본 논문에서는 5.9 GHz에서 동작하는 광대역의 Butler Matrix에 기반한 차량 간 통신(V2X)용 안테나의 설계법이 제시된다. V2X가, 교통 시스템의 지능화, 모바일 통신 기능의 다각화, 주파수 자원의 포화문제 해소, 신호 송수신의 효율성을 극대화를 위한 빔 형성 및 빔 조향 안테나를 필요로 함에 따라, 부피가 크지 않으면서 요구사항을 충족할 수 있는 Butler Matrix 급전부와 그에 연결된 방사체를 구현한다. 기본적인 Butler Matrix를 구성하는 협대역 부품들과 방사체가 먼저 설계된 다음, 안테나 시스템의 차량 장착시에 발생될 주파수 천이에 대해 영향을 크게 받지 않기 위한 광대역용 Butler matrix의 구성품들이 설계된다. 협대역과 광대역 구조들의 성능들이 서로 비교되어, 빔 형성 및 빔 조향의 공통된 성능을 보이는 동시에, 주파수 영역에서 대역폭 관점에서의 차별성이 도시된다.
본 논문에서는 5.9 GHz에서 동작하는 광대역의 Butler Matrix에 기반한 차량 간 통신(V2X)용 안테나의 설계법이 제시된다. V2X가, 교통 시스템의 지능화, 모바일 통신 기능의 다각화, 주파수 자원의 포화문제 해소, 신호 송수신의 효율성을 극대화를 위한 빔 형성 및 빔 조향 안테나를 필요로 함에 따라, 부피가 크지 않으면서 요구사항을 충족할 수 있는 Butler Matrix 급전부와 그에 연결된 방사체를 구현한다. 기본적인 Butler Matrix를 구성하는 협대역 부품들과 방사체가 먼저 설계된 다음, 안테나 시스템의 차량 장착시에 발생될 주파수 천이에 대해 영향을 크게 받지 않기 위한 광대역용 Butler matrix의 구성품들이 설계된다. 협대역과 광대역 구조들의 성능들이 서로 비교되어, 빔 형성 및 빔 조향의 공통된 성능을 보이는 동시에, 주파수 영역에서 대역폭 관점에서의 차별성이 도시된다.
In this paper, we suggest a design method of a wide-band Butler matrix working at 5.9 GHz for V2X communication antennas. Since V2X communication needs beam-forming and beam-steering antennas to make transportation systems, mobile comm platforms, saturated frequency-resources, and signal TX-and-RX s...
In this paper, we suggest a design method of a wide-band Butler matrix working at 5.9 GHz for V2X communication antennas. Since V2X communication needs beam-forming and beam-steering antennas to make transportation systems, mobile comm platforms, saturated frequency-resources, and signal TX-and-RX smart, multi-functional, resolved, and efficient utmost, respectively, the proper Butler matrix and its radiating elements as a low-profile geometry are realized. The constitutive components of the basic Butler matrix of a narrow band are designed first. And then, it is extended to a wide-band version to make its frequency-shift less affected by the event of the antenna system being mounted on a car body. The beam-forming and beam-steering performance is presented as the common feature tagged along with the different bandwidths of the frequency responses as the comparison between the narrow- and wide-band cases.
In this paper, we suggest a design method of a wide-band Butler matrix working at 5.9 GHz for V2X communication antennas. Since V2X communication needs beam-forming and beam-steering antennas to make transportation systems, mobile comm platforms, saturated frequency-resources, and signal TX-and-RX smart, multi-functional, resolved, and efficient utmost, respectively, the proper Butler matrix and its radiating elements as a low-profile geometry are realized. The constitutive components of the basic Butler matrix of a narrow band are designed first. And then, it is extended to a wide-band version to make its frequency-shift less affected by the event of the antenna system being mounted on a car body. The beam-forming and beam-steering performance is presented as the common feature tagged along with the different bandwidths of the frequency responses as the comparison between the narrow- and wide-band cases.
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문제 정의
본 논문에서는 V2X 차량 통신용 Butler matrix 안테나 시스템의 시제품을 구현하였다. 특히 구성요소인 위상 천이기, 하이브리드 브랜치 커플러, 크로스오버를 광대역화 함으로써 차체에 실장 할 경우 생기는 주파수 천이에 강한 특성을 가질 수 있을 것으로 기대된다.
제안 방법
기존의 Butler Matrix는 협대역의 특성을 보여 환경변화에 따른 성능 열화 가능성이 점쳐졌다. 그러한 점을 보완하기 위해 광대역의 Butler Matirx를 위한 광대역 위상 천이기, 광대역 하이브리드 브랜치 라인 커플러, 광대역 크로스오버, 이들의 결합체를 구현한다.
특히 구성요소인 위상 천이기, 하이브리드 브랜치 커플러, 크로스오버를 광대역화 함으로써 차체에 실장 할 경우 생기는 주파수 천이에 강한 특성을 가질 수 있을 것으로 기대된다. 설계된 Butler matrix를 5.9GHz 공진용 방사체에 연결하여 산란계수와 안테나 빔 특성을 확인하였다. 특히, 제작 후 측정을 통해 빔이 최좌측으로부터 최우측으로 조향될 수 있음을 보였다.
제작된 안테나를 포트 2번에서 1, 4, 3번의 순서대로 급전하면 3차원 원거리장 패턴을 측정하였다. 그 결과 빔이 모의시험의 결과처럼 부드럽지는 않지만 전자장 분포의 최고점이 네 개의 다름 방향에서 발생하고 있음을 확인할 수 있다.
대상 데이터
구조는 마이크로스트립 전송선로의 일부이다.
이론/모형
본 논문에서는 차량용 스마트 통신을 위해 5.9-GHz 4✕4 Butler Matrix를 설계한다. 기존의 Butler Matrix는 협대역의 특성을 보여 환경변화에 따른 성능 열화 가능성이 점쳐졌다.
성능/효과
제작된 안테나를 포트 2번에서 1, 4, 3번의 순서대로 급전하면 3차원 원거리장 패턴을 측정하였다. 그 결과 빔이 모의시험의 결과처럼 부드럽지는 않지만 전자장 분포의 최고점이 네 개의 다름 방향에서 발생하고 있음을 확인할 수 있다. 주 빔 옆에 강도가 좀 더 낮은 부 빔들이 존재하는데, 이는 안테나 제작시 얇은 기판을 좀 더 넓은 금속 접지판에 장착하고 측정 케이블을 차폐시키면 더 향상될 수 있는 부분이라고 판단된다.
첫째로 협대역 급전구조와 마이크로스트립 방사체들이 연결된 것이며, 두 번째는 광대역 구조의 결합형이다.
9GHz 공진용 방사체에 연결하여 산란계수와 안테나 빔 특성을 확인하였다. 특히, 제작 후 측정을 통해 빔이 최좌측으로부터 최우측으로 조향될 수 있음을 보였다. 본 안테나는 차량용 탑재 빔 조향 안테나 설계의 기본 설계 자료로 활용될 것으로 생각된다.
후속연구
특히, 제작 후 측정을 통해 빔이 최좌측으로부터 최우측으로 조향될 수 있음을 보였다. 본 안테나는 차량용 탑재 빔 조향 안테나 설계의 기본 설계 자료로 활용될 것으로 생각된다.
본 논문에서는 V2X 차량 통신용 Butler matrix 안테나 시스템의 시제품을 구현하였다. 특히 구성요소인 위상 천이기, 하이브리드 브랜치 커플러, 크로스오버를 광대역화 함으로써 차체에 실장 할 경우 생기는 주파수 천이에 강한 특성을 가질 수 있을 것으로 기대된다. 설계된 Butler matrix를 5.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
가장 이상적인 Butler Matrix는 무엇인가?
또한 빔-형성 네트워크로써, 인가되는 입력의 개수에 따라 안테나의 빔을 하나의 평면 내에서 다양한 방향으로 움직이도록 할 수 있다. 가장 이상적인 Butler Matrix는 고속 푸리에 변환(FFT) 및 직교 시스템과 동일 효과를 나타내는 아날로그 회로이다. 본 논문에서 설계될 구조의 개념도는 다음과 같다.
스마트 안테나란 무엇인가?
스마트 안테나란, 배열안테나의 위상을 제어하여 원하는 방향으로 특정 신호를 송수신하는 안테나를 의미한다. 송수신 간에 독립된 빔 패턴을 제공하여 전파의 양을 원하는 방향으로 극대화하고, 다른 방향에는 극소화하여 수신 신호의 잡음을 최소화한다.
3-dB hybrid coupler는 어떻게 구성되는가?
3-dB hybrid coupler는 출력신호가 90o의 위상차를 갖는 3dB 방향성 결합기이다. 이러한 종류의 hybrid는 microstrip이나 strip line으로 구성되며, Quadrature hybrid로도 알려져 있다.
참고문헌 (8)
S. Shladover, "Automated Vehicles for Highway Operations (Automated Highway Systems)," Proc. Inst. Mechanical Engineers, Part I: J. Systems and Control Engineering, vol. 219, 2005, pp. 53-75.
A. Festag, "Cooperative Intelligent Transport Systems (C-ITS) Standards in Europe," IEEE Commun. Mag., vol. 12, no. 52, Dec. 2014, pp. 166-72.
J. Kunisch and J. Pamp, "Wideband Car-to-Car Radio Channel Measurements and Model at 5.9 GHz," in IEEE Vehicular Technology Conference. VTC 2008-Fall, Calgary, Canada, Sept. 2008.
M. Gallo, S. Bruni, M. Pannozzo, and D. Zamberlan, "Performance Evaluation of C2C antennas on Car Body," Antennas and Propagation (EuCAP) Proceedings of the 7th European Conference, Gothenburg, Sweden, April 2013.
M. K. Khattak, and S. Kahng, "Enhanced gain metamaterialbased Leaky-wave beam-forming antenna for the V2X communication," Proc. of 2015 IEEE International Conference on Emerging Technologies (ICET), 19-20 Dec. 2015.
S. Kahng et al, "Design of a dual-band LTEMIMO antenna to be embedded in automotives," Proc. of 2015 International Symposiumon antennas and Propagation(ISAP), 9-12 Nov. 2015.
D. Eom, "Miniaturization of Dual-band Beamforming Antenna Feeds using the Metamaterial Resonators and Phase-Shift Lines,"Master of Science Degree Thesis, Incheon National University, February 2013
J. Butler, and R. Lowe, "Beam-Forming Matrix Simplifies Design of Electronically Scanned Antennas", Electronic Design, volume 9, pp.170-173, April 12, 1961
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