5GHz 대역 T-Slot 구조 마이크로스트립 패치 안테나 설계 및 특성 연구

Design and Characterization of a 5 GHz Band T-Slot Microstrip Patch Antenna

본 연구에서는 슬롯(Slot) 구조를 적용한 마이크로스트립 패치 안테나를 설계하고, 시뮬레이션 및 제작을 통해 성능을 검증하였다. 목표 사양은 중심 주파수 5.2GHz, 삽입 손실 –35dB 이하, –10dB 대역폭 180MHz 이상, VSWR 1.2 이하이며, 이를 달성하기 위해 HFSS 시뮬레이션을 기반으로 T형 슬롯이 삽입된 구조를 설계하였다. 패치의 폭(W), 길이(L), 급전 구조(F, W1, L1) 등의 설계 파라메트의 변화를 통해 안테나 특성을 분석하고 최적화하였다. 설계된 구조는 FR-4 기판(유전율 4.4, 두께 1.6mm)을 사용하여 박막 포토리소그래피 공정을 통해 제작되었으며, 제작된 안테나는 회로망 분석기를 통해 측정되었다. 측정 결과, 중심 주파수는 5.2GHz, 삽입 손실 –35dB, 대역폭 220MHz, VSWR 1.03으로 설계 목표를 만족하는 우수한 성능을 확인하였다. 본 연구에서 제안된 안테나는 소형화, 고지향성, 대역폭 확대 등의 장점을 바탕으로, 차세대 무선랜(Wi-Fi 6E/7), 5G 통신, IoT 및 고밀도 네트워크 환경에서의 응용 가능성이 매우 높고, 향후에는 인

This study presents the design and performance verification of a microstrip patch antenna incorporating a slot structure. The antenna was designed to meet target specifications including a center frequency of 5.2 GHz, return loss below –35 dB, –10 dB bandwidth exceeding 180 MHz, and a voltage standing wave ratio (VSWR) less than 1.2. To achieve these goals, a T-shaped slot configuration was implemented and optimized through parametric sweeps of key parameters such as patch width (W), length (L), and feed structure dimensions (F, W1, L1) using HFSS electromagnetic simulations. The optimized antenna was fabricated on an FR-4 substrate (dielectric constant 4.4, thickness 1.6 mm) via photolithography thin-film processing. Measured results obtained from a vector network analyzer demonstrated excellent agreement with the design targets, achieving a center frequency of 5.23 GHz, return loss of –35 dB, bandwidth of 220 MHz, and VSWR of 1.03. The proposed antenna exhibits advantages in miniaturization, high directivity, and bandwidth enhancement, making it highly suitable for next-generation wireless applications such as Wi-Fi 6E/7, 5G communication, IoT devices, and dense network environments. Future work may focus on further performance improvements through artificial intelligence-based optimization and the integration of metamaterial structures.