[논문]쌍 T-형 결함 마이크로스트립 패치 안테나를 활용한 다리 골절 회복 모니터링 모의실험

김병문; 윤리호; 이상민; 박연택; 홍재표

doi:10.13067/jkiecs.2023.18.4.587

초록
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본 논문은 인체 다리의 골절 회복 모니터링을 위한 쌍 T-형 결함이 있는 온 바디 마이크로스트립 패치 안테나의 설계 및 최적화 과정을 제시하였다. 이 안테나는 T-형 결함의 크기를 조절하여 향상된 반사손실 및 대역폭을 가지면서, 경박단소하도록 설계되었다. 적용된 다리 주변 구조는 5층 유전체 평면으로 구조화 하였으며, 각층의 복소유전상수는 4극 Cole-Cole 모델 매개변수를 사용하여 계산하였다. 골절이 없는 정상인 경우 온 바디 안테나의 반사손실은 4.0196GHz에서 -66.71dB이고, 갤러스 층의 길이 10.0mm, 폭 1.0mm, 높이 2.0mm 인 경우 반사손실 차 ΔS₁₁ 는 37.95dB이다. 반사손실 변화에 대한 갤러스 층 높이를 예측할 수 있도록 3차 다항식 모델을 제시하였으며, 이 다항식의 RSS = 1.4751, R² = 0.9988246, P-value = 0.0001841로서 매우 높은 예측 적합성을 가진다.

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In this paper, we present the design and optimization process of an on-body microstrip patch antenna with a paired T-type defect for monitoring fracture recovery of human legs. This antenna is designed to be light, thin and compact despite the improvement of return loss and bandwidth performance by ...

In this paper, we present the design and optimization process of an on-body microstrip patch antenna with a paired T-type defect for monitoring fracture recovery of human legs. This antenna is designed to be light, thin and compact despite the improvement of return loss and bandwidth performance by adjusting the size of the T-type defect. The structure around the applied human leg is structured as a 5-layer dielectric plane, and the complex dielectric constant of each layer is calculated using the 4-pole Cole-Cole model parameters. In a normal case without bone fracture, the return loss of the on-body antenna is -66.71dB at 4.0196GHz, and the return loss difference ΔS11 is 37.95dB when the gallus layer have a length of 10.0mm, width of 1.0mme, and height of 2.0mm. A 3'rd degree polynomial is presented to predict the height of the gallus layer for the change in return loss, and the polynomial has a very high prediction suitability as RSS = 1.4751, R2 = 0.9988246, P-value = 0.0001841.

주제어

표/그림 (11)

$그림 1. 인체 다리의 경골 골절 상태<sup>1)</sup> Fig. 1 Tibia fracture condition of human lower leg1)$ 그림 그림 1. 인체 다리의 경골 골절 상태¹⁾ Fig. 1 Tibia fracture condition of human lower leg1)
그림 그림 2. MPA 급전 :(a) 인셋 급전(b) 동축급전(c) 동축급전 T-형 결함 패치 Fig. 2 MPA feed :(a) Inset-fed patch.(b) Coaxial probe-fed patch.(c) Coaxial probe-fed T-type defective patch.
그림 그림 3. 결함을 갖는 마이크로스트립 구조의 등가회로 Fig. 3 Equivalent circuit of defected microstrip structure
그림 그림 4. MPA와 팬텀 모델 Fig. 4 MPA and phantom model
표 표 1. 팬텀 내 층별 유전상수 및 두께 Table 1. Dielectric constant and thickness of each layer in the phantom
그림 그림 5. T-형 결함 MPA Fig. 5 MPA with T-type deefect
그림 그림 6. 정상 다리 팬텀 상에서 쌍 T-형 결함을 갖는 MPA의 반사손실 Fig. 6 Return loss of MPA with dual T-type defectiveness on the normal leg pantom
그림 그림 7. 정상 팬텀 상에서 MPA의 반사손실과 공진주파수(bc_h=0.0mm) :(a) ls1 변화(b) ls2 변화 Fig. 7 Return loss and of MPA with T-type on the normal phantom(bc_h=0.0mm) :(a) for ls1 change (b) for ls2 change
표 표 2. T-형 결함 MPA의 크기 Table 2. Size of MPA with T-type defect
그림 그림 8. 정상 팬텀 상에서 MPA의 반사손실과 공진주파수 : bc_h 0.0 ∼ 2.0mm 변화 Fig. 8 Return loss and resonant frequency of MPA on the normal phantom(bc_h=0.0mm) : for bc_h 0.0 ∼ 2.0mm change
$그림 9. MPA에 의한 다리 골절 팬텀의 SAR 특성 Fig. 9 SAR characteristics of lower leg fracture phantom by MPA$ 그림 그림 9. MPA에 의한 다리 골절 팬텀의 SAR 특성 Fig. 9 SAR characteristics of lower leg fracture phantom by MPA

참고문헌 (10)

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J. Yoon and C. Yu, "Design and Fabrication？of Dual Linear Polarization Stack Antenna for？4.7GHz Frequency Band," Journal of the Korea？Institute of Electronic Communication？Sciences(KIECS), vol. 18, no. 2, Apr. 2023, pp.？251-258.
J. Yoon, "Design and Fabrication of Dual？Linear Polarization Antenna for 28 GHz？Band" Journal of the Korea Institute of Electronic？Communication Sciences(KIECS), vol. 17, no. 1,？Feb. 2022, pp. 13-22.

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