A Cost-Effective Wideband Switched Beam Antenna System for a Small Cell Base Station
| Autor: | B. Lars G. Jonsson, Marc Le Roy, Petros Bantavis, C. I. Kolitsidas, George A. Kyriacou, Tzihat Empliouk |
|---|---|
| Přispěvatelé: | Lab-STICC_UBO_MOM_DIM, Institut Brestois du Numérique et des Mathématiques (IBNM), Université de Brest (UBO)-Université de Brest (UBO)-Laboratoire des sciences et techniques de l'information, de la communication et de la connaissance (Lab-STICC), École Nationale d'Ingénieurs de Brest (ENIB)-Université de Bretagne Sud (UBS)-Université de Brest (UBO)-École Nationale Supérieure de Techniques Avancées Bretagne (ENSTA Bretagne)-Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Bretagne Loire (UBL)-IMT Atlantique Bretagne-Pays de la Loire (IMT Atlantique), Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)-École Nationale d'Ingénieurs de Brest (ENIB)-Université de Bretagne Sud (UBS)-École Nationale Supérieure de Techniques Avancées Bretagne (ENSTA Bretagne)-Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Bretagne Loire (UBL)-IMT Atlantique Bretagne-Pays de la Loire (IMT Atlantique), Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT), Laboratoire des sciences et techniques de l'information, de la communication et de la connaissance (Lab-STICC), École Nationale d'Ingénieurs de Brest (ENIB)-Université de Bretagne Sud (UBS)-Université de Brest (UBO)-Télécom Bretagne-Institut Brestois du Numérique et des Mathématiques (IBNM), Université de Brest (UBO)-Université européenne de Bretagne - European University of Brittany (UEB)-École Nationale Supérieure de Techniques Avancées Bretagne (ENSTA Bretagne)-Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-École Nationale d'Ingénieurs de Brest (ENIB)-Université de Bretagne Sud (UBS)-Université de Brest (UBO)-Télécom Bretagne-Institut Brestois du Numérique et des Mathématiques (IBNM), Université de Brest (UBO)-Université européenne de Bretagne - European University of Brittany (UEB)-École Nationale Supérieure de Techniques Avancées Bretagne (ENSTA Bretagne)-Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université de Brest (UBO) |
| Jazyk: | angličtina |
| Rok vydání: | 2018 |
| Předmět: |
Beamforming
Computer science wideband Vivaldi array 02 engineering and technology Radiation Microstrip Butler matrix law.invention ACTI law 0202 electrical engineering electronic engineering information engineering Electronic engineering Electrical and Electronic Engineering Wideband RF front end Directional antenna 020208 electrical & electronic engineering small cell 020206 networking & telecommunications edge impedance loading [SPI.TRON]Engineering Sciences [physics]/Electronics [SPI.ELEC]Engineering Sciences [physics]/Electromagnetism Antenna (radio) Vivaldi antenna Phase shift module 5G soft surface |
| Zdroj: | IEEE Transactions on Antennas and Propagation IEEE Transactions on Antennas and Propagation, Institute of Electrical and Electronics Engineers, 2018, 66 (12), pp.1-4. ⟨10.1109/SaPIW.2018.8401663⟩ |
| ISSN: | 0018-926X |
| DOI: | 10.1109/SaPIW.2018.8401663⟩ |
| Popis: | A wideband switched beam antenna array system operating from 2 to 5 GHz is presented. It is comprised of a $4\times 1$ Vivaldi antenna elements and a $4\times 4$ Butler matrix beamformer driven by a digitally controlled double-pole four-throw RF switch. The Butler matrix is implemented on a multilayer structure, using 90° hybrid couplers and 45° phase shifters. For the design of the coupler and phase shifter, we propose a unified methodology applied, but not limited, to elliptically shaped geometries. The multilayer realization enables us to avoid microstrip crossing and supports wideband operation of the beamforming network. To realize the Butler matrix, we introduce a step-by-step and stage-by-stage design methodology that enables accurate balance of the output weights at the antenna ports to achieve a stable beamforming performance. In this paper, we use a Vivaldi antenna element in a linear four-element array, since such element supports wideband and wide-scan angle operation. A soft condition in the form of corrugations is implemented around the periphery of the array, in order to reduce the edge effects. This technique improved the gain, the sidelobes, and helped to obtain back radiation suppression. Finally, impedance loading was also utilized in the two edge elements of the array to improve the active impedance. The proposed system of the Butler matrix in conjunction with the constructed array can be utilized as a common RF front end in a wideband air interface for a small cell 5G application and beyond as it is capable to simultaneously cover all the commercial bands from 2 to 5 GHz. |
| Databáze: | OpenAIRE |
| Externí odkaz: |
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