WO2022092479A1 - 섬유기반 웨어러블 패치 안테나 - Google Patents

섬유기반 웨어러블 패치 안테나 Download PDF

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WO2022092479A1
WO2022092479A1 PCT/KR2021/007440 KR2021007440W WO2022092479A1 WO 2022092479 A1 WO2022092479 A1 WO 2022092479A1 KR 2021007440 W KR2021007440 W KR 2021007440W WO 2022092479 A1 WO2022092479 A1 WO 2022092479A1
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ground plane
patch antenna
patch
cable
antenna
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PCT/KR2021/007440
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정재영
쟈그블테이 필립아이쿠
전광훈
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서울과학기술대학교 산학협력단
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    • H01Q1/36—Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith
    • H01Q1/364—Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith using a particular conducting material, e.g. superconductor
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    • H01Q9/00—Electrically-short antennas having dimensions not more than twice the operating wavelength and consisting of conductive active radiating elements
    • H01Q9/04—Resonant antennas
    • H01Q9/0407—Substantially flat resonant element parallel to ground plane, e.g. patch antenna
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    • H01Q9/0407—Substantially flat resonant element parallel to ground plane, e.g. patch antenna
    • H01Q9/045—Substantially flat resonant element parallel to ground plane, e.g. patch antenna with particular feeding means
    • H01Q9/0457—Substantially flat resonant element parallel to ground plane, e.g. patch antenna with particular feeding means electromagnetically coupled to the feed line

Definitions

  • the following embodiments relate to a fiber-based wearable patch antenna.
  • Wireless communication technology is rapidly evolving toward more convenient access to more information. Along with this, wireless communication devices are developing into a form that can be worn on clothing or the human body beyond the trend of becoming smaller.
  • Conductive smart cloth has high conductivity and can flow like normal metal, and it maintains the flexibility and elasticity of the cloth material, making it a core material for realizing an integrated wearable device.
  • One of the biggest obstacles to the implementation of a clothing-integrated wearable communication device is to design and manufacture an antenna using a conductive smart cloth.
  • Antenna is larger than other communication parts and its performance is greatly influenced by the surrounding environment. It is necessary to design a small antenna that can efficiently radiate electromagnetic waves in consideration of the material properties of conductive smart cloth, which are different from general electronic boards.
  • a patch antenna includes a radiation patch; a substrate to which the radiation patch is attached; a ground plane positioned under the substrate and having a slot formed thereon; and a cable for feeding the radiation patch, formed integrally with the garment, and the cable may be attached under the ground plane.
  • the cable may be attached directly under the ground plane parallel to the ground plane such that the cable traverses the slot below the ground plane without a metal connector.
  • the cable may be attached below the ground plane such that a conductive portion in the cable traverses the slot below the ground plane.
  • the cable connected to the conductor portion is attached along the ground plane below the ground plane, and extends in a direction to one side of the ground plane to be fed in a side-fed manner. there is.
  • the patch antenna according to an embodiment may be powered by electromagnetic coupling through the slot between the conductor portion and the radiating patch.
  • a resonant frequency may be determined by the size of the slot.
  • the resonant frequency may be determined by the size of the radiation patch.
  • the radiation patch, the substrate, and the ground plane may be made of a fiber material.
  • the substrate may include neoprene, and the radiation patch and the ground plane may include flat yarn.
  • the cable may be attached using a silicone tape or a copper tape.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a fiber-based wearable patch antenna according to an embodiment.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration of a fiber-based wearable patch antenna according to an embodiment.
  • FIG. 3 is a view for explaining each configuration of a fiber-based wearable patch antenna according to an embodiment.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating an embodiment of a fiber-based wearable patch antenna according to the BLE standard.
  • first or second may be used to describe various elements, these terms should be interpreted only for the purpose of distinguishing one element from another.
  • a first component may be termed a second component, and similarly, a second component may also be termed a first component.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a fiber-based wearable patch antenna according to an embodiment.
  • the patch antenna 100 may include a radiation patch, a substrate to which the radiation patch is attached, a lower portion of the substrate, a slotted ground plane, and a cable 105 for feeding the radiation patch.
  • the patch antenna 100 may be formed integrally with clothes.
  • the radiation patch, the substrate, and the ground plane of the patch antenna 100 may be configured to include a fiber material, and thus may have stretch flexibility and may be suitable for clothing mounting.
  • the patch antenna 100 is configured as an integrated garment and is connected to the communication module 110 through a cable 105 .
  • the patch antenna 100 may not require a metal connector for connecting the cable 105 for power feeding, and the cable 105 may be directly attached under the ground plane of the patch antenna 100 to feed power.
  • the patch antenna 100 may feed power using an electromagnetic coupling through a slot between the attached cable 105 and the radiation patch.
  • the patch antenna 100 may use a side-fed method of continuously feeding the cable 105 in the antenna side direction instead of a method of vertically feeding from the rear of the antenna (bottom-fed). .
  • the side feeding method may be more suitable for mounting clothes because it does not interfere with the operation of a person operating wearing clothes.
  • the patch antenna 100 Since the patch antenna 100 has elasticity and flexibility, it may be formed as an integrated garment as shown in FIG. 1 .
  • the patch antenna 100 may be integrally manufactured for miscellaneous goods such as fashion bags and mountaineering bags, and may be used for special clothes such as firefighting suits and military uniforms.
  • the aspect of use of the patch antenna 100 is not limited thereto, and the patch antenna 100 may be manufactured and used separately from clothing, or may be used in a form attached to clothing or skin.
  • the patch antenna 100 according to an embodiment can be used as an antenna for smart clothing, wearable communication devices, IoT devices, and location tracking systems. A detailed configuration of the patch antenna 100 will be described in detail with reference to FIGS. 2 and 3 .
  • FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration of a fiber-based wearable patch antenna according to an embodiment
  • FIG. 3 is a diagram for explaining each configuration of a fiber-based wearable patch antenna according to an embodiment.
  • the patch antenna 100 may include a radiating patch 205 and a substrate 210 .
  • the radiation patch 205 and the substrate 210 may be made of a fiber material.
  • the substrate 210 may include neoprene.
  • the spun patch 205 may include flat yarn.
  • the spinning patch 205 may include fibers in which conductive ink is applied to flat yarn.
  • the patch antenna 100 may include a ground plane 215 in which a slot 220 is formed and a cable 225 for feeding.
  • the cable 225 may be a coaxial cable 225 .
  • the ground plane 215 may include flat yarn.
  • the ground plane 215 may include fibers in which conductive ink is applied to flat yarn.
  • Materials of the radiation patch 205 , the substrate 210 , and the ground plane 215 of the patch antenna 100 are not limited to the fiber material, and may be manufactured using various conventional materials such as a PCB substrate.
  • the cable 225 of the patch antenna 100 is below the ground plane 215 in parallel with the ground plane 215 so that the cable 225 crosses the slot 220 under the ground plane 215 . It is directly attached to the power supply and can be fed without heavy and large metal connectors. If the interface (connector) connecting the antenna and the wearable device is bulky and heavy as in the past, the compatibility with clothing is greatly reduced. Since the patch antenna 100 according to an embodiment does not require a metal connector, the patch antenna 100 may be suitable for mounting clothes.
  • the patch antenna 100 is easy to manufacture because it does not require a vertical feeding pin to be drilled from the ground plane 215 to the radiating surface of the antenna for feeding, and even if the cable 225 for feeding is connected, the patch antenna 100 ) to maintain the flexibility of stretching. Since the patch antenna 100 does not require a metal connector, the size can be reduced compared to a bottom-fed antenna that is fed vertically from the rear of the antenna.
  • the cable 225 of the patch antenna 100 may be attached below the ground plane 215 such that a conductive portion within the cable 225 traverses the slot 220 under the ground plane 215 .
  • the patch antenna 100 may perform power feeding without being electrically connected to the cable 225 for feeding, the ground plane 215 , the substrate 210 , and the radiation patch 205 .
  • a conductor portion in the cable 225 is attached to the ground plane 215 , and the ground plane 215 includes a slot 220 .
  • Power may be supplied using electromagnetic coupling through slots 220 between the conductor portions within 225 .
  • the cable 225 connected to the conductor part is attached along the ground plane 215 under the ground plane 215 , and extends in one direction of the ground plane 215 to feed the side. (side-fed) can be fed.
  • the patch antenna 100 is suitable as a wearable antenna because it does not interfere with the operation of a person wearing clothing when it is attached to clothing or formed as an integrated clothing antenna by being fed by a side feeding method.
  • cable 225 may be attached using silicone tape or copper tape.
  • each component of the patch antenna 100 is illustrated separately.
  • 3 shows a substrate 310 to which a radiation patch 305 is attached, a ground plane 315 formed below the substrate 310 and including a slot 320 , and a ground plane 315 below the ground plane 315 .
  • a cable 325 is shown disposed across a portion of the slot 320 , the radiating patch 305 , the substrate 310 , the ground plane 315 , the slot 320 and the cable 325 of FIG. 3 being It may correspond to the radiation patch 205, the substrate 210, the ground plane 215, the slot 220, and the cable 225 of FIG. 2, respectively. Since the description of each configuration has been described with reference to FIG. 2 , a description of overlapping contents will be omitted.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating an embodiment of a fiber-based wearable patch antenna according to the BLE standard.
  • FIG. 4(c) the front side of the patch antenna 100 having a cable attached to the radiation patch, the substrate, and the ground plane of FIGS. 4(a) and 4(b) is shown, and in FIG. 4(d) ), the rear side of the patch antenna 100 is shown.
  • the patch antenna 100 may be manufactured according to a communication standard of Bluetooth Low Energy (BLE).
  • BLE Bluetooth Low Energy
  • the radiation patch of the patch antenna 100 may be formed to have a width of 405, 42 mm, and a length of 510, 42.5 mm, and the substrate and ground plane may be formed with a width of 405 and 42 mm and a length of 408 and 42 mm.
  • the slot formed in the ground plane may have a width of 420 and 23 mm and a length of 415 of 1 mm.
  • the cable crosses the slot under the ground plane as shown in Fig. 4 (c) and (d) below the ground plane in parallel with the ground plane. can be attached.
  • a silicone tape or a copper tape may be used to attach the cable to increase the rigidity of the attached cable.
  • the substrate may be formed to a thickness of 2 mm including a neoprene material.
  • the antenna of the method feeding vertically from the back of the existing antenna (bottom-fed) is manufactured to have a size of 60mm in width and 70mm in length to achieve the same performance as the patch antenna 100 of FIG. 4 . Therefore, according to the patch antenna 100 according to an embodiment, the size of the antenna can be effectively reduced.
  • the resonant frequency may be determined by the size of the radiation patch.
  • the patch antenna 100 according to an embodiment may adjust the resonant frequency according to the slot size. The size of the radiation patch and the slot can be easily adjusted during the manufacturing process, so that the performance of the patch antenna 100 can be easily and precisely tuned, and the scalability is excellent.
  • the BLE communication standard of FIG. 4 is only an example, and the configuration of the patch antenna 100 may be adjusted to suit various communication standards, not limited to the BLE communication standard of the patch antenna 100 .
  • the patch antenna 100 may be manufactured according to a Long Range (LoRa) communication standard.
  • the radiation patch of the patch antenna 100 may have a width of 145 mm and a length of 125 mm, and the substrate and the ground plane may be formed with a width of 145 mm and a length of 150 mm.
  • the slot formed in the ground plane may be formed in a width of 64 mm and a length of 1 mm, and may be attached under the ground plane in parallel with the ground plane so that a cable crosses the slot under the ground plane under the ground plane.
  • a silicone tape or a copper tape may be used to attach the cable to increase the rigidity of the attached cable.
  • the substrate may be formed to a thickness of 3 mm including a neoprene material.
  • the size of the antenna can be effectively reduced.
  • the hardware devices described above may be configured to operate as one or a plurality of software modules to perform the operations of the embodiments, and vice versa.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Waveguide Aerials (AREA)

Abstract

섬유기반 웨어러블 패치 안테나가 개시된다. 섬유기반 웨어러블 패치 안테나는 방사 패치, 방사 패치가 부착되는 기판, 기판 하부에 위치하고, 슬롯이 형성된 접지면, 및 방사 패치의 급전을 위한 케이블을 포함하고, 의복과 일체형으로 형성되고, 케이블은 접지면 아래에 부착될 수 있다.

Description

섬유기반 웨어러블 패치 안테나
아래 실시예들은 섬유기반 웨어러블 패치 안테나에 관한 것이다.
무선 통신기술은 더 많은 정보를 더 편리하게 접근할 수 있는 방향으로 빠르게 진화하고 있다. 이와 함께 무선통신기기는 점점 소형화되는 추세를 넘어 의류 또는 인체에 착용 가능한(wearable) 형태로 발전하고 있다.
최근 의류산업 뿐 아니라 IT, 의료 및 국방산업에서 전도성 스마트 천(Conductive smart textile)을 활용한 스마트 의류 및 웨어러블 기기에 대한 관심이 급증하고 있다. 전도성 스마트 천은 높은 도전율을 가져 일반 금속과 같이 전류를 흘릴 수 있고 천 재질 만의 유연성과 신축성을 유지하여 의류 일체형 웨어러블 기기 구현의 핵심 소재이다.
의류 일체형 웨어러블 통신기기 구현의 가장 큰 걸림돌 중 하나는 전도성 스마트 천을 이용하여 안테나를 설계, 제작하는 것이다. 안테나는 다른 통신부품보다 크고 주위 환경에 따라 그 성능이 크게 좌우된다. 일반 전자기판과 상이한 전도성 스마트 천의 재료 특성을 고려하여 효율적으로 전자파를 방사할 수 있는 소형안테나를 설계해야 한다.
일 실시예에 따른 패치 안테나는 방사 패치; 상기 방사 패치가 부착되는 기판; 상기 기판 하부에 위치하고, 슬롯이 형성된 접지면; 및 상기 방사 패치의 급전을 위한 케이블을 포함하고, 의복과 일체형으로 형성되고, 상기 케이블은 상기 접지면 아래에 부착될 수 있다.
상기 케이블은, 금속 커넥터 없이 상기 접지면 아래에서 상기 케이블이 상기 슬롯을 가로지르도록 상기 접지면과 나란하게 상기 접지면 아래에 직접 부착될 수 있다.
상기 케이블은, 상기 케이블 내 도체 부분이 상기 접지면 아래에서 상기 슬롯을 가로지르도록 상기 접지면 아래에 부착될 수 있다.
일 실시예에 따른 패치 안테나는 상기 도체 부분과 연결된 상기 케이블이 상기 접지면 아래로 상기 접지면을 따라 부착되고, 상기 접지면의 일측 방향으로 연장되어 측면 급전(side-fed) 방식으로 급전될 수 있다.
일 실시예에 따른 패치 안테나는 상기 도체 부분과 상기 방사 패치 사이 상기 슬롯을 통한 전자기 커플링에 의해 급전될 수 있다.
일 실시예에 따른 패치 안테나는 상기 슬롯의 크기에 의해 공진 주파수가 결정될 수 있다.
일 실시예에 따른 패치 안테나는 상기 방사 패치의 크기에 의해 공진 주파수가 결정될 수 있다.
상기 방사 패치, 상기 기판 및 상기 접지면은, 섬유 재질로 구성될 수 있다.
상기 기판은, 네오프렌을 포함하고, 상기 방사 패치 및 상기 접지면은, 편평사를 포함할 수 있다.
상기 케이블은, 실리콘 테이프 또는 구리 테이프를 이용하여 부착될 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 섬유기반 웨어러블 패치 안테나를 도시하는 도면이다.
도 2는 일 실시예에 따른 섬유기반 웨어러블 패치 안테나의 구성을 도시하는 도면이다.
도 3은 일 실시예에 따른 섬유기반 웨어러블 패치 안테나의 각 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 BLE 규격에 따른 섬유기반 웨어러블 패치 안테나의 일 실시예를 도시하는 도면이다.
실시예들에 대한 특정한 구조적 또는 기능적 설명들은 단지 예시를 위한 목적으로 개시된 것으로서, 다양한 형태로 변경되어 구현될 수 있다. 따라서, 실제 구현되는 형태는 개시된 특정 실시예로만 한정되는 것이 아니며, 본 명세서의 범위는 실시예들로 설명한 기술적 사상에 포함되는 변경, 균등물, 또는 대체물을 포함한다.
제1 또는 제2 등의 용어를 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 이런 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 해석되어야 한다. 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소는 제1 구성요소로도 명명될 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설명된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함으로 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 실시예들을 첨부된 도면들을 참조하여 상세하게 설명한다. 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조 부호를 부여하고, 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 일 실시예에 따른 섬유기반 웨어러블 패치 안테나를 도시하는 도면이다.
일 실시예에 따른 패치 안테나(100)는 방사 패치, 방사 패치가 부착되는 기판, 기판 하부에 위치하고, 슬롯이 형성된 접지면 및 방사 패치의 급전을 위한 케이블(105)을 포함할 수 있다.
일 실시예에 따른 패치 안테나(100)는 의복과 일체형으로 형성될 수 있다. 패치 안테나(100)의 방사 패치, 기판 및 접지면은 섬유 재질을 포함하여 구성될 수 있고, 이로써 신축 유연성을 가질 수 있고 의류 실장에 적합할 수 있다.
도 1을 참조하면, 패치 안테나(100)가 의복 일체형으로 구성되어 케이블(105)을 통해 통신 모듈(110)과 연결된다. 패치 안테나(100)는 급전을 위해 케이블(105)을 연결하기 위한 금속 커넥터를 필요로 하지 않을 수 있고, 케이블(105)을 직접 패치 안테나(100)의 접지면 아래에 부착하여 급전할 수 있다. 일 실시예에 따른 패치 안테나(100)는 부착된 케이블(105)과 방사 패치 사이 슬롯을 통한 전자기 커플링을 이용하여 급전할 수 있다.
일 실시예에 따른 패치 안테나(100)는 안테나 뒷면에서 수직으로 급전하는 방식(bottom-fed)이 아닌 안테나 측면 방향으로 케이블(105)을 이어서 급전하는 측면 급전(side-fed) 방식을 사용할 수 있다. 측면 급전 방식은 의류를 입고 동작하는 사람의 동작을 방해하지 않으므로 의류 실장에 보다 적합할 수 있다.
패치 안테나(100)는 신축 유연성을 가지므로 도 1과 같이 의류 일체형으로 형성될 수 있다. 패치 안테나(100)는 패션 가방, 등산 가방 등 잡화에도 일체형으로 제작될 수 있으며, 소방복, 군복 등 특수 복장에 사용될 수도 있다. 패치 안테나(100)의 사용 태양은 이에 한정되는 것은 아니고, 패치 안테나(100)는 의류와 별도로 제작되어 사용될 수 있고, 의류 혹은 피부에 부착하는 형태 등으로도 사용될 수 있다. 일 실시예에 따른 패치 안테나(100)는 스마트 의류, 웨어러블 통신기기, 사물인터넷 기기, 위치추적 시스템의 안테나로 이용 가능하다. 패치 안테나(100)의 구체적인 구성에 대하여 도2 및 도 3을 참고하여 자세히 설명한다.
도 2는 일 실시예에 따른 섬유기반 웨어러블 패치 안테나의 구성을 도시한 도면이고, 도 3은 일 실시예에 따른 섬유기반 웨어러블 패치 안테나의 각 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 2의 (a)를 참고하면 일 실시예에 따른 패치 안테나(100)의 앞면이 도시되어 있다. 패치 안테나(100)는 방사 패치(205) 및 기판(210)을 포함할 수 있다. 방사 패치(205)와 기판(210)은 섬유 재질로 구성될 수 있다. 일 실시예에서, 상기 기판(210)은 네오프렌을 포함할 수 있다. 방사 패치(205)는 편평사를 포함할 수 있다. 방사 패치(205)는 편평사에 전도성 잉크를 도포한 섬유를 포함할 수 있다.
도 2의 (b)를 참고하면, 일 실시예에 따른 패치 안테나(100)의 뒷면이 도시되어 있다. 패치 안테나(100)는 슬롯(220)이 형성된 접지면(215) 및 급전을 위한 케이블(225)을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 케이블(225)은 동축 케이블(225)일 수 있다. 접지면(215)는 편평사를 포함할 수 있다. 접지면(215)는 편평사에 전도성 잉크를 도포한 섬유를 포함할 수 있다.
패치 안테나(100)의 방사 패치(205), 기판(210) 및 접지면(215)의 소재는 섬유 재질에 한정되는 것은 아니고, PCB 기판 등 다양한 기존 소재를 사용하여 제작될 수도 있다.
일 실시예에 따른 패치 안테나(100)의 케이블(225)은 접지면(215) 아래에서 케이블(225)이 슬롯(220)을 가로지르도록 접지면(215)과 나란하게 접지면(215) 아래에 직접 부착되어 무겁고 큰 금속 커넥터 없이 급전할 수 있다. 안테나와 웨어러블 기기를 연결하는 인터페이스(커넥터)가 기존과 같이 부피가 크고 무거운 금속형태이면 의류와의 결합성이 크게 저하된다. 일 실시예에 따른 패치 안테나(100)는 금속 커넥터를 필요로 하지 않으므로 패치 안테나(100)는 의류 실장에 적합할 수 있다. 패치 안테나(100)는 급전을 위해 안테나의 접지면(215)에서 방사면까지 뚫는 형태의 수직 급전핀을 필요로 하지 않으므로 제작이 용이하고 급전을 위한 케이블(225)을 연결하여도 패치 안테나(100)의 신축 유연성을 유지할 수 있다. 패치 안테나(100)는 금속 커넥터를 필요로 하지 않아서 안테나 뒷면에서 수직으로 급전하는 방식(bottom-fed)의 안테나에 비해 크기를 줄일 수 있다.
일 실시예에서, 패치 안테나(100)의 케이블(225)은 케이블(225) 내 도체 부분이 접지면(215) 아래에서 슬롯(220)을 가로지르도록 접지면(215) 아래에 부착될 수 있다. 패치 안테나(100)는 급전을 위한 케이블(225)과 접지면(215), 기판(210) 및 방사 패치(205)와 전기적으로 연결되지 않고 급전을 수행할 수 있다. 방사 패치(205)에 전류를 직접적으로 인가하는 것이 아니라 케이블(225) 내 도체 부분이 접지면(215)에 부착되고 접지면(215)이 슬롯(220)을 포함함으로써 방사 패치(205)와 케이블(225) 내 도체 부분 사이 슬롯(220)을 통한 전자기 커플링을 이용하여 급전할 수 있다.
일 실시예에 따른 패치 안테나(100)는 도체 부분과 연결된 케이블(225)이 접지면(215) 아래로 접지면(215)을 따라 부착되고, 접지면(215)의 일측 방향으로 연장되어 측면 급전(side-fed) 방식으로 급전될 수 있다. 앞서 언급하였듯, 패치 안테나(100)는 측면 급전 방식으로 급전됨으로써 의류에 부착되거나 의류 일체형 안테나로 형성되었을 때 의류를 입는 사람의 동작을 방해하지 않아 웨어러블 안테나로서 적합하다.
일 실시예에서, 케이블(225)은 실리콘 테이프 또는 구리 테이프를 이용하여 부착될 수 있다.
도 3을 참고하면, 패치 안테나(100)의 각 구성이 분리되어 도시되어 있다. 도 3에는 방사 패치(305)가 부착된 기판(310), 기판(310) 아래로 형성되고 슬롯(320)을 포함하는 접지면(315) 및 접지면(315) 아래로 접지면(315)의 슬롯(320) 부분을 가로지르도록 배치되는 케이블(325)이 도시되어 있으며, 도 3의 방사 패치(305), 기판(310), 접지면(315), 슬롯(320) 및 케이블(325)은 각각 도 2의 방사 패치(205), 기판(210), 접지면(215), 슬롯(220) 및 케이블(225)에 대응될 수 있다. 각 구성에 대한 설명은 도 2를 참고하여 설명하였으므로, 중복되는 내용에 대해서는 설명을 생략한다.
도 4는 BLE 규격에 따른 섬유기반 웨어러블 패치 안테나의 일 실시예를 도시하는 도면이다.
도 4의 (a)를 참고하면, 일 실시예에 따른 방사 패치가 부착된 기판의 전면이 도시되고 도 4의 (b)를 참고하면, 일 실시예에 따른 슬롯이 형성된 접지부의 후면이 도시된다. 도 4의 (c)를 참고하면, 도 4 (a) 및 도 4 (b)의 방사 패치, 기판, 접지면에 케이블이 부착된 패치 안테나(100)의 전면이 도시되고, 도 4의 (d)를 참고하면, 패치 안테나(100)의 후면이 도시된다.
일 실시예에 따른 패치 안테나(100)는 BLE(Bluetooth Low Energy)의 통신 규격에 따라 제작될 수 있다. 이 경우 패치 안테나(100)의 방사 패치는 가로(405) 42mm, 세로(510) 42.5mm로 형성될 수 있고, 기판 및 접지면은 가로(405) 42mm, 세로(408) 42mm로 형성될 수 있다. 접지면에 형성된 슬롯은 가로(420) 23mm, 세로(415) 1mm로 형성될 수 있다. 도 4의 (a) 및 (b)와 같이 형성된 접지면의 아래에 케이블이 도 4의 (c) 및 (d)와 같이 접지면 아래에서 슬롯을 가로지르도록 접지면과 나란하게 접지면 아래에 부착될 수 있다. 일 실시예에서, 케이블의 부착하는 데 실리콘 테이프 또는 구리 테이프를 이용하여 부착된 케이블의 견고성을 제고할 수 있다. 일 실시예에서, 기판은 네오프렌 소재를 포함하여 2mm의 두께로 형성될 수 있다.
기존 안테나 뒷면에서 수직으로 급전하는 방식(bottom-fed)의 안테나는 BLE의 통신 규격에 따라 제작되는 경우 도 4의 패치 안테나(100)와 같은 성능을 내기 위해 가로 60mm, 세로 70mm의 크기를 갖도록 제작되어야 하므로, 일 실시예에 따른 패치 안테나(100)에 의하면 안테나의 크기를 효과적으로 줄일 수 있다.
일 실시예에 따른 패치 안테나(100)는, 방사 패치의 크기에 의해 공진 주파수가 결정될 수 있다. 또 일 실시예에 따른 패치 안테나(100)는, 슬롯 크기에 의해 공진 주파수를 조정할 수 있다. 방사 패치와 슬롯의 크기는 제작 과정에서 쉽게 조정할 수 있어 패치 안테나(100)의 성능을 쉽고 정확하게 튜닝할 수 있으며 확장성이 뛰어나다.
도 4의 BLE 통신 규격은 일 실시예일 뿐이며, 패치 안테나(100)의 BLE 통신 규격으로 한정되는 것은 아니고 다양한 통신 규격에 맞게 패치 안테나(100)의 구성을 조절할 수 있다.
일 실시예에 따른 패치 안테나(100)는 LoRa(Long Range) 통신 규격에 따라 제작될 수 있다. 이 경우 패치 안테나(100)의 방사 패치는 가로 145mm, 세로 125mm로 형성될 수 있고, 기판 및 접지면은 가로 145mm, 세로 150mm로 형성될 수 있다. 접지면에 형성된 슬롯은 가로 64mm, 세로 1mm로 형성될 수 있고, 접지면의 아래에 케이블이 접지면 아래에서 슬롯을 가로지르도록 접지면과 나란하게 접지면 아래에 부착될 수 있다. 일 실시예에서, 케이블의 부착하는 데 실리콘 테이프 또는 구리 테이프를 이용하여 부착된 케이블의 견고성을 제고할 수 있다. 일 실시예에서, 기판은 네오프렌 소재를 포함하여 3mm의 두께로 형성될 수 있다.
기존 안테나 뒷면에서 수직으로 급전하는 방식(bottom-fed)의 안테나는 LoRa의 통신 규격에 따라 제작되는 경우 일 실시예에 따른 LoRa 통신 규격의 패치 안테나(100)와 같은 성능을 내기 위해 가로 190mm, 세로 190mm의 크기를 갖도록 제작되어야 하므로, 일 실시예에 따른 패치 안테나(100)에 의하면 안테나의 크기를 효과적으로 줄일 수 있다.
위에서 설명한 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 또는 복수의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이를 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.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.

Claims (10)

  1. 방사 패치;
    상기 방사 패치가 부착되는 기판;
    상기 기판 하부에 위치하고, 슬롯이 형성된 접지면; 및
    상기 방사 패치의 급전을 위한 케이블
    을 포함하고,
    의복과 일체형으로 형성되고,
    상기 케이블은 상기 접지면 아래에 부착되는,
    패치 안테나.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 케이블은,
    금속 커넥터 없이 상기 접지면 아래에서 상기 케이블이 상기 슬롯을 가로지르도록 상기 접지면과 나란하게 상기 접지면 아래에 직접 부착되는,
    패치 안테나.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 케이블은,
    상기 케이블 내 도체 부분이 상기 접지면 아래에서 상기 슬롯을 가로지르도록 상기 접지면 아래에 부착되는,
    패치 안테나.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 도체 부분과 연결된 상기 케이블이 상기 접지면 아래로 상기 접지면을 따라 부착되고, 상기 접지면의 일측 방향으로 연장되어 측면 급전(side-fed) 방식으로 급전되는,
    패치 안테나.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 도체 부분과 상기 방사 패치 사이 상기 슬롯을 통한 전자기 커플링에 의해 급전되는,
    패치 안테나.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 슬롯의 크기에 의해 공진 주파수가 결정되는,
    패치 안테나.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 방사 패치의 크기에 의해 공진 주파수가 결정되는,
    패치 안테나.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 방사 패치, 상기 기판 및 상기 접지면은,
    섬유 재질로 구성되는,
    패치 안테나.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 기판은,
    네오프렌을 포함하고,
    상기 방사 패치 및 상기 접지면은,
    편평사를 포함하는,
    패치 안테나.
  10. 제5항에 있어서,
    상기 케이블은,
    실리콘 테이프 또는 구리 테이프를 이용하여 부착되는,
    패치 안테나.
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