Meander monopole LTCC antenna for ISM 2.4 GHz

In this paper a design and properties of a miniature meander monopole antenna, made with the use of LTCC (Low Temperature Cofired Ceramics) technology, are described. Such an antenna has a very simple geometrical structure and possess appropriate characteristics for applications in the ISM 2.4 GHz frequency band, which is reserved for industrial, scientific and medical applications and is freely available e.g. to the users of Wi-Fi or Bluetooth systems. The antenna is designed and optimized using ANSYS HFSS software. The final structure consists of an appropriately meandered monopole fed by a 50 Ω microstrip line. The obtained structure has dimensions of 22 x 32.2 mm and is 1.3 mm thick. Four antenna structures on LTCC DuPont 951 tape are manufactured in order to validate the design. Conductive parts are screen printed using silver paste DP 6145 and then со-fired. The network parameters of these four samples are tested by means of a vector network analyzer and a comparison between simulated and measured results are shown and discussed. In order to improve antenna performance the post-firing technique is used to tune the antenna length, and this eventually allowed us to obtain the required antenna parameters.

---

W tym artykule opisany został projekt i właściwości miniaturowej meandrowanej anteny monopolowej, która została wykonana w technologii LTCC (ang. Low Temperature Cofired Ceramics). Taka antena charakteryzuje się bardzo prostą geometrią i posiada właściwe charakterystyki do pracy w paśmie ISM 2,4 GHz, które jest dedykowane dla zastosowań w przemyśle, medycynie i nauce, oraz jest darmowo dostępne np. dla użytkowników sieci Wi-Fi lub Bluetooth. Antena jest zaprojektowana i modelowana w środowisku ANSYS HFSS. Finalna struktura składa się z odpowiednio meandrowanego monopolu pobudzanego 50 Ω linią mikropaskową. Gotowa struktura ma wymiary 22 x 32,2 mm i 1,3 mm grubości. W celu sprawdzenia poprawności projektu wykonane zostały cztery struktury na podłożach LTCC DuPont 951. Przewodząca pasta srebrowa DP 6145 jest nadrukowana na podłożu ceramicznym, a całość współwypalona. Parametry obwodowe czterech takich struktur zmierzono przy użyciu wektorowego analizatora sieci, oraz porównano wyniki symulacji z pomiarami. W celu poprawy działania anteny, zmieniono długość anteny dodatkowo nanosząc i wypalając przewodzącą warstwę grubą, co ostatecznie pozwoliło na osiągnięcie pożądanych parametrów anteny.