Small Broadband Phased Array Antenna with Compact Phase-Shift Circuits

In this paper, the planar, compact, and broadband phased array antenna system for IMT-2000 applications has been investigated. Two methods far designing a low-cost and low-complex beam-farming network are proposed. First, a new compact and broadband phase shifter with continuously controlled phase bits is designed by using parallel coupled lines. Second, its equivalent phase delay line is suggested to be capable of replacing the complex phase shifter with a reference phase bit on a phased array antenna. For the purpose of achieving the broadband system, in addition to the broadband phase shifter, a wide-slot antenna with a ground reflector is utilized as an element antenna. Therefore, the phased array antenna system has achieved compact size, broad bandwidth, and wide steering angle, although it has low complexity and low fabrication cost. The 3${\times}$1 phased array antenna system has a compact size of 1.6 λ${\times}$ l.6 λ, which is the sufficient ground plane of the wide-slot antenna. Experimental results present that the S$\_$11/ has less than 15 dB within the band and its radiation patterns on an E-plane have the capability of steering an antenna beam from -29$^{\circ}$to +30$^{\circ}$.

간결한 위상 변위 회로를 갖는 소형 광대역 위상 배열 안테나

본 논문에서는 IMT-2000 소형 기지국 시스템 응용을 위한 광대역 특성을 갖는 위상 배열 안테나 시스템의 평판형, 소형 구조를 설계 및 구현하였다. 저비용, 단순 설계의 빔 형성망을 구성하기 위해 두 가지 방법이 제안되었다. 첫번째로 연속적으로 위상을 조정할 수 있는 새로운 소형 광대역 위상 천이기를 병렬 결합선로를 이용하여 설계하였으며, 둘째로는 위상 배열 안테나에서 기준 위상을 갖는 위상 천이기를 대체할 수 있는 등가적인 위상 지연기를 제안하였다. 또한 광대역 시스템 구현을 위해 광대역 위상 천이기와 함께 광대역 특성을 갖는 와이드 슬랏 안테나를 단위 안테나로 설계하였다. 따라서 설계된 위상 배열 안테나 시스템은 낮은 복잡도와 적은 공정 비용에도 불구하고 소형, 광대역, 그리고 넓은 빔 틸팅 각도를 갖도록 설계되었다. 제작된 3${\times}$l 선형 위상 배열 안테나 시스템은 와이드 슬랏 안테나의 접지면으로 충분한 1.6 λ${\times}$ l.6 λ의 소형 구조로 구현되었으며, 실험 결과 IMT-2000 대역 내에서 15 dB 이하의 S$_{11}$을 보였고, E평면 방사 패턴에서 -29$^{\circ}$에서 +30$^{\circ}$의 빔 스캔 각도를 나타내었다.다.