[논문 리뷰] Geometry-Dependent Radiation of Pinching Antennas: Theory, Simulation, and Measurement

Haoyang Li, W. X. Liu외 3명|arXiv (Cornell University)|2026. 02. 25.

Antenna Design and Analysis인용 수 0

한 줄 요약

논문은 핀칭 안테나(PA) 방사 패턴이 활성화뿐만 아니라 PA 기하학에 의해 좌우됨을 보여주고, 제곱형, 삼각형, 호형 PA를 통한 기하학 의존 직지향성을 시뮬레이션과 60 GHz 측정을 통해 입증합니다.

ABSTRACT

Most existing studies achieve beamforming by adjusting the positions of pinching antennas (PAs) and typically model PAs as isotropic radiators. However, under the dielectric scatterer model, the PA radiation pattern depends on its geometry. This letter investigates the radiation patterns of PAs with different geometries through full-wave simulations and measurements, and demonstrates how geometry influences the radiation directivity. In addition, an arc-shaped PA is introduced to enable transmit-direction control in PA systems. A PA system prototype consisting of a dielectric waveguide, waveguide transitions, and a PA element is proposed. Prototype measurements are used to validate the simulations and to characterize the directivity of square and triangular PAs, and the measurement procedure can be applied to obtain radiation patterns for PAs with general geometries. The simulation and measurement results jointly demonstrate that PA geometry is critical in PA systems because it influences the radiation characteristics significantly.

연구 동기 및 목표

• PA 기하학이 동등방향성 가정 이상의 현실적 방사 패턴에 미치는 영향을 동기화하고 분석한다.
• PA 기하학이 PA 기반 시스템에서 방사 모양과 방향 제어에 사용될 수 있음을 시범한다.
• 시뮬레이션을 프로토타입 측정으로 검증하여 PA 시스템에서 기하학을 설계 자유도(degree of freedom)로 확립한다.

제안 방법

• 유도체 필드 결합 및 부피 등가 원리를 기반으로 유전체 스캐터러 프레임워크를 사용하여 PA 방사를 모델링한다.
• 60 GHz에서의 장(field) 분포와 이끌림(directivity)을 연구하기 위해 PA 기하학(정사각형, 규칙 삼각형, 호) 시뮬레이션을 수행한다.
• 유전체 파이게이드(dielectric waveguide)와 PA 소자를 갖춘 프로토타입 PA 시스템을 구성하고 방사 패턴을 측정한다.
• 측정 패턴을 HFSS 시뮬레이션과 비교하여 기하학 의존 방사 동작을 검증한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 PA 기하학이 원거리 방사 패턴 및 다이렉티비티에 isotropic-radiator 가정과 비교하여 어떤 영향을 미치는가?
• RQ2 PA 위치를 바꾸지 않고도 전송 방향을 스티어링하기 위한 실용적 자유도로 PA 기하학을 사용할 수 있는가?
• RQ3 정사각형 PA와 삼각형 PA 간 방사 패턴의 차이는 무엇이며, 호형 PA가 연속 방향 제어를 가능하게 하는가?
• RQ4 mmWave 주파수에서의 프로토타입 측정이 기하학 의존 방사 이론을 검증하는가?

주요 결과

• PA 기하학이 방사장과 다이렉티비티에 상당한 영향을 미치며 등방성 방사체 가정에 도전한다.
• 정사각형 PA는 광범위한 메인 로브와 뚜렷한 측면로를 생성하고; 삼각형 PA는 더 강한 다이렉티비티와 더 좁은 메인 로브 및 약한 측면로를 보인다.
• 호형 PA는 호를 회전시켜 메인 로브 방향을 조정할 수 있어 기하학 기반 빔 스티어링 메커니즘을 간단하게 제공한다.
• 60 GHz에서의 프로토타입 측정은 메인 로브 방향과 빔너비에 대해 시뮬레이션과 일치하며 기하학 주도 패턴 형성임을 확인한다.