Pattern- and Polarization- Reconfigurable Block Cell Antenna Concept for Universal Millimeter-wave Applications

Abstract

본 학위 논문은 기존에 5G 안테나의 솔루션으로 제안되어온 재구성 안테나 연구들과 달리, 안테나 구조 내부에 PIN 다이오드, MEMS, 트랜지스터와 같은 능동 소자를 사용하지 않고 위상 천위기만을 사용하는 블럭셀 안테나 (Block Cell Antenna) 개념이 제안된다. 블럭셀 안테나는 포트에 인가되는 신호의 크기와 위상의 변화를 통해 제어되므로, 상용 5G 통신 모듈과 호환된다. 먼저, 단위 블럭셀의 개념이 제안되어 수식적으로 시뮬레이션 결과와 비교 분석된다. 단위 블럭셀을 통해 1차원, 2차원 배열로 확장된 블럭셀 구조에서 모드의 다양성을 가짐이 시뮬레이션과 측정을 통해 검증된다. 2개의 포트로 구성된 단위 블럭셀에서 90도 단위의 위상지연을 가질 경우, 4개의 모드를 가진다. 최종적으로 제안된 4×4 블럭셀 안테나에서는 총 15가지의 모드가 얻어지며, 모드들은 다양한 안테나 이득, 편파 및 피크 이득 방향을 갖는다. 실제 제작된 4×4 블럭셀 안테나는 상용 28 GHz RF 통신 모듈과 연동되어 시연된다.

A passive pattern- and polarization-reconfigurable block cell antenna concept that is compatible with millimeter-wave phased array architectures is devisedd in 28 GHz. This block cell concept, unlike the conventional reconfigurable antennas, does not use an active component in the antenna structure but uses only the magnitude and phase delay of the signal excited to the ports. The magnitude and phase differences to each port enable the antenna to have various modes. A unit block cell has four different modes using 90o phase resolution in two ports. Due to the two-dimensional symmetric expansion of the antenna from a unit block cell structure, the two-dimensionally expanded antenna can have various antenna gains, polarizations, and peak gain directions. The antenna demonstration was conducted by using a fabricated 4×4 block cell antenna and a 28 GHz RF module. The optimized antenna has 15 different modes.