한양대, 초소형 광대역 5G 통신 안테나 개발

▲한양대학교 ERICA 전자공학부 장태환 교수(왼쪽), 김준현 학부연구생

[에너지경제신문 김철훈 기자] 한양대학교는 ERICA 전자공학부 장태환 교수와 학부 연구생팀이 광대역·광폭·초소형 ME-다이폴(ME-Dipole) 안테나를 개발했다고 밝혔다.

최근 미국연방통신위원회(FCC)는 5G 통신 대역으로 n257(26.5㎓~29.5㎓), n260(37㎓~40㎓) 등의 밀리미터파 주파수를 추가로 선언, 휴대폰 측면에 장착해 5G 기술 통신에 활용하려는 밀리미터파 ME-다이폴 안테나가 개발되고 있다.

ME-다이폴 안테나는 상단의 다이폴 안테나와 하단의 루프 안테나가 합쳐져 전방으로 방사를 하는 안테나로, Ka 대역을 만족시키고 높은 이득을 갖는다는 장점이 있지만 좁은 빔 폭을 갖고 있어 송수신에 많은 제약이 있다는 단점이 존재한다.

장 교수팀은 이러한 문제를 해결하기 위해 기존 장점을 유지하면서도 더 넓은 빔 폭을 갖는 초소형 ME-다이폴 안테나를 개발했다.

안테나의 코어 디자인 개선을 통해 단일 안테나 기준 약 50°에서 128°로 빔 폭을 넓혔으며, 크기 역시 약 3배 정도 줄였다. 또한, 빔-포밍 커버리지도 기존 43°에서 67°로 확대했다.

이 연구의 제1저자로 참여한 전자공학부 21학번 김준현 학부생은 "전자기학Ⅰ 수업에서 배웠던 경계 조건이 안테나의 그라운드와 진공 사이에 동일하게 적용된다는 것을 파악했고, 동시에 이를 활용할 수 있을 것 같아 해당 설계를 시도해 보았다"고 말했다.

이처럼 넓은 빔 폭을 가진 개선된 안테나를 사용하면 무선통신기기 장착에 대한 제약이 적고, 안테나 코어 크기를 줄임으로써 제품 단가를 낮춤과 동시에 장착 제약을 개선할 수 있다는 장점이 있다.

장태환 교수는 "이번에 연구 개발된 안테나는 기존 안테나 대비 크기를 3분의 1로 줄이면서 5G 주파수 대역을 모두 커버할 수 있도록 설계돼 실제 휴대폰 등에 장착해 모바일 어플리케이션에 활용하 수 있다"고 설명했다.

한국연구재단과 정보통신기획평가원의 지원을 받아 수행된 이번 연구는 지난해 12월 국제학술지 ‘IEEE 안테나 앤 와이어리스 프로파게이션 레터스(IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters)’에 게재 승인을 받았다.

이 논문은 장태환 교수의 지도로 한양대 ERICA 캠퍼스 김준현, 오승욱 학부 연구생들이 각각 1저자, 공저자로 참여했다.

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