인체 표면 통신을 위한 TM₃₁ 고차 모드 반원-링 인체 부착형 마이크로스트립 패치 안테나 설계

탁진필,전재성,김선우,최재훈,Tak, Jinpil,Jeon, Jaesung,Kim, Sunwoo,Choi, Jaehoon 한국전자파학회 2014 한국전자파학회논문지 Vol.25 No.5

본 논문에서는 모노폴과 같은 방사특성을 갖고 인체 표면 간 통신을 위한 $TM_{31}$ 고차 모드 반원-링 마이크로스트립 패치 안테나를 제안하였다. 제안된 안테나는 단락 핀을 이용하여 $TM_{31}$ 고차 공진 모드를 형성하였고, 평면형임에도 불구하고 모노폴과 같은 방사특성을 갖는다. 패치안테나의 좁은 대역폭을 확장하기 위해 $TM_{31}$ 모드 C-형 반링 패치를 반원 패치에 인접시켰으며, 소형화를 위해 half mode를 사용하였다. 인체 착용환경을 고려하여 마이크로스트립 라인을 이용하여 급전하였다. 제안된 안테나는 ISM(Industrial, Scientific, and Medical) 2.45 GHz 대역(2.4~2.485 GHz)에서 $0.25{\lambda}_0{\times}0.46{\lambda}_0{\times}0.025{\lambda}_0$의 크기를 갖고, 2.38~2.49 GHz에서 4.24 %의 10-dB 반사손실 대역폭을 갖는다. 인체의 영향을 고려하기 위해 2/3 근육-등가 반고체형 모의인체를 제작하고, 이를 이용하여 안테나에 미치는 인체의 영향을 분석, 검증하였다. 또한, 실제 인체 상황에서 제안된 안테나를 통해 인체 표면 간 링크의 통신 성능 분석을 위한 실험을 수행하였다. In this paper, a $TM_{31}$ higher order mode half circular-ring microstrip antenna with monopole-like radiation characteristic for on-body communication is proposed. By using shorting vias, $TM_{31}$ resonance mode was excited, while achieving compact low-profile antenna with monopole-like radiation characteristics. To overcome the narrow bandwidth of a patch antenna, a C-shape half ring patch with shorting vias having $TM_{31}$ mode is closely located around a half circular patch. For size reduction, half mode is adopted. The proposed antenna has the overall dimensions of $0.25{\lambda}_0{\times}0.46{\lambda}_0{\times}0.025{\lambda}_0$ at the industrial, scientific, and medical(ISM) 2.45 GHz band(2.4~2.485 GHz) and the 10-dB return loss is 4.24 % ranging from 2.38 to 2.49 GHz. To verify body effect, two-thirds muscle equivalent semi solid phantom was fabricated and used to measure the antenna performance. A communication link is analysed to investigate the effect of human-body movements and antenna locations.

인체 표면 통신을 위한 TM31 고차 모드 반원-링 인체 부착형 마이크로스트립 패치 안테나 설계

탁진필(Jinpil Tak),전재성(Jaesung Jeon),김선우(Sunwoo Kim),최재훈(Jaehoon Choi) 한국전자파학회 2014 한국전자파학회논문지 Vol.25 No.5

본 논문에서는 모노폴과 같은 방사특성을 갖고 인체 표면 간 통신을 위한 TM31 고차 모드 반원-링 마이크로스트립 패치 안테나를 제안하였다. 제안된 안테나는 단락 핀을 이용하여 TM31 고차 공진 모드를 형성하였고, 평면형임에도 불구하고 모노폴과 같은 방사특성을 갖는다. 패치안테나의 좁은 대역폭을 확장하기 위해 TM31 모드 C-형 반링 패치를 반원 패치에 인접시켰으며, 소형화를 위해 half mode를 사용하였다. 인체 착용환경을 고려하여 마이크로스트립 라인을 이용하여 급전하였다. 제안된 안테나는 ISM(Industrial, Scientific, and Medical) 2.45 GHz 대역(2.4~2.485 GHz)에서 0.25 λ0×0.46 λ0×0.025 λ0의 크기를 갖고, 2.38~2.49 GHz에서 4.24 %의 10-dB 반사손실 대역폭을 갖는다. 인체의 영향을 고려하기 위해 2/3 근육-등가 반고체형 모의인체를 제작하고, 이를 이용하여 안테나에 미치는 인체의 영향을 분석, 검증하였다. 또한, 실제 인체 상황에서 제안된 안테나를 통해 인체 표면 간 링크의 통신 성능 분석을 위한 실험을 수행하였다. In this paper, a TM31 higher order mode half circular-ring microstrip antenna with monopole-like radiation characteristic for on-body communication is proposed. By using shorting vias, TM31 resonance mode was excited, while achieving compact low-profile antenna with monopole-like radiation characteristics. To overcome the narrow bandwidth of a patch antenna, a C-shape half ring patch with shorting vias having TM31 mode is closely located around a half circular patch. For size reduction, half mode is adopted. The proposed antenna has the overall dimensions of 0.25 λ0×0.46 λ0×0.025 λ0 at the industrial, scientific, and medical(ISM) 2.45 GHz band(2.4~2.485 GHz) and the 10-dB return loss is 4.24 % ranging from 2.38 to 2.49 GHz. To verify body effect, two-thirds muscle equivalent semi solid phantom was fabricated and used to measure the antenna performance. A communication link is analysed to investigate the effect of human-body movements and antenna locations.

인체 상 위치를 고려한 다양한 WBAN 안테나 설계

탁진필(Jinpil Tak),최재훈(Jaehoon Choi) 한국전자파학회 2014 한국전자파학회논문지 Vol.25 No.11

WBAN은 다양한 응용 가능성 때문에 최근 들어 많은 관심을 받고 있다. 본 논문에서는 기기의 위치에 따른 WBAN 통신환경에 적합한 몇 가지 안테나와 모의 인체 제작에 대하여 소개하고자 한다. WBAN 시스템은 인체 내부 및 인체 표면에서 동작하므로 고유전율 및 고도전율을 갖는 인체 매질에 대한 영향을 고려해야 하며, 특히 안테나는 근역장 매질 특성에 따라 안테나의 방사 특성 및 반사 손실 특성이 변하게 되므로, 이를 고려한 안테나 설계가 요구된다. 또한, 안테나의 인체 영향을 고려하기 위해 모의 인체를 이용해 안테나를 설계하고 측정하였다. 서론에서는 WBAN 통신 채널의 분류를 소개하고, 각각의 통신 채널에 적합한 안테나의 특성에 대해 간단히 언급하였다. 제안된 몇 가지 안테나 사례 및 모의 인체 구현에 대하여 논의하였다. 결론에서는 안테나 설계 시 고려해야 할 사항과 향후 연구에 대해 언급하였다. WBAN has received great attention recently due to its versatile applicability. In this paper, antennas suitable for WBAN communication depending on the locations of mobile devices and the manufacturing of a human equivalent phantom are introduced. The effect of the body on the communication performance is largely dependent on the locations of devices. Specifically, the radiation and return loss characteristics of the antenna are greatly influenced by the characteristics of a medium existing in the near-field of an antenna. Thus, the proper WBAN antenna design is important in establishing a successful communication link between the transceivers. To consider the effect of the body on the antenna performance, the human equivalent phantom is also important factor in the WBAN antenna design and measurement. In introduction, categorization of the WBAN communication channel is introduced and antenna characteristics required for each communication channel are described. In the main subject section, several WBAN antenna design examples along with the implementation of the human equivalent phantom are discussed. In conclusion, the factors, which have to be considered in the design process, and future research are mentioned.

의료용 무선 중계 시스템용 이중 대역 인체 부착형 안테나 설계

권결(Kyeol Kwon),탁진필(Jinpil Tak),최재훈(Jaehoon Choi) 한국전자파학회 2013 한국전자파학회논문지 Vol.24 No.3

본 논문에서는 MICS(Medical Implant Communication Service, 402~405 MHz)와 ISM(The Industrial, Scientific and Medical, 2.40~2.485 GHz) 대역에서 동작하는 의료용 무선 중계 시스템을 위한 이중 대역 인체 부착형 안테나를 제안하고, 인체의 영향을 고려한 안테나 성능에 대한 분석을 하였다. 제안된 안테나는 ISM 대역에서 동작하는 윗면의 패치와 MICS 대역에서 동작하는 바닥면의 패치로 구성되어 있다. 안테나가 실제 인체에 착용되어 사용되는 상황을 고려하고, 인체가 안테나에 미치는 영향을 분석하기 위하여 모의 인체를 이용하여 시뮬레이션과 측정을 수행하였다. 제안된 안테나의 반사 손실은 MICS 대역과 ISM 대역에서의 요구 대역폭을 만족하였고, 측정된 최대 이득은 MICS 대역과 ISM 대역에서 각각 ?12.47 dBi, 1.71 dBi이었다. 제안된 안테나의 방사 패턴은 MICS 대역에서 인체 내부 지향성, ISM 대역에서 인체 외부 지향성을 가지며, 반사 손실 특성은 인체의 영향에 매우 둔감하므로 의료용 무선 중계 시스템용 인체 부착형 안테나로 활용되기에 적절할 것으로 사료된다. In this paper, a dual-band on-body antenna operating at MICS and ISM band for a wireless medical repeater system is proposed and the antenna performance including the human body effect is investigated. The designed dual-band antenna is comprised of a top patch for ISM band and bottom patch for MICS band. Simulation and measurement was carried out in order to analyze the effects of human body on antenna performance considering real use. The proposed antenna has required impedance bandwidth enough to cover both MICS and ISM bands. The measured peak gains were ?12.47 dBi and 1.71 dBi at the each center frequency of MICS and ISM bands, respectively. Furthermore, the antenna has the maximum radiation directed toward the inside of the human body in the MICS band and directed toward the outside in the ISM band. In addition, the return loss property of the antenna is insensitive to human body effects so that the proposed antenna is well suited for the on-body wireless medical repeater system.

수직 모노폴 방사패턴을 갖는 인체표면 통신용 평면형 안테나 설계

권재광(Jaekwang Kwon),우승민(Seungmin Woo),탁진필(Jinpil Tak),최재훈(Jaehoon Choi) 한국전자파학회 2015 한국전자파학회논문지 Vol.26 No.4

본 논문에서는 수직 모노폴 방사 패턴을 갖는 인체표면 간 통신을 위한 평면형 안테나를 제안하였다. 제안된 안테나는 3개의 split-ring 구조를 사용하여 모노폴과 같은 표면지향성 방사특성을 가지며, 인체착용 환경을 고려하여 저자세를 갖도록 설계하였다. 제안된 안테나는 5.8 ㎓ ISM 대역(5.725~5.875 ㎓)에서 0.29 λ0×0.29 λ0×0.008 λ0의 크기를 갖는다. 인체의 영향을 고려하기 위해 2/3 근육-등가 반고체형 모의인체를 제작 및 사용하였으며, 제안된 안테나는 반고체형모의인체 위에서 280 ㎒(5.68~5.96 ㎓)의 10-㏈ 반사손실 대역폭을 갖고, 1.96 ㏈i의 최대 이득을 갖는다. In this paper, a planar antenna with monopole-like radiation pattern for on-body communications is proposed. The proposed antenna consists of three split-rings(SR) to generate a monopole-like radiation characteristic. To account for the on-body application, the proposed antenna is designed to have a low-profile. The antenna has an overall dimensions of 0.29 λ0×0.29 λ0×0.008 λ0 at 5.8 ㎓ industrial, scientific, and medical(ISM) band(5.725~5.875 ㎓). To verify the body effect, a two-thirds muscle equivalent semi solid phantom is fabricated and used to measure the antenna performance. The 10-㏈ return loss bandwidth is 280 ㎒(5.68~5.96 ㎓) and the measured peak gain is 1.91 ㏈i.