[한국대학신문 이정환 기자] 한양대학교 ERICA 전자공학부 장태환 교수와 학부 연구생팀이 광대역·광폭·초소형 ME-Dipole 안테나를 개발했다고 한양대가 3일 밝혔다.

FCC(미국연방통신위원회)에서 5G 통신 대역으로 n257(26.5GHz-29.5GHz), n260(37GHz–40GHz)등의 밀리미터파 주파수를 추가로 선언함에 따라, 휴대폰 측면에 장착go 5G 기술 통신에 활용하려는 밀리미터파 ME-Dipole 안테나가 개발되고 있다.

ME-Dipole 안테나는 상단의 다이폴 안테나와 하단의 루프 안테나가 합쳐져 전방으로 방사를 하는 안테나다. ME-Dipole 안테나는 Ka 대역을 만족시키고 높은 이득을 갖는다는 장점이 있지만, 좁은 빔 폭(Beamwidth)을 갖고 있어 송수신에 많은 제약이 있다는 단점이 존재한다.

장 교수팀은 이러한 문제를 해결하기 위해 기존 장점을 유지하면서도 더 넓은 빔 폭을 갖는 초소형 ME-Dipole 안테나를 개발했다. 안테나의 코어 디자인 개선을 통하여 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 훨씬 확대했다.

장 교수팀은 ‘다이폴 안테나의 구부림’과 ‘루프 안테나의 그라운드 삽입’을 활용했다. 먼저 다이폴 안테나를 구부림으로써, 측면의 진공과 도체 사이 생기는 수직한 E-field 성분과의 파동 보강을 통 측면 방사량을 넓혔다. 또한 그라운드 속으로 루프 안테나를 집어넣음으로써, 더 많은 E-field 성분을 이끎과 동시에 전체적인 안테나 크기를 줄였다.

해당 연구의 1저자로 참여한 김준현(21. 전자공학부) 학부생은 “전자기학Ⅰ 수업에서 배웠던 경계 조건이 안테나의 그라운드와 진공 사이에 동일하게 적용된다는 것을 파악하였고, 동시에 이를 활용할 수 있을 것 같아 해당 설계를 시도해 보았다”라고 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 “이번 연구 개발된 안테나는 기존 안테나 대비 3분의 1 크기로 줄이면서 5G 주파수 대역을 모두 커버할 수 있도록 설계되어 실제 휴대폰 등에 장착되어 모바일 어플리케이션에 활용될 수 있다”라고 설명했다.

한국연구재단과 정보통신기획평가원의 지원을 받아 수행된 이번 연구는 2023년 12월, 국제학술지 〈IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters〉에 게재를 승인받았다. 해당 논문 ‘Wide Beamwidth and Miniaturized Millimeter-wave End-fire Angled ME Dipole Antenna with Extended Ground’는 장태환 교수지도로 한양대 ERICA 김준현, 오승욱 학부 연구생들이 각각 1저자, 공저자로 참여했다.