어야 한다. 또한, 원하는 밴드폭 및 전송률 등을 구현하기가 쉽지 않으며, 배터리의 수명 또한 해결되어야할 과제이다.

이와 관련하여, 대한민국 특허청 등록번호 제 10-0878719 호 (발명의 명칭: 인체통신방법, 인체통신시스템 및 이에 사용되는 캡슐형 내시경)는 캡슐형 내시경의 표면에 설치된 두 송신 전극 사이에 전위차가 발생하는 단계와, 두 송신 전극 중 상대적으로 높은 전위의 송신 전극으로부터 전류가 인체 내부에 공급되어 인체표면을 흐르는 단계와, 인체표면을 흐르는 전류가 인체표면에 설치된 두 수신 전극 사이에 전압을 유기하는 단계와, 두 수신 전극 사이에 전압을 유기한 상기 전류는 다시 인체 내부로 흘러들어가 상기 송신 전극 중 상대적으로 낮은 전위의 송신 전극으로 싱크되는 단계를 포함하는 인체 내부에 투입된 캡슐형 내시경이 인체외부로 신호를 송신하는 인체통신방법을 개시하고 있다.

대한민국 특허청 등록번호 제 10-0878719 호

본 발명은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 듀얼모드 안테나를 포함하는 두개내압 모니터링 디바이스를 제공하고자 한다.

구체적으로, 915MHz 및 2450MHz에서 듀얼모드로 동작하는 안테나를 포함하는 두개내압 모니터링 디바이스를 제공하고자 한다.

또한, 크기가 소형화 되고 생체적합성을 지니며 배터리의 수명을 효율적으로 연장시킬 수 있는 두개내압 모니터링 디바이스를 제공하고자 한다.

다만, 본 실시예가 이루고자 하는 기술적 과제는 상기된 바와 같은 기술적 과제로 한정되지 않으며, 또 다른 기술적 과제들이 존재할 수 있다.

상술한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 본 발명의 일 측면에 따른 듀얼모드 안테나를 포함하는 두개내압 모니터링 디바이스는 이식된 부위의 두개내압을 검출하기 위한 센서부; 및 검출된 두개내압를 체외로 전송하는 듀얼모드 안테나;를 포함하되, 듀얼모드 안테나는 제 1 주파수 및 제 2 주파수의 전파를 방사시키며, 급전홀을 포함하는 그라운드 패치(ground patch); 그라운드 패치의 상부에 형성된 제 1 유전층; 제 1 유전층의 상부에 위치하고, 미앤더(meander)형상의 슬롯 및 급전라인(feed line)을 포함하는 방사 패치(radiation patch); 및 방사패치의 상부에 형성된 제 2 유전층을 포함하되, 급전라인은 방사패치의 하부면에 연결되어 급전홀에 수직으로 관통되도록 형성되고, 제 1 주파수 및 제 2 주파수는 슬롯의 형상에 따라 조절되는 것을 특징으로 한다.

전술한 과제 해결 수단 중 어느 하나에 의하면, 본 발명의 일 실시예는 듀얼모드 안테나를 포함하는 두개내압 모니터링 디바이스를 제공한다.

구체적으로, 915MHz 및 2450MHz에서 듀얼모드로 동작하는 안테나를 포함하는 두개내압 모니터링 디바이스를 제공한다.

따라서, 두개내압 모니터링 디바이스의 크기가 소형화 되고 생체적합성을 지니며 배터리의 수명을 효율적으로 연장시킬 수 있는 효과가 발휘된다.

한편, 본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 고안이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 듀얼모드 안테나를 포함하는 두개내압 모니터링 디바이스를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 듀얼모드 안테나를 포함하는 두개내압 모니터링 디바이스를 도시한 도면이다.
도 3은 도 1 에 도시된 본 발명의 제 1 실시예에 따른 듀얼모드 안테나를 포함하는 두개내압 모니터링 디바이스의 상세 구성도를 도시하고 있다.
도 4는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 듀얼모드 안테나를 포함하는 두개내압 모니터링 디바이스를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 제 1 실시예 및 제 2 실시예에 따른 듀얼모드 안테나의 모식도이다.
도 6은 본 발명의 제 1 실시예 및 제 2 실시예에 따른 듀얼모드 안테나의 그라운드 패치 및 방사패치를 도시하고 있다.
도 7은 본 발명의 제 1 실시예 및 제 2 실시예에 따른 듀얼모드 안테나를 이용하여 무선 통신을 하기 위한 안테나의 파라미터를 도시한 표이다.
도 8은 본 발명의 제 1 실시예 및 제 2 실시예에 따른 듀얼모드 안테나를 이용하여 무선 통신을 하가기 위한 링크 설계의 파라미터를 도시한 표이다.
도 9는 본 발명의 제 1 실시예 및 제 2 실시예에 따른 듀얼모드 안테나를 포함하는 두개내압 모니터링 디바이스의 주파수에 따른 반사계수를 측정한 그래프이다.
도 10은 본 발명의 제 1 실시예 및 제 2 실시예에서, 제어부 및 듀얼모드 안테나의 이격거리에 따른 반사계수의 변화를 도시하고 있다.
도 11은 제 1 실시예 및 제 2 실시예에 따른 듀얼모드듀얼모드 안테나를 포함하는 두개내압 모니터링 디바이스의 거리에 따른 시스템 마진(margin)을 도시한 그래프이다.
도 12는 종래의 임플란트용 안테나와 본 발명의 제 1 실시예 및 제 2 실시예에 따른 듀얼모드 안테나의 안테나 성능을 비교 도시한 표이다.

아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

본 명세서에 있어서 '부(部)'란, 하드웨어에 의해 실현되는 유닛(unit), 소프트웨어에 의해 실현되는 유닛, 양방을 이용하여 실현되는 유닛을 포함한다. 또한, 1 개의 유닛이 2 개 이상의 하드웨어를 이용하여 실현되어도 되고, 2 개 이상의 유닛이 1 개의 하드웨어에 의해 실현되어도 된다.

본 명세서에 있어서 단말 또는 디바이스가 수행하는 것으로 기술된 동작이나 기능 중 일부는 해당 단말 또는 디바이스와 연결된 서버에서 대신 수행될 수도 있다. 이와 마찬가지로, 서버가 수행하는 것으로 기술된 동작이나 기능 중 일부도 해당 서버와 연결된 단말 또는 디바이스에서 수행될 수도 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

또한, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 발명의 사상을 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 발명의 사상이 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 됨을 유의해야 한다.

이하, 본 발명의 상세한 설명에서 두개내압 모니터링 디바이스는 듀얼모드 안테나를 포함하는 두개내압 모니터링 디바이스를 지칭한다.

또한, 도 1 내지 7에서 숫자는 mm가 단위이고, 본 발명의 내용이 이에 한정되는 것은 아니다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 듀얼모드 안테나를 포함하는 두개내압 모니터링 디바이스를 도시한 도면이다.

도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 듀얼모드 안테나를 포함하는 두개내압 모니터링 디바이스를 도시한 도면이다.

구체적으로 도 2의 (a)는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 듀얼모드 안테나를 포함하는 두개내압 모니터링 디바이스의 사시도이고, 도 2의 (b)는 배면도, 도 2의(c)는 측면도를 도시하고 있다.

도 3은 도 1 에 도시된 본 발명의 제 1 실시예에 따른 듀얼모드 안테나를 포함하는 두개내압 모니터링 디바이스의 상세 구성도를 도시하고 있다.

또한, 도 4는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 듀얼모드 안테나를 포함하는 두개내압 모니터링 디바이스를 도시한 도면이다.

도 1내지 도4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 듀얼모드 안테나를 포함하는 두개내압 모니터링 디바이스는 플랫형상 또는 사각형상으로 구현될 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 듀얼모드 안테나를 포함하는 두개내압 모니터링 디바이스는 피부에 삽입될 수 있으며, 특히 두개골에 삽입되어 두개내압의 상태를 모니터링하여 외부로 전송한다.

구체적으로, 도 2 내지 도 3에 도시된 플랫형상의 두개내압 모니터링 디바이스의 경우는 배터리의 위치가 안테나와 나란하게 배치될 수 있다. 이때, 도시된 플랫형상의 두개내압 모니터링 디바이스는 약 344mm³의 부피를 가지도록 형성될 수 있다.

반면, 도 4 를 참조하면, 듀얼모드 안테나를 포함하는 두개내압 모니터링 디바이스는 배터리의 위치가 안테나의 하부에 배치될 수 있다. 이때, 사각형상의 두개내압 모니터링 디바이스는 약 406mm³의 부피를 가지도록 형성될 수 있다.

즉, 제 1 실시예 및 제 2 실시예에 따른 듀얼모드 안테나를 포함하는 두개내압 모니터링 디바이스에서, 배터리의 위치는 각각의 디바이스의 부피 뿐만아니라 길이 및 높이에도 영향을 미친다.

또한, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 듀얼모드 안테나를 포함하는 두개내압 모니터링 디바이스는 플랫형상 및 사각형상 모두, 센서부(100), 제어부(200), 배터리(300), 및 듀얼모드 안테나(400)를 포함한다.

이때, 각각의 구성요소는 하나의 케이스(500)에 수납되어 모듈화될 수 있다. 여기서, 케이스(500)는 일례로 0.2mm 두께의 생체적합성(biocompatible)을 지니는 알루미나 세라믹(alumina ceramic)으로 형성될 수 있다. 이때, 알루미나 세라믹의 유전율(εr)은 약 9.8일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

한편 본 발명의 제 1 실시예 및 제 2 실시예에 따른 듀얼모드 안테나를 포함하는 두개내압 모니터링 디바이스는 피부 또는 실제 사람 또는 동물 체내의 머리의 4mm깊이 내에 삽입될 수 있으나 이에 제한 되는 것은 아니다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 제 1 실시예 및 제 2 실시예에 따른 듀얼모드 안테나를 포함하는 두개내압 모니터링 디바이스의 구성을 더욱 상세히 설명하도록 한다.

먼저 센서부(100)는 사람 또는 동물의 피부 또는 두피에 삽입되어 각종 정보를 수집하도록 다양한 센서를 포함할 수 있다.

일례로 센서부(100)는 내부의 영상, pH, 온도, 압력, 또는 전기적 임피던스 중 어느 하나를 수집하는 센서를 포함할 수 있다.

특히, 본 발명의 제 1 실시예 및 제 2 실시예에서, 센서부(100)는 두개내압(ICP)을 검출하기 위한 압력센서를 포함할 수 있다.

이어서, 제어부(200)는 데이터 관리부(data management)(210) 및 파워 관리부(power management)(220)가 전기적인 회로 형태로 구현될 수 있다. 또한, 제어부(200)는 아날로그 디지털 컨버터(ADC) 또는 스위치 등을 포함하여 구성될 수 있다. 제어부(200)는 듀얼모드 안테나(400)를 통해 센서부(100)로부터 검출된 정보를 관리하거나, 검출된 정보를 체외에 존재하는 수신부(미도시됨)로 전송할 때 전송파워 등을 제어할 수 있다.

다음으로, 배터리(300)는 일례로 휴대용 배터리일 수 있다. 이때, 휴대용 배터리는 배터리 홀더에 의해서 고정될 수 있다. 또한, 배터리(300)는 지름 약 5.8mm 및 높이 약 2.7mm의 소형 배터리일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 일례로 배터리는 type-319일 수 있다.

듀얼모드 안테나(400)는 무선통신 이외의 산업, 즉 과학 및 의료용 고주파 에너지원으로 지정된 주파수 대역인 ISM 밴드 중, 915MHz 및 2450MHz의 전파를 선택적으로 방사시킨다. 따라서, 본 발명의 실시예에 따른 듀얼모드 안테나를 포함하는 두개내압 모니터링 디바이스는 915MHz의 주파수에서 데이터 전송(data transmission) 모드로 동작하게 하거나, 2450MHz의 주파수에서 두개내압 모니터링 디바이스 수면 상태 또는 깨어있는 상태로 제어할 수 있다.

듀얼모드 안테나(400)는 본 발명의 실시예에 따른 두개내압 모니터링 디바이스를 구성하는 각각의 구성요소와 함께 통합되고, 두개내압을 효과적으로 모니터링 할 수 있도록, 적절한 이득(gain) 및 대역폭(bandwith)을 가진다.

이하, 도면을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 듀얼모드 안테나(400)의 구성을 더욱 상세히 설명하도록 한다.

도 5는 본 발명의 제 1 실시예 및 제 2 실시예에 따른 듀얼모드 안테나의 모식도이다.

구체적으로, 도 5의 (a)는 듀얼모드 안테나의사시도이고, 도 5의 (b)는 도 5의 (a)에 도시된 듀얼모드 안테나의 측단면도이다.

또한, 도 6은 본 발명의 제 1 실시예 및 제 2 실시예에 따른 듀얼모드 안테나의 그라운드 패치 및 방사패치를 도시하고 있다. 구체적으로, 도 6의 (a)는 그라운드 패치를 도시하고 있고, 도 6의 (b)는 방사패치를 도시한 도면이다.

도 5 및 도 6을 참조하면, 본 발명의 제 1 실시예 및 제 2 실시예에 따른 듀얼모드 안테나(400)는 그라운드 패치(ground patch)(410), 그라운드 패치(410)의 상부에 형성된 제 1 유전층(420), 제 1 유전층(420)의 상부에 형성된 방사 패치(430), 및 방사패치(430)의 상부에 형성된 제 2 유전층(440)을 포함하여 구성될 수 있다. 이때, 본 발명의 일 실시예에서, 듀얼모드 안테나(400)의 전체 체적은 약 24mm3 일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.

먼저, 그라운드 패치(410)는 도 6의 (a)에 도시된 바와 같이 급전홀(412)을 포함할 뿐, 슬롯을 포함하지 않는다. 이때, 급전홀(412)에는 후술할 급전라인(feed line)이 관통될 수 있다.

제 1 유전층(420)은 생체적합성을 지는 유전물질로 형성될 수 있으며, 일례로 Biocompatible rogers RO6010(ε_r= 10.2, tangent = 0.0023) 이 사용될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다

이때, 제 1 유전층(420)의 두께는 약 0.25mm일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

이어서, 방사패치(430)는 제 1 유전층(420)의 상부에 형성되며, 전도성 물질로 형성된다. 이때, 전도성 물질은 일례로 구리(Cu)일 수 있으나, 이에 제한 되는 것은 아니다.

또한, 방사패치(430)는 슬롯(432) 및 급전라인(feed line)(434)을 포함한다. 이때, 슬롯(432)은 전기적 길이(electrical length)를 연장하기 위해, 미앤더(meander) 패턴을 가지는 것일 수 있다.

또한, 본 발명의 제 1 실시예 및 제 2 실시예에, 제 1 유전층(420)높이, 제 2 유전층(440)의 높이, 듀얼모드 안테나를 위한 그라운드 패치(410)의 급전홀(412)의 위치와 형상, 및 방사패치(430)에 형성된 슬롯(432)의 두께, 선폭 등의 최적의 파라미터 설계를 위해, 유한요소 해석법(finite element method, FEM), 유한차분 시간영역(finite-difference time-domain, FDTD) 시뮬레이션, 등이 이용될 수 있다.

도 7은 본 발명의 제 1 실시예 및 제 2 실시예에 따른 듀얼모드 안테나를 이용하여 무선 통신을 하기 위한 안테나의 파라미터를 도시한 표이다.

본 발명의 제 1 실시예 및 제 2 실시예에 따른 듀얼모드 안테나(400)의 방사되는 주파수는 방사패치(430)에 형성된 슬롯(432)의 형상에 따라서 조절될 수 있다.

또한, 급전라인(434)은 일단이 방사패치(430)의 하부면에 연결되록 형성되고, 타단이 그라운드 패치(410)의 급전홀(416)을 수직으로 통과하도록 형성된다.

이때, 급전라인(434)은 듀얼모드 안테나(400)의 주파수 방사를 위한 전력을 공급하는데 사용될 수 있다. 이때, 급전라인(434)은 0.4 mm의 지름을 가지며, 저항을 가지는 도전성 물질로 형성될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

제 2 유전층(440)은 제 1 유전층(420)과 마찬가지로, 생체적합성을 지는 유전물질로 형성될 수 있으며, 제 1 유전층(420)과 동일한 두께로 형성될 수 있다.

한편, 본 발명의 제 1 실시예 및 제 2 실시예에 따른 듀얼모드 안테나(400)에서 그라운드패치(410)의 급전홀(412) 및 방사패치(430)의 슬롯(432)의 위치 및 형상은 안테나의 공명주파수(resonant frequency) 및 성능을 제어하기 위해서 조절될 수 있다.

또한, 본 발명의 제 1 실시예 및 제 2 실시예에 따른 듀얼모드 안테나를 포함하는 두개내압 모니터링 디바이스는 원하는 주파수 대역에서 이득이 최적화되고, 작은 체적을 가지기 위한 파라미터 분석이 수행될 수 있다. 따라서, 무선 통신을 수행할 때, 송수신이 완벽하게 이루어질 수 있도록, 송신단의 각 요소들과 전송매체, 수신단의 강도, 이득, 잡음지수, 및 마진 등을 예측 및 계산하여 안정된 통신을 가능하도록 각각의 파라미터 값들이 최적화되도록 제어될 수 있다.

도 8은 본 발명의 제 1 실시예 및 제 2 실시예에 따른 듀얼모드 안테나를 이용하여 무선 통신을 하가기 위한 링크 설계의 파라미터를 도시한 표이다.

구체적으로, 도 9에 도시된 바와같이, 본 발명의 제 1 실시예 및 제 2 실시예에 따른 두개내압 모니터링 디바이스가 듀얼모드 안테나(400)를 이용하여 무선 통신을 수행할 때, 송수신이 완벽하게 이루어질 수 있도록 송신단의 각 요소들과 전송매체, 수신단의 강도, 이득, 잡음지수, 및 마진 등을 예측 및 계산하여 안정된 통신을 가능하도록 설계할 수 있다.

또한, 원거리필드(far-field) 커뮤니케이션(communication)을 위해서는 일반적으로 링크 마진(link margin)은 0dB보다 커야하나, 본 발명의 일 실시예에서는 안정선 증진을 위해서, 10dB의 링크 마진을 고려할 수 있다.

도 9는 본 발명의 제 1 실시예 및 제 2 실시예에 따른 듀얼모드 안테나를 포함하는 두개내압 모니터링 디바이스의 주파수에 따른 반사계수를 측정한 그래프이다.

도 9를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 듀얼모드 안테나를 포함하는 두개내압 모니터링 디바이스의 성능을 검사하기 위해서, 유한요소 해석법(HFSS), Duke모델에서의 모의 실험(Sim4Life), 및 유한차분 시간영역 시뮬레이션(Remcom)의 결과값과 생리식염수 내에서 ASTM모델(American Society for Testing and Materials model)의 주파수에 따른 반사계수(reflection coefficient)의 측정 결과값을 비교한 결과, 각각의 결과값이 서로 유사한 것을 확인 할 수 있다.

이때, 듀얼모드 안테나(400)는 915MHz및 2450MHz 에서, 듀얼모드로 동작한다. 또한, 90MHz(885MHz~975MHz) 및 210MHz(2354MHz~2564MHz)의 공명밴드(resonant band)에서 -10dB의 대역폭이 측정되었다.

도 10은 본 발명의 제 1 실시예 및 제 2 실시예에서, 제어부 및 듀얼모드 안테나의 이격거리에 따른 반사계수의 변화를 도시하고 있다.

한편, 본 발명의 두개내압 모니터링 디바이스는 제어부가 듀얼모드 안테나 근처에 배치되기 때문에 제어부의 PEC(Perfect Electric Conductor)의 전자장치로 인하여 발생가능한 커플링(coupling) 효과가 발생할 수 있다. 따라서, 제어부 및 듀얼모드 안테나의 이격거리가 가변된 복수의 두개내압 모니터링 디바이스의 주파수에 따른 반사계수 측정을 통하여 PEC와 듀얼모드 안테나의 커플링 효과가 분석되었다. 그 결과, PEC의 구성요소가 듀얼모드 안테나의 성능에 미치는 영향이 미미한 것을 확인할 수 있다. 이는 본 발명의 제 1 실시예 및 제 2 실시예에 따른 듀얼모드 안테나의 구성 중, 그라운드 패치가 슬랏을 포함하지 않고, 평평한 그라운드 평면을 가지기 때문이며, 이로 인해 후방방사효과(backward radiation effect)를 감소시키기 때문이다.

또한, 종래의 임플란트용 안테나는 일반적으로 낮은 이득(low gain) 특성을 보이나, 본 발명의 듀얼모드 안테나는 915MHz 및 2450MHz 각각에서 28.5dBi 및 -22.8dBi의 피크이득(peak gain)을 나타낸다.

도 11은 제 1 실시예 및 제 2 실시예에 따른 듀얼모드듀얼모드 안테나를 포함하는 두개내압 모니터링 디바이스의 거리에 따른 시스템 마진(margin)을 도시한 그래프이다.

도 11을 참조하면 915MHz에서, 0.1mbps로 20m까지 전송(transmission)이 가능한 것을 확인할 수 있다. 그러나, 데이터 전송률(data rate)을 1mbps 로 증가시킬 경우, 7m까지 무선 통신이 가능한 것을 확인할 수 있다.

도 12는 종래의 임플란트용 안테나와 본 발명의 제 1 실시예 및 제 2 실시예에 따른 듀얼모드 안테나의 안테나 성능을 비교 도시한 표이다.

본 발명에서 제안하는 듀얼모드 안테나를 포함하는 통신 디바이스는 두피 또는 두개골 내에 삽입되어 두개내압을 모니터링 할 수 있다.

도 12를 참조하면, 안정성 우려에 따라 IEEE C95.1-1999 및 95.1-2005표준에 따라 산정된 SAR(specific absorption rate)는 1g 과 10g기준에서 평균적으로 약 1.6W/kg 및 2W/kg이다. 이때, 입력전압(input power)를 1W로 제한하면, 915MHz에서, SAR표준에 의해 1g 과 10g 에서 각각 917.56W/kg 및 118.26W/kg 이고, 2450MHz에서는, 1g 과 10g 에서 각각 807.34W/kg 및 102.04W/kg이다.

즉, 안정성 한계치 내를 유지하려면 본 발명의 일 실시예에 따른 듀얼모드 안테나를 포함하는 두개내압 모니터링 디바이스의 입력 전압의 최대치는 SAR표준에 의해 915MHz에서, 1g 과 10g 은 각각 1.63mW 및 17.12mW이고, 2450MHz에서 1g 과 10g 은 각각 1.95mW 및 20.06mW이며, 이는 본 발명의 일 실시예에 따른 듀얼모드 안테나의 허용 가능한 입력 전압의 최대치인 25uW를 웃도는 수치임을 알수 있다.

전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.

본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

100: 센서부
200: 제어부
300: 배터리
400: 듀얼모드 안테나
410: 그라운드 패치
420: 제 1 유전층
430: 방사패치
440: 제 2 유전층
500: 케이스

Claims (7)

1. 듀얼모드 안테나를 포함하는 두개내압 모니터링 디바이스에 있어서,
   이식된 부위의 두개내압을 검출하기 위한 센서부; 및
   검출된 상기 두개내압를 체외로 전송하는 듀얼모드 안테나;를 포함하되,
   상기 듀얼모드 안테나는
   제 1 주파수 및 제 2 주파수의 전파를 방사시키며,
   급전홀을 포함하는 그라운드 패치(ground patch);
   상기 그라운드 패치의 상부에 형성된 제 1 유전층;
   상기 제 1 유전층의 상부에 위치하고, 미앤더(meander)형상의 슬롯 및 급전라인(feed line)을 포함하는 방사 패치(radiation patch); 및
   상기 방사패치의 상부에 형성된 제 2 유전층을 포함하되,
   상기 급전라인은 상기 방사패치의 하부면에 연결되어 상기 급전홀에 수직으로 관통되도록 형성되고,
   상기 제 1 주파수 및 상기 제 2 주파수는 상기 슬롯의 형상에 따라 조절되는 것인, 듀얼모드 안테나를 포함하는 두개내압 모니터링 디바이스.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 제 1 주파수는 915MHz이고,
   상기 제 2 주파수는 2450MHz인 것인,
   듀얼모드 안테나를 포함하는 두개내압 모니터링 디바이스.
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 제 1 주파수에서
   상기 듀얼모드 안테나는 데이터 전송 모드로 동작하는 것인,
   듀얼모드 안테나를 포함하는 두개내압 모니터링 디바이스.
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 제 1 유전층 및 상기 제 2 유전층은
   생체적합성(biocompatible)을 지니는 유전물질로 형성되는 것인,
   듀얼모드 안테나를 포함하는 두개내압 모니터링 디바이스.
5. 제 4 항에 있어서,
   상기 제 1 유전층 및 상기 제 2 유전층의 두께는
   유한차분 시간영역(finite-difference time-domain, FDTD) 시뮬레이션을 통해 산출된 것인, 듀얼모드 안테나를 포함하는 두개내압 모니터링 디바이스.
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 슬롯의 형태, 상기 상기 급전홀의 형태 중 적어도 하나에 따라 상기 안테나의 성능이 변화되는 것인,
   듀얼모드 안테나를 포함하는 두개내압 모니터링 디바이스.
7. 제 1 항에 있어서,
   상기 급전 라인은 상기 그라운드 패치 및 상기 방사패치를 전기적으로 연결하고, 상기 급전라인을 통해 상기 듀얼모드 안테나에 전력이 공급되는 것인,
   듀얼모드 안테나를 포함하는 두개내압 모니터링 디바이스.

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