• ETRI Journal
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• 제27권6호
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• pp.788-797
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• 2005

This paper describes the design and realization of an extra high frequency band $8{\times}8$ microstrip Butler matrix. Operation at 36 GHz is achieved with a frequency bandwidth exceeding 400 MHz. The circuit is implemented on a bi-layer microstrip structure using conventional manufacturing processes. This planar implementation of a Butler matrix is a key component of a switched beam smart antenna with printed antenna elements integrated on-board. Conception details, simulation results, and measurements are also given for the components (hybrid couplers, cross-couplers, and vertical inter-connections) used to implement the matrix.

• 한국위성정보통신학회논문지
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• 제11권4호
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• pp.107-113
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• 2016

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.

• 한국전자파학회논문지
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• 제23권4호
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• pp.449-456
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• 2012

본 논문에서는 Ka 대역의 다중 단자 증폭기(Multi-port Amplifier: MPA)를 위한 도파관 $8{\times}8$ 버틀러 매트릭스(Butler Matrix: BM)를 설계하였다. 광대역 특성을 구현하기 위해서 버틀러 매트릭스를 구성하는 3 dB 결합기는 6개의 이항식 슬롯을 갖도록 설계하였다. 설계된$8{\times}8$ 버틀러 매트릭스를 제작하여 측정한 결과, 3 GHz의 설계 대역폭 안에서 0.3 dB 이하의 전송 손실과 26 dB 이상의 입력 반사 손실 그리고 35 dB 이상의 격리도 특성을 얻을 수 있었다.

• 전기학회논문지P
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• 제63권3호
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• pp.200-205
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• 2014

In this paper, 5.8GHz band $4{\times}4$ Butler matrix is designed using easily accessible commercial $90^{\circ}$ hybrid coupler and semirigid coaxial cable as a transmission line. This Butler matrix is very flexible to changes of antenna system specification like a frequency band because $90^{\circ}$ hybrid coupler changing is all to do. The result of design is the distance of $2{\times}2$ array antenna element is $\sqrt{2}{\lambda}/4$, the 4 beam directions are diagonal of array antenna and phase shifter is not necessary. The beam width is roughly $25^{\circ}$ narrower because of array antenna geometry and the side lobe is about 10dB higher partially than theoretical beam pattern. But the overall beam pattern is similar with theoretical beam. This Butler matrix can be applied to switching beam antenna of 5.8GHz band Wi-Fi and WAVE system.

• 한국통신학회논문지
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• 제39A권9호
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• pp.563-565
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• 2014

주파수 이용효율을 높이는 방법으로 빔포밍 기술을 사용한다. 본 논문에서는 무선랜 주파수 대역에서 RF 빔포머로 사용할 수 있는 버틀러 매트릭스를 설계 및 제작하였다. 구현한 버틀러 매트릭스는 2.4~2.485GHz의 주파수 범위에서 삽입손실은 최대 6.7dB, 최대 위상천이 오차는 $-6.51^{\circ}{\sim}7.17^{\circ}$ 갖는다.

• 한국전자파학회논문지
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• 제28권6호
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• pp.501-504
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• 2017

본 논문에서는 광대역 버틀러 매트릭스와 위상 천이기를 이용한 하이브리드 빔포밍 안테나 시스템을 제안하고, 이를 설계 및 측정하였다. 기존 $4{\times}4$ 버틀러 매트릭스는 4개의 빔패턴과 낮은 이득 때문에, $8{\times}8$ 버틀러 매트릭스를 사용하게 된다. 이 때 복잡한 구조로 인해 적층 및 양면 패턴으로 설계하게 되며, 이는 비아홀 및 Cross-over 구조에 의한 손실로 성능이 열화되게 된다. 이러한 단점을 극복하고자 제안된 하이브리드 빔포밍 안테나 시스템의 경우, 비아홀 손실로 인한 성능 열화를 최소화하기 위해 단면 패턴으로 구조를 단순화하였다. 또한, 두 개의 위상 천이기를 추가함으로써, 다양한 빔패턴을 제공할 수 있도록 설계하였다. 제안한 안테나 시스템을 이용하여, 16개의 입력조합으로 ${\pm}45^{\circ}$의 빔조향 각도에서 10 dBi 이상의 방사이득을 얻을 수 있었다.

• ETRI Journal
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• 제39권3호
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• pp.336-344
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• 2017

In this paper, we propose a convenient microwave orbital angular momentum (OAM) mode generation and multiplexing method operating in the 18 GHz frequency band, based on a $2{\times}2$ uniform circular array and a $4{\times}4$ Butler matrix. The three OAM modes -1, 0, and +1 were generated and verified using spatial S-parameter measurements; the measured back-to-back mode isolation was greater than 17 dB in the full 17 GHz to 19 GHz range. However, the radiated OAM beam centers were slightly dislocated and varied with both frequency and the mode index, because of the non-ideal characteristics of the Butler matrix. This resulted in mode isolation degradation and transmission distance limitations.

• 한국전자파학회논문지
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• 제26권10호
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• pp.876-884
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• 2015

본 논문에서는 5세대 이동통신을 위한 28 GHz 주파수 대역에서 스위치 빔포밍 안테나 시스템을 설계하였다. 본 빔포밍 시스템은 버틀러 매트릭스를 사용하였으며, 이는 다른 4 방향의 빔 조향을 할 수 있도록 각 출력단에 등간격의 위상을 생성한다. 배열 안테나는 28 GHz 주파수 대역에서 원하는 4개의 방향으로 조향할 수 있도록 설계하였다. 설계한 버틀러 매트릭스는 커플러와 지연선로로 구성되며, 그 동작에 대하여 설명하였다. 본 안테나 시스템은 유전율이 3이고, 5 mil의 높이를 가진 RO3003 기판을 이용하여 설계하였다. 설계한 버틀러 매트릭스의 사이즈는 $20.3{\times}13.0mm^2$이고, 배열 안테나의 사이즈는 $21.2{\times}19.9mm^2$이다. 본 시스템은 $-34^{\circ}{\sim}+33^{\circ}$까지 조향을 할 수 있고, Sidelobe level(SLL)의 최소값은 12.9 dB이다.

• 한국산학기술학회:학술대회논문집
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• 한국산학기술학회 2010년도 춘계학술발표논문집 1부
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• pp.18-23
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• 2010

본 논문에서는 4$\times$4 버틀러 매트릭스에 대하여 연구 및 고찰 한다. 셀룰러 대역의 주파수인 824~894MHz대역에서 신호를 균등하게 통과시키고, 위상의 차이를 균일하게 분배시키는 회로로 구현 되었다. 기존의 버틀러 매트릭스는 단층 기판 구조로 구현 되었지만, 본 연구는 다층 기판구조로 설계하여 크기가 보다 더 축소되었다. 마이크로스트립 구조인 $90^{\circ}$ 하이브리드 커플러 대신에 크기를 보다 더 효율적으로 줄이기 위하여 LTCC 커플러를 사용한다. 4$\times$4 버틀러 매트릭스의 설계는 Ansoft사의 Designer V3.5와 HFSS V11을 사용한다. 그리고 시뮬레이션 한 후 실제 제작한 버틀러 매트릭스를 측정하여 비교한 결과 매우 우수한 특성을 얻었다.

• 한국정보통신학회논문지
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• 제25권11호
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• pp.1687-1695
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• 2021

본 논문에서는 버틀러 매트릭스를 이용한 빔포밍 안테나를 설계 및 분석하였다. 제안한 빔포밍 안테나의 동작 주파수는 2.4 GHz의 ISM 대역이며, 빔포밍 안테나의 구성 요소는 1 × 4 배열 안테나 및 4 × 4 버틀러 매트릭스로 구성된다. 4 × 4 버틀러 매트릭스의 출력포트에 서로 다른 위상차를 갖는 신호가 출력되며, 신호는 1 × 4 배열 안테나의 각각의 입력포트에 공급된다. 4개의 입력포트를 갖는 빔포밍 안테나는 총 4개의 빔을 형성한다. 빔포밍 안테나의 방사패턴을 분석하기 위해 각각의 입력포트에 신호를 스위칭하여 공급하였으며, 입력포트 1 ~ 4에 대한 개별적인 분석을 진행하였다. 제안한 빔포밍 안테나는 각각의 입력포트에 따라 각각 -12°, 40°, -40°, 12° 방향에서 주 빔이 형성되었다.