The length of a conventional wall-shorted PIFA can be reduced from $~λ_0/4$ to $~λ_0/16$ by a folding operation, which results in a double stacked shorted patch structure with a resonant frequency that can be controlled by modifying the distance among the stacked (upper, middle and lower) patches. A theoretical analysis based on a simple transmission line model is presented and compared with simulation results. The physical insight of the variation of the resonant frequency for this reduced-size antenna can be understood by considering the antenna as a shorted patch loaded with a capacitor. To overcome the bandwidth problem, we increase total height as a whole with tuning process. An experimental verification is carried out for a 9 mm × 9 mm × 11 mm two folded shorted patch prototype designed for the 2.4 GHz ISM band that can achieve a 7.36 dB (VSWR < 2.5) return loss bandwidth of 4% and results in a nearly omni-directional radiation pattern.
기존의 PIFA 안테나의 길이는 $λ_0/4$ 로서 그 크기가 너무 큰 것이 단점으로 지적되어왔다. PIFA 안테나의 크기를 줄이기 위한 연구의 결과로서 커패시티브 로딩 PIFA 나 접힌 구조의 접지된 패치 안테나가 제안되었다. 이 구조에서 안테나의 길이는 $λ_0/8$ 로서, 기존의 PIFA보다 그 크기를 반으로 줄일 수 있었다.
이 논문에서는 안테나의 크기를 $λ_0/16$ 까지 줄일 수 있는 구조로서 두 번 접어 접지 시킨 안테나를 제안하였다. 접힌 패치사이의 거리를 조절함으로써 공진주파수를 조절할 수 있었고, 적절한 급전위치를 선택함으로써 50Ω 정합을 이룰 수 있었다. 전송선로 모델을 바탕으로 이론적 분석을 제시하였고, 시뮬레이션과정을 통해 이론적 결과와 비교하였다. 접힌 구조의 접지된 패치 안테나가 커패시티브 로딩 PIFA 와는 다른 등가 커패시턴스를 형성하여 안테나의 크기를 줄였던 것처럼 제안된 안테나는 접힌 구조의 접지된 패치 안테나에 다른 형태의 커패시턴스 성분을 추가하여 안테나의 크기를 줄일 수 있었다.
대역폭 문제를 해결하기 위하여 안테나의 전체적인 높이를 조절하여 정재파비 2.5:1을 기준으로 86 MHz 의 대역폭 (공진주파수 2.44 GHz) 을 얻을 수 있었 다. 실제 제작된 안테나의 크기는 9 mm × 9 mm × 11 mm 이고, 측정값과 시뮬레이션 값과 매우 일치하며 측정된 방사패턴 또한 전방향성을 보였다. 제안된 구조는 기존의 무선랜 안테나의 일반적인 크기보다 그 길이를 반으로 줄인 장점을 가지고 있고, 무선랜 표준인 IEEE 802.11 b / g 의 주파수 대역인 ISM 대역(2.4 GHz ~ 2.483 GHz)에 적합한 안테나로 사용될 수 있다.
