Compact 0th Order Antenna for 2.4 GHz ISM Band

In the present study, compact $0^{th}$ order resonant antenna for 2.4 GHz ISM frequency band is newly proposed. In case of wireless communication systems such as wi-fi, bluetooth and Zigbee, antennas with omni-directional radiation pattern are necessary because of the demands for uniformly received electric field strength without variation for direction. It is well-known that $0^{th}$ order resonant antennas are not only advantageous for miniaturization but also have advantage of maintaining omni-directional radiation pattern. The proposed antenna is composed of two-element array in which the size of unit element should be smaller than ${\lambda}/4$ correspondent to the resonant length of typical monopole antennas The proposed antenna which is placed at middle and upper side of PCB with $50{\times}50mm^2$ size is designed and fabricated within limited space of $8{\times}5mm^2$. The measured impedance bandwidth ($S_{11}{\leq}-10dB$) is about 100 MHz (2.4~2.5 GHz) which corresponds to quite wide bandwidth in comparison with the antenna size, and also the measured peak gain over the passband is more than 3 dBi which is thought to be slightly wider than the other $0^{th}$ order resonant antenna.

2.4 GHz ISM대역용 소형 0차 공진 안테나

본 논문에서는 2.4 GHz ISM대역에서 사용가능한 0차 공진 안테나를 새롭게 제안하였다. 2.4 GHz ISM대역을 사용하는 Wi-fi, Bluetooth 및 Zigbee와 같은 무선통신 시스템의 경우, 방향에 따른 수신 전계강도의 변화가 없는 전방향 방사패턴을 가진 안테나의 사용을 필요로 한다. 0차 공진 안테나의 경우 안테나의 공진길이에 무관하게 소형화에 유리할 뿐만 아니라 전방향성의 방사패턴을 가지는 장점이 있다. 제안된 안테나는 단위 요소셀의 크기를 모노폴 안테나의 공진길이인 ${\lambda}/4$이하로 정하고 이를 2소자로 배열한 형태이다. 설계에 이용된 PCB의 크기는 $50{\times}50mm^2$이고 제안된 안테나는 PCB의 중상부에 $8{\times}5mm^2$의 제한된 크기로 설계 및 제작되었다. 제작된 안테나의 특성측정결과, 임피던스 대역폭($S_{11}{\leq}-10dB$)이 100 MHz (2.4~2.5 GHz)로 크기에 비해 꽤 넓은 대역폭을 얻을 수 있었으며, 해당 대역에서 3 dBi 이상의 높은 이득을 얻을 수 있었다.