Base Station Antenna Array with Calibration Structure

Thumbnail Image

URL

Journal Title

Journal ISSN

Volume Title

Sähkötekniikan korkeakoulu | Master's thesis
Ask about the availability of the thesis by sending email to the Aalto University Learning Centre oppimiskeskus@aalto.fi

Authors

Date

2017-08-28

Department

Major/Subject

Radio Science and Engineering

Mcode

ELEC 3038

Degree programme

NanoRad - Master’s Programme in Nano and Radio Sciences (TS2013)

Language

en

Pages

73

Series

Abstract

The introduction of 5G technologies is pushing most of the research in mobile communications to millimeter waves. However sub-6 GHz frequency range provides excellent wave propagation and also increased capacity due increased usable frequency ranges and should not be ignored. This thesis describes a design process and simulations for a sub-6 GHz indoor picocell base station antenna array with internal calibration network for transceiver self-calibration built around four channel RF transceiver. Antenna type capable of 2 GHz to 6 GHz operation was chosen and designed using EM-simulations. Signal-injection circuitry was also designed using circuit simulator and implemented on a PCB. A 2x2 Vivaldi array was produced that is capable of beam steering with less than or equal to -6 dB active reflection coefficient and greater than or equal to -3 dB total efficiency. Calibration with minimal insertion loss and nearly identical coupling was implemented on the RFIC PCB to form a picocell base station with the antenna array.

5G tekniikoiden tulon myötä suurin osa matkaviestinnän tutkimuksesta on siirtynyt millimetriaalloalueelle. Alle $6\,$GHz taajuusalue tarjoaa silti erinomaiset radioaaltojen etenemisominaisuudet sekä kasvaneen kapasiteetin uusien taajuusalueiden käyttöönoton myötä. Tässä diplomityössä on esitelty alle 6 GHz taajuusalueella toimivan sisätiloihin tarkoitetun pikosolutukiaseman suunnitteluprosessi. Tukiasema koostuu neljän antennin antenniryhmästä, sisäisestä kalibrointiverkosta sekä neljäkanavaisesta lähetin-vastaanottimesta. 2 GHz - 6 GHz taajuusalueen kattava antennityyppi valittiin ja se mallinnettiin tietokoneohjelmistoa käyttäen. Rakenteeseen kuuluva kalibrointiverkko suunniteltiin ja mallinnettiin myös piirisimulaatio-ohjelmistoa käyttäen. Suunnitteluvaiheen tuloksena saatiin neljän elementin Vivaldi-tyyppinen antenniryhmä, jonka aktiivinen heijastuskerroin oli pienempi tai yhtä suuri kuin -6 dB sekä kokonaishyötysuhde suurempi tai yhtä suuri kuin -3 dB. Kalibrointiverkon vaikutus signaaliteihin saatiin minimoitua ja kalibrointisignaalin kytkeytyminen kalibrointiverkon läpi lähes identtiseksi. Tukiasemarakenne rakennettiin yhdistämällä antenniryhmä sekä kalibrointiverkon ja lähetin-vastaanottimen sisältävä piirilevy.

Description

Supervisor

Viikari, Ville

Thesis advisor

Lehtovuori, Anu

Keywords

Sub-6 GHz, 5G, beamforming, phased array, base station, mobile communications

Other note

Citation

Permanent link to this item

https://urn.fi/URN:NBN:fi:aalto-201709046862

Collections

[dipl] Sähkötekniikan korkeakoulu / ELEC