철도 무선통신을 위한 단일 RF 체인을 사용하는 고이득 빔포밍 패치 ESPAR 안테나 설계 및 분석

Abstract

본 논문에서는 철도 통신 환경에서 신뢰성 있는 초고속 통신을 위해 3개의 소자로 구성된 패치형 ESPAR(Electronically Steerable Parasitic Array Radiator) 안테나를 기반으로 한 배열 안테나 구조를 설계하였다. ESPAR 안테나는 단일 RF-체인을 가지는 능동소자와 능동소자를 둘러싼 기생소자들로 구성되며, 기생소자들의 리액턴스를 조절하여 빔포밍이 가능하다. 패치형 ESPAR 안테나 기반의 수직 배열 안테나 구조를 제안하고, 안테나 행간 거리와 안테나 수에 따라 시뮬레이션을 하였다. 시뮬레이션 결과, 안테나 행간 거리가 <TEX>${\lambda}$</TEX>일 때 가장 큰 빔의 이득과 지향성을 가지는 것을 확인할 수 있다. In this paper, we design an array antenna structure based on a patch ESPAR(Electronically Steerable Parasitic Array Radiator) antenna with three elements for reliable communication in high-speed railway wireless communication. The ESPAR antenna consists of the active element with a single RF-chain and the parasitic elements surrounding an active element. The ESPAR antenna is capable of beamforming by adjusting the reactance of the parasitic element. We propose a vertical array antenna structure based on the patch ESPAR antenna and simulate it according to the change of the number of antennas and the distance between antenna rows. The simulation results show that we can get the maximum beam gain and highest directivity when the distance between antenna rows is <TEX>${\lambda}$</TEX>.