Design of a Double-Faced Monopole Antenna Using the Coupling Effect of Induced Currents

In this paper, the dual-faced monopole antenna, which is arranged by numerous rectangular ring patches in sequence for the multi-bands is proposed. The ring type structure of the patch can be increased the bandwidth. Therefore the bandwidth and beam width are improved by using multiple arrayed patches. When the ring type patches are inserted serially, the resonance frequencies are occurred by the current flow from the first ring patch. It is possible because the gap between the patches is very narrow. In addition, if the patches are composed on the same plane as the feed-line, fabrication could be very difficult because the gap between the patches is extremely narrow. The thickness and permittivity of the antenna, moreover, are very important parameters because both sides of the substrate are used. We finally found the optimal thickness and permittivity to generate the coupling effect by simulation. All patches are consisted of 4-steps which the patch size was decreased 85 % by each step. In conclusion, the resonant frequency bands are 1.75~2.6 GHz(850 MHz), 3.24~3.46 GHz(220 MHz), 3.8~4.0 GHz(200 MHz), and 4.4~4.9 GHz(500 MHz).

유도 전류의 커플링 효과를 이용한 모노폴 안테나 설계

본 논문에서는 안테나의 크기를 소형화하고, 동시에 다중 대역 서비스를 만족하는 다중 링 패치를 이용한 양면형 모노폴 안테나를 제안하였다. 사각 링 형태의 패치를 사용하여 대역폭을 증가시키고, 다수의 링 패치를 연속적으로 배열함으로써 링 패치의 단점인 빔 폭을 증가시켰다. 다수의 링 패치를 연속적으로 삽입하면, 첫 번째 패치로부터 전류가 연쇄적으로 흘러 공진이 발생한다. 이는 패치 간의 간격이 매우 좁기 때문에 가능하다. 다중 링 패치를 동일면에 모두 배열할 경우, 패치 간의 간격이 매우 좁아, 이를 해결하기 위하여 기판의 앞면과 뒷면에 순차적으로 설계하였다. 다중 대역 특성을 얻기 위해서 패치를 기판의 양면에 순차적으로 배열하였기 때문에 안테나의 기판 두께와 비유전율이 본 안테나의 중요한 파라미터가 된다. 따라서 두 파라미터에 대해 모의실험을 통해 최적의 값을 찾아내고, 한쪽 면에 패치가 있는 경우와 거의 동일한 효과를 발생시켰다. 전체적인 패치는 기본 링형 패치에서 단계별로 85 %를 감소시켜, 총 4단계의 패치로 구성하였다. 이로 인하여 제안된 안테나는 1.75~2.6 GHz(850 MHz), 3.24~3.46 GHz(220 MHz), 3.8~4.0 GHz(200 MHz), 4.4~4.9 GHz(500 MHz)의 주파수 대역을 만족한다.