Fractal antenna arrays are geometry-based thinned arrays having multiband applications. The major challenge of these arrays is their large number of elements at higher expansion factors. This article presents the thinning of fractal antenna arrays while maintaining an appropriate balance between the side lobe level and beam width by using various quantized fractal distribution functions. A 2D square fractal antenna array and 3DSierpinski gasket antenna array are considered in this article to validate the proposed distribution functions. Nearly one third of the antenna elements are thinned in each successive iteration except in the case of a one-count distribution function. The proposed technique can simplify practical implementation and exhibits better performance for various parameters such as the side lobe level, side lobe angle, and half power beam width than fully populated fractal antenna arrays.
We analyze the performance of a truncated power controlled CDMA(code division multiple access) cellular systems with base station antenna arrays. Erlang capacity and the channel capacity which is a maximum date rate to maintain almost error free communication are analytically derived. The numerical results show there can be a substantial increase in Erlang capacity and in channel capacity by antenna arrays incorporating with the truncated power control scheme.
This research introduces three new fractal array configurations that have superior performance over the well-known Sierpinski fractal array. These arrays are based on the fractal shapes Dragon, Twig, and a new shape which will be called Flap fractal. Their superiority comes from the low side lobe level and/or the wide angle between the main lobe and the side lobes, which improves the signal-to-intersymbol interference and signal-to-noise ratio. Their performance is compared to the known array configurations: uniform, random, and Sierpinski fractal arrays.
In this paper, we analyze the effect of imperfect power control on the capacity of the reverse channel in CDMA cellular system with antenna arrays in the base station. For imperfect power control, we assume that the received power at the base station from the users within each cell has log-normal distribution, and we also consider the effect of imperfect power control of co-channel interferences which arise from both its own cell and outer cells. From the result of numerical analysis, we show that the degree of power control gives a great influence on the capacity of CDMA celluar system with antenna arrays, and also that antenna arrays at the base station can improve greatly the system capacity even when the power control is imperfect.
In this paper, behaviors of photonic crystal (PC) radiative structures and antenna arrays have been compared for two types of uniform and binomial excitations. Appropriate duality has been shown between them. These results can be generalized to other types of excitation and arrangement of photonic crystal radiative arrays such as linear, planar and circular arrays of three dimensional (3D) photonic crystal termination resonators. Using these results in designing photonic circuits has some advantages for shaping a particular radiative beam at the photonic crystal exit, for instance reducing the divergence angle of the main lobe in order to enhance the directivity, for better coupling, or for splitting the emitted beam, for dividing the output beam to the next devices in photonic integrated circuits (PIC). For analysis and simulation of the photonic crystal structures, the finite difference time domain (FDTD) method has been employed.
In this paper, we present a simple design method and measurement results for circular loop antenna arrays, which can be used for LS band operation, such as access point antennas in the wireless LAN system. It has been shown that the input impedance of a circular loop can be adjusted near 100 $\Omega$ using a short stub. The length of the stub can be immediately determined in the work place through the measurement of S11 with a network analyzer. Fabricated arrays show high antenna gains as much as 12.4㏈i and 15.1 ㏈i at the center frequency of 2.45 ㎓ for 4${\times}$l and 4${\times}$2 array, respectively. These types of loop arrays can be fabricated at a low cost.
Journal of electromagnetic engineering and science
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제18권2호
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pp.129-135
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2018
This paper proposes a design of small controlled reception pattern antenna (CRPA) arrays using circular microstrip loops with frequency-insensitive characteristics. The proposed array consists of seven identical upper and lower circular loops that are electromagnetically coupled, which results in a frequency-insensitive behavior. To demonstrate the feasibility of the proposed feeding mechanism, the proposed array is fabricated, and its antenna characteristics are measured in a full-anechoic chamber. The operating principle of the proposed feeding mechanism is then interpreted using an equivalent circuit model, and the effectiveness of the circular loop shape is demonstrated by calculating near electromagnetic fields in proximity to the radiator. The results confirm that the proposed feeding mechanism is suitable to have frequency-insensitive behavior and induces strong electric and magnetic field strengths for higher radiation gain in extremely small antenna arrays.
Hakkarainen, Aki;Werner, Janis;Dandekar, Kapil R.;Valkama, Mikko
Journal of Communications and Networks
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제15권4호
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pp.383-397
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2013
In this paper, the sensitivity of massive antenna arrays and digital beamforming to radio frequency (RF) chain in-phase quadrature-phase (I/Q) imbalance is studied and analyzed. The analysis shows that massive antenna arrays are increasingly sensitive to such RF chain imperfections, corrupting heavily the radiation pattern and beamforming capabilities. Motivated by this, novel RF-aware digital beamforming methods are then developed for automatically suppressing the unwanted effects of the RF I/Q imbalance without separate calibration loops in all individual receiver branches. More specifically, the paper covers closed-form analysis for signal processing properties as well as the associated radiation and beamforming properties of massive antenna arrays under both systematic and random RF I/Q imbalances. All analysis and derivations in this paper assume ideal signals to be circular. The well-known minimum variance distortionless response (MVDR) beamformer and a widely-linear (WL) extension of it, called WL-MVDR, are analyzed in detail from the RF imperfection perspective, in terms of interference attenuation and beamsteering. The optimum RF-aware WL-MVDR beamforming solution is formulated and shown to efficiently suppress the RF imperfections. Based on the obtained results, the developed solutions and in particular the RF-aware WL-MVDR method can provide efficient beamsteering and interference suppressing characteristics, despite of the imperfections in the RF circuits. This is seen critical especially in the massive antenna array context where the cost-efficiency of individual RF chains is emphasized.
The design, numerical simulation, and an experimental implementation of two-element cross-shaped microstrip line-fed printed slot array antenna for IMT-2000 at the 2.0 GHz band is presented in this paper. The proposed antenna with relative permittivity 4.3 and thickness 1.0mm is analyzed by the Finite-Difference Time-Domain (FDTD) method. It was shown that the measured 2.0 VSWR bandwidth of one-element microstrip slot antenna is from 1.42 GHz to 2.69 GHz, which is approximately 61.8% and that of two-element microstrip slot array antenna is from 1.42 GHz to 2.56 GHz, which is approximately 57.3% And it was shown that the measured gain of one-element microstrip slot antenna is 2.75 dBi and that of two-element microstrip slot antenna is 4.75 dEi. The antennas were fabricated and tested. The measured results are in good agreements with the FDTD results.
This paper proposes a simple yet accurate method for estimating the antenna correlation coefficient (ACC) of a high-order multiple-input multiple-output (MIMO) antenna. The conventional method employed to obtain the ACC from three-dimensional radiation patterns is costly and difficult to measure. An alternate method is to use the S-parameters, which can be easily measured using a network analyzer. However, this method assumes that the antennas are highly efficient, and it is therefore not suitable for lossy MIMO antenna arrays. To overcome this limitation, we define and utilize the non-coupled radiation efficiency in the S-parameter-based ACC formula. The accuracy of the proposed method is verified by the simulation results of a 4-port highly coupled lossy MIMO array. Further, the proposed method can be applied to N-port arrays by expanding the calculation matrix.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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