Design and SAR Analysis of Broadband Monopole Antenna Using Loop and T-Shaped Patches

In this paper, a broadband planar monopole antenna for multi-band services is proposed. The physical size of the proposed antenna is miniaturized by folding a rectangular loop. And a resonance point in the 3.9 GHz band is reduced by a coupling phenomenon with the central part of the T-shaped patch and the folded rectangular loop. In addition, the T-shaped patch is inserted to the rectangular shaped monopole antenna due to deriving the broadband frequency characteristics. The frequency characteristic is optimized by adjusting the gap and length of the folded rectangular loops and a transverse diameter of the T-shaped patch. The antenna dimensions including the ground plane are $40{\times}60{\times}1.6mm^3$. It is fabricated on the FR-4 substrate(${\epsilon}_r$=4.4) using a microstrip line of $50{\Omega}$ for impedance matching. In the measured result, the bandwidth corresponding to the VSWR of 2:1 is 162 MHz(815~977 MHz) and 2,530 MHz(1.43~3.96 GHz). For analyzing the human effect by the proposed antenna, 1 g and 10 g averaged SARs are simulated and measured. As the simulated results, 1 g-averaged SAR is 1.044 W/kg, and 10 g-averaged SAR is 0.718 W/kg. This result are satisfied by the SAR guidelines which are 1.6 W/kg(1 g-averaged) and 2.0 W/kg(10 g-averaged).

사각 루프와 T자형 패치를 결합한 광대역 평면형 모노폴 안테나 설계 및 SAR 분석

본 논문에서는 다중 대역 서비스를 위한 평면형 모노폴 안테나를 설계 및 제작하였다. 제안된 안테나는 기본적인 사각 루프 구조를 내부로 접어 안테나의 크기를 소형화 시켰으며, T자형 패치의 끝단의 중앙 부분과 내부로 접은 사각 루프 선로에서의 커플링 현상을 이용하여 3.9 GHz 대역에서 추가 공진을 만들었다. 또한 사각 루프 형태의 모노폴 안테나에 T자형 사각 패치를 삽입시킴으로써 광대역 주파수 특성을 나타나도록 유도하였으며, 내부로 접은 사각 루프의 선로들의 간격 및 길이와 T자형 패치의 가로 길이를 조정함에 따라 주파수 특성을 최적화 하였다. 제안하는 안테나는 $40{\times}60{\times}1.6mm^3$ 크기의 비유전율 4.4인 FR-4 기판 위에 설계하였으며, 급전은 임피던스 $50{\Omega}$의 마이크로스트립 선로를 사용하였다. 측정 결과, VSWR 2:1 기준으로 대역폭은 162 MHz(815~977 MHz)와 2,530 MHz(1,430~3,960 MHz)으로 측정이 되었다. 제안된 안테나의 전자파 흡수율(SAR)을 알아보기 위하여 1 g 및 10 g 평균 SAR을 계산 및 측정을 실시하였으며, 모의실험 결과, 1 g 평균은 1.044 W/kg, 10 g 평균은 0.718 W/kg으로 SAR 기준치인 1.6 W/kg(1 g 평균) 및 2.0 W/kg(10 g 평균)을 만족하는 결과를 보였다.