밀리미터파 5G 응용을 위한 엔드파이어 방사패턴을 갖는 저자세 수직편파 위상 배열 안테나

Abstract

밀리미터파 대역 기반의 5G 시스템에서는 주파수 특성상 무선 채널에서의 높은 경로손실을 보상하고 넓은 빔 커버리지를 확보하기 위해 고이득의 위상 배열 안테나를 주로 사용한다. 한편 기지국과 달리 구조적 제약을 갖는 디바이스의 경우, 측면 방향으로 넓은 커버리지를 갖는 저자세의 위상배열 안테나를 구현하는 것은 도전과제이다 [1]. 이를 위해 비발디 안테나, 평면형 쿼지 야기-우다 등 다양한 엔드파이어 안테나 구조가 연구되었으나 이러한 안테나들은 수평편파 특성을 가지며 구조적으로 수직 편파를 형성하기 어려워 편파 다양성(Polarization Diversity)을 지원할 수 없는 한계를 가진다. 엔드파이어 방사 패턴과 수직 편파를 동시에 확 보하기 위해 [1]에서는 LTCC 공정을 이용한 mesh-grid 패치 안테나를 제안하였고, [2]에서는 λ/4 모노폴처럼 동작하는 비아를 삽입하였다. 그러나, [1]은 구조가 복잡하며 공정 비용이 비싸고, [2]는 λ/4에 해당하는 기판에만 적용할 수 있어, 시스템 적용성에 한계를 갖는다. [3]에서는 다양한 두께의 PCB 상에 구현할 수 있는 폴디드 슬롯 안테나를 제안하였으나, 떨어진 두 기판 사이에 금속 기둥이 배치된 구조로, 여전히 저자세로 구현할 수 없는 한계점을 갖는다. 본 논문에서는 기존 연구들의 한계점을 극복하는 구조로서 밀리미터파 대역 저자세의 수직편파 양방향 엔드파이어 배열 안테나를 제안한다.