[实用新型]多波束端射天线

说明书

本实用新型公开了一种多波束端射天线，其特征在于，它采用基片集成波导结构，包括多个输入端口、Butler矩阵、多组端射偶极子辐射单元，Butler矩阵包括耦合器、交叉器和移相器，信号经过Butler矩阵分成多个等幅相位差恒定的输出至辐射单元，各组端射偶极子辐射单元由印制板金属化过孔形成使辐射方向与天线平行，分别连接于Butler矩阵输出口，电磁波耦合至末端双偶极子，在空间中叠加合成平行于天线阵面方向辐射的电磁波。本实用新型结构简单、体积变小、低损耗以及降低生产成本，最后以偶极子形成端射形式，来实现电磁波端射辐射，区别现有多波束天线人体遮挡问题，更适应更多场景的使用。

技术领域

本实用新型涉及通信设备技术领域，特别是一种多波束端射天线。

背景技术

在过去，低于6GHz的频段被密集的使用，造成低频段频谱资源不够，国家和运营商正在开发6GHz以上的新频段，特别是针对北美，日本，韩国等地区和国家发布的5G毫米波新频段，人们普遍认为毫米波(mmWave)是下个频段最好的选择。

为了实现5G移动终端设备的高增益和覆盖范围广，选用相控阵和多波束的方案成为一种好的选择，在此之前很多知名半导体公司已经成功研发出5G在毫米波的芯片相控阵技术在国防领域的雷达、通信、电子战、导航等领域获得广泛应用，也正在卫星通信和5G通信使用，特别是与Massive MIMO天线的应用，相控阵在不减增益的情况下提供低延时的波束切换，实现精确方向扫描，为特定密集场所提供通信保证。然而其昂贵成本、硬件实施的复杂性、散热以及结构大小成为主要的发展问题。

相对而言，多波束也在卫星通信和汽车雷达中使用毫米波，且具有小型化的优点，可以应用在移动终端设备，移动终端产生的波束具有较大覆盖范围，每个波束将于附近基站产生连接，因此，在5G通信系统中，具有多波束的移动终端可以提高信道容量和覆盖效率。

多波束天线是一个多端口的阵列天线，对不同输入馈电都会形成一个指定的方向。最早的多波束多依赖波导和微带线结构，金属波导虽然损耗低，但体积笨重且制造复杂不适合移动终端设备小型化的要求，微带线结构简单体积小则在毫米波色散严重，损耗大。

另一方面，实现多波束网络主要有Butler矩阵、Blass矩阵、Rotman透镜等技术，其中Blass矩阵幅度可自由控制，并且形成的波束数目较多，输入端口隔离度好，在实际应用中灵活性较高，但其是有耗网络，损耗大且结构复杂。由Rotman透镜形成的网络波束数量多、旁瓣电平低、带宽宽等优点也受到欢迎，但是同样天线尺寸过大，不易于与终端设备集成。

同时现有的移动终端上采用的多波束贴片或缝隙天线，辐射方向垂直与天线表面，但是如果是应用于手机后背上，手会挡住后盖，大大降低天线性能。同理适应于其他同类型的便携式设备时，同样会遇到人体遮挡问题。

发明内容

本实用新型的目的就是为了解决现有技术之不足而提供的一种低损耗、结构简单、小型化、端射的工作于28GHz的多波束端射天线。

本实用新型是采用如下技术解决方案来实现上述目的：一种多波束端射天线，其特征在于，它采用基片集成波导结构，包括多个输入端口、Butler矩阵、多组端射偶极子辐射单元，Butler矩阵包括耦合器、交叉器和移相器，信号经过Butler矩阵分成多个等幅相位差恒定的输出至辐射单元，各组端射偶极子辐射单元由印制板金属化过孔形成，分别连接于Butler矩阵输出口，电磁波耦合至末端双偶极子，在空间中叠加合成平行于天线阵面方向辐射的电磁波。

作为上述方案的进一步说明，输入端口的数量为四个，Butler矩阵为四输入，四输出网络。

所述天线单元为三层对称结构，中间层为SIW金属过孔结构传输电磁波耦合至末端双偶极子辐射单元；上下两层为介质，厚度四分之一介质波长；双偶极子设计为提高方向图对称性并提高增益；介质内排列有规则的U形金属孔形成反射腔，提高前后比；偶极子方向延伸一段介质，调节波束宽度。