Recently, beam-forming communications is required for implementing high quality data-transfer and efficient communications for various environments in mobile communications, WLAN (Wireless local area network), etc. But, in general phased array antenna, high transmission loss is generated by using attenuator and phase shifter, so it is not appropriate to apply to mobile communications.
In this paper, low loss beam-width controllable beam-forming array antenna is proposed. The proposed beam-forming array antenna is controllable beam-direction and beam-width by employing reconfigurable power divide and circular arrangement, and has low loss characteristics due to not using attenuator and phase shifter.
The reconfigurable power divider is key point for low loss beam-width controllable beam-forming array antenna. Reconfigurable power divider is RF power distribution circuits, which integrate switches and impedance matching circuit. In this paper, low loss reconfigurable power divider using minimum switch is proposed and it is analyzed and designed mathematically. The experimental results show that the insertion loss is less than 0.85 dB in 1x2 divider using 3 switches and less than 1.9 dB in 1x4 divider using 7 switches. It means that the numbers of switches effect path loss of divider from experimental results, and it is required to design reconfigurable divider that is appropriate to application.
And, low loss beam-width controllable array antenna is implemented with proposed reconfigurable power divider. In this paper, two array printed folded dipole antenna arranged at 90° to each other is used and it is verified that the proposed antenna is controllable beam-width and direction. The proposed structure is expected to be used in low loss beam-forming communications system broadly.
최근, 고품질 데이터 송수신 및 이동통신, WLAN 등 다양한 환경에서의 효율적인 통신 체계를 구축하기 위해 빔성형 통신이 요구되어지고 있다. 그러나 일반적인 위상 배열 안테나의 경우, 위상천이기, 감쇄기 등에 의해 높은 전송손실이 발생하기 때문에 이동통신 등에의 적용하기에는 적합하지 않다.
본 논문에서는 저손실 빔폭 제어가 가능한 빔성형 배열 안테나를 제안한다. 제안된 빔성형 배열 안테나는 다중 전력 분배기와 원형 배열 구조를 적용하여 빔방향 및 빔폭을 제어할 수 있는 구조로 되어 있고, 또한 위상천이기와 감쇄기를 사용하지 않았기 때문에, 저손실의 특성을 가지고 있다.
다중 전력 분배기는 저손실 빔폭제어가 가능한 빔성형 안테나를 구현하기 위한 핵심 요소로, 스위치와 임피던스 정합 회로로 구현되어 있는 RF 전력 분배 회로이다. 본 논문에서는 최소 스위치를 이용한 저손실 다중 전력 분배기를 제안하고, 이를 수학적으로 분석, 설계한다. 또한, 실험적으로 3개의 스위치를 사용한 1x2 구조에서는 0.85dB 이하의 삽입손실이, 7개의 스위치를 사용한 1x4 구조에서는 1.9dB 이하의 삽입손실이 나타나는 것을 확인하였으며, 이는 사용되는 스위치의 개수가 증가함에 따라 회로의 전송손실이 증가하기 때문에, 용도에 맞는 적절한 다중 전력 분배기를 설계하는 것이 중요하다.
그리고 제안된 다중 전력 분배기를 이용하여 저손실 빔폭 제어가 가능한 배열 안테나를 제작하였다. 본 논문에서는 90° 각도로 배치되어 있는 1x2 folded dipole 안테나가 사용되었으며, 이를 통해 제안된 구조로 빔폭 및 빔방향을 조절할 수 있다는 것을 실험적으로 확인하였다. 따라서, 제안된 구조는 저손실 빔성형 통신 시스템에 널리 사용될 것이 기대된다.
