인체 내 무선전력전송을 위한 인체이식용 공진기의 최적화 설계 및 분석

강석현(Seok Hyon Kang),정창원(Chang Won Jung) 대한전자공학회 2016 대한전자공학회 학술대회 Vol.2016 No.6

재구성 슬릿 그라운드 공진기를 이용한 노트북용 자기공진형 무선전력전송

강석현(Seok Hyon Kang),정창원(Chang Won Jung) 한국전자파학회 2017 한국전자파학회논문지 Vol.28 No.1

본 논문에서는 자기공진형 무선전력전송의 실용화에 있어, 공진기 간 자기결합을 방해하는 그라운드 문제를 해결하기 위해 슬릿 구조를 설계하고, 커패시터를 연결하여 공진기로써의 성능을 기본적인 루프형의 수신 공진기와 비교하였다. 제안된 슬릿 그라운드 공진기(slit ground resonator)는 가로 31 ㎝, 세로 20.5 ㎝, 두께 35 ㎛의 구리박판에 넓이 1 ㎝의 슬릿을 한 방향이 열린 십자 형태로 설계하였으며, 열린 방향 양단에 6.78 ㎒에서 공진하도록 최적의 커패시터가 연결되어 공진기 역할이 가능하다. 수신 공진기는 스위치를 연결하여 열림형(open mode)과 닫힘형(short mode)일 때를 측정하고, 최고 전송효율을 표시하였다. 측정 결과, 수신 공진기가 루프 공진기일 때 가장 높은 전송효율을 보였다. 그러나 노트북 모델의 수신부에 그라운드를 삽입했을 때, 전송효율이 0 %에 가깝게 감소하였다. 반면, 슬릿 그라운드 공진기를 수신 공진기로 사용했을 때, 전송효율은 가장 높았던 루프 공진기의 67 % 회복하였다. 제안된 슬릿 그라운드 공진기는 슬릿을 통해 자기장을 통과시키며, 커패시터를 연결이 공진기로 동작하게 하여 주변 공진기 간 자기결합을 통해 전력을 전송해 주는 역할을 수행한다. In this paper, slit ground resonator with slit and capacitor is proposed for practical use of magnetic resonant wireless power transfer(MR-WPT). And this paper presents the performance comparison of conventional loop resonator as Rx resonator to slit ground resonator. The proposed silt ground resonator with 31 ㎝ width, 20.5 ㎝ length, 35 ㎛ thickness is designed the crossing slit 1 ㎝ width with only opened edge. And an external capacitors were connected at the opened edge of slit ground resonator for resonating at 6.78 ㎒. The transfer efficiencies of MR-WPT were measured at open and short mode, and then the highest transfer efficiencies of MR-WPT according to the Rx resonators were plotted. In result, the transfer efficiency of MR-WPT with loop resonator was the highest. However, when the ground was inserted in receiver part at the bottom of laptop model, the transfer efficiency was closed 0 %. The transfer efficiency recovered the transfer efficiency of 67 % using slit ground resonator. The magnetic field was penetrated through the slit and proposed slit ground resonator works as resonator in MR-WPT.

자기공진형 무선전력전송 시스템의 소형화를 위한 공진기 설계

강석현(Seok Hyon Kang),정창원(Chang Won Jung) 한국전자파학회 2016 한국전자파학회논문지 Vol.27 No.2

본 논문에서는 소형 모바일 기기에 적용이 가능하도록 코일형 및 루프형 공진기의 평면화를 통해 소형화하여 자기공진형 무선전력전송 시스템을 구축하였다. 제안된 디스크형 이중코일공진기(disk type double coil resonator)는 아크릴 기판(acrylic substrate)의 양면에 얇은 구리 재질을 2 mm의 넓이(width)와 1 mm의 간격(pitch)으로 8번 감은 수의 나선코일패턴을 설계하여 최외각단을 연결한 구조이다. 이 공진기는 구리 재질의 패턴 길이에 의한 유도용량과 각 양쪽 나선코일패턴간의 아크릴 사이에 발생하는 정전용량을 이용하여 6.78 MHz에서 공진한다. 공진기에 설계된 나선코일패턴의 크기는 최외각 지름이 9 cm로 소형화 되었다. 급전 및 부하공진기로 사용되는 루프는 5 mm 굵기의 동선을 이용하여 지름 10cm의 단일 루프로 구현하였다. 또한, 6.78 MHz에서 공진할 수 있도록 3,300 pF 커패시터(capacitor)를 직렬로 연결하였다. 디스크형 이중코일공진기의 특성을 알아보기 위해 다양한 공진기 재배열을 통해 시스템을 구성 및 측정하였으며, 소형무선전력전송 시스템의 최대 전송효율은 35.67 %를 보였다. 제안된 공진기의 구조를 통해 더 작은 소형화 구조 설계가 가능할 것으로 기대된다. In this paper, we miniaturized the loop and coil in magnetic resonance wireless power transfer(MR-WPT) system for application to the small mobile device. The proposed disk type double coil resonator was designed to cause resonance at 6.87 MHz. It is composed of thin copper on both-side of acrylic substrate structured 2 mm width, 1 mm pitch and 8 turns. The outer radius of spiral coil pattern is 9 cm. And the proposed loop was made of the copper wire 5 mm diameter of cross-section. The size of loop is 10 cm diameter. For resonance at 6.87 MHz, the capacitor with 3,300 pF was connected in series on the loop. We rearranged the resonators and organized several WPT systems which is rearranged by resonators. The highest transfer efficiency of miniaturized WPT system was 35.67 %. This proposed design of spiral double coil will contribute to make resonator smaller for appling small and thin mobile device.

양안융합의 분리 시간에 따른 사위량 비교에 관한 연구

강석현(Seok Hyon Kang),홍형기(Hyung Ki Hong) 한국안광학회 2014 한국안광학회지 Vol.19 No.3

This is a comparative experimental study on the amount of phoria by the removal time of binocular fusion. In this study, three tests were used for phoria test like Howell test, Thorington test and developed 3D polarizing test. Methods: In this study, it was considered the removal time of binocular fusion for measuring phoria. The three methods were used for measuring quantity of phoria: Howell test, Thorington test and developed 3D Polarizing test. The measurements progressed quickly to avoid eye-strain. So we designed the test charts for marking 3D display modules and the apparatus inserted lenses, like Maddox lens and prism, which are compatible with three phoria tests. The phoria at the moment separation was measured when the binocular fusion was broken through the apparatus and the that at the stable separation was measured when activity of the separated two images like indicated box and figure on horizontal axis stopped. Results: There were statistically significant difference between quantity of phoria at moment separation and that at stable separation. Amount of phoria at moment separation was relatively larger than amount of that at stable separation. In result in exophoria, the quantity of phoria at moment separation was higher than that at stable separation, and in phoria measured by developed 3D polarizing test, it shows the similar results at two condition. Conclusions: For exophoria, the amount of phoria at moment separation of binocular fusion was relatively larger than that at stable separation. The amount of difference between phoria values at moment separation and that at stable separation was alike among three phoria tests. Usually in working, there is no distinction between moment separation and stable separation. But there were definitely the difference between two ways to separate binocular fusion. Therefore, it is need for writing on prescription test name for measuring phoria and condition of separation of binocular fusion.

모바일 디바이스를 위한 재배열 간접급전 무선전력전송 시스템

강석현(Seok Hyon Kang),응웬반투안(Van Thuan Nguyen),정창원(Chang Won Jung) 한국산학기술학회 2015 한국산학기술학회 학술대회 Vol.2015 No.1

본 논문에서는 다양한 전자제품에 어플리케이션 할 수 있도록 간접급전식 공진형 무선전력전송 시스템을 구성하는 공진기의 재배열을 제시하고 이에 대해 분석하였다. 재배열 무선전력전송 시스템은 루프를 기준으로 공진기의 배열에 따라 Out-out, Out-in, In-in 으로 분류하였으며, 실용적인 어플리케이션을 위해 Out-in 을 변형한 L형 무선전력전송 시스템을 추가하였다. 전송효율을 측정한 결과, 세 가지 시스템은 공진주파수가 안정된 전송거리 50 cm 이상에서 비슷한 결과를 보였으며, 오히려 기본배열(Out-out)보다 재배열(Out-in, In-in)이 평균 약 3.8% 높았다. Out-in 의 기본형과 L형의 비교 분석에서는 기본형이 L형보다 평균 약 27.7% 높았으나, L형이 최고효율 64.5 %를 보였으며, 부하공진기의 형태가 변형되어도 전송효율에 큰 영향을 미치지 않았다. 이를 통해 무선전력전송 시스템의 어플리케이션은 공진기의 재배열을 통해 해결이 가능하다는 것을 보여주었다.

의복용 자기공진형 무선전력전송 시스템을 위한 평면형 직물공진기의 설계 및 연구

강석현(Seok Hyon Kang),정창원(Chang Won Jung) 대한전자공학회 2016 전자공학회논문지 Vol.53 No.8

본 논문에서는 의복용 무선전력전송 시스템을 구축을 위한 평면형 직물공진기를 제안하고, 공진기에 사용된 의복용 직물기판의 재질별 특성을 분석하였다. 평면형 직물공진기는 공진주파수가 1-10 ㎒가 되도록 직물기판 위에 전도성 물질로 루프 및 코일을 평면 설계하였다. 의복용으로 많이 사용되고 있는 폴리에스테르 섬유와 면을 직물기판으로 사용하였으며, 평면 루프와 코일은 동테이프(copper tape)와 실버페이스트(silver paste)로 설계하였다. 자기공진형 무선전력전송 시스템에 적용된 직물의 재질별 특성을 분석하기 위해 송신부와 수신부를 대칭으로 설계하였다. 실험 결과, 낮은 유전상수 및 비교적 두꺼운 두께를 가진 직물기판과 표면저항이 작은 도체성 재질의 패턴(루프 및 코일)으로 제작되었을 때, 의복용 무선전력전송 시스템이 높은 전송효율을 보였다. 본 연구를 통해 제안된 평면형 직물 공진기는 무선전력전송 기술의 영역을 의복용으로 넓힐 수 있는 가능성을 보여주었다. In this paper, we proposed the planar textile resonator for constructing wearable MR-WPT system and analyzed the characteristic of textile substrates used in resonators. The planar textile resonators were designed to resonate at 1-10 ㎒. The loop and coil were fabricated planar structure on textile substrate using conductive materials. Polyester fiber and cotton widely used in real life were chosen as textile resonators for wearable applications and copper tape and silver paste were used for fabricating planar loop and coil on textile substrate. For comparison analysis on transfer efficiency according to the types of textile, transmitter and receiver parts were symmetric. According to the result, for the highest transfer efficiency of wearable WPT system, the planar resonators have specifications of relative thick textile substrate with low permittivity and low surface resistance of conductive pattern. The performed experiments show that the planar textile resonator is possible to be used for resonator in wearable MR-WPT system.

정방형 메탈메쉬 투명전극을 이용한 투명 사각 패치 안테나

강석현(Seok Hyon Kang),정창원(Chang Won Jung) 한국전자파학회 2018 한국전자파학회논문지 Vol.29 No.4

본 논문은 향후 투명 디스플레이, 스마트글래스(smart glass) 등의 그 활용도가 증가 추세에 있는 투명전극과 관련된 논문이며, 본 논문에서는 투명 안테나 등의 투명 고주파 수동소자 설계 시, 투명 디스플레이 등에 가장 많이 사용되고 있는 ITO(Indium-Tin-Oxide)을 이용한 박막형(thin film type) 투명전극의 낮은 전기적 특성(면저항e>5 (Ω/sq))으로 인한 성능저하를 개선하고자, 고주파 소자에 가장 일반적으로 사용되는 도체인 구리선(copper wire)으로 구현되는 정방형 메탈메쉬(square metal mesh)를 이용하여 투명전극을 구현하고, 이를 기본 단위로 하여 투명 패치 안테나를 구현하였고, 그 성능을 비교 분석하였다. 본 논문에서는 투명전극의 기본 설계 블록인 정방형 메탈메쉬의 광학적 특성(광 투과도) 및 전기적 특성(면저항)을 측정 및 분석하였고, 이를 이용하여 투명 패치 안테나를 설계, 측정, 분석하였다. 또한, 정방형 메탈메쉬는 광 투과도를 높이기 위해 얇은 구리선(w=0.2 ㎜)을 사용하였으며, 망(mesh) 크기(l=1, 2 ㎜)에 따른 광 투과도와 안테나 성능(방사이득, 방사패턴)과의 관계를 분석하였다. 투명 안테나 성능 측정 결과, 안테나 성능은 정방형 메탈메쉬의 광학적 특성과 반비례하며, 실제 활용 시에는 광학적 특성, 전기적 특성, 제작비용을 종합적으로 고려하여, 응용에 따른 투명 안테나의 활용이 필요하다. This paper reports the transparent electrode, which would be applied to transparent displays and smart glasses. Herein, a squared metal mesh with the most widely used copper wire in microwaves is studied for the alternating thin-film-type transparent and conducting indium tin oxide(ITO), with a low conductivity(sheet resistance > 5 Ω/sq.). The electromagnetic performance of a patch antenna with metal mesh is analyzed. This paper presents the results of the optical(OT, optical transparent) and electrical(sheet resistance) characteristics of a squared metal mesh, which is a basic design. To improve the OT, copper wire(w=0.2 ㎜) is used in fabricating the squared metal mesh and the relationship between the OT and the antenna performance(radiation gain, radiation pattern) was analyzed according to the mesh size(l=1, 2 ㎜). The measurement results show that the antenna performance and the optical characteristic are in inverse proportion to each other. In real applications, the optical and electrical characteristics, and the costs of production are to be considered.

Magnetic Resonance WPT System Using a Planar Receiver for Mobile Applications

Van Thuan Nguyen(응웬반투언),Seok Hyon Kang(강석현),Chang Won Jung(정창원) 한국산학기술학회 2015 한국산학기술학회 학술대회 Vol.2015 No.1

In this study, a wireless power transfer (WPT) system including three coils and working at 6.78 MHz is investigated. By employing a 2 x 3 metamaterial (MTM) array, the efficiency of the proposed WPT system is significantly enhanced. Experiments show that with the MTM array, a maximum efficiency improvement of 27 % is achieved at transfer distance of 35 cm. The impact of ground plane on the transfer efficiency is also studied. Several methods to reduce this impact are discussed and measured.