평면 다중모드 안테나 모델링과 DoA 추정 성능 최적화

본 논문은 다중모드(MM) 안테나를 배열 신호 처리에 활용하기 위한 모델링 방법을 두 가지 제시하고, 각각의 파라미터가 모델 정확도와 DoA(방향 탐지) 추정 성능에 미치는 영향을 체계적으로 분석한다. 연구 대상은 6 ~ 8.5 GHz 대역에서 동작하도록 설계된 30 mm × 30 mm 크기의 4포트 평면 MM 안테나이며, 전자기장(EMF) 시뮬레이션을 통해 각 포트별 방사 패턴을 5° 간격으로 획득하였다. 1. **모델링 배경 및 필요성** MM 안테나는 하나의 물리적 구조 안에서 여러 고유 모드를 독립적으로 흥분시켜 각각 다른 방사 패턴을 제공한다. 이는 전통적인 배열 안테나와 동일한 다중채널 특성을 제공하지만, 비균일한 구조와 복잡한 상호작용으로 인해 기존의 배열 모델을 바로 적용하기 어렵다. 따라서 MM 안테나의 방사 특성을 수학적으로 표현하고, 이를 기반으로 기존 DoA 추정 알고리즘을 적용할 수 있는 모델이 필요하다. 2. **배열 보간 기법(AIT)** AIT는 실제 안테나의 응답을 가상의 균일 선형 배열(ULA) 응답으로 선형 변환하는 방식을 채택한다. 구체적으로는 FoV(−90° ~ 90°)를 L개의 섹터로 나누고, 각 섹터마다 가상 배열의 스티어링 행렬 A_v(θ_l)와 실제 안테나의 응답 행렬 E(θ_l) 사이의 최소제곱 차이를 최소화하는 매핑 행렬 G_l을 계산한다. 매핑 행렬은 \