다층 MTL 기반 빔성형 안테나 시스템 설계 및 구현 (Design and Implementation of Beamforming Antenna System Based on Multiple Layered MTL)

서지정보

· 발행기관 : 대한전자공학회
· 수록지 정보 : 전자공학회논문지 / 57권 / 4호 / 23 ~ 29페이지
· 저자명 : 양두영

초록

제안한 빔성형 안테나 시스템은 어레이 안테나의 빔 방향을 급전 시스템인 버틀러 매트릭스로 조정할 수 있다. 배열 안테나의 빔 패턴은 급전 신호의 크기와 위상 및 안테나 요소 사이의 간격에 의해 결정된다. 따라서 버틀러 매트릭스 및 배열 안테나와 같은 각 구성 요소를 설계하는 것은 성능 및 빔 방향을 결정하기 때문에 매우 중요하다. 본 논문에서는 버틀러 매트릭스와 어레이 안테나를 결합하여 대역폭을 확장하고 크기를 줄이는 4×4 빔 성형 안테나를 제안하였다. 그리고 빔성형 안테나 회로는 다층 기술로 구현된다. 다층 구성은 복층 마이크로스트립 전송선(MTL)을 사용하여 해결한다. 결론적으로 스위치형 빔성형 안테나는 제안된 구성에 따라 복층 MTL로 설계되고 제작되었다. 또한 성능 분석을 위해 시뮬레이션 결과와 측정 결과를 비교하였다. 그 결과로부터 제안된 빔성형 안테나는 동작 주파수 대역에서 비대역폭, 최대 반사손실, 삽입손실 및 점진적 위상 변화가 각각 24%, 15.76dB, 6.5±0.8dB 및 ±5° 이내의 양호한 성능을 가진다. 또한, 각 입력에 따른 빔 패턴은 이동 기지국의 120° 섹터 범위 내에서 반전력 빔폭이 30°인 양호한 커버리지를 갖는다.

영어초록

The proposed beamforming antenna system is capable of adjusting the beam direction of array antenna as a feeding system with Butler matrix. The beam pattern of array antenna is determined by the magnitude and phase of feeding signal, and interval between antenna elements. Therefore, designing each component such as Butler matrix and array antenna is very important because those decide on the performance and beam direction. In this paper, we propose the 4⨉4 beamforming antenna combining Butler matrix and array antenna to extend bandwidth, and to reduce the size. The beamforming Antenna’s circuit is implemented in a multilayer technology. The multilayer compositions are resolved by using double layered microstrip transmission line (MTL). Finally, the switched beamforming antenna has been designed and fabricated on double layered MTL by the proposed configuration. And also, the simulation results and the measured results have been compared for performance analysis each other. As a result, the proposed beamforming antenna has good performance that the relative bandwidth, maximum return loss, insertion loss and progressive phase shift deviation are 24%, 15.76dB, 6.5±0.8dB and 5° in operating frequency band, respectively. Also, the beam pattern according to each input has good coverage with a half power beamwidth of 30° within a range of 120° sector for mobile base station.

참고자료

· 없음