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Design of a 28 GHz Switched Beamforming Antenna System Based on 4×4 Butler Matrix

4×4 버틀러 매트릭스 기반 28 GHz 스위치 빔포밍 안테나 시스템 설계

  • Park, Seongchun (Department of Wireless Communications Engineering, Kwangwoon University) ;
  • Kim, Seunghyeon (Department of Wireless Communications Engineering, Kwangwoon University) ;
  • Sohn, Jihoon (Department of Wireless Communications Engineering, Kwangwoon University) ;
  • Shin, Hyunchol (Department of Wireless Communications Engineering, Kwangwoon University)
  • Received : 2015.07.10
  • Accepted : 2015.10.02
  • Published : 2015.10.30

Abstract

In this paper, a switched beamforming antenna system at 28 GHz frequency band is described for $5^{th}$ generation wireless communication. The butler matrix is used as a beamforming system and it produces linear spaced phase difference at four output ports. Array antenna is designed that can be steered in desired 4 different directions 28 GHz frequency band. Operation of designed butler matrix that composed of couplers and feedline is explained. The antenna system is designed in RO3003 substrate that has a height of 5 mil and dielectric constant of 3. The size of butler matrix is $20.3{\times}13.0mm^2$ and size of array antenna is $21.2{\times}19.9mm^2$. This system can be steered from $-34^{\circ}$ to $33^{\circ}$ and minimum sidelobe level is 12.9 dB.

본 논문에서는 5세대 이동통신을 위한 28 GHz 주파수 대역에서 스위치 빔포밍 안테나 시스템을 설계하였다. 본 빔포밍 시스템은 버틀러 매트릭스를 사용하였으며, 이는 다른 4 방향의 빔 조향을 할 수 있도록 각 출력단에 등간격의 위상을 생성한다. 배열 안테나는 28 GHz 주파수 대역에서 원하는 4개의 방향으로 조향할 수 있도록 설계하였다. 설계한 버틀러 매트릭스는 커플러와 지연선로로 구성되며, 그 동작에 대하여 설명하였다. 본 안테나 시스템은 유전율이 3이고, 5 mil의 높이를 가진 RO3003 기판을 이용하여 설계하였다. 설계한 버틀러 매트릭스의 사이즈는 $20.3{\times}13.0mm^2$이고, 배열 안테나의 사이즈는 $21.2{\times}19.9mm^2$이다. 본 시스템은 $-34^{\circ}{\sim}+33^{\circ}$까지 조향을 할 수 있고, Sidelobe level(SLL)의 최소값은 12.9 dB이다.

Keywords

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