Directivity of compact uniform circular array

Abstract

2000년대 초반에 정보이론 분야에서 MIMO (Multiple Input Multiple Ouput) 이론이 등장하면서 부터 다수의 안테나를 이용하여 통신 성능을 높이는 연구가 활발히 진행되었다. 그런데 사람들이 이론적 연구를 할때 안테나간 커플링을 무시하고 성능을 분석하였으며 그 결과 안테나 지향성이 안테나 수에 비례하여 증가한다고 생각하였다. 본 논문에서는 좁은 공간에 원형 배열로 다수의 안테나를 배치할 경우 커플링을 고려하고 분석하면 지향성이 안테나 수 N 에 1.5 승으로 증가함을 보였다. 또한 빔폭에 대해서도 안테나 갯수에 반비례하게 감소함을 보였다. 따라서 안테나 수를 충분히 늘리면 한정된 공간내에 집적하더라도 이론적으로 큰 지향성과 작은 빔폭을 형성할 수 있다. 다음으로는 최대 지향성을 달성하기 위해 안테나 단에 입력 전류 값 계산을 효율적으로 하는 방법을 제시하였다. 기존 방법으로는 입력전류를 계산하기 이해선 정방행렬과 벡터의 곱 연산을 해야기 때문에 계산 복잡도가 안테나 수의 제곱으로 증가한다. 하지만 안테나 배열이 원형 배열이 가진 대칭성을 이용하면 단순 FFT 계산으로도 가능하며, 결과적으로 계산 복잡도를 NlogN 으로 줄일 수 있다. 따라서 많은 안테나를 가지고 높은 지향성을 얻고자 할 때 계산량을 효과적으로 줄일 수 있다.