5G 단말용 28 GHz 배열안테나의 안테나 타입별 성능 비교 연구

Abstract

본 논문에서는 다이폴, 슬롯, 패치 세 가지 기본타입 안테나 소자를 이용하여 28 GHz 5G 단말용 배열안테나를 설계하고 성능을 비교 분석하였다. 안테나 소자 간 격리도는 S21을 기준으로 비교하였으며, 다이폴, 슬롯, 패치 타입이 각각 −13.76 dB, −16.88 dB, −11.47 dB로 슬롯 타입 안테나가 가장 높은 격리도 특성을 갖는다. 또한 빔 커버리지 성능 비교를 위하여 배열안테나의 빔 폭, 최대 빔 조향 각도 등의 성능을 분석하였다. 최대 빔 조향 각도는 슬롯 타입이 63°로 가장 넓고, 패치 타입이 36°로 가장 좁은 조향 특성을 가진다. 실제 단말기 사용 환경에서의 안테나 성능을 확인하기 위해서 단말기가 talk mode와 data mode에서 동작할 때의 특성을 시뮬레이션을 통해 분석하였다. 비교 분석 결과, 28 GHz 5G 단말용 배열안테나 소자로 슬롯 타입 배열안테나가 가장 적합한 것을 확인하였다.

In this paper, three types of array antennas for 5G mobile devices operating at 28 GHz were designed, and their performances were compared. The isolation between antenna elements was compared based on S21. The S21 of dipole, slot, and patch type are −13.76 dB, −16.88 dB, and −11.47 dB, respectively, with the slot-type antenna having the highest isolation. In order to compare the beam coverage performance, several characteristics such as beam width and maximum beam steering angle were analyzed. The analysis shows that the slot type has the widest steering angle of 63° while the patch type has narrowest with 36°. In addition, to verify the performance of the antennas in the actual usage environment of the device, antenna characteristics in talk mode and data mode were analyzed through simulation. The results confirmed that the slot-type array antenna is the most suitable array antenna element for 28 GHz 5G mobile devices.