Design of the Linked Patch Monopole Antenna and Its SAR Analysis along with Antenna Direction

In this paper, the monopole antenna for satisfying GSM900/DCS1800/PCS1900/UMTS2100 services is designed. We can get the characteristic of the low frequency bands by connecting the front patch to the back patch of the antenna and get the low frequency resonance band using a front patch slit. The proposed antenna total volume is $40{\times}98{\times}1.6\;mm^3$, and it is designed on the FR-4 substrate having a relative dielectric constant of 4.4. As measurement result after fabrication, showed that the resonant frequency bandwidths are 156 MHz(828~984 MHz), 708 MHz(1.476~2.184 GHz) based on the return loss of 10 dB, and the radiation patterns show as the omnidirectional shapes for the E-field and H-field. For analyzing the human effects, the proposed antenna is mounted on the mobile-phone case. The averaged peak SAR over 1 g and 10 g is simulated and measured when the input power is 0.25 W. We have checked the variation of the SAR values when the antenna is mounted 4 different directions, then checked the direction having a relatively higher SAR. The results also satisfied the limiting SAR values which are 1.6 W/kg and 2.0 W/kg averaged over 1 g and 10 g tissues respectively.

연결된 패치 형태의 모노폴 안테나 설계 및 안테나 탑재 방향에 따른 SAR 분석

본 논문에서는 GSM900/DCS1800/PCS1900/UMTS2100 서비스에서 이용 가능한 모노폴 안테나를 설계하였다. 안테나의 전면 패치와 후면 패치를 연결하여 저주파 대역 특성을 얻었으며, 전면 패치에 슬릿의 크기를 조절함으로써 저주파 공진 대역을 얻을 수 있었다. 제안된 안테나의 크기는 $40{\times}98{\times}1.6\;mm^3$이며, 제작에 사용된 기판의 두께는 $1.6\;mm^3$이고, 유전율 4.4의 FR-4 기판을 사용하였다. 안테나를 제작 및 측정한 결과, 반사 손실 10 dB을 기준으로 156 MHz(828~984 MHz)와 708 MHz(1.476~2.184 GHz)의 대역폭 특성을 획득하였고, 방사 패턴은 E-field와 H-field에서 전방향성 특성을 보였다. 설계된 안테나의 전자파 인체 흡수율을 분석하기 위해 바(bar) 형태의 휴대전화 단말기에 안테나를 탑재하여 입력 전력 0.25 W에서 1 g과 10 g의 평균 SAR를 계산 및 측정하였다. 또한, 단말기 내의 안테나 탑재 방향을 네 가지 경우로 나누어 각 방향의 SAR 값 변화를 확인하였고, SAR 값이 상대적으로 높은 안테나 방향을 확인하였다. 모든 경우에서 1 g 및 10 g 평균 최대 SAR 기준치인 1.6 W/kg과 2.0 W/kg을 만족하였다.