The Journal of the Korea institute of electronic communication sciences (한국전자통신학회논문지)

Korea Institute of Electronic Communication Science (한국전자통신학회)
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Design of Broadband Microstrip Antenna for 2.5GHz with Inverted Parasite Patch and the Proximity Stub

근접 스터브와 뒤집힌 기생 패치를 이용한 2.5GHz용 광대역 마이크로스트립 안테나의 설계

  • 조기량 (전남대학교 전기전자통신공학) ;
  • 김대익 (전남대학교 전기전자통신공학) ;
  • 김건균 (전남대학교 전자통신공학)
  • Received : 2019.04.05
  • Accepted : 2019.06.15
  • Published : 2019.06.30
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Abstract

In this paper, we studied a method for a broadband stacked patch antenna structure which is widely used for bandwidth improvement. The characteristics according to the distance between the two patches were analyzed and the impedance matching was optimized by connecting parallel open stubs to the main patch feed line. The shunt matching stub is inserted underneath the parasitic patch and so it does not require additional space, which enables the proposed antenna structure to be advantageous in miniaturizing antenna. The effects of the various parameters on the antenna performance are examined, and we introduced the design procedure for the proposed antenna to operate in the frequency range of 2.3~2.7GHz. Experimental results show that the bandwidth of the proposed antenna is about 480MHz with 2.27~2.75GHz bandwidth. And the antenna gain was 5.8dBi at 2.3GHz and 7.8dBi at 2.6GHz within the bandwidth.

본 논문에서는 마이크로스트립 안테나의 대역폭을 넓히기 위해 많이 사용되는 적층형 구조를 연구하였다. 두 패치간 거리에 따른 특성을 분석하고 주 패치 급전 선로에 병렬 개방 스터브를 연결하여 임피던스 정합을 최적화하였다. 병렬 스터브는 기생 패치와 접지면 사이로 이루어지는 영역 내부에 삽입되므로 정합회로를 위한 별도의 공간이 필요하지 않아서 소형화에 유리한 구조이다. 여러 가지 파라미터들이 안테나 특성에 미치는 영향을 분석하고, 제안된 구조의 안테나를 2.3~2.7GHz 대역에 적합하도록 최적화하였다. 실험 결과, 제안한 안테나의 주파수대역은 2.27~2.75GHz로써 대역폭은 약 480MHz이며, 스터브가 없는 스택 구조 안테나에 비해 약 160MHz의 광대역 특성을 얻었다. 안테나 이득은 대역폭 내에서 2.3GHz에서 최소 5.8dBi, 최대 2.6GHz에서 7.8dBi를 얻었다.

Keywords

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그림 1. 제안된 안테나 구조도 Fig. 1 Structure of the proposed antenna

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그림 2. 스터브와 주 패치 사이 간격 변화에 따른 반사손실 Fig. 2 Return loss according to space variations between stub and main patch

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그림 3. 스터브 길이 변화에 따른 반사손실 Fig. 3 Return loss according to stub length variations

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그림 4. 주파수별 최대 이득 Fig. 4 Max gain according to frequency variations

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그림 5. 제안된 안테나 도면 Fig. 5 Drawing of proposed antenna

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그림 6. 반사손실 결과(시뮬레이션 & 측정 데이터) Fig. 6 Return loss result(Simulation & Measured Data)

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그림 7. 제작된 안테나 사진 Fig. 7 Photos of fabricated antenna

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그림 8. 제안된 안테나의 방사패턴 결과 Fig. 8 Radiation results of proposed antenna

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그림 9. 안테나의 이득 측정을 위한 셋업 Fig. 9 Test setup for antenna gain measurement

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그림 10. 두 안테나의 주파수별 최대 이득 비교 Fig. 10 Comparison of measured max gains of two antennas according to frequency

표 1. 안테나의 최적화 설계 치수 Table 1. Optimized parameter values of the designed antenna

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표 2. 측정된 이득 Table 2. Measured gain

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