Design of Dual-Polarization Antenna with High Cross-Polarization Discrimination

도심의 빌딩 등 인구밀집지역에서 사용되는 소형 셀 기지국에서는 셀 용량 증대를 위해 이중편파 다중안테나(MIMO)가 주로 사용된다. 본 논문은 이중편파 다중안테나(MIMO)를 사용하는 소형 셀의 용량을 향상시킬 수 있는 높은 교차편파분리도(XPD)를 가지는 이중편파 슬롯 안테나를 제안한다. 제안한 안테나는 평형구조 및 차동 급전회로를 사용하여 교차편파를 효과적으로 억제하고 높은 교차편파분리도(XPD)를 가진다. 또한 두 편파가 동일한 방사특성을 가지게 되어 소형 셀 다중안테나(MIMO) 시스템에 적합한 특성을 가진다. 모의실험, 제작 및 측정결과 제안한 안테나는 반사계수 -10 dB를 기준 180 MHz (2.51~2.7 GHz)의 대역폭, 최대 4.5 dBi 방사이득(3.5~4.5 dBi), 85도의 반 전력 빔폭을 가짐을 확인하였다. 또한 평균 교차편파 분리도(XPD)가 26.4 dB로 기존의 단일방사체에 서로 다른 급전을 이용하는 방법, 스위칭을 통해 편파를 선택적으로 사용하는 방법에 비하여 13.8 dB이상 개선된 특성을 가짐을 확인하였다. In a small cell base station used in densely populated areas, a dual polarized multiple antenna(MIMO) is mainly used to increase the cell capacity. This paper demonstrates a dual-polarization antenna with high cross-polarization discrimination(XPD) that can improve the capacity of a small cell using a dual polarization multiple antenna (MIMO). By using the symmetric structure and differential feeding, high XPD in all directions is achieved. In addition, a very similar radiation pattern is observed between each polarization. Because of high XPD and similar radiation pattern in all directions, proposed antenna is well adopted for small-cell multiple-input multiple-output(MIMO) system. Experimental results shows that the proposed antenna has a bandwidth of 180 MHz (2.51~2.7 GHz), a maximum gain of 4.5 dBi (3.5~4.5 dBi), and a half-power beam width of 85 degrees. In addition, average XPD of 26.4 dB in all directions, more than 13.8 dB increase than previous dual-polarization antennas which use single emitter by using different feeding or selectively use polarization through switching.