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주호성(Hosung Joo),엄순영(Soon-Young Eom) 한국전자파학회 2020 한국전자파학회논문지 Vol.31 No.12
Ku 대역(12~18 GHz)은 주로 장거리 위성 통신 및 레이다에 활용된다. 장거리 통신에서는 신호의 세기가 약하므로, 송/수신단의 손실을 줄이는 것이 중요하다. 본 논문에서는 15.7~16.7 GHz에서 동작하는 저손실 소형 4×4 버틀러 매트릭스 (Butler matrix) 구조를 제안하였고, 이를 설계 및 측정하였다. 저손실 특성 구현을 위하여, 서스펜디드 스트립라인(suspended stripline)을 기반으로 전송선로를 설계하였다. 또한, 소형화 구현을 위하여, 버틀러 매트릭스 내부 회로를 100 Ω 시스템으로 설계하고, 입/출력단을 50 Ω으로 정합하였다. 최적화 설계를 통하여 제작된 버틀러 매트릭스 회로의 크기는 45×22×2.3 mm이며, 동작 주파수 대역 내에서 측정된 삽입 손실, 단자 간 격리도, 각 단자의 반사 손실은 각각 1.36 dB(커넥터 손실 포함), 20.5 dB, 15.3 dB로 시뮬레이션 성능과 유사한 성능을 보였다. 개발된 4×4 버틀러 매트릭스는 1×4 선형 배열 안테나의 저손실 빔 스위칭 회로로 활용할 수 있을 것이다. The Ku-band (12~18 GHz) is mainly used for long-range satellite communications and radar applications. Because the signal power is weak in a long-range communication, it is important to reduce the loss of the transmitter and receiver. In this paper, we propose a low-loss compact 4×4 Butler matrix structure that operates in the range of 15.7~16.7 GHz. To achieve low-loss characteristics, a low-loss transmission line was designed based on the suspended transmission line. To miniaturize the structure, the internal circuit of the Butler matrix was designed as a 100 Ω system, and the input/output stage was matched at 50 Ω. The size of the Butler matrix circuit manufactured through the optimized design was 45×22×2.3 mm. The insertion loss, isolation between terminals, and return loss of each terminal measured within the operating frequency band were 1.36 dB (including connector loss), 20.5 dB, and 15.3 dB, respectively, demonstrating a performance similar to that of the simulated performance. The proposed 4×4 Butler matrix can be utilized as a low-loss beam-switching circuit for a 1×4 linear array antenna.