혁신적인 하이브리드 송수신 BD-RIS: 독립적인 빔 제어와 전력 분할의 만남

명 자양 등 연구진의 논문은 독립적인 빔 제어와 전력 분할 기능을 갖춘 혁신적인 하이브리드 송수신 BD-RIS 설계를 제시합니다. 가변 역 DC 전압을 이용한 2포트 전력 분할기와 테브난 등가 모델을 통해 실제 하드웨어 설계와 정확한 물리적 모델 간의 간극을 해소하고, 하이브리드 모드에서의 독립적인 빔 조향을 실험적으로 검증했습니다. 이는 향후 무선 통신 기술 발전에 크게 기여할 것으로 예상됩니다.

명 자양 등 연구진이 발표한 논문 “A Hybrid Transmitting and Reflecting Beyond Diagonal Reconfigurable Intelligent Surface with Independent Beam Control and Power Splitting”은 하이브리드 송수신 BD-RIS(Beyond Diagonal Reconfigurable Intelligent Surface) 설계의 획기적인 발전을 제시합니다. 이 논문은 동일한 구멍, 주파수 대역 및 편광에서 작동하는 BD-RIS를 제안하며, 반사파와 투과파의 독립적인 빔 조향 제어를 특징으로 합니다. 뿐만 아니라, 빔 간의 조정 가능한 전력 분할을 이용한 반사파와 투과파 모두를 사용하는 하이브리드 모드를 제공합니다.

이러한 혁신은 어떻게 가능해졌을까요? 핵심은 가변 역 DC 전압을 이용한 2포트 전력 분할기에 있습니다. 각 BD-RIS 셀에 있는 2포트 전력 분할기는 바리액터(varactor)와 바이어스 인덕터를 병렬로 연결하여 전송선로의 임피던스 변화를 조절합니다. 이를 통해 S11 대 S21의 전력 비율을 -20dB에서 20dB까지 조절하여 튜닝 가능한 전력 분할을 실현합니다. 각 안테나는 2.4GHz에서 200MHz 대역폭을 가진 2비트 위상 재구성 기능을 갖춰, 각 셀이 독립적인 반사 및 투과 위상 제어를 달성할 수 있습니다.

하지만, 이러한 혁신적인 설계만으로는 부족합니다. 연구진은 제안된 BD-RIS 설계의 전자기적 반응을 특성화하고 최적화하기 위해 테브난 등가 모델과 해당 분석 방법을 제시했습니다. 4x4 셀을 가진 BD-RIS 프로토타입을 제작하여 실험을 진행했고, 그 결과 반사 및 투과 모드에서 각각 반사 및 투과 공간에서 빔 조향을 구현할 수 있음을 확인했습니다. 더 나아가, 하이브리드 모드에서 반사파와 투과파의 독립적인 빔 조향이 가능함을 검증했습니다.

이 연구는 실제 하드웨어 설계와 하이브리드 송수신 BD-RIS에 대한 정확한 물리적 모델 구축 사이의 간극을 메우는 데 기여하며, 하이브리드 송수신 BD-RIS 지원 무선 통신을 가능하게 합니다. 이는 무선 통신 기술의 새로운 지평을 열 것으로 기대됩니다. 앞으로 이 기술이 어떻게 발전하고 활용될지 주목할 필요가 있습니다.