[发明专利]基于八端口结的共基片多波束天线

说明书

技术领域

基于八端口结的共基片多波束天线适用于微波毫米波移动通信、卫星通信、雷达探测、空 间功率合成、微波成像及智能天线等领域。

背景技术

移动通信的迅速发展使得传统的多址方式，如CDMA，FDMA，TDMA等，已不能满足日益增长 的扩容需要。多波束天线通过波束成形网络产生多个不同指向的波束，用来覆盖整个用户区， 从而实现提高信道容量、降低干扰、降低发射功耗等目标。波束成形网络一般可以分为两大类： 电路类(又叫网络类)和准光透镜类。其中，电路类是通过传输线连接功分器和耦合器所构成。 产生波束扫描所需的相移可以通过不等长的传输线或专门的移相器来获得，而口径面幅度的分 布是由功分器的功分率来控制的。到目前为止，有两种常见的电路类波束成形网络，即Butler 矩阵和Blass矩阵。其中Butler矩阵是目前使用最为广泛的电路类波束成形网络。

与准光透镜类相比，电路类波束成形网络具有更好的性能，但是也存在一些缺点。主要表 现为体积较庞大、结构较复杂，当输入支路数量较多时尤其如此。例如，当阶数大于3时，电 路类波束成形网络都需要一个或若干个交叉的传输线结构，这对平面电路是致命的问题。即便 用0dB耦合器来替代交叉结构，也会带来诸如损耗加大、结构复杂、带宽减少等一系列问题。 有一种微波电路被称之为“八端口结”，其主要被应用于单脉冲天线的馈电设计和功分器的设计。 我们发现在原八端口结的基础上加上两个固定移相器，即可以利用简便的结构来实现4×4的波 束成形网络，从而避波束成形网络中传输线的交叉。

另一方面，波束成形网络的发展趋势是工作频率提高、集成化、平面化、小型化、低成本 加工、生产可重复性高，同时要保证其优良的性能。同时为了实现系统的集成化、高可靠性、 高辐射效率，可将波束成形网络与天线阵集成在同一介质基片上，实现“共基片多波束天线”。 在这一目标下，平面电路实现的波束成形网络具有先天的优势，但也存在一些致命的缺陷，主 要体现在其工作频率较高时，尤其在毫米波频段。例如，一般平面电路传输线实现的毫米波波 束成形网络很难与天线阵集成在同一个介质基片上，这主要是因为其电路在如此高频率工作时 会产生很大的互耦和辐射，会极大地制约波束成形网络的集成化和影响共基片多波束天线的方 向图。本专利中波束成形网络利用基片集成波导结构实现，其为一平面电路结构，且具有损耗 低、加工简便等优点。更为重要的是基片集成波导是全封闭的结构，在毫米波频段其构成的电 路之间几乎没有互耦和辐射，故其可直接与天线阵集成在单一介质基片上，形成共基片的多波 束天线。

发明内容

技术问题：本发明的目的是提供一种基于八端口结的共基片多波束天线，在原八端口结的 结构上增加两个45°固定移相器，利用基片集成波导实现毫米波频段的4端口共基片多波束天 线。其与利用4×4Butler矩阵馈电的多波束天线具有相似的性能，而且体积紧凑、无交叉的传 输线结构、可靠性高、辐射特性不受波束成形网络的干扰、制作成本低、容易大批量生产、易 与有源电路集成。