특성 모드 이론을 이용한 좌우대칭 도체에서의 다중 포트 MIMO 안테나 설계 방법론

Abstract

본 논문에서는 특성 모드 이론에 기반한 다중 포트 MIMO 안테나 설계 방법을 제안한다. 보다 구체적으로는, 하나의 대칭 축이 있는 도체를 다중 포트 MIMO 안테나로 설계하는 방법론을 제시한다. MIMO 통신 기술의 발달로 정해진 공간내에서의 다중의 독립적인 안테나 설계를 필요로 한다. 특성 모드 이론은 정해진 도체에서의 직교하는 공진 모드들을 제공해주고, 이와 모드 디커플링 네트워크를 이용하면 주어진 도체를 이용한 MIMO 안테나 설계가 가능하다고 알려져 있다. 하지만, 안테나의 수가 늘어남에 따라 모드 디커플링 네트워크는 복잡한 설계가 요구된다. 이전에는 이를 보다 간한하게 구현하기 위해 상하좌우대칭 도체에서의 MIMO 안테나의 설계가 요구되었다. 본 논문에서는 좌우대칭 도체에서의 보다 간단한 다중 포트 MIMO 안테나 설계 방법을 제안한다. 보다 자세하게는, 간단한 모드 디커플링 네트워크 구현은 특성 모드를 급전하는 커플링 요소의 설계에 의존적이기에, 이에 대한 위치 및 모양에 대한 설계 방식을 제안한다. 제안된 설계 방법론을 검증하기 위해서, 2.4GHz- ISM 대역에서 동작하는 생체모방형 드론에 사용되는 삼중 안테나를 제작 및 측정하였다. 이 안테나는 50 mm 61.5 mm 10 mm 의 크기를 가지며, FR-4 단층 기판을 이용하여 설계되었다. 측정 결과, mutual coupling은 -20 dB 이하로 낮은 커플링을 제공하였고, 안테나 패턴 간의 상관도를 나타내는 지표인 envelope correlation coefficient는 0.001보다 낮은 값을 제공하였기에 MIMO 통신용으로써 적합함을 보였다.