KR20200145728A

KR20200145728A - Antenna device for measuring biometric information using magnetic dipole resonance

Info

Publication number: KR20200145728A
Application number: KR1020200073518A
Authority: KR
Inventors: 프랭클린 돈 변; 변강일
Original assignee: 울산과학기술원
Priority date: 2019-06-21
Filing date: 2020-06-17
Publication date: 2020-12-30
Also published as: KR102381650B1; KR102381648B1; CA3139920A1; KR102378779B1; KR20200145664A; KR20200145710A; KR102381649B1; CA3139921A1; KR20200145694A; CA3139918A1

Abstract

According to one embodiment of the present invention, an antenna device may comprise: a first conductor and a second conductor disposed spaced apart from each other along a part of the boundary of a first area on a first plane; a third conductor and a fourth conductor spaced apart from each other along a part of the boundary of a second area on a second plane, which is spaced apart from the first plane in parallel; a fifth conductor and a sixth conductor spaced apart from each other along a part of the boundary of a third area on a third plane, which is spaced apart from the second plane in parallel; a first connection unit connecting a first end of the first conductor and a first end of the third conductor; a second connection unit connecting a first end of the second conductor and a first end of the fourth conductor; a third connection unit connecting a second end of the third conductor and a second end of the fifth conductor; and a fourth connection unit connecting the second end of the fourth conductor and the second end of the sixth conductor.

Description

An antenna device that measures biometric information using magnetic dipole resonance {ANTENNA DEVICE FOR MEASURING BIOMETRIC INFORMATION USING MAGNETIC DIPOLE RESONANCE}

이하, 자기 쌍극자 공진을 이용하여 생체 정보를 측정하는 안테나 장치에 관한 기술이 제공된다.Hereinafter, a technology regarding an antenna device for measuring biometric information using magnetic dipole resonance is provided.

최근 현대인들은 식생활습관 서구화로 인해 당뇨병, 고지혈증, 혈전환자 등 소위 성인 질환으로 고통받는 사람들이 늘고 있다. 이러한 성인 질환의 경중 여부를 알 수 있는 간단한 방법은 혈액 내의 생체 성분 측정이다. 생체 성분 측정은 혈당, 빈혈, 혈액응고 등 혈중에 포함된 여러 가지 성분의 양을 알 수 있어 특정 성분의 수치가 정상 영역에 있는지, 비정상 영역에 있는지 일반인도 병원에 가지 않고 쉽게 이상 여부의 판단이 가능하다는 장점이 있다.Recently, modern people are increasingly suffering from so-called adult diseases such as diabetes, hyperlipidemia, and hemoglobin due to the westernization of their dietary habits. A simple method to determine the severity of these adult diseases is to measure the biological components in the blood. The measurement of biological components can determine the amount of various components in the blood, such as blood sugar, anemia, and blood clotting, so it is easy to determine whether the level of a specific component is in a normal or abnormal area without going to the hospital. There is an advantage that it is possible.

생체 성분 측정의 손쉬운 방법 중 하나는 손가락 끝에서 채혈한 혈액을 테스트 스트립에 주입 후 전기화학적 혹은 광도법을 이용하여 출력신호를 정량 분석하는 것인데, 이러한 방법은 측정기에서 해당 성분량이 디스플레이 될 수 있으므로 전문지식이 없는 일반인에게 적합하다.One of the easiest ways to measure biological components is to inject blood collected from a fingertip into a test strip and then quantitatively analyze the output signal using an electrochemical or photometric method.This method can display the amount of the corresponding component in a measuring instrument, so it is specialized knowledge. It is suitable for ordinary people who do not have.

이하에서는, 혈액을 직접 채취하지 않고 체내에 혈당 측정 센서를 삽입하고, 주파수 천이를 관찰하여 체내의 혈당을 측정할 수 있는 기술을 설명한다.Hereinafter, a technique for measuring blood sugar in the body by inserting a blood glucose measurement sensor into the body without directly collecting blood and observing a frequency shift will be described.

일 실시예에 따른 안테나 장치(antenna device)는, 제1 평면 상 제1 영역의 경계의 일부를 따라 서로 이격 배치되는 제1 도선 및 제2 도선; 상기 제1 평면으로부터 평행하게 이격된 제2 평면 상 제2 영역의 경계의 일부를 따라 서로 이격 배치되는 제3 도선 및 제4 도선; 상기 제2 평면으로부터 평행하게 이격된 제3 평면 상 제3 영역의 경계의 일부를 따라 서로 이격 배치되는 제5 도선 및 제6 도선; 상기 제1 도선의 제1 단(first end) 및 상기 제3 도선의 제1 단을 연결하는 제1 연결부; 상기 제2 도선의 제1 단 및 상기 제4 도선의 제1 단을 연결하는 제2 연결부; 상기 제3 도선의 제2 단(second end) 및 상기 제5 도선의 제2 단을 연결하는 제3 연결부; 및 상기 제4 도선의 제2 단 및 상기 제6 도선의 제2 단을 연결하는 제4 연결부를 포함할 수 있다.An antenna device according to an exemplary embodiment includes: first and second conductors spaced apart from each other along a part of a boundary of a first region on a first plane; Third conductors and fourth conductors spaced apart from each other along a part of a boundary of a second region on a second plane spaced apart from the first plane in parallel; Fifth and sixth conductors spaced apart from each other along a part of a boundary of a third area on a third plane spaced apart from the second plane in parallel; A first connection part connecting a first end of the first conductor and a first end of the third conductor; A second connection part connecting the first end of the second conductor and the first end of the fourth conductor; A third connection part connecting a second end of the third conductor and a second end of the fifth conductor; And a fourth connection part connecting the second end of the fourth conductor and the second end of the sixth conductor.

일 실시예에 따른 안테나 장치는 상기 제1 도선의 제2단 및 상기 제2 도선의 제2 단은 안테나 포트와 연결되고, 상기 제1 도선 및 상기 제2 도선은 상기 안테나 포트 및 상기 제1 영역의 중심점을 통과하면서 상기 제1 평면에 수직하는 가상의 평면을 기준으로 서로 반대편에 배치되고, 상기 제3 도선 및 상기 제4 도선은 상기 가상의 평면을 기준으로 서로 반대편에 배치되며, 상기 제5 도선 및 상기 제6 도선은 상기 가상의 평면을 기준으로 서로 반대편에 배치될 수 있다.In the antenna device according to an embodiment, a second end of the first conductor and a second end of the second conductor are connected to an antenna port, and the first conductor and the second conductor are the antenna port and the first region. While passing through the center point of, are disposed opposite to each other based on a virtual plane perpendicular to the first plane, the third conductive wire and the fourth conductive wire are disposed opposite to each other based on the virtual plane, and the fifth The conductive wire and the sixth conductive wire may be disposed opposite to each other based on the virtual plane.

일 실시예에 따른 안테나 장치는 상기 제1 도선 및 상기 제2 도선이 연결되는 안테나 포트; 및 상기 안테나 포트를 통해 피딩 신호(feed signal)를 공급하는 급전부(feeder)를 더 포함할 수 있다.An antenna device according to an embodiment includes an antenna port to which the first and second conductors are connected; And it may further include a feeder (feeder) supplying a feeding signal (feed signal) through the antenna port.

일 실시예에 따른 안테나 장치는, 상기 제1 도선, 상기 제2 도선, 상기 제3 도선, 상기 제4 도선, 상기 제5 도선, 및 상기 제6 도선 중 하나 또는 둘 이상의 조합은 타겟 주파수(target frequency)에 대응하는 파장의 1/4의 길이를 가질 수 있다.In the antenna device according to an embodiment, one or a combination of two or more of the first conductor, the second conductor, the third conductor, the fourth conductor, the fifth conductor, and the sixth conductor is a target frequency (target frequency). frequency) may have a length of 1/4 of the wavelength.

일 실시예에 따른 안테나 장치의 상기 제1 영역, 상기 제2 영역, 및 상기 제3 영역의 형태는 다각형 및 원형 중 하나일 수 있다.The shape of the first area, the second area, and the third area of the antenna device according to an embodiment may be one of a polygon and a circle.

일 실시예에 따른 안테나 장치의 상기 제1 영역, 상기 제2 영역, 및 상기 제3 영역은 상기 제1 평면에서 수직한 방향으로 볼 때 동일한 크기 및 동일한 형태일 수 있다.The first region, the second region, and the third region of the antenna device according to an exemplary embodiment may have the same size and shape when viewed in a direction perpendicular to the first plane.

일 실시예에 따른 안테나 장치의 상기 제1 연결부 및 상기 제2 연결부는 서로 분리(disconnected)되고, 상기 제3 연결부 및 상기 제4 연결부는 서로 분리될 수 있다.The first connection part and the second connection part of the antenna device according to an embodiment may be disconnected from each other, and the third connection part and the fourth connection part may be separated from each other.

일 실시예에 따른 안테나 장치는 상기 급전부로부터 상기 제1 연결부를 향하는 가상의 직선은 상기 가상의 평면에 대하여 임계 각도 이하의 각도를 형성하며, 상기 급전부로부터 상기 제2 연결부를 향하는 가상의 직선은 상기 가상의 평면에 대하여 임계 각도 이하의 각도를 형성할 수 있다.In the antenna device according to an embodiment, a virtual straight line from the feeding part toward the first connection part forms an angle less than a critical angle with respect to the virtual plane, and a virtual straight line from the feeding part toward the second connection part May form an angle less than or equal to a critical angle with respect to the virtual plane.

일 실시예에 따른 안테나 장치는 서로 평행하게 이격되어 위치되는 복수의 평면들 중 중심에 위치되는 기준 평면 상에 배치되는 도선들이, 피딩 신호에 응답하여, 자기 쌍극자에 의한 공진을 생성(generate)할 수 있다.In the antenna device according to an embodiment, conductors disposed on a reference plane located at the center among a plurality of planes spaced apart from each other in parallel may generate resonance by a magnetic dipole in response to a feeding signal. I can.

일 실시예에 따른 안테나 장치는 상기 기준 평면을 기준으로 일측에 위치되는 하나 이상의 평면 상에 배치되는 도선들이, 상기 피딩 신호에 응답하여, 제1 전기 쌍극자에 의한 공진을 생성하고, 상기 기준 평면을 기준으로 타측에 위치되는 하나 이상의 평면 상에 배치되는 도선들이, 상기 피딩 신호에 응답하여, 상기 제1 전기 쌍극자에 반대되는 극성을 갖는 제2 전기 쌍극자에 의한 공진을 생성할 수 있다.In the antenna device according to an embodiment, conductors disposed on one or more planes positioned at one side with respect to the reference plane generate resonance by a first electric dipole in response to the feeding signal, and determine the reference plane. Conductors disposed on one or more planes positioned on the other side as a reference may generate resonance by a second electric dipole having a polarity opposite to the first electric dipole in response to the feeding signal.

일 실시예에 따른 안테나 장치의 상기 연결부들은, 비아 홀(via hole)을 통하여 도선들 사이를 연결할 수 있다.The connecting portions of the antenna device according to an embodiment may connect between conductive lines through a via hole.

일 실시예에 따른 안테나 장치는 상기 제5 도선 및 상기 제6 도선이 서로 전기적으로(electrically) 연결될 수 있다.In the antenna device according to an embodiment, the fifth and sixth conductors may be electrically connected to each other.

일 실시예에 따른 안테나 장치는 상기 제3 평면으로부터 평행하게 이격된 하나 이상의 추가 평면 상에서 영역의 경계의 일부를 따라 서로 이격 배치되는 상기 제5 도선 및 상기 제6 도선과 전기적으로 연결되는 하나 이상의 추가 도선을 포함할 수 있다.The antenna device according to an embodiment of the present invention comprises at least one additional electrically connected to the fifth and sixth conductors that are spaced apart from each other along a part of the boundary of the region on one or more additional planes spaced apart from the third plane in parallel. May include a lead wire.

일 실시예에 따른 안테나 장치의 도선들은 원기둥의 형태를 가지는 인쇄 회로 기판(printed circuit board, PCB)의 표면에 프린팅(printing)될 수 있다.Conductors of the antenna device according to an embodiment may be printed on a surface of a printed circuit board (PCB) having a cylindrical shape.

일 실시예에 따른 안테나 장치의 공진 주파수는 상기 안테나 장치 주변 대상 피분석물의 농도 변화에 응답하여 변화할 수 있다.The resonant frequency of the antenna device according to an embodiment may change in response to a change in concentration of an analyte to be targeted around the antenna device.

일 실시예에 따른 안테나 장치는 상기 안테나 장치의 공진 주파수의 변화 정도 및 측정된 산란 파라미터에 관한 생체 관련 파라미터 데이터를 외부 장치로 송신하는 통신부를 더 포함할 수 있다.The antenna device according to an embodiment may further include a communication unit that transmits biometric parameter data regarding a degree of change of a resonant frequency of the antenna device and a measured scattering parameter to an external device.

일 실시예에 따른 안테나 장치는 상기 안테나 장치로 피딩 신호가 급전될 시, 상기 제1 도선은 상기 제3 도선과 용량성 결합을 형성하고, 상기 제3 도선은 상기 제5 도선과 용량성 결합을 형성하며, 상기 제2 도선은 상기 제4 도선과 용량성 결합을 형성하고, 상기 제4 도선은 상기 제6 도선과 용량성 결합을 형성할 수 있다.In the antenna device according to an embodiment, when a feeding signal is supplied to the antenna device, the first conductor forms a capacitive coupling with the third conductor, and the third conductor forms a capacitive coupling with the fifth conductor. The second conductor may form a capacitive coupling with the fourth conductor, and the fourth conductor may form a capacitive coupling with the sixth conductor.

일 실시예에 따른 안테나 장치는 제1 평면 상 제1 영역의 일부를 따라 배치되는 제1 도선들; 상기 제1 평면으로부터 평행하게 이격되는 제2 평면 상 제2 영역의 일부를 따라 배치되고 상기 제1 도선들과 용량성 결합을 형성하는 제2 도선들; 및 상기 제2 평면으로부터 평행하게 이격되는 제3 평면 상 제3 영역의 일부를 따라 배치되고 상기 제2 도선들과 용량성 결합을 형성하는 제3 도선을 포함하고, 상기 제1 도선들은 안테나 포트에 연결되고 상기 안테나 포트를 기준으로 원위단에서 상기 제2 도선들과 연결되며, 상기 제2 도선들은 상기 안테나 포트를 기준으로 근위단에서 상기 제3 도선과 연결되고, 상기 안테나 포트로 피딩 신호가 급전되는 경우에 응답하여, 자기 쌍극자에 의한 공진 및 전기 쌍극자에 의한 공진을 개별적으로 형성할 수 있다.An antenna device according to an embodiment includes: first conductive lines disposed along a portion of a first area on a first plane; Second conductive wires disposed along a part of a second area on a second plane spaced apart from the first plane in parallel and forming a capacitive coupling with the first conductive wires; And a third conductor disposed along a portion of a third area on a third plane spaced parallel from the second plane and forming a capacitive coupling with the second conductors, wherein the first conductors are connected to the antenna port. It is connected and connected to the second conductors at a distal end based on the antenna port, and the second conductors are connected to the third conductor at a proximal end based on the antenna port, and a feeding signal is supplied to the antenna port. In response to the case, the resonance due to the magnetic dipole and the resonance due to the electric dipole can be separately formed.

일 실시예에 따른 안테나 장치는 서로 평행하게 이격되는 복수의 평면들 중 중심에 위치된 기준 평면 상에 배치되어 자기 쌍극자에 의한 공진을 생성 가능한 제1 도선; 상기 기준 평면을 기준으로 일측에 위치되는 하나 이상의 평면 상에 배치되어 제1 전기 쌍극자에 의한 공진을 생성 가능한 제2 도선; 및 상기 기준 평면을 기준으로 타측에 위치되는 하나 이상의 평면 상에 배치되어 상기 제1 전기 쌍극자에 반대되는 극성을 갖는 제2 전기 쌍극자에 의한 공진을 생성 가능한 제3 도선을 포함할 수 있다.An antenna device according to an embodiment includes: a first conductive wire disposed on a reference plane positioned at a center among a plurality of planes spaced apart from each other in parallel to generate resonance by a magnetic dipole; A second conducting wire disposed on one or more planes positioned on one side of the reference plane to generate resonance by a first electric dipole; And a third conducting wire disposed on one or more planes positioned on the other side with respect to the reference plane to generate resonance by a second electric dipole having a polarity opposite to the first electric dipole.

도 1은 다이폴 안테나의 일반적인 형상을 도시한다.
도 2는 루프(loop)의 형태를 가지는 안테나 소자(200)를 도시한다.
도 3에서는 2개의 다이폴 안테나가 서로 인접하여 배치되는 안테나 소자를 도시한다.
도 4는 안테나 소자의 형태에 따른 전자기파에 대한 주파수 응답 특성을 도시한다.
도 5a는 일 실시예에 따른 안테나 장치의 형상을 설명한다.
도 5b는 일 실시예에 따른 안테나 장치에서 흐르는 전류의 방향에 대하여 설명한다.
도 6은 일 실시예에 따른 안테나 장치의 형상을 설명한다.
도 7은 일 실시예에 따른 안테나 장치를 포함하는 원기둥형(cylindrical) 센서에 대하여 도시한다.
도 8은 일 실시예에 따른 안테나 장치를 포함하는 기판형 센서에 대하여 도시한다.
도 9a 내지 도 9b는 일 실시예에 따른 안테나 장치를 포함하는 체내 생체 센서의 형상을 도시한다.
도 10a 내지 도 10c는 센서의 형태에 따른 전자기파에 대한 주파수 응답 특성을 도시한다.
도 11a는 일 실시예에 따른 안테나 장치의 주변 대상 피분석물의 농도 변화에 따라 안테나 장치의 공진 주파수가 변화를 설명한다.
도 11b는 상대 유전율의 변화에 따른 공진 주파수(resonance frequency)의 변화를 나타낸다.
도 12a 내지 도 12c는 자기 쌍극자 및 전기 쌍극자에 대한 주파수 응답 특성을 도시한다.
도 13은 전자기파에 대한 주파수 응답 특성을 도시한다.
도 14는 일 실시예에 따른 혈당 측정 시스템을 나타낸 블록도이다.1 shows a general shape of a dipole antenna.
2 shows an antenna element 200 having a shape of a loop.
3 shows an antenna element in which two dipole antennas are disposed adjacent to each other.
4 shows frequency response characteristics to electromagnetic waves according to the shape of an antenna element.
5A illustrates a shape of an antenna device according to an embodiment.
5B illustrates a direction of a current flowing in the antenna device according to an exemplary embodiment.
6 illustrates a shape of an antenna device according to an embodiment.
7 illustrates a cylindrical sensor including an antenna device according to an embodiment.
8 illustrates a substrate-type sensor including an antenna device according to an exemplary embodiment.
9A to 9B are diagrams illustrating a shape of an in vivo biosensor including an antenna device according to an exemplary embodiment.
10A to 10C show frequency response characteristics to electromagnetic waves according to the shape of a sensor.
11A illustrates a change in a resonant frequency of an antenna device according to a change in a concentration of an analyte surrounding an antenna device according to an exemplary embodiment.
11B shows a change in a resonance frequency according to a change in a relative permittivity.
12A to 12C show frequency response characteristics for magnetic dipoles and electric dipoles.
13 shows frequency response characteristics to electromagnetic waves.
14 is a block diagram showing a blood glucose measurement system according to an embodiment.

이하에서, 첨부된 도면을 참조하여 실시예들을 상세하게 설명한다. 그러나, 실시예들에는 다양한 변경이 가해질 수 있어서 특허출원의 권리 범위가 이러한 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 실시예들에 대한 모든 변경, 균등물 내지 대체물이 권리 범위에 포함되는 것으로 이해되어야 한다.Hereinafter, exemplary embodiments will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, since various changes may be made to the embodiments, the scope of the rights of the patent application is not limited or limited by these embodiments. It should be understood that all changes, equivalents, or substitutes to the embodiments are included in the scope of the rights.

실시예에서 사용한 용어는 단지 설명을 목적으로 사용된 것으로, 한정하려는 의도로 해석되어서는 안된다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terms used in the examples are used for illustrative purposes only and should not be interpreted as limiting. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. In the present specification, terms such as "comprise" or "have" are intended to designate the presence of features, numbers, steps, actions, components, parts, or combinations thereof described in the specification, but one or more other features. It is to be understood that the presence or addition of elements or numbers, steps, actions, components, parts, or combinations thereof, does not preclude in advance.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless otherwise defined, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which the embodiment belongs. Terms as defined in a commonly used dictionary should be interpreted as having a meaning consistent with the meaning in the context of the related technology, and should not be interpreted as an ideal or excessively formal meaning unless explicitly defined in this application. Does not.

또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 실시예의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.In addition, in the description with reference to the accompanying drawings, the same reference numerals are assigned to the same components regardless of the reference numerals, and redundant descriptions thereof will be omitted. In describing the embodiments, when it is determined that a detailed description of related known technologies may unnecessarily obscure the subject matter of the embodiments, the detailed description thereof will be omitted.

또한, 실시 예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. In addition, in describing the constituent elements of the embodiment, terms such as first, second, A, B, (a) and (b) may be used. These terms are only used to distinguish the component from other components, and the nature, order, or order of the component is not limited by the term. When a component is described as being "connected", "coupled" or "connected" to another component, that component may be directly connected or connected to that other component, but another component between each component It should be understood that may be “connected”, “coupled” or “connected”.

어느 하나의 실시 예에 포함된 구성요소와, 공통적인 기능을 포함하는 구성요소는, 다른 실시 예에서 동일한 명칭을 사용하여 설명하기로 한다. 반대되는 기재가 없는 이상, 어느 하나의 실시 예에 기재한 설명은 다른 실시 예에도 적용될 수 있으며, 중복되는 범위에서 구체적인 설명은 생략하기로 한다.Components included in one embodiment and components including common functions will be described using the same name in other embodiments. Unless otherwise stated, descriptions in one embodiment may be applied to other embodiments, and detailed descriptions in the overlapping range will be omitted.

일 실시예에 따르면, 반영구적으로 혈당을 측정할 수 있는 체내 생체 측정 센서에 관한 기술이 제공된다. 체내 생체 센서(in-body bio sensor)는 침습형 생체 센서, 삽입형 생체 센서, 이식형 생체 센서라고도 나타낼 수 있다. 체내 생체 센서는 전자기파를 이용하여 대상 피분석물(target analyte)을 센싱하는 센서일 수 있다. 예를 들어, 체내 생체 센서는 대상 피분석물과 연관된 생체 정보를 측정할 수 있다. 이하, 대상 피분석물은 생체(living body)와 연관된 물질(material)로서, 생체 물질(analyte)이라고도 나타낼 수 있다. 참고로, 본 명세서에서 대상 피분석물은 주로 혈당으로 설명하였으나, 이로 한정하는 것은 아니다. 생체 정보는 대상자의 생체 성분과 관련된 정보로서, 예를 들어, 피분석물의 농도, 수치 등을 포함할 수 있다. 피분석물이 혈당인 경우, 생체 정보는 혈당 수치를 포함할 수 있다.According to an embodiment, a technology regarding an in vivo biometric sensor capable of semi-permanently measuring blood sugar is provided. The in-body bio sensor may also be referred to as an invasive bio sensor, an implantable bio sensor, and an implantable bio sensor. The in vivo biometric sensor may be a sensor that senses a target analyte using electromagnetic waves. For example, the in vivo biosensor may measure biometric information associated with a target analyte. Hereinafter, the target analyte is a material associated with a living body, and may also be referred to as a biological material. For reference, in the present specification, the target analyte is mainly described as blood sugar, but is not limited thereto. The biometric information is information related to a subject's biological component, and may include, for example, a concentration and a numerical value of an analyte. When the analyte is blood sugar, the biometric information may include a blood sugar level.

체내 생체 센서는 상술한 생체 성분과 연관된 생체 파라미터(이하, '파라미터')를 측정하고, 측정된 파라미터로부터 생체 정보를 결정할 수 있다. 본 명세서에서 파라미터는 생체 센서 및/또는 생체 센싱 시스템을 해석하기 위해 사용되는 회로망 파라미터(circuit network parameter)를 나타낼 수 있고, 아래에서는 설명의 편의를 위해 주로 산란 파라미터(scattering parameter)를 예로 들어 설명하나 이로 한정하는 것은 아니다. 파라미터로서 예를 들어, 어드미턴스 파라미터, 임피던스 파라미터, 하이브리드 파라미터, 및 전송 파라미터 등이 사용될 수도 있다. 산란 파라미터의 경우 투과계수 및 반사계수가 사용될 수 있다. 참고로, 상술한 산란 파라미터로부터 산출되는 공진 주파수는 대상 피분석물의 농도와 관련될 수 있고, 생체 센서는 투과계수 및/또는 반사계수의 변화를 감지함으로써 혈당을 예측할 수 있다.The in vivo biosensor may measure a biometric parameter (hereinafter, referred to as “parameter”) associated with the above-described biocomponent, and determine biometric information from the measured parameter. In the present specification, the parameter may represent a circuit network parameter used to analyze a biometric sensor and/or a biometric sensing system, and for convenience of description, a scattering parameter is mainly described below as an example. It is not limited to this. As the parameter, for example, an admittance parameter, an impedance parameter, a hybrid parameter, and a transmission parameter may be used. For the scattering parameter, transmission coefficient and reflection coefficient can be used. For reference, the resonance frequency calculated from the above-described scattering parameter may be related to the concentration of the target analyte, and the biosensor may predict blood sugar by detecting a change in the transmission coefficient and/or the reflection coefficient.

체내 생체 센서는 공진기 조립체(resonator assembly)(예를 들어, 안테나)를 포함할 수 있다. 이하, 공진기 조립체는 안테나인 예시를 주로 설명한다. 안테나의 공진 주파수는 하기 수학식 1과 같이 커패시턴스 성분 및 인덕턴스 성분으로 표현될 수 있다.The body biosensor may include a resonator assembly (eg, an antenna). Hereinafter, an example in which the resonator assembly is an antenna will be mainly described. The resonant frequency of the antenna may be expressed as a capacitance component and an inductance component as shown in Equation 1 below.

[수학식 1][Equation 1]

상술한 수학식 1에서 f는 전자기파를 이용한 생체 센서에 포함된 안테나의 공진 주파수, L은 안테나의 인덕턴스, C는 안테나의 커패시턴스를 나타낼 수 있다. 안테나의 커패시턴스 C는 아래 수학식 2와 같이 상대 유전율(relative dielectric constant)

에 비례할 수 있다.In Equation 1 above, f denotes a resonance frequency of an antenna included in a biometric sensor using electromagnetic waves, L denotes an inductance of the antenna, and C denotes a capacitance of the antenna. The capacitance C of the antenna is a relative dielectric constant as shown in Equation 2 below.

Can be proportional to

[수학식 2][Equation 2]

안테나의 상대 유전율

은 주변의 대상 피분석물의 농도에 의해 영향을 받을 수 있다. 예를 들어, 전자기파가 임의의 유전율을 가지는 물질을 통과하는 경우, 전파 반사 및 산란으로 인해 투과된 전자기파에서 진폭과 위상의 변화가 발생할 수 있다. 생체 센서 주변에 존재하는 대상 피분석물의 농도에 따라 전자기파의 반사 정도 및/또는 산란 정도가 달라지므로, 상대 유전율

도 달라질 수 있다. 이는 안테나를 포함하는 생체 센서에 의해 방사된 전자기파에 의한 주변 장(fringing field)로 인해, 생체 센서와 대상 피분석물 간에 생체 커패시턴스가 형성되는 것으로 해석될 수 있다. 대상 피분석물의 농도 변화에 따라 안테나의 상대 유전율

이 변하므로, 안테나의 공진 주파수도 함께 변화한다. 다시 말해, 대상 피분석물의 농도는 공진 주파수에 대응할 수 있다.Antenna relative permittivity

May be affected by the concentration of the analyte in the surrounding area. For example, when an electromagnetic wave passes through a material having an arbitrary dielectric constant, changes in amplitude and phase may occur in the transmitted electromagnetic wave due to radio wave reflection and scattering. Since the degree of reflection and/or scattering of electromagnetic waves varies depending on the concentration of the target analyte present around the biosensor, the relative permittivity

It can also be different. This can be interpreted as the formation of a bio-capacitance between the bio-sensor and the target analyte due to the fringing field caused by the electromagnetic wave radiated by the bio-sensor including the antenna. Relative permittivity of the antenna according to the concentration change of the target analyte

Because this changes, the resonance frequency of the antenna also changes. In other words, the concentration of the target analyte may correspond to the resonance frequency.

일 실시예에 따른, 체내 생체 센서는 주파수를 스윕하면서 전자기파를 방사하고, 방사된 전자기파에 따른 산란 파라미터를 측정할 수 있다. 체내 생체 센서는 측정된 산란 파라미터로부터 공진 주파수를 결정하며, 결정된 공진 주파수에 대응하는 혈당 수치를 추정할 수 있다. 체내 생체 센서는 피하층에 삽입될 수 있고, 혈관으로부터 간질액으로 확산된 혈당을 예측할 수 있다.According to an embodiment, the in vivo sensor may radiate an electromagnetic wave while sweeping a frequency, and measure a scattering parameter according to the radiated electromagnetic wave. The in vivo biosensor may determine a resonant frequency from the measured scattering parameter and estimate a blood sugar level corresponding to the determined resonant frequency. The biosensor in the body can be inserted into the subcutaneous layer and can predict the blood sugar that has diffused from the blood vessel to the interstitial fluid.

체내 생체 센서는 공진 주파수(resonance frequency)의 주파수 천이 정도를 판별함으로써, 생체 정보를 추정할 수 있다. 보다 정확한 공진 주파수의 측정을 위해, 품질 지수(quality factor)가 극대화될 수 있다. 이하에서는, 전자기파를 이용한 생체 센서에 사용되는 안테나 장치에서 품질 지수가 개선된 안테나 구조를 설명한다.The in vivo biometric sensor can estimate biometric information by determining the degree of a frequency shift of the resonance frequency. For more accurate measurement of the resonance frequency, a quality factor can be maximized. Hereinafter, an antenna structure with an improved quality index in an antenna device used for a biometric sensor using electromagnetic waves will be described.

도 1은 다이폴 안테나의 일반적인 형상을 도시한다.1 shows a general shape of a dipole antenna.

일반적인 다이폴 안테나(100)는 급전부(120)와 연결되는 2개의 직선 도선(conductive wire)을 포함할 수 있다. 2개의 직선 도선은 급전부(120)를 통해 연결될 수 있다. 다이폴 안테나(100)의 제1 도선(111) 및 제2 도선(112)은 서로 마주보지 않고, 직선형(straight)으로 급전부(120)에 연결될 수 있다. 여기서, 직선형(straight)이란, 다이폴 안테나(100)의 제1 도선(111) 및 제2 도선(112)이 서로 정반대의 방향으로 연장하는(extend) 형태를 나타낼 수 있다.The general dipole antenna 100 may include two conductive wires connected to the power supply unit 120. The two straight wires may be connected through the feeding part 120. The first and second conductors 111 and 112 of the dipole antenna 100 do not face each other, and may be connected to the power supply unit 120 in a straight manner. Here, the straight may refer to a shape in which the first and second conductors 111 and 112 of the dipole antenna 100 extend in opposite directions to each other.

급전부(feeder)(120)는 포트를 통해 다이폴 안테나에 피딩 신호를 공급할 수 있다. 피딩 신호는 다이폴 안테나에 급전(feed)되는 신호로서, 목표 주파수로 발진하는 발진 신호(oscillation signal)일 수 있다. 급전부(120)는 직선의 형태를 가지는 다이폴 안테나의 제1 도선(111) 및 제2 도선(112)에 동일한 방향으로 전류가 흐르도록 피딩 신호를 공급할 수 있다. 예를 들어, 임의의 시점(time point)에서 다이폴 안테나의 제1 도선(111)의 전류는 방향(130)으로 흐를 수 있고, 동시에 다이폴 안테나의 제2 도선(112)의 전류도 동일한 방향(130)으로 흐를 수 있다. 또한, 다른 시점에서는 다이폴 안테나의 제1 도선(111) 및 제2 도선(112)에서 방향(130)에 반대되는 방향의 전류가 동시에 흐를 수도 있다.The feeder 120 may supply a feeding signal to the dipole antenna through a port. The feeding signal is a signal fed to the dipole antenna, and may be an oscillation signal oscillating at a target frequency. The power supply unit 120 may supply a feeding signal so that current flows in the same direction to the first conductor line 111 and the second conductor line 112 of the dipole antenna having a linear shape. For example, the current of the first conductor line 111 of the dipole antenna may flow in the direction 130 at an arbitrary time point, and at the same time, the current of the second conductor line 112 of the dipole antenna may also be in the same direction 130 ) Can flow. In addition, at other times, a current in a direction opposite to the direction 130 in the first conductor line 111 and the second conductor line 112 of the dipole antenna may flow simultaneously.

다이폴 안테나(100)의 제1 도선(111)에 흐르는 전류에 의하여 전기 쌍극자(electric dipole)가 형성될 수 있으며, 마찬가지로 제2 도선(112)에 흐르는 전류에 의하여 전기 쌍극자가 형성될 수 있다. 다이폴 안테나의 제1 도선 및 제2 도선에 흐르는 전류의 방향은 동일하므로, 제1 도선 및 제2 도선에 의하여 형성되는 전기 쌍극자의 전기 쌍극자 모멘트(electric dipole moment)의 방향은 서로 동일할 수 있다.An electric dipole may be formed by a current flowing through the first conductor line 111 of the dipole antenna 100, and similarly, an electric dipole may be formed by a current flowing through the second conductor line 112. Since the directions of current flowing through the first and second conductors of the dipole antenna are the same, the directions of the electric dipole moments of the electric dipoles formed by the first and second conductors may be the same.

도 2는 루프(loop)의 형태를 가지는 안테나 소자(200)를 도시한다.2 shows an antenna element 200 having a shape of a loop.

안테나 소자는 폐쇄된 루프(closed loop, 폐루프)의 형태를 가질 수 있다. 예를 들어, 도 2에 도시된 바와 같이 안테나 소자(200)는 서로 연결되며, 원형의 형태를 가지는 제1 도선(211), 제2 도선(212), 제3 도선(213), 및 제4 도선(214)을 포함할 수 있다. 제1 도선(211) 및 제4 도선(214)는 원의 중심점(270) 및 안테나 포트(221)를 통과하는 가상의 직선(281)을 기준으로 서로 반대편에 배치되며, 제2 도선(212) 및 제3 도선(213)은 가상의 직선(281)을 기준으로 서로 반대편에 배치될 수 있다. 또한, 제1 도선(211) 및 제2 도선(212)은 원의 중심점(270)을 통과하며 가상의 직선(281)과 직교하는(orthogonal) 가상의 직선(282)을 기준으로 서로 반대편에 배치되며, 제3 도선(213) 및 제4 도선(214)은 가상의 직선(282)을 기준으로 서로 반대편에 배치될 수 있다.The antenna element may have a closed loop (closed loop) shape. For example, as shown in FIG. 2, the antenna elements 200 are connected to each other, and a first conductor 211, a second conductor 212, a third conductor 213, and a fourth conductor having a circular shape. It may include a conducting wire 214. The first conductive wire 211 and the fourth conductive wire 214 are disposed opposite to each other based on the virtual straight line 281 passing through the center point 270 of the circle and the antenna port 221, and the second conductive wire 212 And the third conductive wire 213 may be disposed opposite to each other based on the virtual straight line 281. In addition, the first conductor 211 and the second conductor 212 pass through the center point 270 of the circle and are disposed opposite to each other based on an imaginary straight line 282 that is orthogonal to the virtual straight line 281. In addition, the third conductive wire 213 and the fourth conductive wire 214 may be disposed opposite to each other based on the virtual straight line 282.

또한, 안테나 소자(200)는 포트를 통해 안테나에 피딩 신호를 공급하는 급전부(221)를 더 포함할 수 있다. 급전부(221)는 제1 도선(211) 및 제4 도선(214) 사이에 배치될 수 있다. 이하에서는 급전부(221)를 통하여 안테나 소자(200)에 피딩 신호가 공급되는 경우, 각 도선에 흐르는 전류의 방향에 대하여 설명한다.In addition, the antenna element 200 may further include a feeding unit 221 for supplying a feeding signal to the antenna through the port. The power supply 221 may be disposed between the first conductor 211 and the fourth conductor 214. Hereinafter, when the feeding signal is supplied to the antenna element 200 through the power supply unit 221, the direction of the current flowing through each conductor will be described.

예를 들어, 안테나 소자(200)에서 제1 도선(211), 제2 도선(212), 제3 도선(213), 및 제4 도선(214)의 길이는 급전부(221)로부터 공급되는 피딩 신호의 주파수에 대응하는 파장의 1/4의 길이를 가질 수 있다. 급전부(221)가 정현파(sinusoidal wave)의 피딩 신호를 급전하는 동한 해당 정현파에서 최대 세기의 전류를 급전부(221)가 공급하는 시점(time point)에서, 급전부(221)로부터 파장의 1/4에 대응하는 지점에 흐르는 전류의 세기는 0일 수 있다. 해당 시점에서, 제1 도선(211)에서는 전류가 방향(231)으로 흐를 수 있고, 제4 도선(214)에서는 전류가 방향(231)으로 흐를 수 있다. 동시에, 교류 전원이 급전부(221)로부터 인가되며, 각 도선의 길이가 전원에 대응하는 파장의 1/4 길이를 가지므로 제2 도선(212) 및 제3 도선(213)에서 전류는 방향(231)과 반대의 방향인 방향(232)으로 흐를 수 있다. 방향(231)은 반시계 방향(counterclockwise)일 수 있으며, 방향(232)은 시계 방향(clockwise)일 수 있다. 결국, 해당 시점에서 제1 도선 및 제4 도선에 의하여 전기 쌍극자가 형성되고, 제2 도선 및 제3 도선에 의하여 전기 쌍극자가 형성되는 것으로 해석될 수 있다.For example, in the antenna element 200, the lengths of the first conductor 211, the second conductor 212, the third conductor 213, and the fourth conductor 214 are fed from the feeder 221 It may have a length of 1/4 of the wavelength corresponding to the frequency of the signal. As long as the power supply unit 221 supplies a feeding signal of a sinusoidal wave, at a time point when the power supply unit 221 supplies the maximum intensity current from the corresponding sine wave, 1 of the wavelength from the power supply unit 221 The intensity of the current flowing to the point corresponding to /4 may be 0. At that point, current may flow in the direction 231 in the first conductive line 211 and the current may flow in the direction 231 in the fourth conductive line 214. At the same time, AC power is applied from the power supply unit 221, and since the length of each conductor has a length of 1/4 of the wavelength corresponding to the power, current in the second conductor 212 and the third conductor 213 It may flow in a direction 232 that is the opposite direction to 231. The direction 231 may be counterclockwise, and the direction 232 may be clockwise. As a result, it can be interpreted that an electric dipole is formed by the first conductor and the fourth conductor at the time point, and an electric dipole is formed by the second conductor and the third conductor.

도 3에서는 2개의 다이폴 안테나가 서로 인접하여 배치되는 안테나 소자(300)를 도시한다.3 shows an antenna element 300 in which two dipole antennas are disposed adjacent to each other.

안테나 장치(300)는 제1 다이폴 안테나 및 제2 다이폴 안테나를 포함할 수 있다. 제1 다이폴 안테나는 제1 도선(311) 및 제2 도선(312)을 포함할 수 있고, 제2 다이폴 안테나는 제3 도선(313) 및 제4 도선(313)을 포함할 수 있다. 제1 다이폴 안테나의 제1 도선(311) 및 제2 다이폴 안테나의 제3 도선(313)은 제1 평면(381) 상에 배치될 수 있다. 제1 도선(311) 및 제3 도선(313)은 제1 평면(381)에 수직하는 가상의 평면(390)을 기준으로 서로 반대편에 배치될 수 있다. 가상의 평면(390)은 제1 다이폴 안테나 및 제2 다이폴 안테나 사이에 위치될 수 있다. 마찬가지로, 제1 다이폴 안테나의 제2 도선(312) 및 제2 다이폴 안테나의 제4 도선(314)은 제2 평면(382) 상에 배치될 수 있다. 제2 도선(312) 및 제4 도선(314)은 가상의 평면(390)을 기준으로 서로 반대편에 배치될 수 있다.The antenna device 300 may include a first dipole antenna and a second dipole antenna. The first dipole antenna may include a first conductor 311 and a second conductor 312, and the second dipole antenna may include a third conductor 313 and a fourth conductor 313. The first conductor 311 of the first dipole antenna and the third conductor 313 of the second dipole antenna may be disposed on the first plane 381. The first conductive wire 311 and the third conductive wire 313 may be disposed opposite to each other with respect to a virtual plane 390 perpendicular to the first plane 381. The virtual plane 390 may be positioned between the first dipole antenna and the second dipole antenna. Similarly, the second lead 312 of the first dipole antenna and the fourth lead 314 of the second dipole antenna may be disposed on the second plane 382. The second conductive wire 312 and the fourth conductive wire 314 may be disposed opposite to each other based on the virtual plane 390.

제1 다이폴 안테나 및 제2 다이폴 안테나는 각각 타겟 주파수(target frequency)에 대응하는 파장과 동일한 길이(length)를 가질 수 있다. 예를 들어, 도 3에서는 폐루프 형상이 원형 형상인 예시를 설명하며, 제1 도선(311) 및 제2 도선(312)의 각각은 타겟 주파수에 대응하는 파장의 절반에 대응하는 길이를 가질 수 있다. 유사하게, 제3 도선(313) 및 제4 도선(314)의 각각은 타겟 주파수에 대응하는 파장의 절반에 대응하는 길이를 가질 수 있다.Each of the first dipole antenna and the second dipole antenna may have the same length as a wavelength corresponding to a target frequency. For example, in FIG. 3, an example in which the closed loop shape is a circular shape will be described, and each of the first conductor 311 and the second conductor 312 may have a length corresponding to half of a wavelength corresponding to the target frequency. have. Similarly, each of the third conductive wire 313 and the fourth conductive wire 314 may have a length corresponding to half of a wavelength corresponding to the target frequency.

본 명세서에서, 타겟 주파수(target frequency)는 안테나 장치를 동작시키고자 하는 주파수로서, 예를 들어, 체내에 삽입된 안테나 장치가 생체 내 주어진 농도의 대상 피분석물에 대해 생체 커패시턴스를 형성할 시 해당 안테나 장치를 공진시키고자 하는 주파수를 나타낼 수 있다.In the present specification, the target frequency is a frequency at which the antenna device is to be operated, for example, when the antenna device inserted into the body forms a biocapacitance for a target analyte of a given concentration in the body, It may represent a frequency at which the antenna device is to be resonated.

제1 다이폴 안테나는 제1 급전부(321)를 포함하고, 제2 다이폴 안테나는 제2 급전부(322)를 포함할 수 있다. 제1 다이폴 안테나는 도 2에 도시된 폐루프 형상을 이루는 안테나 소자를 반으로 접은(folded) 형태를 가질 수 있다. 제2 다이폴 안테나도 폐루프 형상을 이루는 안테나 소자가 반으로 접혀진 형태를 가질 수 있다. 예시적으로, 제1 다이폴 안테나는 제1 급전부(321)로부터 파장의 1/4에 대응하는 길이만큼 떨어진 도선 상의 지점들에서 접혀진(folded) 형상을 가질 수 있다. 제1 다이폴 안테나의 제1 도선(311)과 제2 도선(312)은 서로 이격된 평면 상에서 평행하도록 배치되며, 비아 홀(via hole)을 가지는 연결부들을 통하여 연결될 수 있다. 예시적으로 그러나 한정되지 않게, 제1 도선(311) 및 제2 도선(312)는 제1 평면(381) 및 제2 평면(283) 사이의 가상의 평면을 기준으로 대칭일 수 있다. 마찬가지로, 제2 다이폴 안테나는 제2 급전부(322)로부터 파장의 1/4에 대응하는 길이만큼 떨어진 도선 상의 지점들에서 접혀진(folded) 형상을 가질 수 있다.The first dipole antenna may include a first feeding unit 321, and the second dipole antenna may include a second feeding unit 322. The first dipole antenna may have a shape in which the antenna element forming the closed loop shape shown in FIG. 2 is folded in half. The second dipole antenna may also have a shape in which an antenna element forming a closed loop shape is folded in half. For example, the first dipole antenna may have a folded shape at points on a conductive line separated by a length corresponding to 1/4 of a wavelength from the first power supply unit 321. The first conductive wire 311 and the second conductive wire 312 of the first dipole antenna are disposed parallel to each other on a plane spaced apart from each other, and may be connected through connection portions having a via hole. For example, but not limited to, the first conductor 311 and the second conductor 312 may be symmetrical with respect to an imaginary plane between the first plane 381 and the second plane 283. Likewise, the second dipole antenna may have a folded shape at points on a conductive line separated by a length corresponding to 1/4 of a wavelength from the second power feeding unit 322.

제1 급전부(321)는 제1 다이폴 안테나에 전원을 공급할 수 있으며, 제2 급전부(322)는 제2 다이폴 안테나에 전원을 공급할 수 있다. 이하에서는 급전부들(321, 322)를 통하여 안테나 소자(300)에 피딩 신호가 공급되는 경우, 각 도선에 흐르는 전류의 방향에 대하여 설명한다.The first power supply unit 321 may supply power to the first dipole antenna, and the second power supply unit 322 may supply power to the second dipole antenna. Hereinafter, when a feeding signal is supplied to the antenna element 300 through the feeders 321 and 322, a direction of a current flowing through each conductor will be described.

앞서 설명한 바와 같이, 도 2에 도시된 원형 루프에서는 급전부(221)가 최대 세기 전류를 공급하는 시점에서 급전부(221)로부터 파장의 1/4인 길이에 대응하는 도선(conductive wire) 상 지점을 기준으로 서로 반대 방향의 전류가 흐르는 것으로 해석될 수 있다. 따라서 도 2에 도시된 루프 형태의 안테나 소자가 도 3에 도시된 바와 같이 접히는 경우, 접힌 루프 형태의 안테나 소자는 제1 평면(381)에 수직한 방향으로 볼 때 도선들에서 동일한 방향으로 전류가 흐를 수 있다. 예를 들어, 제1 다이폴 안테나의 제1 도선(311) 및 제2 도선(312)에서는 전류가 제1 순환 방향(331)(예를 들어, 도 3에서는 반시계 방향)으로 흐를 수 있으며, 제2 다이폴 안테나의 제3 도선(313) 및 제4 도선(314)에서는 전류가 제1 순환 방향(331)과 동일한 순환 방향인 제2 순환 방향(332)(예를 들어, 반시계 방향)으로 흐를 수 있다.As described above, in the circular loop shown in FIG. 2, a point on a conductive wire corresponding to a length of 1/4 of the wavelength from the power supply unit 221 at the time when the power supply unit 221 supplies the maximum intensity current It can be interpreted that currents in opposite directions flow based on. Therefore, when the loop-shaped antenna element shown in FIG. 2 is folded as shown in FIG. 3, the folded loop-shaped antenna element receives current in the same direction from the conductors when viewed in a direction perpendicular to the first plane 381. Can flow. For example, in the first conductor 311 and the second conductor 312 of the first dipole antenna, current may flow in the first circulation direction 331 (for example, counterclockwise in FIG. 3). 2 In the third conductor 313 and the fourth conductor 314 of the dipole antenna, current flows in the second circulation direction 332 (for example, counterclockwise direction) which is the same circulation direction as the first circulation direction 331. I can.

참고로, 본 명세서에서 전류의 순환 방향은, 안테나 소자에서 평면 상 가상의 폐루프 및/또는 가상의 폐루프의 일부를 따라 배치된 도선들에 흐르는 전류의 방향으로서, 도선들이 배치되는 평면들에 수직한 방향에서 볼 때 시계 방향(clockwise) 또는 반시계 방향(counterclockwise)으로 전류가 순환하는 방향을 나타낼 수 있다. 시계 방향 또는 반시계 방향의 기준은 해당 평면을 위에서 바라보는 경우, 아래에서 바라보는 경우 및 교류 전류의 극성 등에 따라 전환될 수 있다. 참고로, 도 3의 제1 순환 방향(331) 및 제2 순환 방향(332)은 급전부(321, 322)가 피딩 신호의 극성이 양(positive)인 최대 전류 세기를 급전하는 시점에서 시계 방향일 수 있다.For reference, in the present specification, the current circulation direction is a direction of a current flowing through a virtual closed loop on a plane and/or a part of a virtual closed loop in the antenna element, and is in the planes in which the conductors are arranged. When viewed from a vertical direction, it may represent a direction in which current circulates in a clockwise or counterclockwise direction. The reference of the clockwise or counterclockwise direction may be switched depending on the case of viewing the plane from above, from the bottom, and the polarity of the AC current. For reference, the first circulation direction 331 and the second circulation direction 332 of FIG. 3 are clockwise at the point in time when the feeding units 321 and 322 supply the maximum current intensity of which the polarity of the feeding signal is positive. Can be

제1 평면(381)에서 폐루프(closed loop)의 일부에 대응하는 형태를 따라 배치되는 제1 도선(311) 및 제3 도선(313)에서 한 방향으로 전류가 흐르게 되어 제1 자기 쌍극자(magnetic dipole)가 형성될 수 있다. 마찬가지로, 제2 평면(382)에서 폐루프의 일부에 대응하는 형태를 따라 배치되는 제2 도선(312) 및 제4 도선(314)에서 한 방향으로 전류가 흐르게 되어 제2 자기 쌍극자가 형성될 수 있다. 제1 자기 쌍극자 및 제2 자기 쌍극자의 자기 쌍극자 모멘트(magnetic dipole moment)의 방향은 서로 동일할 수 있다. 제1 자기 쌍극자에 의한 전자기파와 제2 자기 쌍극자에 의한 전자기파는 보강 간섭(constructive interference)을 발생시킬 수 있다.Current flows in one direction from the first conductor 311 and the third conductor 313 arranged along a shape corresponding to a part of a closed loop in the first plane 381, and thus a first magnetic dipole (magnetic dipole). dipole) can be formed. Likewise, current flows in one direction from the second conductor 312 and the fourth conductor 314 arranged along a shape corresponding to a part of the closed loop in the second plane 382 to form a second magnetic dipole. have. The directions of the magnetic dipole moments of the first magnetic dipole and the second magnetic dipole may be the same. Electromagnetic waves generated by the first magnetic dipole and electromagnetic waves generated by the second magnetic dipole may generate constructive interference.

자기 쌍극자에 의한 공진은 전기 쌍극자에 의한 공진과 비교하여 품질 인자(quality factor)가 높으며, 품질 인자는 아래 수학식과 같이 표현될 수 있다.The resonance caused by the magnetic dipole has a higher quality factor than the resonance caused by the electric dipole, and the quality factor can be expressed as the following equation.

이때, Q는 품질 인자, R_L 은 손실 저항의 크기, R_r은 방사 저항의 크기를 나타낼 수 있다.In this case, Q may be a quality factor, R _L may be a magnitude of loss resistance, and R _r may be a magnitude of radiation resistance.

도 4는 안테나 소자의 형태에 따른 전자기파에 대한 주파수 응답 특성을 도시한다.4 shows frequency response characteristics to electromagnetic waves according to the shape of an antenna element.

주파수 응답 특성(400)은 안테나 소자의 형태에 따른 전자기파에 대한 주파수 응답 특성을 도시한다. 주파수를 스윕하면서 파라미터를 측정함으로써, 산란된 전자기파에 대한 주파수 응답 특성이 획득될 수 있다. 주파수 응답 특성은 도 4에 도시된 바와 같이 산란 파라미터 중 반사 계수(reflection coefficient)일 수 있다.The frequency response characteristic 400 shows a frequency response characteristic for an electromagnetic wave according to the shape of an antenna element. By measuring the parameter while sweeping the frequency, a frequency response characteristic for the scattered electromagnetic wave can be obtained. The frequency response characteristic may be a reflection coefficient among scattering parameters as shown in FIG. 4.

제1 반사 계수 곡선(410)은 도 1의 직선(straight)형의 다이폴 안테나에 대한 주파수 응답 특성을 나타낸다. 제2 반사 계수 곡선(420)은 도 2의 폐쇄된 루프(closed loop)의 형태를 가지는 안테나 소자에 대한 주파수 응답 특성을 나타낸다. 제3 반사 계수 곡선(430)은 도 3의 자기 쌍극자(magnetic dipole)를 형성하는 안테나 소자(300)에 의한 주파수 응답 특성을 나타낸다. 자기 쌍극자(magnetic dipole)를 형성하는 안테나 소자(300)의 품질 계수(quality factor)가 상대적으로 높게 나타날 수 있다.The first reflection coefficient curve 410 represents the frequency response characteristic of the straight dipole antenna of FIG. 1. The second reflection coefficient curve 420 represents a frequency response characteristic for an antenna element having a closed loop shape of FIG. 2. The third reflection coefficient curve 430 represents a frequency response characteristic of the antenna element 300 forming a magnetic dipole of FIG. 3. The quality factor of the antenna element 300 forming a magnetic dipole may be relatively high.

도 5a는 일 실시예에 따른 안테나 장치(501)의 형상을 설명한다.5A illustrates a shape of an antenna device 501 according to an embodiment.

일 실시예에 따른 안테나 장치(501)는 도선형 센서일 수 있다. 일 실시예에 따른 안테나 장치(501)는 제1 평면(581) 상 제1 영역의 경계의 일부를 따라 서로 이격 배치되는 제1 도선(511) 및 제2 도선(512), 제1 평면(581)으로부터 평행하게 이격된 제2 평면(582) 상 제2 영역의 경계의 일부를 따라 서로 이격 배치되는 제3 도선(513) 및 제4 도선(514), 제2 평면(582)으로부터 평행하게 이격된 제3 평면(583) 상 제3 영역의 경계의 일부를 따라 서로 이격 배치되는 제5 도선(515) 및 제6 도선(516)을 포함할 수 있다. 안테나 장치(501)는 제1 도선(511)의 제1 단(first end) 및 제3 도선(513)의 제1 단을 연결하는 제1 연결부(521), 제2 도선(512)의 제1 단 및 제4 도선(514)의 제1 단을 연결하는 제2 연결부(522), 제3 도선(513)의 제2 단(second end) 및 제5 도선(515)의 제2 단을 연결하는 제3 연결부(523), 및 제4 도선(514)의 제2 단 및 제6 도선(516)의 제2 단을 연결하는 제4 연결부(524)를 포함할 수 있다. 이때, 제1 단은 안테나 포트를 기준으로 원위단(distal end)을 나타낼 수 있으며, 제2 단은 안테나 포트를 기준으로 근위단(proximal end)를 나타낼 수 있다.The antenna device 501 according to an embodiment may be a wire-type sensor. The antenna device 501 according to an embodiment includes a first conductor 511 and a second conductor 512 and a first plane 581 spaced apart from each other along a part of a boundary of a first area on the first plane 581. ) On the second plane 582 spaced in parallel from the third wire 513 and the fourth wire 514, which are spaced apart from each other along a part of the boundary of the second region, and parallelly spaced apart from the second plane 582 A fifth conductive wire 515 and a sixth conductive wire 516 may be spaced apart from each other along a part of the boundary of the third area on the third plane 583. The antenna device 501 includes a first connection part 521 connecting a first end of the first conductor 511 and a first end of the third conductor 513, and a first connection portion of the second conductor 512. The second connection part 522 connecting the end and the first end of the fourth conductor 514, the second end of the third conductor 513 and the second end of the fifth conductor 515 A third connection part 523 and a fourth connection part 524 connecting the second end of the fourth conductor 514 and the second end of the sixth conductor 516 may be included. In this case, the first end may indicate a distal end based on the antenna port, and the second end may indicate a proximal end based on the antenna port.

일 실시예에 따른 안테나 장치(501)에서 제1 도선(511)의 제2 단 및 제2 도선(512)의 제2 단은 안테나 포트와 연결될 수 있다. 제1 도선(511) 및 제2 도선(512)은 안테나 포트 및 제1 영역의 중심점(570)을 통과하면서 제1 평면(581)에 수직하는 가상의 평면(590)을 기준으로 서로 반대편에 배치될 수 있다. 제3 도선(513) 및 제4 도선(514)은 가상의 평면(590)을 기준으로 서로 반대편에 배치되며, 제5 도선(515) 및 제6 도선(516)은 가상의 평면(590)을 기준으로 서로 반대편에 배치될 수 있다. 제5 도선(515) 및 제6 도선(516)은 서로 전기적으로 연결될 수 있다.In the antenna device 501 according to an embodiment, a second end of the first conductor 511 and a second end of the second conductor 512 may be connected to an antenna port. The first and second conductors 511 and 512 are disposed opposite to each other based on a virtual plane 590 perpendicular to the first plane 581 while passing through the antenna port and the center point 570 of the first region. Can be. The third conductive wire 513 and the fourth conductive wire 514 are disposed opposite to each other based on the virtual plane 590, and the fifth conductive wire 515 and the sixth conductive wire 516 define a virtual plane 590. They can be placed on opposite sides of each other as a reference. The fifth and sixth conductors 515 and 516 may be electrically connected to each other.

일 실시예에 따른 안테나 장치(501)는 제1 도선(511) 및 제2 도선(512)이 연결되는 안테나 포트 및 안테나 포트를 통해 피딩 신호(feed signal)를 공급하는 급전부(feeder, 540)를 더 포함할 수 있다. 급전부(540)는 안테나 장치에 전력을 공급함으로써, 각 도선에 전류를 흐르게 할 수 있다. 일 실시예에 따른 안테나 장치(501)로 피딩 신호(feed signal)가 급전되는 경우, 제1 도선(511)은 제3 도선(513)과 용량성 결합을 형성하고, 제3 도선(513)은 제5 도선(515)와 용량성 결합을 형성하며, 제2 도선(512)는 제4 도선(514)과 용량성 결합을 형성하며, 제4 도선(514)은 제6 도선(516)과 용량성 결합을 형성할 수 있다.The antenna device 501 according to an embodiment includes an antenna port to which the first and second conductors 511 and 512 are connected, and a feeder 540 that supplies a feed signal through the antenna port. It may further include. The power supply unit 540 may supply electric power to the antenna device, thereby allowing current to flow through each conductor. When a feed signal is supplied to the antenna device 501 according to an embodiment, the first conductor 511 forms a capacitive coupling with the third conductor 513, and the third conductor 513 is A capacitive coupling is formed with the fifth conductor 515, the second conductor 512 forms a capacitive coupling with the fourth conductor 514, and the fourth conductor 514 forms a capacitive coupling with the sixth conductor 516 Can form sexual bonds.

정리하면, 일 실시예에 따른 안테나 장치(501)는 제1 평면(581) 상 제1 영역의 일부를 따라 배치되는 제1 도선(511) 및 제2 도선(512), 제1 평면(581)로부터 평행하게 이격되는 제2 평면(582) 상 제2 영역의 일부를 따라 배치되고 제1 도선(511) 및 제2 도선(512)과 각각 용량성 결합을 형성하는 제3 도선(513) 및 제4 도선(514), 제2 평면(582)로부터 평행하게 이격되는 제3 평면(583) 상 제3 영역의 일부를 따라 배치되고 제3 도선(513) 및 제4 도선(514)과 용량성 결합을 형성하는 제5 도선(515) 및 제6 도선(516)을 포함할 수 있다. In summary, the antenna device 501 according to an exemplary embodiment includes a first conductor 511 and a second conductor 512 and a first plane 581 disposed along a part of a first area on a first plane 581. A third conductive wire 513 and a third conductive wire 513 disposed along a part of the second area on the second plane 582 spaced parallel from and forming a capacitive coupling with the first conductive wire 511 and the second conductive wire 512, respectively. 4 Conductive wire 514, arranged along a part of the third area on the third plane 583 spaced parallel from the second plane 582, and capacitively coupled with the third conductive wire 513 and the fourth conductive wire 514 A fifth conductive wire 515 and a sixth conductive wire 516 may be included.

일 실시예에 따른 안테나 장치(501)에서 제1 도선(511), 제2 도선(512), 제3 도선(513), 제4 도선(514), 제5 도선(515), 및 제6 도선(516) 중 하나 또는 둘 이상의 조합은 타겟 주파수(target frequency)에 대응하는 파장의 1/4의 길이를 가질 수 있다. 예를 들어, 제1 도선(511), 제2 도선(512), 제3 도선(513), 제4 도선(514), 제5 도선(515), 및 제6 도선(516)의 각각은 파장의 1/4의 길이를 가질 수 있다.In the antenna device 501 according to an embodiment, the first conductor 511, the second conductor 512, the third conductor 513, the fourth conductor 514, the fifth conductor 515, and the sixth conductor One or a combination of two or more of 516 may have a length of 1/4 of a wavelength corresponding to a target frequency. For example, each of the first conductor 511, the second conductor 512, the third conductor 513, the fourth conductor 514, the fifth conductor 515, and the sixth conductor 516 has a wavelength Can have a length of 1/4 of.

여기서, 타겟 주파수(target frequency)에 대응하는 파장이란 관내 파장(guide wavelength)을 나타낼 수 있다. 공기 중에서의 파장과 관내 파장은 아래 수학식 4과 같은 관계를 가질 수 있다.Here, the wavelength corresponding to the target frequency may represent a guide wavelength. The wavelength in the air and the wavelength in the tube may have a relationship as shown in Equation 4 below.

[수학식 4][Equation 4]

는 관내 파장,

는 공기 중 파장,

은 관내 매질의 유전율을 나타낼 수 있다.

Is the wavelength in the hall,

Is the wavelength in the air,

May represent the dielectric constant of the medium in the tube.

일 실시예에 따른 안테나 장치(501)는 도선들 사이에서 용량성 결합을 형성하므로, 관내 물질의 유전율에 따라 타겟 주파수에 대응하는 파장이 변할 수 있다. 예를 들어, 안테나 장치(501)의 각 도선의 길이는 타겟 주파수에 대응하는 파장의 1/4이므로, 관내 매질의 유전율을 증가시킴에 따라 안테나 장치의 도선 길이를 축소시킬 수 있다.Since the antenna device 501 according to the exemplary embodiment forms a capacitive coupling between conducting wires, a wavelength corresponding to the target frequency may be changed according to the dielectric constant of the material in the tube. For example, since the length of each wire of the antenna device 501 is 1/4 of a wavelength corresponding to the target frequency, the length of the wire of the antenna device can be reduced by increasing the dielectric constant of the medium in the tube.

일 실시예에 따른 안테나 장치(501)에서 제1 영역, 제2 영역, 및 제3 영역의 형태는 다각형 및 원형 중 하나일 수 있다. 예시적으로, 도 5a에 도시된 바와 같이, 제1 영역의 형태가 원형인 경우, 제1 도선(511) 및 제2 도선(512)는 제1 평면(581) 상에서 원주의 일부에 대응하는 형태를 따라 배치될 수 있다. 제2 영역의 형태가 원형인 경우, 제3 도선(513) 및 제4 도선(514)는 제2 평면(582) 상에서 원주의 일부에 대응하는 형태를 따라 배치될 수 있다. 제3 영역의 형태가 원형인 경우, 제5 도선(515) 및 제6 도선(516)은 제3 평면(583) 상에서 원주의 일부에 대응하는 형태를 따라 배치될 수 있다. 다른 예로, 도 5a에 도시된 바와 달리, 제1 영역의 형태가 다각형인 경우, 제1 도선(511) 및 제2 도선(512)은 제1 평면(581) 상에서 다각형의 일부에 대응하는 형태를 따라 배치될 수 있다. 예를 들어, 그러나 한정되지 않게, 제1 영역, 제2 영역, 제3 영역의 반지름의 길이는 2.4mm이며, 제1 영역과 제3 영역 사이의 간격은 0.6mm일 수 있다.In the antenna device 501 according to an embodiment, the shape of the first area, the second area, and the third area may be one of a polygon and a circle. For example, as shown in FIG. 5A, when the shape of the first region is circular, the first conductor 511 and the second conductor 512 have a shape corresponding to a part of the circumference on the first plane 581 Can be placed along. When the shape of the second area is circular, the third conductive wire 513 and the fourth conductive wire 514 may be disposed along a shape corresponding to a part of the circumference on the second plane 582. When the shape of the third area is circular, the fifth conductive wire 515 and the sixth conductive wire 516 may be disposed along a shape corresponding to a part of the circumference on the third plane 583. As another example, unlike FIG. 5A, when the shape of the first region is a polygon, the first conductor 511 and the second conductor 512 have a shape corresponding to a part of the polygon on the first plane 581. Can be arranged accordingly. For example, but not limited to, a radius of the first region, the second region, and the third region may have a length of 2.4 mm, and a distance between the first region and the third region may be 0.6 mm.

더 나아가, 제1 영역, 제2 영역, 제3 영역은 폐루프(closed loop)의 형태를 나타낼 수 있으며, 각 도선들은 영역에 대응하는 형태를 따라 배치될 수 있다.Furthermore, the first region, the second region, and the third region may have a closed loop shape, and each of the conductive wires may be arranged in a shape corresponding to the region.

다른 일 실시예에 따른 안테나 장치(501)에 따르면 제1 영역, 제2 영역, 제3 영역은 제1 평면(581)에서 수직한 방향으로 볼 때 동일한 크기 및 동일한 형태를 나타낼 수 있다.According to the antenna device 501 according to another embodiment, the first region, the second region, and the third region may have the same size and shape when viewed in a vertical direction from the first plane 581.

일 실시예에 따른 안테나 장치(501)는 하나의 안테나 포트를 사용하여 각 도선들에 전원을 공급할 수 있다. 안테나 장치(501)는 연결부들에 의하여 서로 연결된 형태의 도선들을 포함할 수 있다. 하나의 포트를 사용하여 각 도선들에 전력이 공급될 수 있다. 예를 들어, 안테나 포트의 제1 단자로부터 제1 도선(511), 제3 도선(513), 제5 도선(515), 제6 도선(516), 제4 도선(514), 제2 도선(512), 및 안테나 포트의 제2 단자까지 순차적으로 연결되는 전기적 경로가 형성될 수 있다.The antenna device 501 according to an embodiment may supply power to each of the conductive wires using one antenna port. The antenna device 501 may include conductive wires connected to each other by connection parts. Power can be supplied to each of the leads using one port. For example, from the first terminal of the antenna port, the first conductor 511, the third conductor 513, the fifth conductor 515, the sixth conductor 516, the fourth conductor 514, and the second conductor ( 512), and an electrical path sequentially connected to the second terminal of the antenna port may be formed.

예를 들어, 제1 도선(511)의 제1 단 및 제2 도선(512)의 제1 단은 서로 분리될 수 있다. 제1 도선(511)은 제1 연결부(521)와 연결되고, 제2 도선(512)는 제2 연결부(522)와 연결될 수 있다. 제1 연결부(521) 및 제2 연결부(522)는 서로 분리(disconnected)될 수 있다. 제3 연결부(523) 및 제4 연결부(524)도 서로 분리될 수 있다. 급전부(540)로부터 제1 연결부(521)를 향하는 가상의 직선은 가상의 평면(590)에 대하여 임계 각도 이하의 각도를 형성할 수 있다. 급전부(540)로부터 제2 연결부(522)를 향하는 가상의 직선은 가상의 평면(590)에 대하여 임계 각도 이하의 각도를 형성할 수 있다. 제1 연결부(521) 및 제2 연결부(522)는 가상의 평면(590)을 기준으로 대칭적으로 배치될 수 있다. 예를 들어, 급전부(540)로부터 제1 연결부(521)를 향하는 가상의 직선은 가상의 평면(590)에 대하여 5도의 각도를 이루며, 급전부(540)로부터 제2 연결부(522)를 향하는 가상의 직선은 가상의 평면(590)에 대하여 5도의 각도를 이룰 수 있다.For example, a first end of the first conductor 511 and a first end of the second conductor 512 may be separated from each other. The first conductor line 511 may be connected to the first connection part 521, and the second conductor line 512 may be connected to the second connection part 522. The first connection part 521 and the second connection part 522 may be disconnected from each other. The third connection part 523 and the fourth connection part 524 may also be separated from each other. A virtual straight line from the power supply unit 540 toward the first connection unit 521 may form an angle less than or equal to a critical angle with respect to the virtual plane 590. A virtual straight line from the power supply unit 540 toward the second connection unit 522 may form an angle less than or equal to a critical angle with respect to the virtual plane 590. The first connection part 521 and the second connection part 522 may be symmetrically disposed with respect to the virtual plane 590. For example, a virtual straight line from the power supply unit 540 toward the first connection unit 521 forms an angle of 5 degrees with respect to the virtual plane 590, and goes from the power supply unit 540 to the second connection unit 522 The virtual straight line may form an angle of 5 degrees with respect to the virtual plane 590.

도 5b는 일 실시예에 따른 안테나 장치에서 흐르는 전류의 방향에 대하여 설명한다.5B illustrates a direction of a current flowing in the antenna device according to an exemplary embodiment.

도 5a에 도시된 안테나 장치(502)의 제1 도선(511), 제2 도선(512), 제3 도선(513), 제4 도선(514), 제5 도선(515), 및 제6 도선(516)은 타겟 주파수에 대응하는 파장의 1/4의 길이를 가질 수 있다. 안테나 장치의 급전부(540)는 안테나 장치(502)에 전력(예를 들어, 피딩 신호)을 공급할 수 있다. 도 5b는 전류 방향의 해석을 위하여 도 5a에 도시된 안테나 장치(502)의 도선들을 평면적으로 펼친(unfold) 것이다. 참고로, 본 명세서에서 전류의 방향 및/또는 순환 방향은 전류의 극성이 반대인 경우 반전되는 것으로 해석된다.A first lead 511, a second lead 512, a third lead 513, a fourth lead 514, a fifth lead 515, and a sixth lead of the antenna device 502 shown in FIG. 5A 516 may have a length of 1/4 of the wavelength corresponding to the target frequency. The power supply unit 540 of the antenna device may supply power (eg, a feeding signal) to the antenna device 502. 5B is a plan view of unfolded conductors of the antenna device 502 illustrated in FIG. 5A for analysis of the current direction. For reference, in the present specification, the direction of the current and/or the direction of circulation is interpreted as being reversed when the polarity of the current is opposite.

도 5b는, 급전부(540)로부터 파장의 1/8 만큼 떨어진 지점에서 흐르는 전류의 세기가 0인 시점의 전류 그래프를 도시한다. 이하에서는 해당 시점에서 각 도선에 흐르는 전류의 방향을 설명한다. 급전부(540)로부터 파장의 1/8 만큼 떨어진 지점(이하, '1/8 파장 지점')까지의 도선 구간에서 전류는 시계 방향으로 흐를 수 있다. 1/8 파장 지점을 기준으로 전류 극성이 반전되므로, 순환 방향도 반전되는 것으로 해석될 수 있다. 1/8 파장 지점부터 파장의 5/8 만큼 떨어진 지점(이하, '5/8 파장 지점')까지의 도선 구간에서 전류는 반시계방향으로 흐를 수 있다. 5/8 파장 지점에서 다시 전류 극성이 반전되므로, 순환 방향도 다시 반전되는 것으로 해석될 수 있다. 5/8 파장 지점부터 파장의 3/4만큼 떨어진 지점(이하, '3/4 파장 지점')까지의 도선 구간에서 전류를 시계 방향으로 흐를 수 있다.5B shows a current graph at a point in time when the intensity of the current flowing at a point separated by 1/8 of the wavelength from the power supply unit 540 is zero. Hereinafter, the direction of the current flowing through each conductor at that time will be described. Current may flow in a clockwise direction in a section of a wire from the power supply unit 540 to a point separated by 1/8 of a wavelength (hereinafter, referred to as '1/8 wavelength point'). Since the current polarity is reversed based on the 1/8 wavelength point, it can be interpreted that the circulation direction is also reversed. Current can flow in a counterclockwise direction in the section of the wire from the point of 1/8 wavelength to the point separated by 5/8 of the wavelength (hereinafter, referred to as '5/8 wavelength point'). Since the current polarity is reversed again at the 5/8 wavelength point, it can be interpreted that the circulation direction is also reversed. Current can flow in a clockwise direction in the section of the wire from the 5/8 wavelength point to a point separated by 3/4 of the wavelength (hereinafter, referred to as '3/4 wavelength point').

따라서 제3 도선(513) 및 제4 도선(514)에 의해 정의되는 제2 영역에서는 전류가 한 순환 방향(도 5b에서는 반시계 방향)으로 흐르므로, 제3 도선(513) 및 제4 도선(514)에 흐르는 순환 전류에 의하여 자기 쌍극자(magnetic dipole)에 따른 공진이 생성될 수 있다. 또한, 제1 도선(511) 및 제2 도선(512)에 의해 정의되는 제1 영역에서는 전류가 1/8 파장 지점을 기준으로 선대칭으로 전류가 흐르는 바, 동일한 제1 직선 방향(예를 들어, 도 5b에서는 아래에서 위를 향하는 방향)으로 전류가 흐르는 것으로 해석될 수 있다. 다시 말해, 제1 도선(511) 및 제2 도선(512)은 각각 제1 직선 방향으로 전류가 흐르는 다이폴 안테나로서 동작할 수 있고, 제1 전기 쌍극자(electric dipole)에 의한 공진을 생성할 수 있다. 유사하게, 해당 시점에서 제5 도선(515) 및 제6 도선(516)에 의해 정의되는 제3 영역에서는 전류가 5/8 파장 지점을 기준으로 선대칭으로 전류가 흐르는 바, 제1 직선 방향에 반대되는 제2 직선 방향(예를 들어, 도 5b에서는 위에서 아래를 향하는 방향)으로 전류가 흐르는 것으로 해석될 수 있다. 다시 말해, 제5 도선(515) 및 제6 도선(516)은 각각 제2 직선 방향으로 전류가 흐르는 다이폴 안테나로서 동작할 수 있고, 제2 전기 쌍극자(electric dipole)에 의한 공진을 생성할 수 있다. 제1 전기 쌍극자와 제2 전기 쌍극자는 반대되는 극성의 전기 쌍극자 모멘트(electric dipole moment)를 가질 수 있다.Therefore, in the second region defined by the third conductor 513 and the fourth conductor 514, the current flows in one circulation direction (counterclockwise in FIG. 5B), so that the third conductor 513 and the fourth conductor Resonance according to a magnetic dipole may be generated by the circulating current flowing through 514. In addition, in the first region defined by the first conductor line 511 and the second conductor line 512, current flows in line symmetry based on the 1/8 wavelength point, and the same first linear direction (for example, In FIG. 5B, it can be interpreted that current flows in a direction from bottom to top. In other words, the first conductor 511 and the second conductor 512 may each operate as a dipole antenna through which current flows in a first linear direction, and may generate resonance due to a first electric dipole. . Similarly, in the third region defined by the fifth and sixth conductors 515 and 516 at that point in time, the current flows in line symmetry based on the 5/8 wavelength point, opposite to the first linear direction. It can be interpreted that the current flows in the second linear direction (for example, in a direction from top to bottom in FIG. In other words, the fifth conductor 515 and the sixth conductor 516 may each operate as a dipole antenna through which current flows in the second linear direction, and may generate resonance due to the second electric dipole. . The first electric dipole and the second electric dipole may have an electric dipole moment of opposite polarity.

정리하면, 일 실시예에 따른 안테나 장치는 서로 평행하게 이격되어 위치되는 복수의 평면들 중 중심에 위치되는 기준 평면 상에 배치되는 도선들이, 피딩 신호에 응답하여, 자기 쌍극자에 의한 공진을 생성(generate)할 수 있다. 일 실시예에 따른 안테나 장치는 기준 평면을 기준으로 일측에 위치되는 하나 이상의 평면 상에 배치되는 도선들이, 피딩 신호에 응답하여, 제1 전기 쌍극자에 의한 공진을 생성하며, 기준 평면을 기준으로 타측에 위치되는 하나 이상의 평면 상에 배치되는 도선들이, 피딩 신호에 응답하여, 제1 전기 쌍극자에 반대되는 극성을 갖는 제2 전기 쌍극자에 의한 공진을 생성할 수 있다.In summary, the antenna device according to an embodiment generates resonance by a magnetic dipole in response to a feeding signal in response to a feeding signal by conducting wires disposed on a reference plane located at the center of a plurality of planes spaced apart from each other ( generate). In the antenna device according to an embodiment, conductors disposed on one or more planes located on one side with respect to a reference plane generate resonance by a first electric dipole in response to a feeding signal, and the other side with respect to the reference plane. Conductors disposed on one or more planes positioned at may generate resonance by a second electric dipole having a polarity opposite to the first electric dipole in response to a feeding signal.

도 5a에 도시된 바와 같이 제1 평면에 배치된 도선에 의한 제1 전기 쌍극자와 제3 평면에 배치된 도선에 의한 제2 전기 쌍극자의 극성이 서로 반대이므로, 그 사이에 배치된 제2 평면에 배치된 도선에서는 제1 평면 및 제3 평면에서의 전기 쌍극자에 의한 공진들이 서로 상쇄될 수 있다. 시간 흐름에 따라 정현파의 세기가 변화하면, 기준 평면에 배치된 도선들은 제1 순환 방향을 따라 흐르는 전류에 의한 자기 쌍극자 세기의 증가, 감소, 제2 순환 방향을 따라 흐르는 전류에 의한 자기 쌍극자 세기의 증가, 및 감소를 반복할 수 있다. 나머지 평면에 배치된 도선들은 제1 직선 방향 및 제2 직선 방향을 따라 흐르는 전류에 의한 전기 쌍극자 세기의 증가 및 감소를 반복할 있다. 이 때, 기준 평면을 기준으로 서로 반대편에 위치되는 평면에서는 반대 극성의 전기 쌍극자가 형성될 수 있다.As shown in FIG. 5A, since the polarities of the first electric dipole by the conductors arranged on the first plane and the second electric dipole by the conductors arranged on the third plane are opposite to each other, the second plane disposed therebetween In the arranged conductors, resonances caused by electric dipoles in the first plane and the third plane may cancel each other. When the intensity of the sine wave changes over time, the conductors arranged on the reference plane increase or decrease the intensity of the magnetic dipole due to the current flowing along the first circulation direction, and increase or decrease the intensity of the magnetic dipole due to the current flowing along the second circulation direction. Increasing, and decreasing can be repeated. Conducting wires arranged on the remaining planes may repeatedly increase and decrease the intensity of the electric dipole due to current flowing along the first and second linear directions. In this case, electric dipoles having opposite polarities may be formed in planes located opposite to each other with respect to the reference plane.

따라서, 안테나 장치(501)는 안테나 포트로 피딩 신호가 급전되는 경우에 응답하여, 높은 품질 계수(quality factor)를 가지는 자기 쌍극자에 의한 공진과 함께, 제1 전기 쌍극자 및 제2 전기 쌍극자에 의한 2개의 공진을 개별적으로 형성할 수 있다. 안테나 장치(501)는 적어도 3개의 공진 주파수를 나타낼 수 있다.Therefore, in response to the feeding signal being fed to the antenna port, the antenna device 501 performs resonance by a magnetic dipole having a high quality factor, and 2 by the first electric dipole and the second electric dipole. It is possible to form individual resonances. The antenna device 501 may exhibit at least three resonant frequencies.

도 6은 일 실시예에 따른 안테나 장치의 형상을 설명한다.6 illustrates a shape of an antenna device according to an embodiment.

일 실시예에 따르면 제5 도선 및 제6 도선은 서로 전기적으로(electrically) 연결될 수 있다. 예를 들어, 안테나 장치의 제5 도선의 제1 단 및 제6 도선의 제1 단은 서로 연결될 수 있다. 상술한 도 5a에서는 안테나 장치의 제5 도선의 제1 단 및 제6 도선의 제1 단이 물리적으로 직접 연결되는 예시를 설명하였으며, 도 6에서는 추가 도선을 통해 간접적으로 연결되는 예시를 설명한다.According to an embodiment, the fifth and sixth conductors may be electrically connected to each other. For example, the first end of the fifth conductor and the first end of the sixth conductor of the antenna device may be connected to each other. In FIG. 5A described above, an example in which the first end of the fifth conductor and the first end of the sixth conductor of the antenna device are physically directly connected has been described, and in FIG. 6, an example of indirect connection through an additional conductor is described.

예를 들어, 안테나 장치(600)는 도 5a의 안테나 장치(501)에서 추가 도선을 더 포함할 수 있다. 안테나 장치(600)는 제3 평면으로부터 평행하게 이격된 제4 평면(684) 상 제4 영역의 경계의 일부를 따라 서로 이격 배치되는 제7 도선(631) 및 제8 도선(632), 제4 평면으로부터 평행하게 이격된 제5 평면(685) 상 제5 영역의 경계의 일부를 따라 서로 이격 배치되는 제9 도선(633) 및 제10 도선(634)을 더 포함할 수 있다. 또한, 일 실시예에 따른 안테나 장치(600)는 제5 도선의 제1 단(first end) 및 제7 도선의 제1 단을 연결하는 제5 연결부(651), 제6 도선의 제1 단 및 제8 도선(632)의 제1 단을 연결하는 제6 연결부(652), 제7 도선(631)의 제2 단(second end) 및 제9 도선(633)의 제2 단을 연결하는 제7 연결부(653), 제8 도선(632)의 제2 단 및 제10 도선(634)의 제2 단을 연결하는 제8 연결부(654)를 더 포함할 수 있다.For example, the antenna device 600 may further include an additional lead wire in the antenna device 501 of FIG. 5A. The antenna device 600 includes a seventh conductor 631, an eighth conductor 632, and a fourth conductor spaced apart from each other along a part of the boundary of the fourth area on the fourth plane 684 spaced apart from the third plane. A ninth conductive wire 633 and a tenth conductive wire 634 may be further provided along a part of the boundary of the fifth area on the fifth plane 685 spaced parallel from the plane. In addition, the antenna device 600 according to an embodiment includes a fifth connection part 651 connecting a first end of a fifth conductor and a first end of the seventh conductor, a first end of the sixth conductor, and A sixth connecting portion 652 connecting the first end of the eighth conductive line 632, a seventh connecting portion 652 connecting the second end of the seventh conductive line 631 and the second end of the ninth conductive line 633 The connection part 653 may further include an eighth connection part 654 connecting the second end of the eighth conductor 632 and the second end of the tenth conductor 634.

다만, 이로 한정하는 것은 아니고, 일 실시예에 따른 안테나 장치는 안테나 장치(600)와 같이, 제3 평면으로부터 평행하게 이격된 하나 이상의 추가 평면 상에서 영역의 경계의 일부를 따라 서로 이격 배치되는 도선들을 추가로 포함할 수 있다. 예를 들어, 안테나 장치는 자기 쌍극자(magnetic dipole)에 의한 공진 주파수를 구현하기 위하여 서로 평행하여 이격되는 2n+1 개의 평면들 상에 배치된 도선들을 포함할 수 있다. 여기서, n은 1 이상의 자연수를 나타낼 수 있다. 이때, 각 도선들의 길이(length)는 파장의 1/4을 가질 수 있으나, 이로 한정하는 것은 아니다. 도선들의 길이는 파장의 1/4과 약간(slightly) 다를 수 있다.However, the present invention is not limited thereto, and the antenna device according to an embodiment includes conducting wires spaced apart from each other along a part of the boundary of the region on one or more additional planes spaced in parallel from the third plane, It may contain additionally. For example, the antenna device may include conducting wires disposed on 2n+1 planes spaced apart from each other in parallel in order to realize a resonance frequency by a magnetic dipole. Here, n may represent a natural number of 1 or more. In this case, the length of each conductive wire may have 1/4 of the wavelength, but is not limited thereto. The lengths of the conductors may differ slightly from 1/4 of the wavelength.

도 7은 일 실시예에 따른 안테나 장치를 포함하는 원기둥형(cylindrical) 센서에 대하여 도시한다.7 illustrates a cylindrical sensor including an antenna device according to an embodiment.

원기둥형 센서(700)는 일 실시예에 따른 안테나 장치(710)가 원기둥의 옆면의 형태를 가지는 인쇄 회로 기판(printed circuit board, PCB, 760)의 표면에 프린팅(printing)된 센서를 나타낼 수 있다. 예를 들어, 안테나 장치(710)는 도 5a에 도시된 안테나 장치일 수 있다. 예를 들어, 인쇄 회로 기판(760)은 속이 비어 있는 원기둥의 형태를 가질 수 있다. 안테나 장치(710)의 도선부들 및 연결부들이 인쇄 회로 기판에 프린팅(printing)될 수 있다. 연결부들도 도선으로 구성될 수 있다. 다른 예를 들어, 안테나 소자의 도선들 및 연결부들이 평평한 플렉서블 인쇄회로기판(Flexible Printed Circuit Board, FPCB) 상에 인쇄되고, 안테나 소자가 프린팅된 FPCB는 안테나 포트의 단자들이 인접하게 배치되도록 원통형으로 말려짐(rolled)으로써 원기둥형 센서(700)가 제조될 수 있다.The cylindrical sensor 700 may represent a sensor printed on the surface of a printed circuit board (PCB) 760 in which the antenna device 710 according to an embodiment has a shape of a side surface of a cylinder. . For example, the antenna device 710 may be the antenna device shown in FIG. 5A. For example, the printed circuit board 760 may have a hollow cylinder shape. Conductive parts and connection parts of the antenna device 710 may be printed on a printed circuit board. Connections may also be made of conductors. For another example, the conductors and connections of the antenna element are printed on a flat flexible printed circuit board (FPCB), and the FPCB on which the antenna element is printed is rolled in a cylindrical shape so that the terminals of the antenna port are disposed adjacent to each other. The cylindrical sensor 700 can be manufactured by being rolled.

도 8은 일 실시예에 따른 안테나 장치를 포함하는 기판형 센서에 대하여 도시한다.8 illustrates a substrate-type sensor including an antenna device according to an exemplary embodiment.

도 8에서는 일 실시예에 따른 안테나 장치(810)가 다층 레이어로 된 인쇄 회로 기판(PCB, 870)에 프린팅(printing)되는 기판형 센서(800)를 도시한다. 예를 들어, 안테나 장치(810)은 도 5에 도시된 안테나 장치일 수 있다.FIG. 8 illustrates a substrate-type sensor 800 in which the antenna device 810 is printed on a multilayered printed circuit board (PCB) 870 according to an exemplary embodiment. For example, the antenna device 810 may be the antenna device shown in FIG. 5.

안테나 장치의 제1 도선 및 제2 도선은 기판(870)의 제1 면(881)에 배치될 수 있고, 제5 도선 및 제6 도선은 제1 면(881)의 반대편의 제2 면(882)에 배치될 수 있다. 또한, 제3 도선 및 제4 도선은 제1 면(881) 및 제2 면(882) 사이의 제3 면(883)에 배치될 수 있다. 각 면은 레이어로 구성될 수 있다. 안테나 장치(810)의 제1 연결부, 제2 연결부, 제3 연결부, 및 제4 연결부는 비아 홀(via hole)을 통하여 도선들 사이를 연결할 수 있다.The first and second conductors of the antenna device may be disposed on the first surface 881 of the substrate 870, and the fifth and sixth conductors are the second surface 882 opposite to the first surface 881. ) Can be placed. In addition, the third and fourth conductors may be disposed on the third surface 883 between the first surface 881 and the second surface 882. Each side can be composed of layers. The first connection part, the second connection part, the third connection part, and the fourth connection part of the antenna device 810 may connect the conductive wires through a via hole.

일 실시예에 따른 안테나 장치(810)의 제1 도선 및 제2 도선은 각각 안테나 포트와 연결될 수 있다. 안테나 포트는 동축 케이블(890)과 연결될 수 있다. 동축 케이블(890)은 내부 도체(inner conductor, 891) 및 외부 도체(outer conductor, 892)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 내부 도체(891)는 안테나 장치(810)의 제1 도선의 제2 단과 연결될 수 있으며, 외부 도체(892)는 안테나 장치(810)의 제2 도선의 제2 단과 연결될 수 있다. 동축 케이블은 내부 도체(891) 및 외부 도체(892)를 이용하여 안테나 장치(810)에 전원을 공급할 수 있다. 예를 들어, 제1 도선의 제2 단은 안테나 포트의 입력 포트이며, 제2 도선의 제2 단은 안테나 포트의 출력 포트일 수 있다.Each of the first and second conductors of the antenna device 810 according to an exemplary embodiment may be connected to an antenna port. The antenna port may be connected to the coaxial cable 890. The coaxial cable 890 may include an inner conductor 891 and an outer conductor 892. For example, the inner conductor 891 may be connected to the second end of the first conductor of the antenna device 810, and the outer conductor 892 may be connected to the second end of the second conductor of the antenna device 810. The coaxial cable may supply power to the antenna device 810 using the inner conductor 891 and the outer conductor 892. For example, the second end of the first wire may be an input port of the antenna port, and the second end of the second wire may be an output port of the antenna port.

도 9a 내지 도 9b는 일 실시예에 따른 안테나 장치를 포함하는 체내 생체 센서의 형상을 도시한다.9A to 9B are diagrams illustrating a shape of an in vivo biosensor including an antenna device according to an exemplary embodiment.

도 9a는 일 실시예에 따른 센서의 사시도(perspective view)를 나타낼 수 있다. 도 9b는 일 실시예에 따른 센서의 정면도(front view)를 나타낼 수 있다.9A may show a perspective view of a sensor according to an embodiment. 9B is a front view of a sensor according to an embodiment.

일 실시예에 따른 안테나 장치를 포함하는 기판인쇄형 센서(900)는 체내에서 전자기파를 이용하여 대상 피분석물(target analyte)을 센싱할 수 있다. 도 9a 및 도 9b는 테스트를 위해, 기판인쇄형 센서(900) 주변에 물을 수용하는 테스트 장치(901)를 도시한다. 테스트 장치(901)에서 도 8의 기판인쇄형 센서(800)가 원통형 내부 공간(992) 내에 수용될 수 있다. 원통형 내부 공간(992) 보다 큰 직경을 갖는 원통형 공간(991)이 원통형 내부 공간(992)을 둘러쌀 수 있다. 테스팅 장치(901)에서는 온도 변화에 따른 유전율 변화가 관측될 수 있다.The printed circuit board sensor 900 including an antenna device according to an exemplary embodiment may sense a target analyte using an electromagnetic wave in a body. 9A and 9B show a test apparatus 901 accommodating water around the printed circuit sensor 900 for testing. In the test apparatus 901, the printed circuit sensor 800 of FIG. 8 may be accommodated in the cylindrical inner space 992. A cylindrical space 991 having a larger diameter than the cylindrical inner space 992 may surround the cylindrical inner space 992. In the testing apparatus 901, a change in dielectric constant according to a temperature change may be observed.

도 10a 내지 도 10c는 센서의 형태에 따른 전자기파에 대한 주파수 응답 특성을 도시한다.10A to 10C show frequency response characteristics to electromagnetic waves according to the shape of a sensor.

주파수를 스윕하면서 파라미터를 측정함으로써, 산란된 전자기파에 대한 주파수 응답 특성이 획득될 수 있다. 주파수 응답 특성은 산란 파라미터 중 반사 계수(reflection coefficient)일 수 있다. 도 10a의 주파수 응답 특성(1001)은 도선형 센서(501)에 따른 전자기파에 대한 주파수 응답 특성을 나타낼 수 있다. 도 10b의 주파수 응답 특성(1002)은 기판형 센서(800)에 따른 전자기파에 대한 주파수 응답 특성을 나타낼 수 있다. 도 10c의 주파수 응답 특성(1003)은 도 9a의 센서(901)에 따른 전자기파에 대한 주파수 응답 특성을 나타낼 수 있다. 주파수 응답 특성에 의하여 공진 주파수를 획득할 수 있으며, 공진 주파수(resonance frequency)는 주변 주파수보다 반사 계수가 작게 나타나는 주파수를 의미할 수 있다.By measuring the parameter while sweeping the frequency, a frequency response characteristic for the scattered electromagnetic wave can be obtained. The frequency response characteristic may be a reflection coefficient among scattering parameters. The frequency response characteristic 1001 of FIG. 10A may represent a frequency response characteristic for an electromagnetic wave according to the wire-type sensor 501. The frequency response characteristic 1002 of FIG. 10B may represent a frequency response characteristic to an electromagnetic wave according to the substrate-type sensor 800. The frequency response characteristic 1003 of FIG. 10C may represent a frequency response characteristic of an electromagnetic wave according to the sensor 901 of FIG. 9A. The resonance frequency may be obtained by the frequency response characteristic, and the resonance frequency may mean a frequency at which a reflection coefficient is smaller than that of the surrounding frequency.

도 11a는 일 실시예에 따른 안테나 장치의 주변 대상 피분석물의 농도 변화에 따라 안테나 장치의 공진 주파수가 변화를 설명한다.11A illustrates a change in a resonant frequency of an antenna device according to a change in a concentration of an analyte surrounding an antenna device according to an exemplary embodiment.

일 실시예에 따른 안테나 장치는 서로 이격되어 배치되는 도선들(1111, 1112)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 도선(1111)은 도 5a에 도시된 안테나 장치(501)의 제1 연결부(521)에 대응하고, 도선(1112)은 제2 연결부(522)에 대응할 수 있다. 다만, 이는 설명의 편의를 위한 예시로서, 서로 이격된 다른 연결부들에 대해서도 유사한 설명이 적용될 수 있다.The antenna device according to an embodiment may include conductive wires 1111 and 1112 spaced apart from each other. For example, the conductive wire 1111 may correspond to the first connection part 521 of the antenna device 501 illustrated in FIG. 5A, and the conductive wire 1112 may correspond to the second connection part 522. However, this is an example for convenience of description, and a similar description may be applied to other connecting portions spaced apart from each other.

예를 들어, 도선(1111) 및 도선(1112) 사이에는 강한 전기장이 발생할 수 있다. 다시 말해, 도선(1111) 및 도선(1112)는 사이에서는 용량성 결합이 형성될 수 있다. 반면, 도선(1111) 및 도선(1112) 주변 3차원적 공간에서는 상대적으로 작은 전기장의 세기를 가지는 주변 장(fringing field)이 형성될 수 있다. 대상 피분석물이 안테나 장치 주변의 주변 장에 위치하는 경우, 센서와 대상 피분석물 간에 생체 커패시턴스가 변할 수 있다. 결국, 대상 피분석물의 농도가 주변 농도 변화에 따라 안테나의 상대 유전율

이 변하게 되며, 안테나의 공진 주파수도 함께 변화할 수 있다. 따라서, 안테나의 공진 주파수의 변화를 측정함으로써 대상 피분석물의 농도를 계산할 수 있다.For example, a strong electric field may be generated between the conductive wire 1111 and the conductive wire 1112. In other words, a capacitive coupling may be formed between the conductive wire 1111 and the conductive wire 1112. On the other hand, a fringing field having a relatively small intensity of an electric field may be formed in a three-dimensional space around the conductive wire 1111 and the conductive wire 1112. When the target analyte is located in the peripheral field around the antenna device, the biocapacitance may change between the sensor and the target analyte. In the end, the concentration of the analyte is the relative permittivity of the antenna according to the change in the surrounding concentration.

Is changed, and the resonant frequency of the antenna may also change. Accordingly, the concentration of the target analyte can be calculated by measuring the change in the resonant frequency of the antenna.

도 11b는 상대 유전율의 변화에 따른 공진 주파수(resonance frequency)의 변화를 나타낸다.11B shows a change in a resonance frequency according to a change in a relative permittivity.

그래프(1110)는 자기 쌍극자(magnetic dipole)에 의한 공진 주파수를 나타낸다. 그래프(1110)에서 안테나 장치 주변 피분석물의 상대 유전율이 증가함에 따라 공진 주파수의 크기가 줄어들 수 있다. 그래프(1120)는 전기 쌍극자(electric dipole)에 의한 공진 주파수를 나타낸다. 그래프(1120)에서 안테나 장치 주변 피분석물의 상대 유전율이 증가함에 따라 공진 주파수의 크기가 줄어들 수 있다. 그러나, 상대 유전율이 증가함에 따라 자기 쌍극자에 의한 공진 주파수의 천이(transition) 정도와 전기 쌍극자에 의한 공진 주파수의 천이 정도는 서로 상이하다. 예를 들어, 피분석물의 상대 유전율이 증가함에 따라 자기 쌍극자에 의한 공진 주파수와 전기 쌍극자의 공진 주파수의 차이가 감소한다.The graph 1110 represents a resonance frequency due to a magnetic dipole. In the graph 1110, as the relative permittivity of the analyte around the antenna device increases, the magnitude of the resonance frequency may decrease. The graph 1120 represents a resonant frequency due to an electric dipole. In the graph 1120, as the relative permittivity of the analyte around the antenna device increases, the magnitude of the resonance frequency may decrease. However, as the relative dielectric constant increases, the degree of transition of the resonance frequency due to the magnetic dipole and the degree of transition of the resonance frequency due to the electric dipole are different from each other. For example, as the relative dielectric constant of the analyte increases, the difference between the resonance frequency of the magnetic dipole and the resonance frequency of the electric dipole decreases.

도 12a 내지 도 12c는 자기 쌍극자 및 전기 쌍극자에 대한 주파수 응답 특성을 도시한다.12A to 12C show frequency response characteristics for magnetic dipoles and electric dipoles.

일 실시예에 따른 안테나 장치를 포함하는 센서는 자기 쌍극자 및 전기 쌍극자에 대하여 독립적으로 공진(resonance)을 생성할 수 있다. 도 12a 내지 도 12c는 센서의 형태에 따른 주파수 응답 특성을 도시한다. 주파수를 스윕하면서 쌍극자 마다 모멘트를 측정함으로써, 각 쌍극자에 대한 주파수 응답 특성이 획득될 수 있다. 주파수 응답 특성은 모멘트의 강도(intensity)를 나타낼 수 있다. 도 12a의 주파수 응답 특성(1201)은 도선형 센서(501)에 따른 쌍극자에 대한 주파수 응답 특성을 나타낼 수 있다. 그래프(1211) 및 그래프(1212)는 전기 쌍극자에 대한 주파수 응답 특성, 그래프(1221) 및 그래프(1222)는 자기 쌍극자에 대한 주파수 응답 특성을 나타낼 수 있다. 도 12b의 주파수 응답 특성(1202)은 기판형 센서(800)에 따른 쌍극자에 대한 주파수 응답 특성을 나타낼 수 있다. 그래프(1213) 및 그래프(1214)는 전기 쌍극자에 대한 주파수 응답 특성, 그래프(1223) 및 그래프(1224)는 자기 쌍극자에 대한 주파수 응답 특성을 나타낼 수 있다. 도 12c의 주파수 응답 특성(1203)은 도 9a의 센서(901)에 따른 전자기파에 대한 주파수 응답 특성을 도시한다. 그래프(1215) 및 그래프(1216)는 전기 쌍극자에 대한 주파수 응답 특성, 그래프(1225) 및 그래프(1226)는 자기 쌍극자에 대한 주파수 응답 특성을 나타낼 수 있다.A sensor including an antenna device according to an embodiment may independently generate resonance with respect to a magnetic dipole and an electric dipole. 12A to 12C show frequency response characteristics according to the shape of a sensor. By measuring the moment for each dipole while sweeping the frequency, a frequency response characteristic for each dipole can be obtained. The frequency response characteristic may represent the intensity of a moment. The frequency response characteristic 1201 of FIG. 12A may represent a frequency response characteristic for a dipole according to the wire-type sensor 501. The graph 1211 and the graph 1212 may represent a frequency response characteristic of an electric dipole, and the graph 1221 and the graph 1222 may represent a frequency response characteristic of a magnetic dipole. The frequency response characteristic 1202 of FIG. 12B may represent a frequency response characteristic for a dipole according to the substrate-type sensor 800. The graph 1213 and the graph 1214 may indicate a frequency response characteristic for an electric dipole, and the graph 1223 and the graph 1224 may indicate a frequency response characteristic for a magnetic dipole. The frequency response characteristic 1203 of FIG. 12C shows the frequency response characteristic for electromagnetic waves according to the sensor 901 of FIG. 9A. The graph 1215 and the graph 1216 may represent a frequency response characteristic for an electric dipole, and the graph 1225 and the graph 1226 may represent a frequency response characteristic for a magnetic dipole.

도 13은 전자기파에 대한 주파수 응답 특성을 도시한다.13 shows frequency response characteristics to electromagnetic waves.

주파수 응답 특성(1300)은 안테나 소자의 전자기파에 대한 주파수 응답 특성을 나타낼 수 있다. 주파수를 스윕하면서 파라미터를 측정함으로써, 산란된 전자기파에 대한 주파수 응답 특성을 획득할 수 있다. 주파수 응답 특성은 도 13에 도시된 바와 같이 산란 파라미터 중 반사 계수(reflection coefficient)일 수 있다. 제1 반사 계수 곡선(1310)은 기판형 센서(800)에 대한 측정된 주파수 응답 특성을 나타낼 수 있다. 예를 들어, 제1 반사 계수 곡선(1310)에서는 4.387GHz 및 5.975GHz에서 공진 주파수가 발생할 수 있다. 제2 반사 계수 곡선(1320)은 시뮬레이션을 통하여 측정된 주파수 응답 특성을 나타낼 수 있다. 예를 들어, 제2 반사 계수 곡선(1320)에서는 4.281GHz 및 5.996GHz에서 공진 주파수가 발생할 수 있다.The frequency response characteristic 1300 may represent a frequency response characteristic of an antenna element to an electromagnetic wave. By measuring the parameter while sweeping the frequency, it is possible to obtain a frequency response characteristic for the scattered electromagnetic wave. The frequency response characteristic may be a reflection coefficient among scattering parameters as shown in FIG. 13. The first reflection coefficient curve 1310 may represent a measured frequency response characteristic of the substrate-type sensor 800. For example, resonance frequencies may occur at 4.387 GHz and 5.975 GHz in the first reflection coefficient curve 1310. The second reflection coefficient curve 1320 may represent a frequency response characteristic measured through simulation. For example, in the second reflection coefficient curve 1320, resonance frequencies may occur at 4.281 GHz and 5.996 GHz.

도 14는 일 실시예에 따른 혈당 측정 시스템을 나타낸 블록도이다.14 is a block diagram showing a blood glucose measurement system according to an embodiment.

일 실시예에 따른 혈당 측정 시스템(1400)은 체내 생체 센서(1401)와 외부 장치(1430)를 포함할 수 있다. 체내 생체 센서(1401)는 측정부(1410) 및 통신부(1420)를 포함할 수 있다.The blood glucose measurement system 1400 according to an embodiment may include an in vivo biometric sensor 1401 and an external device 1430. The in vivo biometric sensor 1401 may include a measurement unit 1410 and a communication unit 1420.

예시적으로 도 14에 도시된 체내 생체 센서(1401)는 대상자의 피하에 배치되고, 외부 장치(1430)는 대상자의 인체 외부에 배치될 수 있다.For example, the in vivo biometric sensor 1401 shown in FIG. 14 may be disposed under the skin of the subject, and the external device 1430 may be disposed outside the subject's human body.

측정부(1410)는, 안테나 소자로서, 공진 조립체, 예를 들어, 공진 소자를 포함할 수 있다. 안테나 소자 및/또는 공진 조립체는 도 5a 또는 도 7에 도시된 안테나 장치의 구조를 가질 수 있다. 체내 생체 센서(1401)의 측정부(1410)는 안테나 장치에 대해 생체 관련 파라미터를 측정할 수 있다. 대상자의 피하에 배치된 체내 생체 센서(1401)는 미리 지정되는 주파수 대역 내에서 주파수를 스윕함으로써 신호를 생성하고, 생성된 신호를 공진 소자에 피딩할 수 있다. 센서(1401)는, 주파수가 변화하는 신호가 공급되는 공진 소자에 대한 산란 파라미터를 측정할 수 있다.The measurement unit 1410, as an antenna element, may include a resonance assembly, for example, a resonance element. The antenna element and/or the resonant assembly may have the structure of the antenna device shown in FIG. 5A or 7. The measurement unit 1410 of the in vivo biometric sensor 1401 may measure a biometric parameter with respect to the antenna device. The in vivo biosensor 1401 disposed under the skin of the subject may generate a signal by sweeping a frequency within a predetermined frequency band, and feed the generated signal to the resonant element. The sensor 1401 may measure a scattering parameter of a resonant element to which a signal whose frequency is changed is supplied.

통신부(1420)는 측정된 산란 파라미터를 지시하는 데이터를 외부 장치(1430)로 송신할 수 있다. 또한 통신부(1420)는, 측정부(1410)로 공급되는 신호를 생성하기 위한 전력을 무선 전력 전송 방식을 사용하여 수신할 수도 있다. 통신부(1420)는 코일을 포함하여 무선으로 전력을 수신하거나 데이터를 송신하도록 할 수 있다.The communication unit 1420 may transmit data indicating the measured scattering parameter to the external device 1430. Also, the communication unit 1420 may receive power for generating a signal supplied to the measurement unit 1410 using a wireless power transmission method. The communication unit 1420 may include a coil to wirelessly receive power or transmit data.

외부 장치(1430)는 통신부(1431) 및 프로세서(1432)를 포함할 수 있다. 외부 장치(1430)의 통신부(1431)는 대상 피분석물과 연관된 생체 정보에 따라 변화하는 생체 관련 파라미터를 측정하는 혈당 측정 장치로부터 상기 생체 관련 파라미터를 수신할 수 있다. 예를 들어, 통신부(1431)는 측정부(1410)에 대해 측정된 공진 소자의 생체 관련 파라미터 데이터(예를 들어, 산란 파라미터 및 공진 주파수의 변화 정도)를 수신할 수 있다. 외부 장치(1430)의 프로세서(1432)는 수신된 생체 관련 파라미터 데이터를 이용하여 생체 정보(예를 들어, 혈당 수치)를 결정할 수 있다. 외부 장치(1430)는 생체 정보 처리 장치라고도 나타낼 수 있다. 생체 정보로서 혈당을 지시하는 정보를 결정하는 생체 정보 처리 장치를 혈당 결정 장치라고 나타낼 수 있다. 예를 들어, 외부 장치(1430)의 프로세서(1432)는 생체 관련 파라미터 데이터를 이용하여 생체에 대한 혈당 수치를 결정할 수 있다.The external device 1430 may include a communication unit 1431 and a processor 1432. The communication unit 1431 of the external device 1430 may receive the biometric parameter from a blood glucose measurement device that measures a biometric parameter that changes according to biometric information associated with a target analyte. For example, the communication unit 1431 may receive bio-related parameter data (eg, a scattering parameter and a degree of change in the resonance frequency) of the resonant element measured by the measurement unit 1410. The processor 1432 of the external device 1430 may determine biometric information (eg, a blood sugar level) using the received biometric parameter data. The external device 1430 may also be referred to as a biometric information processing device. A biometric information processing device that determines information indicating blood sugar as biometric information may be referred to as a blood sugar determination device. For example, the processor 1432 of the external device 1430 may determine a blood sugar level for a living body by using biometric parameter data.

앞서 설명한 바와 같이, 안테나 소자는 전기 쌍극자 및 자기 쌍극자에 의한 3개 이상의 공진 주파수를 나타낼 수 있다. 따라서 혈당 측정 시스템(1400)은 안테나 소자의 3개 이상의 공진 주파수의 개별적인 변화를 추적함으로써 생체 정보(예를 들어, 혈당 수치 및 혈당 변화 정도 등)를 결정할 수 있다. 예시적으로 혈당 수치 별로 3개 이상의 공진 주파수들의 주파수 값들이 매핑될 수 있다. 예를 들어, 혈당 수치 XX mg/dL <-> (공진 주파수 1GHz, 1.25Ghz, 1.5Ghz)와 같이 매핑된 룩업테이블이 저장될 수 있다. 혈당 측정 시스템(1400)은 측정된 공진 주파수들에 매칭하는 혈당 수치를 룩업테이블로부터 검색할 수 있다. 다만, 혈당 수치의 결정을 상술한 바로 한정하는 것은 아니고, 설계에 따라 다양한 방식이 사용될 수 있다.As described above, the antenna element may exhibit three or more resonant frequencies due to an electric dipole and a magnetic dipole. Accordingly, the blood glucose measurement system 1400 may determine biometric information (eg, a blood glucose level and a degree of change in blood glucose) by tracking individual changes of three or more resonance frequencies of the antenna element. For example, frequency values of three or more resonance frequencies may be mapped for each blood sugar level. For example, a mapped lookup table such as a blood glucose level of XX mg/dL <-> (resonant frequencies of 1 GHz, 1.25 GHz, 1.5 GHz) may be stored. The blood glucose measurement system 1400 may search for a blood glucose level matching the measured resonance frequencies from the lookup table. However, the determination of the blood glucose level is not limited as described above, and various methods may be used depending on the design.

또한, 체내 생체 센서(1401)가 생체 관련 파라미터의 처리 없이 외부 장치(1430)로 전송하는 예시를 주로 설명하였으나, 이로 한정하는 것은 아니다. 예를 들어, 체내 생체 센서(1401)가 자체적으로 프로세서를 더 포함하고, 체내 생체 센서(1401)의 프로세서가 혈당 수치를 결정할 수도 있다. 이 경우, 센서(1401)는 결정된 혈당 수치를 통신부를 통해 외부 장치로 전송할 수도 있다. 또한, 프로세서를 포함하는 추가 장치(미도시됨)가 피하에 배치되어 체내 생체 센서(1401)와 인체 통신을 수립할 수도 있다. 이 때, 추가 장치(미도시됨)는 측정되는 생체 관련 파라미터 데이터를 체내 생체 센서(1401)로부터 직접 수신하여 혈당 수치를 결정할 수 있다. 그리고 추가 장치(미도시됨)는 결정된 혈당 수치를 대상자의 인체 내부에서 외부 장치(1430)로 송신할 수 있다.In addition, an example in which the in vivo biometric sensor 1401 transmits the biometric parameter to the external device 1430 without processing biometric parameters has been mainly described, but is not limited thereto. For example, the body biometric sensor 1401 may further include a processor itself, and the processor of the body biometric sensor 1401 may determine the blood sugar level. In this case, the sensor 1401 may transmit the determined blood sugar level to an external device through the communication unit. In addition, an additional device (not shown) including a processor may be disposed under the skin to establish human body communication with the in vivo biosensor 1401. In this case, the additional device (not shown) may directly receive the measured biometric parameter data from the body biometric sensor 1401 to determine the blood sugar level. In addition, the additional device (not shown) may transmit the determined blood sugar level to the external device 1430 from the inside of the subject's human body.

이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기를 기초로 다양한 기술적 수정 및 변형을 적용할 수 있다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.As described above, although the embodiments have been described by the limited drawings, a person of ordinary skill in the art can apply various technical modifications and variations based on the above. For example, the described techniques are performed in a different order from the described method, and/or components such as a system, structure, device, circuit, etc. described are combined or combined in a form different from the described method, Alternatively, even if substituted or substituted by an equivalent, an appropriate result can be achieved.

그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 청구범위의 범위에 속한다.Therefore, other implementations, other embodiments and claims and equivalents fall within the scope of the following claims.

Claims

In the antenna device,
First conductors and second conductors spaced apart from each other along a part of the boundary of the first area on the first plane;
Third conductors and fourth conductors spaced apart from each other along a part of a boundary of a second region on a second plane spaced apart from the first plane in parallel;
Fifth and sixth conductors spaced apart from each other along a part of a boundary of a third area on a third plane spaced apart from the second plane in parallel;
A first connection part connecting a first end of the first conductor and a first end of the third conductor;
A second connection part connecting the first end of the second conductor and the first end of the fourth conductor;
A third connection part connecting a second end of the third conductor and a second end of the fifth conductor; And
A fourth connection part connecting the second end of the fourth conductor and the second end of the sixth conductor
Antenna device comprising a.

The method of claim 1,
The second end of the first conductor and the second end of the second conductor are connected to an antenna port, and the first conductor and the second conductor pass through a center point of the antenna port and the first region, They are placed on opposite sides of an imaginary plane perpendicular to the plane,
The third conductive wire and the fourth conductive wire are disposed opposite to each other based on the virtual plane,
The fifth and sixth conductors are disposed opposite to each other based on the virtual plane,
Antenna device.

The method of claim 1,
The antenna device,
An antenna port to which the first conductor and the second conductor are connected; And
A feeder that supplies a feed signal through the antenna port
Antenna device further comprising a.

The method of claim 1,
One or a combination of two or more of the first conductor, the second conductor, the third conductor, the fourth conductor, the fifth conductor, and the sixth conductor is 1/ of a wavelength corresponding to a target frequency. Having a length of 4,
Antenna device.

The method of claim 1,
The shape of the first region, the second region, and the third region is one of a polygon and a circle,
Antenna device.

The method of claim 1,
The first region, the second region, and the third region have the same size and shape when viewed in a direction perpendicular to the first plane,
Antenna device.

The method of claim 1,
The first connection part and the second connection part are disconnected from each other, and the third connection part and the fourth connection part are separated from each other,
Antenna device.

The method of claim 3,
A virtual straight line from the feeding part toward the first connection part forms an angle less than or equal to a critical angle with respect to the virtual plane,
A virtual straight line from the feeding part toward the second connection part forms an angle less than or equal to a critical angle with respect to the virtual plane,
Antenna device.

The method of claim 1,
Conducting lines disposed on a reference plane located at the center of a plurality of planes spaced apart from each other in response to a feeding signal, generate resonance by magnetic dipoles,
Antenna device.

The method of claim 9,
Conducting wires disposed on one or more planes positioned at one side with respect to the reference plane generate resonance by a first electric dipole in response to the feeding signal,
Conducting wires disposed on one or more planes positioned on the other side with respect to the reference plane generate resonance by a second electric dipole having a polarity opposite to the first electric dipole in response to the feeding signal,
Antenna device.

The method of claim 1,
The connection parts,
Connecting between the conductors through a via hole,
Antenna device.

The method of claim 1,
The fifth conductor and the sixth conductor are electrically connected to each other,
Antenna device.

The method of claim 1,
One or more additional conductors electrically connected to the fifth and sixth conductors that are spaced apart from each other along a part of the boundary of the region on at least one additional plane spaced apart from the third plane in parallel
Antenna device comprising a.

The method of claim 1,
The wires of the antenna device,
Printed on the surface of a printed circuit board (PCB) having a cylindrical shape,
Antenna device.

The method of claim 1,
The resonant frequency of the antenna device changes in response to a change in the concentration of the target analyte around the antenna device,
Antenna device.

The method of claim 1,
The antenna device,
Communication unit for transmitting biometric parameter data about the degree of change of the resonant frequency of the antenna device and the measured scattering parameter to an external device
Antenna device further comprising a.

The method of claim 1,
When a feeding signal is supplied to the antenna device, the first conductor forms a capacitive coupling with the third conductor, the third conductor forms a capacitive coupling with the fifth conductor, and the second conductor Forming a capacitive coupling with the fourth conductor, and the fourth conductor forming a capacitive coupling with the sixth conductor,
Antenna device.

In the antenna device,
First conductive lines disposed along a portion of the first area on the first plane;
Second conductive wires disposed along a part of a second area on a second plane spaced apart from the first plane in parallel and forming a capacitive coupling with the first conductive wires; And
Third conductive wires disposed along a part of a third area on a third plane spaced in parallel from the second plane and forming a capacitive coupling with the second conductive wires
Including,
The first conductors are connected to an antenna port and are connected to the second conductors at a distal end based on the antenna port, and the second conductors are connected to the third conductor at a proximal end based on the antenna port,
In response to a case where a feeding signal is supplied to the antenna port, a resonance due to a magnetic dipole and a resonance due to an electric dipole are separately formed,
Antenna device.

In the antenna device,
A first conducting wire disposed on a reference plane positioned at the center of a plurality of planes spaced apart from each other in parallel to generate resonance by magnetic dipoles;
A second conducting wire disposed on one or more planes positioned on one side of the reference plane to generate resonance by a first electric dipole; And
A third conductor capable of generating resonance by a second electric dipole having a polarity opposite to the first electric dipole by being disposed on one or more planes located on the other side with respect to the reference plane
Antenna device comprising a.