Recently, due to increase use of smart device as smart phone and tablet PC, requirements for high quality and high performance wireless communications systems have grown to provide reliable high data rate with terminal user. Also, channel environments of wireless communications system are various by environment density and data traffic, which are LOS, NLOS and moving environment and so on. Therefore, channel adaptive antenna is required for capacity performance in high performance mobile communications system, such as beam-forming antenna with various beam-pattern.
In this paper, reconfigurable beam-forming antenna which is compensated for implementation disadvantage of conventional phased array antenna and performance disadvantage of conventional switched array antenna has been proposed. The proposed reconfigurable switched beam-forming antenna has $(2^N-1)$ beam-pattern with N-array by reconfigurable power distribution in antenna. The reconfigurable power distribution is generated by reconfigurable power divider, which is composed of switches and microwave passive circuits, and beam-patterns are determined by beam-forming matrix with fixed phase condition. Also, multi-input reconfigurable beam-forming antenna for multiplexing performance has been proposed by utilizing the proposed reconfigurable structure. Finally, to optimize the radiation performance for the proposed antenna, mutual coupling effect in switched array antenna is analyzed and compensation method has been presented.
Eventually, the experimental results show the proposed reconfigurable switched beam-forming antenna can be extensively utilized in high performance and low cost RF system, such as repeater and terminal system in mobile communications system.
최근, 스마트 폰, 태블릿 PC, 그리고 스마트 가전 등 다양한 스마트기기에 대한 요구 증가로 인해, 유저에 대한 안정적인 고속 데이터 전송이 가능한 고품질, 고성능 무선 통신 시스템에 대한 연구가 증가하고 있다. 또한, 무선 통신 시스템의 경우, 환경, 데이터 traffic, 그리고 LOS, NLOS 및 이동 중인 환경 등 다양한 채널 환경이 존재한다. 따라서, 고성능 이동통신 시스템과 같이 채널 용량을 높이기 위한 시스템으로 다양한 빔 패턴을 가지는 채널 적응형 안테나가 크게 요구될 것으로 예측된다.
본 논문에서는 기존 위상 배열 안테나 대비 구현이 간편하고, 기존 스위칭 배열 안테나 대비 다양한 빔의 형태를 구현할 수 있는 등 성능적인 향상된 장점을 가지고 있는 새로운 형태의 재구성 스위칭 빔 형성 안테나를 제안하였다. 제안하는 안테나의 경우, 안테나에서의 재구성 전력 분배 기능을 이용하여, N개의 배열에서 $(2^N-1)$ 개의 빔 패턴을 가질 수 있으며, 이 때 재구성 전력 분배 기능은 micro-strip 회로 및 스위치를 이용하여 구현 가능한 재구성 전력 분배기라는 새로운 구조의 회로에 의해서 동작 가능하다는 것을 확인하였다. 이 때, 빔 패턴은 고정된 위상 조건을 가지는 빔 형성 matrix에 대한 설계를 통해 정할 수 있다. 또한, 본 논문에서는 다중 입력 재구성 전력 분배기를 이용하여 multiplexing이 가능한 다중 입력 재구성 빔 형성 안테나를 앞의 구조에 대한 확장을 통해서 제안, 구현하였다. 마지막으로, 제안하는 안테나에 대한 성능 최적화를 위해, 배열 안테나에서 성능 저하의 원인인 안테나간 상호 결합 효과를 분석하고, 이를 개선하기 위한 방법을 제시하였다.
결국 본 논문의 실험적 결과들을 통해, 제안하는 재구성 가능한 스위칭 빔 형성 안테나의 경우, 이동통신 중추/중계기 혹은 단말 시스템 등, 비교적 간편하고 저가의 특성을 가지면서 높은 성능이 요구되는 시스템에서 폭넓게 활용될 것으로 기대하고 있다.
