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Design of a K/Ka band phased array antenna for spectrum monitoring system
Claudio Rosario, Jan P.
Claudio Rosario, Jan P.
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Abstract
This work presents the design of a K-Ka band (23–28 GHz) phased array antenna for spectrum monitoring and meteorological radar. The array uses aperture-coupled microstrip patch antennas, selected for their wide bandwidth and high isolation. A systematic feed network design methodology is proposed and validated through two isolated antenna designs (single and dual-polarized at 10 GHz) and a dual-polarized stacked-patch element in an array environment at 23–28 GHz. Simulations of the 256 element array show a gain of 29.4 dB, close to the 30 dB target, and effective beam steering up to 45° across the full band and 60° at 26 GHz. The simulated isolation of 68.2 dB exceeds the 50 dB requirement. A comparison of beamformer ICs supports the selection of the final chip used. Additionally, the Wilkinson power divider unit cell and network were designed and simulated, demonstrating excellent performance across the array’s operating frequency range.
Este trabajo presenta el diseño de una antena de arreglo en fase en banda K-Ka (23–28 GHz) para monitoreo de espectro y radar meteorológico. Se emplean antenas de parche de microcinta acopladas por apertura, seleccionadas por su ancho de banda y aislamiento. Se propone y valida una metodologÃa para diseñar la red de alimentación mediante dos antenas en ambiente aislado (polarización simple y doble a 10 GHz) y un elemento apilado con polarización doble en arreglo a 23–28 GHz. Las simulaciones del arreglo de 256 elementos muestran 29.4 dB de ganancia, escaneo hasta 45° en todo el rango y 60° a 26 GHz. Se alcanza un aislamiento de 68.2 dB. Se compararon diferentes CI conformadores de haz y se justificó la selección final. También se diseñaron y simularon la celda unitaria y red Wilkinson, mostrando excelente rendimiento en el ancho de banda de operación.
Este trabajo presenta el diseño de una antena de arreglo en fase en banda K-Ka (23–28 GHz) para monitoreo de espectro y radar meteorológico. Se emplean antenas de parche de microcinta acopladas por apertura, seleccionadas por su ancho de banda y aislamiento. Se propone y valida una metodologÃa para diseñar la red de alimentación mediante dos antenas en ambiente aislado (polarización simple y doble a 10 GHz) y un elemento apilado con polarización doble en arreglo a 23–28 GHz. Las simulaciones del arreglo de 256 elementos muestran 29.4 dB de ganancia, escaneo hasta 45° en todo el rango y 60° a 26 GHz. Se alcanza un aislamiento de 68.2 dB. Se compararon diferentes CI conformadores de haz y se justificó la selección final. También se diseñaron y simularon la celda unitaria y red Wilkinson, mostrando excelente rendimiento en el ancho de banda de operación.
Description
Date
2025-05-16
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Keywords
Phased array, Scan blindness, Patch antennas, Wilkinson, Beamforming