세 개의 분기선로를 갖는 WLAN에 적용가능한 삼중대역 안테나 설계 및 제작

Design and Fabrication of Triple-Band Antenna with Three Branch Lines for WLAN Applications

Abstract

본 논문에서는 WLAN 표준화에 적합하도록 삼중대역 안테나를 설계, 제작 및 측정하였다. 마이크로스트립 급전방법을 적용하여 세 개의 마이크로스트립 선로를 갖도록 설계하였으며 임피던스 특성을 향상시키기 위해 하나의 스터브 추가하여 삼중대역 특성을 얻었다. 요구되는 주파수 대역과 임피던스 대역폭을 얻기 위해 세개 분기 선로의 길이와 폭을 설정하고 스터브 길이를 조정하고 최적화하였다. 제안된 안테나는 $24.0mm(W){\times}60.0mm(L){\times}1.0mm(t)$의 유전체 기판 위에 $23.0mm(W_2+W_4){\times}53.1mm(L_1)$의 크기로 제작되었다. 제작 및 측정 결과로부터 900 MHz에서는 159 MHz (841~1000 MHz), 2400 MHz 대역에서는 630 MHz (2.32~2.95 GHz) 그리고 5000 MHz 대역에서는 1,040 MHz (4.95~5.99 GHz)의 대역폭을 얻었다. 또한 무반사실의 측정결과로부터 제작된 안테나의 이득과 방사패턴 특성을 확인하였다.

In this paper, a monopole antenna applicable to WLAN standardization is designed, fabricated, and tested. The proposed antenna is designed to have three microstrip lines based on microstrip feeding method and inserted one stub to enhance impedance characteristics. Then, it obtained triple band characteristics of the proposed antenna. We adjusted and optimized the lengths and width of the three microstrip lines and one inserted stub to obtain the required impedance bandwidth for this paper. The proposed antenna has $23.0mm(W){\times}53.1mm(L1)$ on a dielectric substrate of $24.0mm(W1){\times}60.0mm(L){\times}1.0mm$ size. From the fabrication and measurement results, bandwidths of 158 MHz (841 to 1000 MHz) for 900 MHz band, 630 MHz (2.32 to 2.95 GHz) for 2400 MHz band, and 1,040 MHz (4.95 to 5.99 GHz) for 5000 MHz band were obtained based on the impedance bandwidth. The fabricated antenna also obtained the measured gain and radiation pattern characteristics in the required triple band of the proposed antenna.

그림 1. 제안된 안테나의 구조 Fig. 1 Configuration of the proposed WLAN antenna

그림 2. L₂ 길이 변화에 따른 반사손실 특성 Fig. 2 Return loss characteristic of the effect of the L₂.

그림 3. L₃ 길이 변화에 따른 반사손실 특성 Fig. 3 Return loss characteristic of the effect of the L₃.

그림 4. L₉ 길이 변화에 따른 반사손실 특성 Fig. 4 Return loss characteristic according to the length of L₉.

그림 5. 스터브 유무에 따른 반사손실 특성 Fig. 5 Return loss characteristic according to the with and without stub

그림 6. 제안된 안테나의 설계 과정에 따른 반사손실 특성 Fig. 6 Return loss characteristics of the proposed antenna design process

그림 7. 제안된 안테나의 전류 분포(a) 922.5 MHz, (b) 2.42 GHz, and (c) 5.44 GHz. Fig. 7 The current density of proposed antenna (a) 922.5 MHz, (b) 2.42 GHz, and (c) 5.44 GHz.

그림 8. 제안된 안테나의 시제품 (a) 앞면 그리고 (b) 뒷면 Fig. 8 Prototype of the proposed antenna: (a) front view and (b) back view

그림 9. 제안된 안테나의 측정된 반사손실 결과 Fig. 9 The measured return loss results of the proposed antenna

그림 10. 910 MHz에서 측정된 3-D 방사패턴 Fig. 10 Measured 3-D radiation pattern in 910 MHz

그림 11. 2.44 GHz에서 측정된 3-D 방사패턴 Fig. 11 Measured 3-D radiation pattern in 2.44 GHz

그림 12. 5.35 GHz에서 측정된 3-D 방사패턴 Fig. 12 Measured 3-D radiation pattern in 5.35 GHz

그림 13. 5.75 GHz에서 측정된 3-D 방사패턴 Fig. 13 Measured 3-D radiation pattern in 5.75 GHz

그림 14. 제안된 안테나의 측정된 최대 그리고 평균 이득 Fig. 14 Measured peak and average gains of the proposed antenna

표 1. 설계된 안테나의 파라미터들 Table 1. parameters of the designed antenna