Generalized Scattering Matrix를 이용한 배열안테나의 특성 분석 및 Compressive Sensing 기반의 DOA 추정 기법

Abstract

본 논문은 배열안테나의 특성과 compressive sensing과 결합된 direction of arrival (DOA) 추정 기법을 generalized scattering matrix (GSM)과 spherical mode analysis를 활용하여 분석한 논문이다. 통신기술의 발달로 인해 배열안테나의 사용이 늘어남에 따라 이에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 다수의 안테나를 좁은 공간에 집적시켜 사용하는 배열안테나는 기본적으로 개별안테나들 사이의 mutual coupling으로 인해 그 특성이 변한다. 이로 인해, 실제 구현된 배열안테나는 설계 시 예상했던 것과는 다른 성능을 보여 최적의 성능을 구현하는데 어려움이 있다. 개별안테나의 특성을 나타내는 GSM과 배열안테나의 구조를 이용하면 나타낼 수 있는 배열안테나의 overall GSM은 기본적으로 개별 안테나간의 mutual coupling 특성을 포함하고 있다. 본 논문에서는 먼저, 배열안테나의 overall GSM을 활용한 active impedance와 radiation pattern 등의 특성을 분석하였다. 그리고 3×4 dipole 배열안테나를 예로 들어 이를 검증하였다. 더 나아가, overall GSM을 활용한 compressive sensing 기반의 DOA 추정 기법을 제안하였다. MUSIC, ESPRIT 알고리즘 등을 활용한 기존의 DOA 추정 기법의 대부분은 안테나 간의 mutual coupling을 고려하지 않았기 때문에, 실제 배열안테나에 유기된 전류를 이용할 경우, 정확도가 떨어지게 된다. 이를 보완하기 위해 overall GSM을 이용해 mutual coupling을 고려한 각 포트의 전류를 구하고, 이를 활용한 measurement matrix를 구성한 뒤, compressive sensing 기반의 DOA를 수행하였다. 이 역시 3×4 dipole 배열안테나의 예를 통해 검증하였다.