A Study on a Planar Array Antenna Design with a Flat-Topped Radiation Pattern

In this paper, the design, fabrication and experiment on a planar array antenna with a flat-topped radiation pattern for a mobile base station antenna were described. The current distribution of an antenna aperture, which is easily realizable in a feeding network compared with the conventional one of sin(x)/x was optimized for shaping a desired flat-topped radiation pattern. The planar array antenna designed in this paper has a rectangular lattice and is composed of array elements of 16${\times}$8. Each radiating element, which is a microstrip element fed coaxially, has a linear vertical polarization and the feed network which use a Wilkinson power divider and a 180$^{\circ}$ ring hybrid coupler as a base element is designed. The flat-topped radiation pattern with 90$^{\circ}$ is shaped by 16 array elements with the element spacing of 0.55 λ$_{ο}$ in the azimuth plane, and the normal radiation pattern with 10$^{\circ}$ is shaped by 8 array elements with the element spacing of 0.65 λ$_{ο}$ in the elevation plane. Also, the planar array antenna is symmetrically divided into four parts. It consists of one hundred-twenty-eight radiating elements, thirty-two 1-4 column dividers, low 1-8 row dividers and one 1-4 input power divider. In order to verify electrical performances of the planar way antenna proposed in this paper, the experimental breadboard operated in tile band of 1.92～2.17 GHz(IMT2000 band) was fabricated, and its experimental results were a good agreement with simulation ones.

구형 방사 패턴을 갖는 평면 배열 안테나 설계에 대한 연구

본 논문에서는 이동통신 기지국 안테나로 활용하기 위한 구형 빔 패턴을 갖는 평면 배열 안테나 설계 및 제작 그리고 실험에 대하여 기술하였다. 원하는 구형 빔 패턴을 형성하기 위해 종래에 많이 사용하던 sin(x)/x 전류 분포를 사용하지 않고 급전 회로망의 설계 제작이 용이한 진폭과 위상 성분의 전류 분포로 최적화하였다. 본 논문에서 설계하는 평면 배열 안테나는 직사각형 격자 배열 구조를 가지며, 16${\times}$8 배열 소자로 구성된다. 각 방사 소자는 선형 수직 편파와 동축 여기 구조를 갖는 단일 마이크로스트립 소자이며, 월킨슨 전력 분배기와 180$^{\circ}$ 링 하이브리드 결합기를 기본 소자로 하는 급전 회로망이 설계된다. 평면 배열 안테나는 방위각 방향으로 는 0.55 λ$_{ο}$의 소자 간격을 갖는 16 배열 소자에 의해 90$^{\circ}$ 구형 빔 패턴을 형성하고, 양각 방향으로는 0.65 λ$_{ο}$의 소자 간격을 갖는 8 배열 소자에 의해 $10^{\circ}$의 일반적인 정형 빔 패턴을 형성한다. 또한, 16${\times}$8 배열 안테나는 좌우 상하 대칭적으로 네 부분으로 나뉘어져 있으며, 128개의 방사 소자, 32개의 1-4 행 분배기, 4개의 1-8 열 분배기 그리고 1개의 1-4 입력 전력 분배기로 구성된다. 본 논문에서 제안한 평면 배열 안테나 구조의 전기적인 특성을 검증하기 위하여 1.92～2.17 GHz(IMT2000 대역)에서 동작하는 평면 배열 안테나 실험 시제품을 제작하였으며, 실험 측정 성능들은 시뮬레이션 성능들과 매우 유사함을 보여 주었다.