Wireless communication devices require high data rate for various mobile services. Multiple-Input-Multiple-Output (MIMO) antenna which uses several antennas at both transmitter and receiver is one of the solutions for increasing spectral efficiency. One of the most noticeable techniques for the next generation (4G) wireless communication is Long-Term-Evolution (LTE). MIMO antenna is essential for this technique. However, design of the MIMO antenna which has the limited space is an enormous challenge at low frequency. Strong coupling between antenna elements in mobile handset is caused due to share of the small ground plane. This leads to degradation of the diversity/MIMO antenna. Thus, we have to decouple antenna elements of diversity/MIMO system. Recently, various methods have been found to improve isolation between the antenna elements [1]-[6]. Among those methods, decoupling technique composed of two transmission lines and a shunt lumped element has the advantages of design and application [6]. However, if the reflection coefficients (S11, S22) of the dual antenna system are not negligible quantities, established decoupling technique do not properly work. Thus, the reflection coefficients should be considered when applying decoupling technique to this case for accurate design of the decoupling network.
Performance evaluation of the diversity/MIMO antenna made by this technique should be achieved to validate the effect of the decoupling technique. But anechoic chambers do not have ability to evaluate the performance of the diversity/MIMO antenna. Moreover, it is extremely expensive and occupies large space. Measuring radiation efficiency in anechoic chambers is available, but time consuming. Since the end of the 1990s, reverberation chamber (RC) has been used to characterize diversity/MIMO antennas. Originally, the RC has been used for EMC testing in the last 30 years. Since, these days, mobile and wireless applications are used in fading environment due to multipath propagation, it is important to evaluate diversity/MIMO antennas in such an environment. Thus, methods of measurement for charactering diversity/MIMO antennas in the RC are very important.
This thesis has presented the novel Inverted-F Antenna (IFA) operating LTE700 band and its MIMO application. In order to improve isolation between two antenna elements, decoupling technique considering the reflection coefficients was applied. For the performance evaluation of the proposed MIMO antennas, radiation efficiency and channel capacity were measured in the RC.
무선 통신 단말기는 다양한 모바일 서비스를 제공하기 위해서는 고속 전송이 요구된다. 이러한 고속 전송을 하기 위한 한가지 해법으로 송-수신 단에 여러 개의 안테나를 사용하는 MIMO 기술을 들 수 있다. 차세대 (4G) 이동 통신 후보 기술로 3GPP사의 LTE가 유력하다. 이 LTE 기술에는 기본적으로 MIMO 기술이 포함되어 있으며 더불어 OFDM 기술, SDR 기술 그리고 스마트 안테나 기술이 사용될 전망이다. 이처럼 MIMO 기술은 중요하지만 공간이 제한된 단말기 안에서 구현하기 위해서는 매우 어렵다. 안테나 요소들간에 작은 그라운드를 공유할 경우 강한 Coupling이 발생한다. 이는 다이버서티/MIMO 안테나의 성능 저하를 야기하므로 반드시 해결되어야 할 문제이다. 이러한 강한 Coupling을 제거 또는 줄이기 위하여 여러 가지 방법들이 연구되어 왔다. 그 중 두 개의 전송선과 한 개의 병렬 소자로 이루어진 디커플링 기법은 많은 장점이 있다. 측정된 S-parameter로 부터 전송선의 길이와 병렬 소자의 값을 계산할 수 있다. 또한 어떠한 형태를 가진 2x2 MIMO 안테나 구조에 적용 가능하다. 그렇지만 두 개의 안테나 소자를 가진 MIMO 안테나의 경우 반사 계수가 무시할 만큼 충분히 작지 않은 경우 본래의 디커플링 기법을 작용하게 되면 원하는 대역에서 원하는 만큼의 디커플링이 이루어 지지 않는다. 따라서 반사 계수를 고려하게 되면 고려하지 않은 경우보다 훨씬 더 정교한 디커플링 회로를 설계할 수 있다.
이처럼 만들어진 MIMO 안테나의 성능 평가가 반드시 이루어져야만 한다. 그러나 무반사실에서는 다이버서티/MIMO 안테나의 성능 평가가 현재로써는 불가능하다. 하지만 반사실에서는 다이버서티/MIMO 안테나의 성능 평가가 가능하다. 지난 수 십 년간 반사실은 EMC testing을 위해서 사용되어왔다. 그러나 1990년대 말부터 반사실을 이용한 휴대 단말기 안테나의 주요 파라미터 측정 기술이 연구되어 왔다. 반사실을 이용할 경우, 방사 효율뿐만 아니라 다이버서티 이득과 채널 용량과 같은 다이버서티/MIMO 안테나 성능 평가가 가능하다. 근래 단말기의 경우 다중 경로 환경에서 사용된다. 이러한 다중 경로 환경은 반사실에서 얼마든지 재현 가능하므로 반사실을 이용하여 휴대 단말기 안테나 주요 파라미터 측정 기술은 매우 중요하다.
따라서 본 논문에서는 LTE 700MHz 대역에서 동작하는 MIMO 안테나를 설계하였으며 디커플링 기법을 사용하여 안테나 소자들 간의 Coupling을 감소시켰다. 이렇게 만들어진 MIMO 안테나는 반사실에서 MIMO 성능 평가가 이루어졌으며 채널 용량과 방사 효율의 관점에서 분석하였다.
