KR20230008332A - Wearable dual-band antenna for off-body communication - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 이중 대역 신체 착용 안테나에 관한 것이다. The present invention relates to a dual band body worn antenna.
최근, WBAN 신체 착용 안테나의 발전에 대한 수요가 매우 증가하였다. 특히, 환자, 재활치료, 응급 구조 및 고령의 노인과 같은 지속적인 관리가 필요한 집단에서 신체 착용 안테나를 통한 무선 통신의 수요는 그 비중이 높다. 이러한 통신 방법은 신체에 부착해 착용자의 인체 정보를 수집해 외부로 전송하는 on-body 방식과, on-body 안테나 및 센서와 외부의 허브 및 라우터 사이의 데이터링크 역할을 하는 off-body 방식으로 구성된다. Off-body 통신에 사용되는 신체착용 안테나는 무지향성 방사패턴, 높은 이득과 효율, 유연함과 동시에 튼튼함과 낮은 신체흡수율이 요구된다. 또한, 신체착용 안테나의 기판은 안테나 성능과 착용자의 편안함에 많은 영향을 준다. 특히, 직물 소재 기반의 유연한 기판은 효율적인 비용에 많이 사용된다. 하지만 높은 손실 탄젠트 때문에 안테나 성능에 영향을 끼쳐 방사 효율이 매우 낮다. 직물 소재 외의 유연한 기판은 투명한 캡튼-폴리아미드(Kapton-polyimide)와 폴리디메틸실록산(PDMS)을 사용한다. 하지만 이 기판들은 예측하기 힘든 기계적 특성 때문에 별도의 컨덕터가 필요하다. 이와 반대로, 반 유연 하거나 단단한 기판들은 낮은 손실 탄젠트를 가지기 때문에 높은 방사 효율을 가진다. 하지만 착용자가 격한 활동을 하는 경우 안테나는 강한 힘을 받기 때문에 안테나 형태의 변형에 물리적으로 큰 힘을 받게 된다. 그러므로, 신체착용 안테나는 높은 유연성과 성형성을 요구한다.Recently, the demand for the development of WBAN body worn antennas has greatly increased. In particular, the demand for wireless communication through a body-worn antenna is high in a group requiring continuous care, such as patients, rehabilitation treatment, emergency rescue, and the elderly. This communication method consists of an on-body method that is attached to the body to collect and transmit the wearer's body information to the outside, and an off-body method that serves as a data link between an on-body antenna and sensor and an external hub and router. do. Body-worn antennas used for off-body communication require omnidirectional radiation patterns, high gain and efficiency, flexibility, robustness, and low body absorption. In addition, the substrate of the body-worn antenna greatly affects antenna performance and wearer's comfort. In particular, flexible substrates based on fabric materials are widely used in cost-effective ways. However, because of the high loss tangent, it affects the antenna performance and the radiation efficiency is very low. Flexible substrates other than fabric materials use transparent Kapton-polyimide and polydimethylsiloxane (PDMS). However, these boards require separate conductors due to their unpredictable mechanical properties. Conversely, semi-flexible or rigid substrates have a low loss tangent and therefore high radiation efficiency. However, when the wearer engages in strenuous activity, the antenna receives a strong force and thus receives a large physical force due to deformation of the antenna shape. Therefore, body worn antennas require high flexibility and moldability.
Off-body 통신을 위한 신체착용 안테나의 종래기술들은 사용된 기판의 종류와 그 때의 안테나 특성이 가장 중요시된다. 특히, 신체에 착용하는 목적이 있기 때문에 착용자의 격한 움직임에도 안테나가 손상되어 통신을 상실하는 문제가 발생할 수 있다. 이 문제를 해결하기 위해 몇몇 종래기술의 신체착용 안테나들은 직물 소재나 기타 유연한 재료들을 기판으로 사용한다. 하지만 해당 기판들은 손실 탄젠트가 매우 낮기 때문에 안테나의 방사 효율이 매우 낮다. 또한, 인체흡수율이 높거나 검증되지 않은 경우가 있으며, 이는 장기적으로 사용시 신체에 문제를 발생시킬 수 있다. In the prior art of body-worn antennas for off-body communication, the type of substrate used and the characteristics of the antenna at that time are considered the most important. In particular, since the antenna is worn for the purpose of being worn on the body, the antenna may be damaged even when the wearer moves vigorously, resulting in loss of communication. To solve this problem, some prior art body-worn antennas use a fabric material or other flexible material as a substrate. However, because these substrates have very low loss tangents, the radiation efficiency of the antenna is very low. In addition, there are cases where the human body absorption rate is high or unverified, which can cause problems in the body when used for a long time.
본 발명은 이중 대역 신체 착용 안테나를 제공하기 위한 것이다. The present invention is to provide a dual band body worn antenna.
또한, 본 발명은 2.45GHz와, 3.45GHz의 주파수 대역에서 off-body 통신을 위한 이중 대역 신체 착용 안테나를 제공하기 위한 것이다. In addition, the present invention is to provide a dual band body worn antenna for off-body communication in frequency bands of 2.45 GHz and 3.45 GHz.
또한, 본 발명은 단단하고 유연한 두 가지 기판을 사용하였으며, 높은 이득과 높은 방사 효율, 낮은 인체흡수율을 보여주며, 착용자에게 편안함을 제공할 수 있는 이중 대역 신체 착용 안테나를 제공하기 위한 것이다. In addition, the present invention is to provide a dual band body worn antenna that uses two substrates that are hard and flexible, shows high gain, high radiation efficiency, and low body absorption, and can provide comfort to the wearer.
또한, 본 발명은 신체 착용의 용도로 환자 모니터링 및 격한 움직임이 있는 직업의 종사자에게 적합한 최적의 이중 대역 신체 착용 안테나를 제공하기 위한 것이다. In addition, the present invention is to provide an optimal dual band body worn antenna suitable for patient monitoring for body worn applications and for workers in jobs involving heavy movement.
본 발명의 일 측면에 따르면, 이중 대역 신체 착용 안테나가 제공된다.According to one aspect of the present invention, a dual band body worn antenna is provided.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 폴디드 링(folded-ring) 구조를 가지는 방사체가 형성된 상부 기판; 및 상기 상부 기판과 소정 거리(H) 이격되도록 위치되며, 상기 방사체에 의해 방사되는 전자파(E-field)를 차단하는 접지면으로 구성되는 하부 기판을 포함하되, 상기 방사체의 일단은 도체 라인을 통해 상기 접지면과 연결되어 단락되는 것을 특징으로 하는 이중 대역 신체 착용 안테나가 제공될 수 있다. According to one embodiment of the present invention, an upper substrate having a radiator having a folded-ring structure is formed; and a lower substrate positioned to be spaced apart from the upper substrate by a predetermined distance (H) and configured of a ground plane to block electromagnetic waves (E-field) emitted by the radiator, wherein one end of the radiator is provided through a conductor line. A dual band body worn antenna characterized in that it is short-circuited in connection with the ground plane may be provided.
상기 방사체는 개방된 링 구조로 중심에 접힌 라인(folded line)이 형성되되, 상기 접힌 라인 중 어느 하나의 일단에 비아 홀(via hole)이 형성되며, 상기 도체 라인의 일단은 상기 비아 홀과 연결되며, 상기 도체 라인의 타단은 상기 접지면과 연결될 수 있다. The radiator has an open ring structure in which a folded line is formed at the center, a via hole is formed at one end of the folded line, and one end of the conductor line is connected to the via hole and the other end of the conductor line may be connected to the ground plane.
상기 도체 라인은 구리선이다. The conductor line is a copper wire.
상기 접힌 라인 중 다른 하나의 일단에는 급전 포인트(feed point)가 형성될 수 있다. A feed point may be formed at one end of the other of the folded lines.
급전 라인이 상기 하부 기판을 관통하여 상기 급전 포인트에 직접 연결될 수 있다. A power supply line may pass through the lower substrate and be directly connected to the power supply point.
상기 상부 기판과 상기 하부 기판의 이격 거리(H)에 따라 상기 접지면의 면적이 달라질 수 있다. An area of the ground plane may vary according to a separation distance H between the upper substrate and the lower substrate.
상기 폴디드 링 구조의 중심에서 접힌(folded) 라인을 가지되, 상기 접힌 라인의 길이(L1)에 따라 공진 주파수 대역이 조절될 수 있다. A folded line is formed at the center of the folded ring structure, and a resonant frequency band may be adjusted according to the length (L 1 ) of the folded line.
상기 폴디드 링 구조의 중심에서 접힌(folded) 라인의 간격(G1)에 따라 공진주파수가 조절될 수 있다.The resonant frequency may be adjusted according to the distance G 1 of the folded line at the center of the folded ring structure.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 개방된 링 형상의 일단에서 접힌 라인(folded line)으로 형성되는 제1 대역 방사부; 및 상기 개방된 링 형상의 타단에서 접힌 라인으로 형성되는 제2 대역 방사부를 포함하되, 상기 제1 대역 방사부와 상기 제2 대역 방사부 중 어느 하나의 일단에서 도체 라인을 통해 소정 간격 이격된 접지면과 연결되어 단락되는 것을 특징으로 하는 이중 대역 신체 착용 안테나가 제공될 수 있다. According to another embodiment of the present invention, a first band radiating unit formed of a folded line at one end of an open ring shape; and a second band radiating part formed of a line folded at the other end of the open ring shape, wherein one end of the first band radiating part and the second band radiating part is spaced apart by a predetermined distance through a conductor line. A dual band body worn antenna characterized in that it is short-circuited in connection with the surface may be provided.
상기 제1 대역 방사부와 상기 제2 대역 방사부 중 다른 하나의 일단에 급전 포인트가 형성되며, 급전 라인이 상기 접지면을 관통하여 상기 급전 포인트에 직접 연결될 수 있다. A power supply point may be formed at one end of the other of the first band radiating part and the second band radiating part, and a power supply line may be directly connected to the power supply point through the ground plane.
본 발명의 일 실시예에 따른 이중 대역 신체 착용 안테나를 제공함으로써 2.45GHz와, 3.45GHz의 주파수 대역에서 off-body 통신이 가능한 이점이 있다. By providing a dual-band body worn antenna according to an embodiment of the present invention, off-body communication is possible in frequency bands of 2.45 GHz and 3.45 GHz.
또한, 본 발명은 단단하고 유연한 두 가지 기판을 사용하였으며, 높은 이득과 높은 방사 효율, 낮은 인체흡수율을 보여주며, 착용자에게 편안함을 제공할 수 있다. In addition, the present invention uses two hard and flexible substrates, shows high gain, high radiation efficiency, and low body absorption rate, and can provide comfort to the wearer.
또한, 본 발명은 신체 착용의 용도로 환자 모니터링 및 격한 움직임이 있는 직업의 종사자에게 적합한 이점이 있다. In addition, the present invention has the advantage of being suitable for patient monitoring for use on the body and for workers in occupations involving vigorous movement.
도 1 내지 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이중 대역 신체 착용 안테나 구조를 도시한 도면.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 방사체의 도체 라인 유무에 따른 반사 계수를 나타낸 그래프.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 폴디드 링 구조의 중심에 형성된 접힌 라인의 길이(L)과 두 접힌 라인 사이의 간격(G) 변화에 따른 반사 계수의 변화를 각각 나타낸 그래프.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 반사 계수, 이득, 방사 효율의 시뮬레이션 및 실제 측정 결과를 비교한 그래프.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나를 인체 및 모형에 부착시킨 때의 반사 계수, 이득, 방사 효율을 나타낸 그래프.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 이중 대역 신체 착용 안테나를 하부 접지면을 x,y 방향으로 구부렸을 때의 반사 계수를 나타낸 그래프.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 이중 대역 신체 착용 안테나를 인체 및 모형에 부착시킨 때의 반사 계수, 이득, 방사 효율을 나타낸 그래프.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 이중 대역 신체 착용 안테나의 SAR 측정에 사용한 신체 조직의 유전율, 도전율, 밀도 값을 나타낸 도면.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 이중 대역 신체 착용 안테나를 인체 모형에 부착시킨 때의 x-z면, y-z면에서의 방사 패턴을 나타낸 그래프.1-3 illustrate a dual band body worn antenna structure according to one embodiment of the present invention.
4 is a graph showing reflection coefficients according to the presence or absence of a conductor line of a radiator according to an embodiment of the present invention.
5 is a graph showing a change in reflection coefficient according to a change in the length (L) of a folded line formed at the center of a folded ring structure and the distance (G) between two folded lines according to an embodiment of the present invention.
6 is a graph comparing simulation and actual measurement results of antenna reflection coefficients, gains, and radiation efficiencies according to an embodiment of the present invention.
7 is a graph showing reflection coefficients, gains, and radiation efficiencies when an antenna according to an embodiment of the present invention is attached to a human body and a model;
8 is a graph showing reflection coefficients when a lower ground plane of a dual-band body worn antenna is bent in x and y directions according to an embodiment of the present invention.
9 is a graph showing reflection coefficients, gains, and radiation efficiencies when a dual-band body-worn antenna according to an embodiment of the present invention is attached to a human body and a dummy;
10 is a diagram showing permittivity, conductivity, and density values of body tissue used for SAR measurement of a dual-band body worn antenna according to an embodiment of the present invention.
11 is a graph showing radiation patterns in the xz plane and the yz plane when a dual band body worn antenna according to an embodiment of the present invention is attached to a human body model.
본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "구성된다" 또는 "포함한다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 여러 구성 요소들, 또는 여러 단계들을 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 또한, 명세서에 기재된 "...부", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되거나 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.Singular expressions used herein include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In this specification, terms such as "consisting of" or "comprising" should not be construed as necessarily including all of the various components or steps described in the specification, and some of the components or some of the steps It should be construed that it may not be included, or may further include additional components or steps. In addition, terms such as "...unit" and "module" described in the specification mean a unit that processes at least one function or operation, which may be implemented as hardware or software or a combination of hardware and software. .
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1 내지 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이중 대역 신체 착용 안테나 구조를 도시한 도면이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 방사체의 도체 라인 유무에 따른 반사 계수를 나타낸 그래프이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 폴디드 링 구조의 중심에 형성된 접힌 라인의 길이(L)과 두 접힌 라인 사이의 간격(G) 변화에 따른 반사 계수의 변화를 각각 나타낸 그래프이며, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 반사 계수, 이득, 방사 효율의 시뮬레이션 및 실제 측정 결과를 비교한 그래프이고, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나를 인체 및 모형에 부착시킨 때의 반사 계수, 이득, 방사 효율을 나타낸 그래프이고, 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 이중 대역 신체 착용 안테나를 하부 접지면을 x,y 방향으로 구부렸을 때의 반사 계수를 나타낸 그래프이고, 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 이중 대역 신체 착용 안테나를 인체 및 모형에 부착시킨 때의 반사 계수, 이득, 방사 효율을 나타낸 그래프이며, 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 이중 대역 신체 착용 안테나의 SAR 측정에 사용한 신체 조직의 유전율, 도전율, 밀도 값을 나타낸 도면이고, 도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 이중 대역 신체 착용 안테나를 인체 모형에 부착시킨 때의 x-z면, y-z면에서의 방사 패턴을 나타낸 그래프이다. 1 to 3 are diagrams illustrating a dual-band body worn antenna structure according to an embodiment of the present invention, and FIG. 4 is a graph showing reflection coefficients according to the presence or absence of a conductor line of a radiator according to an embodiment of the present invention. 5 is a graph showing a change in reflection coefficient according to a change in the length (L) of a folded line formed at the center of a folded ring structure and the distance (G) between two folded lines according to an embodiment of the present invention, 6 is a graph comparing simulation and actual measurement results of antenna reflection coefficient, gain, and radiation efficiency according to an embodiment of the present invention, and FIG. 7 shows an antenna attached to a human body and a model according to an embodiment of the present invention. 8 is a graph showing the reflection coefficient when the lower ground plane is bent in the x, y directions of the dual-band body worn antenna according to an embodiment of the present invention. 9 is a graph showing reflection coefficient, gain, and radiation efficiency when a dual-band body worn antenna is attached to a human body and a model according to an embodiment of the present invention, and FIG. 11 is a diagram showing permittivity, conductivity, and density values of body tissue used for SAR measurement of a band body worn antenna, and FIG. 11 is an x-z plane when a dual band body worn antenna is attached to a human body model according to an embodiment of the present invention; It is a graph showing the radiation pattern in the y-z plane.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이중 대역 신체 착용 안테나(100)는 상부 기판(110)과 하부 기판(120)을 포함하여 구성된다. Referring to FIG. 1 , a dual band body worn
상부 기판(110)에는 폴디드 링(folded ring) 구조를 가지는 방사체(210)가 형성된다. 또한, 하부 기판(120)은 직물 소재의 유연한 기판으로 전도성 직물로 접지면을 구성한다. 하부 기판(120)이 전도성 직물로 접지면이 구성됨으로써 상부 기판(110)에 형성된 방사체(210)에 의해 방사된 전자파를 차단할 수 있다. A
이러한, 상부 기판(110)과 하부 기판(120)은 직접적으로 맞닿지 않으며, 소정 간격 이격 거리(H)만큼 이격된다. The
예를 들어, 상부 기판(110)은 2.2의 유전율과 0.0009의 손실 탄젠트를 갖는 1.52 mm 두께의 단단한 Taconic TLY-5 기판일 수 있으며, 하부 구조는 3 mm 두께의 펠트 소재 직물 위에 18000S/m의 도전율을 갖는 ShielditTMsuper 전도성 직물로 접지면을 구성할 수 있다. For example, the
폴디드 링 구조의 방사체(210)는 도 2에 도시된 바와 같이 개방된 링(open ring)으로 형성될 수 있다. 도 2를 참조하여 보다 상세히 설명하기로 한다. The
도 2에 도시된 바와 같이 방사체(210)는 개방된 링 구조로 형성되되, 개방된 링 구조의 중심에서 두개의 접힌 라인(folded line)(220a, 220b)을 가질 수 있다. As shown in FIG. 2 , the
개방된 링 형상으로 형성된 방사체(210)에 형성되는 두개의 접힌 라인(folded line)(220a, 220b) 중 어느 하나의 일단에는 접지면과의 연결을 위한 비아 홀(via hole)이 형성되고, 다른 하나의 일단에는 급전 라인과의 연통을 통한 급전 포인트(feed point)가 형성될 수 있다. A via hole for connection to the ground plane is formed at one end of the two folded
두개의 접힌 라인 중 어느 하나(편의상 제1 대역 방사부라 칭하기로 함)의 종단에는 비아홀이 형성되며, 해당 비아홀을 통해 도체 라인이 연결되며, 해당 도체 라인은 제1 대역 방사부(220a)와 접지면을 연결하여 단락시킬 수 있다. A via hole is formed at the end of one of the two folded lines (referred to as a first band radiating unit for convenience), and a conductor line is connected through the corresponding via hole, and the corresponding conductor line is grounded with the first
또한, 두개의 접힌 라인 중 다른 하나(편의상 제2 대역 방사부라 칭하기로 함)의 종단에는 급전 포인트가 형성될 수 있다. 이에 따라, 급전 라인(예를 들어, 동축 케이블)이 하부 기판(120)을 관통하여 제2 대역 방사부(220b)에 직접 급전할 수 있다. In addition, a power supply point may be formed at an end of the other of the two folded lines (referred to as a second band radiating unit for convenience). Accordingly, a power supply line (eg, a coaxial cable) may pass through the
이미 전술한 바와 같이, 방사체(210)가 형성된 상부 기판(110)과 접지면이 형성된 하부 기판(120)은 소정 간격 이격된다. 이로 인해, 상부 기판(110)에 형성된 방사체(210)의 일부에 도체 라인(예를 들어, 구리 선)을 통해 접지면과 직접적으로 연결되어 단락시킬 수 있다. As described above, the
도체 라인은 구리선일 수 있다. 예를 들어, 2mm 지름의 구리 선을 통해 상부 기판(110)에 형성된 개방된 링 형태로 형성된 폴디드 링의 일단이 접지면과 연결되어 접지될 수 있다. The conductor line may be a copper wire. For example, one end of the folded ring formed in the form of an open ring formed on the
방사체(210)에 형성된 제2 대역 방사부(220b)의 종단에는 급전 포인트가 형성되며, 해당 급전 포인트에 급전 라인(예를 들어, 동축 케이블)이 연결될 수 있다. 이때, 급전 라인은 방사체(210)에 소정 간격 이격되어 형성된 하부 기판(120)을 관통하여 급전 포인트에 연결되어 직접 급전할 수 있다. 급전 라인은 예를 들어, 50ohm 동축 케이블일 수 있다. A power supply point is formed at an end of the
또한, 상부 기판(110)과 하부 기판(120)은 이격 거리(H)만큼 이격될 수 있다. 여기서, 상부 기판(110)과 하부 기판(120) 사이의 이격 거리(H)는 하부 기판(120)에 형성된 접지 면적과 상관 관계를 가질 수 있다. Also, the
상부 기판(110)과 하부 기판(120) 사이의 이격 거리(H)가 커질수록 상부 기판(110)에 형성된 방사체(210)에 의한 전자파를 접지면이 커버해줘야 하므로 하부 기판(120)에 형성된 접지 면적이 커져야 한다. As the separation distance (H) between the
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 방사체의 도체 라인 유무에 따른 반사 계수를 나타낸다. 4 shows a reflection coefficient according to the presence or absence of a conductor line in a radiator according to an embodiment of the present invention.
도 4에 도시된 바와 같이, 방사체는 개방된 링 구조를 가지되, 링 구조의 중심에서 접힌 라인이 형성될 수 있다. 도 4와 같은 폴디드 링 구조의 접힌 부분은 공진 주파수를 낮은 대역에서 12% 낮추며, 높은 대역에서는 8% 낮추는 역할을 한다. As shown in FIG. 4 , the radiator has an open ring structure, and a folded line may be formed at the center of the ring structure. The folded portion of the folded ring structure as shown in FIG. 4 lowers the resonant frequency by 12% in a low band and by 8% in a high band.
또한, 폴디드 링 구조의 방사체 중심 부분에 형성된 접힌 라인 중 어느 하나의 일단에 비아홀(via hole)을 형성한 후 도체 라인을 통해 접지면과 연결시켜 단락시킴으로써 공진 주파수를 낮은 대역에서 19.5%, 높은 대역에서는 15% 낮추는 결과를 가져온다. In addition, by forming a via hole at one end of one of the folded lines formed at the center of the radiator of the folded ring structure and then connecting it to the ground plane through a conductor line to short it, the resonance frequency is reduced to 19.5% in the low band and 19.5% in the high band. This results in a 15% reduction in the band.
이와 같이, 도체 라인을 통해 상부 기판(110)의 일부와 하부 기판(120)을 연결함으로써 공진 주파수를 낮추는 역할 이외에도, 상부 기판(110)과 하부 기판(120)의 연결에 기계적 안정성을 확보할 수 있는 이점도 있다. In this way, by connecting a part of the
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 폴디드 링 구조의 중심에 형성된 접힌 라인(220a, 220b)의 길이(L)과 두 접힌 라인(220a, 220b) 사이의 간격(G) 변화에 따른 반사 계수의 변화를 각각 나타낸 그래프이다. FIG. 5 shows the reflection according to the change in the length (L) of the folded lines (220a, 220b) formed at the center of the folded ring structure and the distance (G) between the two folded lines (220a, 220b) according to an embodiment of the present invention. It is a graph showing each coefficient change.
도 4 및 도 5에서 보여지는 바와 같이, 접힌 라인(220a, 220b)의 길이(L)가 길어지면 전기적인 전류 경로가 늘어나 두 주파수 대역 모두 낮아지는 것을 알 수 있다. 또한, 폴디드 링 구조의 중심에 형성된 복수의 접힌 라인(folded line)(220a, 220b) 사이의 간격(G)는 낮은 대역의 주파수는 유지되지만 접힌 두 라인의 결합 커패시턴스 때문에 높은 대역의 주파수에 큰 영향을 미친다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 이중 대역 신체 착용 안테나(100)의 방사체는 R1=20mm, R2=14mm, L1=29.2mm, G1=6.5mm Ws=60mm, H=1.2mm로 설계됨으로써, 2.45GHz와 3.45GHz에서 가장 좋은 특성을 나타낼 수 있다. As shown in FIGS. 4 and 5 , when the length L of the folded
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 이중 대역 신체 착용 안테나를 실제 제작해 측정한 결과와 시뮬레이션 결과를 비교한 그래프이며, 두 결과가 매우 유사한 것을 알 수 있다. 6 is a graph comparing results obtained by actually fabricating and measuring a dual-band body worn antenna according to an embodiment of the present invention with simulation results, and it can be seen that the two results are very similar.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 이중 대역 신체 착용 안테나(100)의 2.45GHz와 3.45GHz에서 x-z 면과 y-z면에서의 방사 패턴을 나타낸 그래프이다. 도 7에서 보여지는 바와 같이, 2.45GHz와 3.45GHz 두 대역에서 모두 지향성 안테나의 방사 패턴을 보이는 것을 알 수 있다. 7 is a graph showing radiation patterns in the x-z plane and the y-z plane at 2.45 GHz and 3.45 GHz of the dual band body worn
또한, 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 이중 대역 신체 착용 안테나를 다른 곡률로 x 방향, y 방향으로 구부렸을때의 반사 계수를 나타낸 그래프이다. 도 7에서 보여지는 바와 같이, x 방향으로 구부리는 경우 높은 대역의 주파수에서 반사 계수의 차이가 발생하지만 두 주파수 대역은 일정함을 알 수 있다. 또한, y 방향으로 구부린 경우 두 주파수 대역은 일정하지만 반사 계수의 차이가 발생하는 것을 알 수 있다. 8 is a graph showing reflection coefficients when the dual band body worn antenna according to an embodiment of the present invention is bent in the x direction and the y direction with different curvatures. As shown in FIG. 7 , when bending in the x direction, a difference in reflection coefficient occurs at a high frequency band, but it can be seen that the two frequency bands are constant. In addition, when bending in the y-direction, it can be seen that the two frequency bands are constant, but a difference in reflection coefficient occurs.
도 9은 도 10과 같은 조건의 신체 조직을 설계해 시뮬레이션한 경우와 직접 신체에 부착했을때의 반사 계수를 나타낸 그래프이다. 도 9에서 보여지는 바와 같이, 반사 계수가 상당히 일치하는 것을 알 수 있다. FIG. 9 is a graph showing reflection coefficients when body tissue under the same conditions as in FIG. 10 is designed and simulated and directly attached to the body. As shown in Fig. 9, it can be seen that the reflection coefficients are fairly consistent.
도 11은 본 발명의 안테나를 인체 모형에 부착해 2.45GHz와 3.45GHz의 주파수 대역에서 x-z 면과 y-z면에서의 방사 패턴을 측정한 결과를 나타낸 그래프이다.11 is a graph showing the results of measuring radiation patterns on the x-z plane and the y-z plane in the frequency bands of 2.45 GHz and 3.45 GHz by attaching the antenna of the present invention to the human body model.
도 11에서 보여지는 바와 같이, 모든 대역과 방향에서 지향성 안테나의 방사 패턴을 보이는 것을 알 수 있다. 또한, 도 10의 조건으로 설계한 인체 조직을 통해 인체흡수율(SAR)을 1gram의 조직당 1.6W/kg의 미국 기준과 10gram의 조직당 2W/kg의 유럽 기준을 기반으로 측정하였다. 그 결과 2.45GHz에서 각각 0.2W/kg, 0.1W/kg이 측정되었으며, 3.45GHz에서 각각 0.1W/kg, 0.04W/kg이 측정되었다. 따라서, 인체흡수율은 미국과 유럽 기준을 매우 만족하는 것을 알 수 있다. As shown in FIG. 11, it can be seen that the radiation pattern of the directional antenna is shown in all bands and directions. In addition, the human body absorption rate (SAR) was measured based on the US standard of 1.6 W/kg per 1 gram tissue and the European standard of 2 W/kg per 10 gram tissue through the human tissue designed under the conditions of FIG. 10. As a result, 0.2W/kg and 0.1W/kg were measured at 2.45GHz, respectively, and 0.1W/kg and 0.04W/kg were measured at 3.45GHz, respectively. Therefore, it can be seen that the human body absorption rate satisfies the US and European standards very much.
이제까지 본 발명에 대하여 그 실시 예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시 예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.So far, the present invention has been looked at mainly by its embodiments. Those skilled in the art to which the present invention pertains will be able to understand that the present invention can be implemented in a modified form without departing from the essential characteristics of the present invention. Therefore, the disclosed embodiments should be considered from a descriptive point of view rather than a limiting point of view. The scope of the present invention is shown in the claims rather than the foregoing description, and all differences within the equivalent scope will be construed as being included in the present invention.
100: 이중 대역 신체 착용 안테나
110: 상부 기판
120: 하부 기판
130: 도체 라인
140: 급전 라인100: dual band body worn antenna
110: upper board
120: lower substrate
130: conductor line
140: feed line
Claims (10)
상기 상부 기판과 소정 거리(H) 이격되도록 위치되며, 상기 방사체에 의해 방사되는 전자파(E-field)를 차단하는 접지면으로 구성되는 하부 기판을 포함하되,
상기 방사체의 일단은 도체 라인을 통해 상기 접지면과 연결되어 단락되는 것을 특징으로 하는 이중 대역 신체 착용 안테나.
an upper substrate on which a radiator having a folded-ring structure is formed; and
A lower substrate positioned to be spaced apart from the upper substrate by a predetermined distance (H) and composed of a ground plane that blocks electromagnetic waves (E-field) emitted by the radiator,
The dual band body worn antenna, characterized in that one end of the radiator is short-circuited by being connected to the ground plane through a conductor line.
상기 방사체는 개방된 링 구조로 중심에 접힌 라인(folded line)이 형성되되,
상기 접힌 라인 중 어느 하나의 일단에 비아 홀(via hole)이 형성되며,
상기 도체 라인의 일단은 상기 비아 홀과 연결되며, 상기 도체 라인의 타단은 상기 접지면과 연결되는 것을 특징으로 하는 이중 대역 신체 착용 안테나.
According to claim 1,
The radiator has an open ring structure and a folded line is formed in the center,
A via hole is formed at one end of the folded line,
The dual band body worn antenna, characterized in that one end of the conductor line is connected to the via hole, and the other end of the conductor line is connected to the ground plane.
상기 도체 라인은 구리선인 것을 특징으로 하는 이중 대역 신체 착용 안테나.
According to claim 2,
The dual band body worn antenna, characterized in that the conductor line is a copper wire.
상기 접힌 라인 중 다른 하나의 일단에는 급전 포인트(feed point)가 형성되는 것을 특징으로 하는 이중 대역 신체 착용 안테나.
According to claim 2,
A dual-band body worn antenna, characterized in that a feed point is formed at one end of the other of the folded lines.
급전 라인이 상기 하부 기판을 관통하여 상기 급전 포인트에 직접 연결되는 것을 특징으로 하는 이중 대역 신체 착용 안테나.
According to claim 4,
A dual band body worn antenna, characterized in that a feed line passes through the lower substrate and is directly connected to the feed point.
상기 상부 기판과 상기 하부 기판의 이격 거리(H)에 따라 상기 접지면의 면적이 달라지는 것을 특징으로 하는 이중 대역 신체 착용 안테나.
According to claim 1,
The dual band body worn antenna, characterized in that the area of the ground plane varies according to the separation distance (H) of the upper substrate and the lower substrate.
상기 폴디드 링 구조의 중심에서 접힌(folded) 라인을 가지되, 상기 접힌 라인의 길이(L1)에 따라 공진 주파수 대역이 조절되는 것을 특징으로 하는 이중 대역 신체 착용 안테나.
According to claim 2,
A dual-band body worn antenna having a folded line at the center of the folded ring structure, characterized in that a resonant frequency band is adjusted according to the length (L 1 ) of the folded line.
상기 폴디드 링 구조의 중심에서 접힌(folded) 라인의 간격(G1)에 따라 공진주파수가 조절되는 것을 특징으로 하는 이중 대역 신체 착용 안테나.
According to claim 2,
A dual-band body worn antenna, characterized in that the resonant frequency is adjusted according to the distance (G 1 ) of the folded line at the center of the folded ring structure.
상기 개방된 링 형상의 타단에서 접힌 라인으로 형성되는 제2 대역 방사부를 포함하되,
상기 제1 대역 방사부와 상기 제2 대역 방사부 중 어느 하나의 일단에서 도체 라인을 통해 소정 간격 이격된 접지면과 연결되어 단락되는 것을 특징으로 하는 이중 대역 신체 착용 안테나.
a first band radiating unit formed of a folded line at one end of the open ring shape; and
A second band radiating part formed of a folded line at the other end of the open ring shape,
A dual band body worn antenna, characterized in that one end of either the first band radiating unit or the second band radiating unit is short-circuited by being connected to a ground plane spaced apart at a predetermined interval through a conductor line.
급전 라인이 상기 접지면을 관통하여 상기 급전 포인트에 직접 연결되는 것을 특징으로 하는 이중 대역 신체 착용 안테나.
10. The method of claim 9, wherein a power supply point is formed at one end of the other of the first band radiating part and the second band radiating part,
A dual band body worn antenna, characterized in that a feed line passes through the ground plane and is directly connected to the feed point.
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020210088850A KR102582177B1 (en) | 2021-07-07 | 2021-07-07 | Wearable dual-band antenna for off-body communication |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| KR1020210088850A KR102582177B1 (en) | 2021-07-07 | 2021-07-07 | Wearable dual-band antenna for off-body communication |
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|---|---|
| KR20230008332A true KR20230008332A (en) | 2023-01-16 |
| KR102582177B1 KR102582177B1 (en) | 2023-09-22 |
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Citations (2)
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|---|---|---|---|---|
| KR20110025365A (en) * | 2009-09-04 | 2011-03-10 | 인하대학교 산학협력단 | Dual-band microstrip patch antenna |
| KR20150033344A (en) * | 2013-09-24 | 2015-04-01 | 한양대학교 산학협력단 | Antenna for Wearable Device |
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2021
- 2021-07-07 KR KR1020210088850A patent/KR102582177B1/en active IP Right Grant
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