[논문]휴대 단말형 MIMO 안테나 설계 및 성능 평가

문효상; 전계석; 이범선

휴대 단말형 MIMO 안테나 설계 및 성능 평가
Design and Performance Evaluation of MIMO Antenna for Handheld Devices 원문보기

한국통신학회논문지. The journal of Korea Information and Communications Society. 무선통신, v.33 no.12A, 2008년, pp.1233 - 1241

문효상 (경희대학교 전자전파공학과) , 전계석 (경희대학교 전자정보대학) , 이범선 (경희대학교 전자정보대학)

초록
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본 논문에서는 UMPC급의 휴대 단말에 장착 가능한 소형 MIMO 안테나를 설계 및 측정 분석하였다. 제안된 MIMO 안테나는 두 개의 노치 안테나와 하나의 변형된 모노폴 안테나를 이용해서 $40mm\;{\times}\;100mm$ 기판안에 세개의 방사 소자를 넣은 것이다. 각 안테나는 중심 주파수 1.8GHz에서 80-200MHz의 대역폭을 가진다. 또 전 주파수 대역에서 격리도가 l0dB 보다 크게 나타나고 있다. 제안된 MIMO 안테나의 성능 평가를 위해서 ARC/TARC, correlation, MEG를 소개하고 안테나의 성능을 평가 하였다. 포락선 상관도는 0.04이하로 계산되었고 평균 유효 이득(MEG)은 1에 가깝게 나타났다.

Abstract ▼ AI-Helper

We design, fabricate, and measure a MIMO antenna system mountable on a small PCB (such as UMPC). The proposed antenna system accommodates three radiation elements on the PCB area of $40mm\;{\times}\;100mm$. Two of them employ a slot type and one uses a modified monopole with an inverted L shape expecting high isolation and polarization purity. The bandwidth of each proposed MIMO antenna ranges from 80MHz and 200MHz at the center frequency of 1.8 GHz. The isolations between ports have been found to be greater than 10dB over the interested frequency band. Besides, the proposed MIMO system has been evaluated in terms of ARC(Active Reflection Coefficient, TARC(Total ARC), correlation, MEG, and etc. The envelope correlation is calculated to be much less than 0.04 and the ratio of the mean effective gain(MEG) between the antennas is found to be close to unity.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

현재 진행된 이 분야의 연구로는 PIFA 안테나를 사용한 방법'긔, 입체적 구조를 이용한 안테나를 이용한 방법同등 다양한 방법이 제시되고 있다. 본 논문에서 이러한 연구를 발판으로 보다 제작이 용이한 UMPC급 단말기에 적용이 가능한 일체형 MIMO 안테나 구조를 제안한다. 또 제안된 안테나의 성능 평가를 통해서 다른 MIMO 안테나에도 적용 가능한 성능 평가 방법을 통해 성능을 분석한다.

제안 방법

ARC/TARC 는 격리도에 의해서 가장 큰 영향을 받는 측정 요소이기 때문에 MIMO 안테나로 사용하기 위해서는 더 높은 격리도 기준이 필요한 것으로 나타났다. 다이버시티 이득을 향상을 위한 일반적 조건 p<0.5 과 Pm = Pn 조건을 correlation 계산과 MEG비계산을 통하여 확인하였다.
본 논문에서 이러한 연구를 발판으로 보다 제작이 용이한 UMPC급 단말기에 적용이 가능한 일체형 MIMO 안테나 구조를 제안한다. 또 제안된 안테나의 성능 평가를 통해서 다른 MIMO 안테나에도 적용 가능한 성능 평가 방법을 통해 성능을 분석한다.
본 논문에서는 MIMO 안테나를 사용하는 다중안테나 기술에 대해서 분석하고 그중에서 현재 많은 연구가 이루어지고 있는 MIMO 기술이 적용 가능한 소형 단말기에 적용 가능한 MIMO 안테나를 설계 및 측정하고 이 안테나의 성능을 분석 하였다 제안된 MIMO 안테나는 두 개의 노치 안테나와 하나의 변형된 모노폴 안테나를 이용해서 40mm X 100mm 기판안에 세 개의 안테나를 넣었다. 각 안테나는 중심 주파수 1.
본 소단원에서는 ARC/TARC^ 이용해서 제안한 안테나의 성능을 평가한다.
서론에서 소개한 소형 MIMO 안테나들을 응용하여 MIMO 시스템에서 사용 가능한 새로운 단말 기일체형 MIMO 안테나의 설계를 제안 한다 이 MIMO 안테나는 좁은 공간에서 서로간의 격리 도를 높이기 위해서 각 안테나의 편파가 수직이 되도록 설계 하였다
이 소단원에서는 안테나 다이버시티 기술 그리고 통계적인 전파 모델을 간단하게 소개한다 그리고 제 안한 MIMO 안테나의 correlation, MEG (Mean Effective Gain) 를 계산한다.
제안된 MIMO 안테나의 성능 평가를 위해서 ARC/TARC, correlation, MEG를 소개하고 성능을 평가 하였다 또 성능 평가를 위해서 비교군으로 이상적인 Dipole 안테나를 동시에 성능을 평가 하였다. ARC/TARC를 통하여 제안한 MIMO 안테나의 성능 분석을 한 결과 제안한 MIMO 안테나의 성능이 열화 되는 것을 확인 할 수 있었다.
제안된 MIMO 안테나의 성능을 분석한다. 그림 3(a) 에서 각각의 안테나들이 1.

대상 데이터

제안된 소형 MIMO용 안테나는 중심주파수가 1.8GHz로 설계되었다. 형태는 그림 1과 같다.

성능/효과

하였다. ARC/TARC를 통하여 제안한 MIMO 안테나의 성능 분석을 한 결과 제안한 MIMO 안테나의 성능이 열화 되는 것을 확인 할 수 있었다. ARC/TARC 는 격리도에 의해서 가장 큰 영향을 받는 측정 요소이기 때문에 MIMO 안테나로 사용하기 위해서는 더 높은 격리도 기준이 필요한 것으로 나타났다.
그림 8은 제안한 MIMO 안테나의 ARC 그래프이다. 결과를 보면 각 안테나의 반사 계수가 다른 안테나에서 나오는 신호의 위상값이 변함으로 인해서 반사계수에 영향을 받는 것을 확인할 수 있다

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