본 논문은 5G밀리미터파 대역에서 사용되는 28 GHz thinned 위상 배열 안테나를 제안한다. Thinned 어레이 안테나는 풀 어레이 안테나보다 사이드 로브를 줄일 수 있는 장점이 있다. 또한 적은 개수의 안테나 소자를 사용하기 때문에 제조 비용 절감하는 장점도 있다. 최근 thinned 어레이 안테나 배열에 관한 연구가 관심을 받고 있으나 thinned 어레이 안테나 설계에 관한 연구가 보도된 바 없다. 안테나 간의 상호 결합 현상이 일어날 수 있으며 이는 안테나의 방사 패턴, 동작 주파수, ...
본 논문은 5G밀리미터파 대역에서 사용되는 28 GHz thinned 위상 배열 안테나를 제안한다. Thinned 어레이 안테나는 풀 어레이 안테나보다 사이드 로브를 줄일 수 있는 장점이 있다. 또한 적은 개수의 안테나 소자를 사용하기 때문에 제조 비용 절감하는 장점도 있다. 최근 thinned 어레이 안테나 배열에 관한 연구가 관심을 받고 있으나 thinned 어레이 안테나 설계에 관한 연구가 보도된 바 없다. 안테나 간의 상호 결합 현상이 일어날 수 있으며 이는 안테나의 방사 패턴, 동작 주파수, 대역폭과 이득에 영향을 미친다. 또한 안테나 크기에 따라 최소 간격을 고려하여 설계해야 한다. 본 논문은 마이크로스트립 패치 안테나를 이용하여 34개 패치 안테나 소자로 구성된 thinned 어레이 안테나를 설계하였다. ANSYS HFSS를 이용하여 제안한 thinned 안테나를 8×8과 8×4 풀 유니폼 어레이 안테나와 성능을 비교하여 평가하였다. 제안한 34개 안테나 소자로 구성된 thinned 어레이 안테나는 유니폼 어레이 안테나에 비해 사이드 로브 줄인 것을 시뮬레이션을 통해 확인하였다. 8×8 유니폼 어레이 안테나에 비해 E 평면에서 양측 두 개의 최대 사이드 로브가 각 4.6 dBi 와 1 dBi 감소 되었고, H 평면에서는 각 –2.1 dBi 와 5.6 dBi 감소 되었다. 8×4 유니폼 어레이 안테나와 비교 했을 때 H 평면에서 양측 두 개의 최대 사이드 로브가 각 4.1 dBi 와 3.3 dBi 감소 되었고, E 평면에서는 0.9 dBi 와 –0.2 dBi 감소 되었다. 제안한 thinned 어레이 안테나의 최대 이득은 13.6 dBi 이며, 3 dB 빔 폭은 E 평면과 H 평면에서 각 18⁰ 와 16⁰ 이고. 3 dB 빔 조향 범위는 H 평면에서 -40°~40°인 것을 확인하였다.
본 논문은 5G 밀리미터파 대역에서 사용되는 28 GHz thinned 위상 배열 안테나를 제안한다. Thinned 어레이 안테나는 풀 어레이 안테나보다 사이드 로브를 줄일 수 있는 장점이 있다. 또한 적은 개수의 안테나 소자를 사용하기 때문에 제조 비용 절감하는 장점도 있다. 최근 thinned 어레이 안테나 배열에 관한 연구가 관심을 받고 있으나 thinned 어레이 안테나 설계에 관한 연구가 보도된 바 없다. 안테나 간의 상호 결합 현상이 일어날 수 있으며 이는 안테나의 방사 패턴, 동작 주파수, 대역폭과 이득에 영향을 미친다. 또한 안테나 크기에 따라 최소 간격을 고려하여 설계해야 한다. 본 논문은 마이크로스트립 패치 안테나를 이용하여 34개 패치 안테나 소자로 구성된 thinned 어레이 안테나를 설계하였다. ANSYS HFSS를 이용하여 제안한 thinned 안테나를 8×8과 8×4 풀 유니폼 어레이 안테나와 성능을 비교하여 평가하였다. 제안한 34개 안테나 소자로 구성된 thinned 어레이 안테나는 유니폼 어레이 안테나에 비해 사이드 로브 줄인 것을 시뮬레이션을 통해 확인하였다. 8×8 유니폼 어레이 안테나에 비해 E 평면에서 양측 두 개의 최대 사이드 로브가 각 4.6 dBi 와 1 dBi 감소 되었고, H 평면에서는 각 –2.1 dBi 와 5.6 dBi 감소 되었다. 8×4 유니폼 어레이 안테나와 비교 했을 때 H 평면에서 양측 두 개의 최대 사이드 로브가 각 4.1 dBi 와 3.3 dBi 감소 되었고, E 평면에서는 0.9 dBi 와 –0.2 dBi 감소 되었다. 제안한 thinned 어레이 안테나의 최대 이득은 13.6 dBi 이며, 3 dB 빔 폭은 E 평면과 H 평면에서 각 18⁰ 와 16⁰ 이고. 3 dB 빔 조향 범위는 H 평면에서 -40°~40°인 것을 확인하였다.
In this thesis, a novel thinned phased array antenna is presented for 5G applications, which provides well radiation performance at 28GHz. Thinned array antenna has many advantages. First, it achieves low side lobe level (SLL) with fewer antenna elements than the full uniform spacing array antenna. ...
In this thesis, a novel thinned phased array antenna is presented for 5G applications, which provides well radiation performance at 28GHz. Thinned array antenna has many advantages. First, it achieves low side lobe level (SLL) with fewer antenna elements than the full uniform spacing array antenna. Second, it could bring down the manufacturing cost by decreasing the number of antenna elements. Third, thinned array reduces the need of phase shifting network so the cost for beamformer chips will also be reduced. Fourth, the thinned array can also reduce the the power dissipation in dense arrays, and the other advantages will not go into much detail here. The research on thinned array received extensive concern in recent years, relative papers provide useful results, but most of these researches study thinned array based on the assumption of no coupling effect occurs between the antenna elements and using infinitesimal point to represent radiator. However in practice, mutual coupling has effect on radiation pattern and could cause pattern, beamwidth and gain deviation. And in the case of microstip patch antenna, the patch width may longer than the half wavelength, so it could not be realized if the minimum spacing is set to half wavelength as designed in many researches. Up to now, there is no published work about research on the actual design of thinned array antenna, let alone thinned array antenna for 5G wireless system. So in this research, the thinned array antenna using microstrip patch antennas is designed, and the proposed 34 elements thinned array antenna is evaluated based on the full wave simulator HFSS software. Finally the proposed thinned array antenna is fabricated and measured to verify the theoretical expectation. To reduce the manufacture cost of PCB, the 34 elements thinned array antenna is designed on the low cost FR4 substrate with the dielectric constant of 4.2, thickness of 0.2mm and loss tangent of 0.02. The proposed 34 elements thinned array antenna has better performance in terms of maximum side lobe level (MSL) suppression while compared with 8×8 broadside uniform array antenna. The maximum side lobes at left and right side from the maximum beam direction are 4.6 dBi and 1 dBi lower than that of 8×8 broadside uniform array antenna in E-plane, and -2.1 dBi and 5.6 dBi lower in H-plane. By compare with 8×4 broadside uniform array antenna, the maximum side lobes of 34 elements thinned array antenna are 4.1 dBi and 3.3 dBi lower in H-plane, 0.9 dBi and –0.2 dBi lower in E-plane. The proposed 34 elements thinned array antenna achieves the gain of 13.6 dBi, 3dB-beamwidth of 18° and 16° in E plane and H plane respectively, and can be capable of beam scanning at the range of -40°~40° while taking 3 dBi as criteria.
In this thesis, a novel thinned phased array antenna is presented for 5G applications, which provides well radiation performance at 28GHz. Thinned array antenna has many advantages. First, it achieves low side lobe level (SLL) with fewer antenna elements than the full uniform spacing array antenna. Second, it could bring down the manufacturing cost by decreasing the number of antenna elements. Third, thinned array reduces the need of phase shifting network so the cost for beamformer chips will also be reduced. Fourth, the thinned array can also reduce the the power dissipation in dense arrays, and the other advantages will not go into much detail here. The research on thinned array received extensive concern in recent years, relative papers provide useful results, but most of these researches study thinned array based on the assumption of no coupling effect occurs between the antenna elements and using infinitesimal point to represent radiator. However in practice, mutual coupling has effect on radiation pattern and could cause pattern, beamwidth and gain deviation. And in the case of microstip patch antenna, the patch width may longer than the half wavelength, so it could not be realized if the minimum spacing is set to half wavelength as designed in many researches. Up to now, there is no published work about research on the actual design of thinned array antenna, let alone thinned array antenna for 5G wireless system. So in this research, the thinned array antenna using microstrip patch antennas is designed, and the proposed 34 elements thinned array antenna is evaluated based on the full wave simulator HFSS software. Finally the proposed thinned array antenna is fabricated and measured to verify the theoretical expectation. To reduce the manufacture cost of PCB, the 34 elements thinned array antenna is designed on the low cost FR4 substrate with the dielectric constant of 4.2, thickness of 0.2mm and loss tangent of 0.02. The proposed 34 elements thinned array antenna has better performance in terms of maximum side lobe level (MSL) suppression while compared with 8×8 broadside uniform array antenna. The maximum side lobes at left and right side from the maximum beam direction are 4.6 dBi and 1 dBi lower than that of 8×8 broadside uniform array antenna in E-plane, and -2.1 dBi and 5.6 dBi lower in H-plane. By compare with 8×4 broadside uniform array antenna, the maximum side lobes of 34 elements thinned array antenna are 4.1 dBi and 3.3 dBi lower in H-plane, 0.9 dBi and –0.2 dBi lower in E-plane. The proposed 34 elements thinned array antenna achieves the gain of 13.6 dBi, 3dB-beamwidth of 18° and 16° in E plane and H plane respectively, and can be capable of beam scanning at the range of -40°~40° while taking 3 dBi as criteria.
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