선형 및 원형편파 특성을 갖는 5G 단말용 28 GHz 배열안테나

Abstract

본 논문에서는 원형편파 구현을 위한 2×2 슬롯 배열안테나와 선형편파 및 3D 빔 커버리지 구현을 위한 1×8, 8×1 다이폴배열안테나를 이용하여 선형 및 원형편파 특성을 갖는 28 GHz 대역 5G 단말용 적층구조 배열안테나에 대해 연구하였다. 2×2 슬롯 배열안테나는 적층구조의 접합면에 위치하고 있으며, ±z 방향으로 원형편파를 형성한다. 1×8, 8×1 다이폴 배열안테나는 슬롯 배열안테나와 동일 평면상에 위치하고 있으며, 고각 평면으로 fan-beam을 형성 및 방위각 방향으로 빔 조향이가능하다. 제안된 안테나의 −10 dB 반사계수 대역폭 및 3 dB 축비는 목표대역인 28 GHz 대역(27.5～28.35 GHz)을 만족한다. 모의실험을 통한 다이폴 배열안테나 급전 시, 빔 조향을 하지 않은 경우에 고각 평면상으로 11.71 dBi의 최대이득 및195°의 반전력빔폭을 갖는 fan-beam이 형성되었으며, 방위각 방향으로 최대 빔 조향 시 10.52 dBi의 최대이득을 만족하였다. 또한, 2×2 슬롯 배열안테나 급전 시에는 ±z 방향으로 각각 9.1 dBi, 9.19 dBi의 방사이득을 갖는 LHCP, RHCP가 형성되었다.

In this paper, an array antenna with linear and circular polarization characteristics is proposed for 28 GHz band 5G mobile handset applications. A 2×2 slot array antenna is designed for circular polarization in ±z directions; 1×8 and 8×1 dipole array antennas with linear polarizations are designed for 3D beam coverage by fan-beam steering. The proposed antenna is a stacked structure, and all radiating elements are printed on the middle layer of the stacked structure. The −10 dB reflection coefficient bandwidth and 3 dB axial ratio bandwidth of the proposed antenna fully covers the 28 GHz target band (27.5～28.35 GHz). The simulated peak gain of the proposed dipole array antenna is 11.71 dBi, and the half-power beamwidth in the elevation plane is 195° without beam steering. With the maximum beam steering on the azimuthal plane, the simulated peak gain of the proposed dipole array antenna is 10.52 dBi. Moreover, the simulated peak gains of the proposed 2×2 slot array antenna are 9.1 dBi in +z direction with left-hand circular polarization and 9.19 dBi in −z direction with right-hand circular polarization.