• The Journal of the Korea institute of electronic communication sciences
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• v.16 no.2
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• pp.385-394
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• 2021

In this paper, a new equation of electromagnetic wave transmission matrix was proposed to calculate the reflected power and transmitted power for the multi-layered planar lossy structure. The applied human leg was modeled as a four-layer planar structure of skin, fat, muscle and bone. The complex dielectric constant to consider the loss of each of these layers was calculated using the 4-pole cole-cole model parameter. When electromagnetic waves were incident on the skin surface, total reflected and transmitted power, and human body loss were calculated for a frequency band of 0.1 to 20.0 GHz. And for various muscle thicknesses, the power reflected only from the outermost bone and re-radiated from the skin was calculated. It was confirmed that at the muscle thickness of 3.0 mm and the frequency of 4.6 GHz the return loss was -6.13 dB, which was 3.42 dB lower than the average value.

• The Journal of the Korea institute of electronic communication sciences
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• v.16 no.4
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• pp.763-770
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• 2021

In this paper, in order to exclude the influence of BAN(Body Area Network) signals operating in the ISM band, the design and optimization process of an on-body microstrip patch antenna operating at 4.567 GHz is presented. The antenna for the monitoring of the lower legs with cancellous osteoporosis is designed to be lightweight and compact with improved return loss and bandwidth. The structure around the applied lower leg consisted of a five-layer dielectric plane. Taking into account losses, the complex dielectric constant of each layer is calculated using multi Cole-Cole model parameters, whereas a unipolar model is used for normal or osteoporotic cancellous bones. The return loss of the coaxial feed antenna on the phantom is -67.26 dB at 4.567 GHz, and in the case of osteoporosis, at the same frequency the return loss difference is 35.88 dB, and the resonance frequency difference is about 7 MHz.

• Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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• 2009.11a
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• pp.83-83
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• 2009

우수한 압전성을 가지는 PZT는 인체에 유해한 다량의 PbO을 함유하여 심각한 환경문제를 야기함은 물론 제조 공정 중 PbO 휘발 억제 시설 구비에 따른 경제적 부담 등 문제점이 지적되었다. 따라서 환경오염 및 가격경쟁력을 갖추기 위해 현재 무연 조성 세라믹스에 대한 많은 연구가 진행되고 있다. 최근 비납계 압전 세라믹의 연구는 비스무스 레이어형과 페로브스카이트 형 비납계 세라믹스의 연구가 활발히 진행되고 있다. 특히 $(Na,K)NbO_3$ 계는 페로브스카이트 구조를 가지는 비납계 세라믹으로 현재 많은 연구가 진행되고 있다. 이 물질은 PZT계와 유사하게 상전이(morphotropic phase boundary:MPB)영역을 가지고 있 으며 이 영역에서 높은 압전 특성을 보여주고 있다. 최근 $Na_{0.5}K_{0.5}NbO_3$에 $LiTaO_3$를 치환하여 우수한 압전 특성을 지니는 조성이 개발되고 있지만, 보통 소성법으로 제조된 세라믹스는 PZT계 세라믹스와 비교하여 특성이 떨어진다. 본 연구에서는 압전성이 우수한 $(Na_{0.44}K_{0.52}Li_{0.44})(Nb_{0.90}Sb_{0.06}Ta_{0.04})O_3$ 조성에 도너 도핑과 억셉터 도핑을 한 다음 전기기계결합계수, 압전상수, 유전상수의 변화를 평가하고, hardener 와 softener 특성이 본조성에서 나타나는지를 관찰하였다. 실험방법은 보통 소성법을 사용하였으며, 분쇄와 혼합은 직경 3 mm zirconia ball을 사용하여 볼밀 하였다. $850^{\circ}C$ 에서 5h 하소 후 $1100{\sim}1200^{\circ}C$ 에서 소결하고, 두께 1 mm로 연마한 다음 silver paste를 $650^{\circ}C$ 에서 소부하여 전극을 형성하였다. 제작된 시편은 $90^{\circ}C$의 실리콘유에서 3~4 kV/mm의 전계를 가해 20분간 분극 처리를 수행하였다. 제작된 시편의 압전전하 상수 값은 d33-meter(APC-8000)를 이용하여 측정하였고, 유전율, 전기기계결합계수 및 기계적품질계수 등은 임피던스 분석기 (impedance/gain phase analyzer)를 이용하여 특성을 측정 하였다. 또한 전압-분극 특성의 평가에는 강유전특성 측정기(ferroelectric tester: Precision-LC, Radiant Technologies, USA)를 이용하였다.

• The Journal of Korean Institute of Electromagnetic Engineering and Science
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• v.23 no.1
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• pp.101-107
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• 2012

When wireless devises for MICS(Medical Implant Communication Service) or ISM(Industrial Scientific and Medical) bands are designed, it is necessary to verify the performance by using a human body flat phantom. However, most of studies on the phantom are limited to the biological effects of mobile-phone EMF. In this paper, semi-solid phantoms having the electric properties suggested by FCC at MICS and ISM bands are fabricated. The manufactured phantoms satisfy the electric properties($\varepsilon_r=56.7$ and $\sigma=0.94$ at MICS band, $\varepsilon_r=52.7$ and $\sigma=1.95$ at ISM band) at each band. All the composing materials for phantoms are commercially available in domestic market. Two methods using both polyethylene powder and TX-151 and glycerin at each band are proposed for diverse purpose. The electrical properties of the fabricated phantoms are measured by a dielectric probe kit and network analyzer after the lapse of one day (24 hours).

• Polymer(Korea)
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• v.32 no.1
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• pp.90-93
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• 2008

We developed a variety of polymeric jelly phantoms that can be used in hyperthermia using an electromagnetic wave as an auxiliary cancer therapy. Particularly, using an appropriate material composed of polyethylene, deionized water, and sodium chloride, jelly phantoms for brain was prepared. Also, their electrical properties were characterized by measuring the dielectric constant and conductivity. As the results, overall electrical values of the phantoms decreased with increasing the amount of the components of the materials, excepted for sodium chloride. Additionally, storage characteristics of the phantoms showed a sustainable stability up to 6 months. Based on the experimental results, it can be proposed that jelly phantoms containing a ferro-magnetic particle could be a potential material for cancer therapy following the further study on the temperature elevation effect and the evaluation of electromagnetic properties of the materials.

• Journal of Navigation and Port Research
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• v.38 no.6
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• pp.623-627
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• 2014

In recent years, wireless communication technologies in human body have received an increasing attention and the research on an antenna that can be worn also has been actively conducted. In this paper, an wearable antenna that can receive GPS signal frequency is proposed. The antenna was manufactured by using a copper polyester fabric with thickness of 0.08mm as a radiator and a ground plate, and a goatskin with thickness of 0.7mm as dielectric substrate. Cutting edges placed in diagonal direction of square patch in order to obtain a circular polarization characteristic, and the conductive cloth and leather was laminated by using a conductive epoxy. First, goatskin dielectric constant was obtained through the simulation and measurement of resonance frequency of the three square patch antennas with different size. On the basis of the results, an antenna operating in the GPS band was designed and the performance of the antenna was validated by making the experiment. The change of the characteristic of the antenna that is located on the shoulder parts of the clothing and wearing person were measured. And it was confirmed that the reception sensitivity has a similar level as compared to the commercially produced ceramic GPS antenna.

• Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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• 2010.06a
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• pp.18-18
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• 2010

전기적 에너지를 기계적 에너지로 변환하고 또한, 기계적 에너지를 전기적 에너지로 변환할 수 있는 압전 세라믹스는 압전 변압기 (piezoelectric transformer), 초음파 모터, 센서 등과 같은 응용분야에 광범위하게 사용되고 있다. 특히, 전원장치에 있어서 현재 주요 전자제품에 사용되고 있는 권선형 변압기와 같은 전자 변환기의 대체품으로 압전 세라믹스 소재의 특성을 이용한 압전변압기의 개발과 응용연구는 국내외적으로 활발히 연구되어왔다. 압전변압기는 권선형 변압기와 비교 하였을 때 누설자속이 없어 노이즈 발생이 없고, 공진주파수만을 이용하므로 출력의 파형이 정현파에 가까워 고조파 잡음이 없으며, 불연성의 특징을 가지고 있다. 추가적으로 압전 변압기는 소형화, 슬림화, 경량화가 가능하며 90%이상의 높은 효율을 얻을 수 있다. 또한, 단판형 압전변압기의 출력한계를 개선하기 위해 높은 승압비와 고출력을 갖는 적층타입의 압전변압기가 제안되었다. 압전변압기용 조성 세라믹스는 높은 에너지 변환효율을 위해서 전기기계결합계수 ($k_p$)가 커야 하며, 발열에 의한 온도 상승을 억제하기 위하여 기계적 품질계수(Qm)가 큰 것이 바람직하다. 또한, 높은 전류를 발생하기 위해서는 유전상수가 커 압전변압기의 출력측 정전용량을 크게 하여야한다. 이러한 압전변압기의 제작 조건을 위해 우수한 압전 및 유전특성을 갖는 PZT계 세라믹스가 주로 사용 되어져 왔다. 그러나, PZT계 세라믹스의 우수한 압전 및 유전특성에도 불구하고 $1000^{\circ}C$에서 급격히 휘발하는 PbO의 성질 때문에 환경적으로나 인체의 건강문제로 인해 전세계적으로 그 사용량을 제한하고 있다. 또한 적층 압전변압기의 구조적 특성상 내부전극과 함께 소결하여야 하는데, 이때 소결온도가 높으면 값비싼 Pd합량이 높은 전극을 사용하여야 한다. Pd함량이 10%미만인 Ag/Pd 전극을 사용하기 위해서는 $950^{\circ}C$ 이하에서 저온소결이 가능한 세라믹스 제조가 필수적이라 할 수 있다. 소결온도를 낮추는 방법으로는 다른 물질들을 치환하여 소결온도를 낮추는 방법과 미세분말을 만들어 그레인사이즈를 미세화 하는 방법들이 있다. 많은 미세 분말 제조 방법 중에서 Attrition mill은 일반적인 ball mill에 비해 분말의 입도를 미세하게 할 수 있어 증가된 분말의 비표면적에 의하여 반응을 촉진시킴으로써 저온소결이 가능한 세라믹스를 만들 수 있다. 따라서 본 연구에서는 소결온도가 낮으면서도 유전 및 압전특성이 우수한 조성을 사용하여 적층 압전변압기를 제작하여 전기적 특성을 조사하였다.

• The Journal of the Korea institute of electronic communication sciences
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• v.18 no.4
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• pp.587-594
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• 2023

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.