최근에는 인체 중심 근거리 네트워크(Wireless Body Area Networl, WBAN)에 적용할 수 있는 웨어러블 안테나에 대한 관심이 급속히 높아지고 있다. 일상 의류에 웨어러블 안테나를 구현하는 방법으로 전도성 실 재질을 이용하는 방법이 있다. 전도성 실은 높은 도전율과 인장강도 및 유연성을 가진 신소재로 일반 재봉기 또는 자수기를 이용해 일상 의류에 간편하게 원하는 패턴을 구현할 수 있다. 이러한 신소재의 안테나 응용에 있어 소재의 물성 파악이 굉장히 중요하다. 특히, 전도성 실의 도전율은 안테나의 방사 특성에 직접적으로 영향이 있다. 현재까지 공개된 전도성 실의 도전율 측정값은 ...
최근에는 인체 중심 근거리 네트워크(Wireless Body Area Networl, WBAN)에 적용할 수 있는 웨어러블 안테나에 대한 관심이 급속히 높아지고 있다. 일상 의류에 웨어러블 안테나를 구현하는 방법으로 전도성 실 재질을 이용하는 방법이 있다. 전도성 실은 높은 도전율과 인장강도 및 유연성을 가진 신소재로 일반 재봉기 또는 자수기를 이용해 일상 의류에 간편하게 원하는 패턴을 구현할 수 있다. 이러한 신소재의 안테나 응용에 있어 소재의 물성 파악이 굉장히 중요하다. 특히, 전도성 실의 도전율은 안테나의 방사 특성에 직접적으로 영향이 있다. 현재까지 공개된 전도성 실의 도전율 측정값은 DC 또는 저주파에서 이루어진 것으로 고주파에서 동작하는 안테나의 설계에 적용되기에는 부적절하다. 본 논문에서는 전도성 섬유의 고주파 대역 도전율 측정을 위해 고려해야 할 사항에 대해 논하고 이를 바탕으로 구현된 측정기기를 통해 다양한 전도성 실 재질의 검증한다. 또, 측정된 도전율을 바탕으로 웨어러블 안테나를 설계하고 3D 전파 시물레이션 소프트웨어로 방사성능을 예측했다. 마지막으로 최적 설계된 안테나를 제작하고 네트워크 분석기 및 안테나 챔버 등의 측정장비를 통해 안테나의 특성을 검증했다. 더 구체적으로 고주파 도전율 측정을 위해 링 공진기를 제작해 측정된 투과계수와 전파 시물레이션 소프트웨어로 계산된 투과계수를 최적화 알고리즘의 하나인 Surrogate-based Optimization을 이용해 비교 분석하는 방식을 개발했다. 이를 통해, 3 GHz의 고주파에서 도전율 106S/m에 가까운 전도성 섬유의 측정이 가능함을 확인했다. 측정된 도전율은 안테나 전파 시물레이션 소프트웨어에 입력되는 중요한 변수로 이용되어 시물레이션 값의 정확성을 높이는데 이용되었다. 설계된 안테나는 전도성 실을 직교로 짠 형태의 패치 안테나로, 전도성 실의 두께 및 실 간 간격에 따라 안테나 매칭 및 방사 특성이 변하는 것을 확인할 수 있었다. 더 두꺼운 전도성 실이 사용되면 실 간 간격이 넓어도 방사효율이 증가하는 흥미로운 현상을 발견하였고, 이는 전도성 재료가 차지하는 면적이 넓을수록 방사효율이 증가한다는 기존 관찰 결과와 대조되는 것이다.
최근에는 인체 중심 근거리 네트워크(Wireless Body Area Networl, WBAN)에 적용할 수 있는 웨어러블 안테나에 대한 관심이 급속히 높아지고 있다. 일상 의류에 웨어러블 안테나를 구현하는 방법으로 전도성 실 재질을 이용하는 방법이 있다. 전도성 실은 높은 도전율과 인장강도 및 유연성을 가진 신소재로 일반 재봉기 또는 자수기를 이용해 일상 의류에 간편하게 원하는 패턴을 구현할 수 있다. 이러한 신소재의 안테나 응용에 있어 소재의 물성 파악이 굉장히 중요하다. 특히, 전도성 실의 도전율은 안테나의 방사 특성에 직접적으로 영향이 있다. 현재까지 공개된 전도성 실의 도전율 측정값은 DC 또는 저주파에서 이루어진 것으로 고주파에서 동작하는 안테나의 설계에 적용되기에는 부적절하다. 본 논문에서는 전도성 섬유의 고주파 대역 도전율 측정을 위해 고려해야 할 사항에 대해 논하고 이를 바탕으로 구현된 측정기기를 통해 다양한 전도성 실 재질의 검증한다. 또, 측정된 도전율을 바탕으로 웨어러블 안테나를 설계하고 3D 전파 시물레이션 소프트웨어로 방사성능을 예측했다. 마지막으로 최적 설계된 안테나를 제작하고 네트워크 분석기 및 안테나 챔버 등의 측정장비를 통해 안테나의 특성을 검증했다. 더 구체적으로 고주파 도전율 측정을 위해 링 공진기를 제작해 측정된 투과계수와 전파 시물레이션 소프트웨어로 계산된 투과계수를 최적화 알고리즘의 하나인 Surrogate-based Optimization을 이용해 비교 분석하는 방식을 개발했다. 이를 통해, 3 GHz의 고주파에서 도전율 106S/m에 가까운 전도성 섬유의 측정이 가능함을 확인했다. 측정된 도전율은 안테나 전파 시물레이션 소프트웨어에 입력되는 중요한 변수로 이용되어 시물레이션 값의 정확성을 높이는데 이용되었다. 설계된 안테나는 전도성 실을 직교로 짠 형태의 패치 안테나로, 전도성 실의 두께 및 실 간 간격에 따라 안테나 매칭 및 방사 특성이 변하는 것을 확인할 수 있었다. 더 두꺼운 전도성 실이 사용되면 실 간 간격이 넓어도 방사효율이 증가하는 흥미로운 현상을 발견하였고, 이는 전도성 재료가 차지하는 면적이 넓을수록 방사효율이 증가한다는 기존 관찰 결과와 대조되는 것이다.
Recently, there has been a fast-growing interest in wearable antennas which can be applied in Body Area Networks (BAN). Wearable antennas should be inherently light, flexible and easy to incorporate into ordinary apparel using well-established clothing construction techniques. Conductive textiles ha...
Recently, there has been a fast-growing interest in wearable antennas which can be applied in Body Area Networks (BAN). Wearable antennas should be inherently light, flexible and easy to incorporate into ordinary apparel using well-established clothing construction techniques. Conductive textiles have emerged as one of the most promising materials for realizing wearable antennas. Currently, conductive textiles are provided in the form of either conductive threads or fabrics in the market. Due to durability, precision and better appearance, conductive threads forming a piece of conductive fabric are more usually preferred to fabricate wearable antennas. More specifically, wearable antennas with conductive threads can be fabricated by directly sewing them on the garments or by weaving them and attaching them on the usual fabric substrate. Therefore, modeling conductive-based antennas for predicting their radiation characteristics before the fabrication is essential. In that work, understanding the electrical parameter of conductive textiles or conductive threads is very critical. In this thesis, a conductivity measurement method of conductive textiles will be described and proven. This method employing a microstrip ring resonator made of conductive textiles to compare the measured and simulated transmission coefficients. In order to extract the conductivity value, Surrogate-Based Optimization (SBO) is used as an adaptive search algorithm from the difference between the measurement and simulation responses of the ring resonator. In comparing to previous state of the arts, the effectiveness of method is demonstrated in measuring conductivity of conductive textiles. Based on the conductivity value of conductive textiles, wearable antenna model is realized in the simulation environment. This model is based on regular patch antenna with the conductive textile patch and the felt substrate. In an attempt to approach the practical fabrication, the rectangular patch is made by orthogonally weaving the conductive threads to build a piece of conductive textile. The impacts of conductive textile structure on antenna performance are then investigated by changing the intervals between conductive threads, increasing the thickness of conductive threads and observing the variation of antenna radiation patterns, resonant frequencies and radiation efficiency. Interestingly, the radiation efficiency increases with a wider interval between the threads when a thicker conductive thread is used. This contrasts with the common assumptions that radiation efficiency increases as more conductive materials are included.
Recently, there has been a fast-growing interest in wearable antennas which can be applied in Body Area Networks (BAN). Wearable antennas should be inherently light, flexible and easy to incorporate into ordinary apparel using well-established clothing construction techniques. Conductive textiles have emerged as one of the most promising materials for realizing wearable antennas. Currently, conductive textiles are provided in the form of either conductive threads or fabrics in the market. Due to durability, precision and better appearance, conductive threads forming a piece of conductive fabric are more usually preferred to fabricate wearable antennas. More specifically, wearable antennas with conductive threads can be fabricated by directly sewing them on the garments or by weaving them and attaching them on the usual fabric substrate. Therefore, modeling conductive-based antennas for predicting their radiation characteristics before the fabrication is essential. In that work, understanding the electrical parameter of conductive textiles or conductive threads is very critical. In this thesis, a conductivity measurement method of conductive textiles will be described and proven. This method employing a microstrip ring resonator made of conductive textiles to compare the measured and simulated transmission coefficients. In order to extract the conductivity value, Surrogate-Based Optimization (SBO) is used as an adaptive search algorithm from the difference between the measurement and simulation responses of the ring resonator. In comparing to previous state of the arts, the effectiveness of method is demonstrated in measuring conductivity of conductive textiles. Based on the conductivity value of conductive textiles, wearable antenna model is realized in the simulation environment. This model is based on regular patch antenna with the conductive textile patch and the felt substrate. In an attempt to approach the practical fabrication, the rectangular patch is made by orthogonally weaving the conductive threads to build a piece of conductive textile. The impacts of conductive textile structure on antenna performance are then investigated by changing the intervals between conductive threads, increasing the thickness of conductive threads and observing the variation of antenna radiation patterns, resonant frequencies and radiation efficiency. Interestingly, the radiation efficiency increases with a wider interval between the threads when a thicker conductive thread is used. This contrasts with the common assumptions that radiation efficiency increases as more conductive materials are included.
Keyword
#wearable antenna conductive threads conductivity characterization ring resonator
학위논문 정보
저자
티엔만
학위수여기관
서울과학기술대학교
학위구분
국내석사
학과
전기정보공학과
지도교수
정재영
발행연도
2015
총페이지
vi, 46
키워드
wearable antenna conductive threads conductivity characterization ring resonator
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