[发明专利]基片集成波导多波束智能天线

说明书

技术领域

本发明是一种多波束天线，可以被广泛的应用到微波毫米波通信，民用移动 通信里面，可以改善通信信道质量，降低发射功率和误码率，减少多径干扰。具 有很高的实用价值，属于微波天线制造的领域。

背景技术

在微波毫米波接力通信和民用移动通信领域，由于真实的无线环境比较复 杂，在电波传播的过程中间会有一系列的反射和衰落从而降低通信质量，由此产 生了多波束天线的需求；当一个强定向性的天线代替简单的均匀辐射的全向天线 的时候，从通信信道上来说可以有效地降低干扰和发射功率。为了实现和全向天 线相同的覆盖范围，就需要有多个指向不同方向的强定向性的波束叠加去实现全 向覆盖。多波束天线是一个无源多端口微波网络，信号从不同端口输入时，利用 馈电网络给天线阵列里的每一幅单元天线以不同的相位分布，从而在一个天线阵 列上产生多个指向的波束。与用多个天线阵列组成的多波束天线相比，具有体积 小巧的优点。比起有源相控阵列具有成本低的优点。所以这种无源多波束天线阵 列正在被越来越广泛的应用在微波和移动通信领域里面。

发明内容

技术问题：本发明的目的是提出一种基片集成波导多波束智能天线；该天 线从结构上采用了改进的巴特勒矩阵作为馈电网络，有效地降低了每一个波束的 旁瓣电平。采用了单层介质的结构，使得普通的双面PCB工艺可以被运用到制 作此多波束天线上面，便于大规模的生产。采用基片集成波导纵向天线和馈电网 络一体化的设计可以进一步减小馈电网络面积，降低损耗，提高天线增益和效率。

技术方案：基片集成波导多波束天线采用了改进的4输入8输出巴特勒矩 阵作为天线的馈电网络，采用了基片集成波导纵向缝隙天线作为辐射单元。 巴特勒矩阵主要是由90度电桥、交叉耦合器和移相器构成。在本设计里面，首 先将这些基本单元全部采用基片集成波导工艺实现。在组成整个网络时又经过进 一步的优化，做成基片集成波导并排放置的结构，从而有效地减少了馈电网络的 面积。同时，为了有效的降低波束合成面的旁瓣电平，在经典的巴特勒矩阵上面 作了重大的改进：1、由巴特勒矩阵馈给的天线数目多了1倍；2、采用低副瓣的 幅度分布使得在波束合成面上的旁瓣电平有效的降低。为了实现此改进的巴特勒 矩阵的同时又不显著增加馈电网络规模，在此引入了一种紧凑型的基片集成波导 功率分配器来产生所需的低副瓣幅度分布。在具体设计中有以下几个注意点。

1：)单层化设计，所有的结构都是在一块单层双面敷铜的介质基片上打出一 系列的金属通孔来实现，即整个馈电网络和槽缝天线都是在一个平面上单层基片 集成波导来实现的。

2：)采用了相位补偿技术，使得基片集成波导T型结的不等功率分配带来的 相位上的误差均被随后的移相网络消除了，从而简化了馈电网络功分器的设计。

3：)一体化的设计进一步减少馈电网络尺寸，从而降低损耗。由于使用的是 类似于波导结构的纵向缝隙天线，因此对于馈电网络的输出相位可以允许正反 向，同时对于改进的4输入8输出巴特勒矩阵可以化简进一步减少其尺寸。所以 经过总体考虑之后，整个馈电网络尺寸得以进一步缩小(化简如图3所示)。

在实现了此基片集成波导4波束智能天线之后，为了在新的一代移动通信中 使用此多波束天线，提出了一个准三角柱的结构(如图5所示)安装了6幅相同 的多波束天线使得：1、产生了360度整个圆周方向上面的覆盖；2、相邻波束 之间的交叉点在-3dB左右，使得整个圆周方向上面的覆盖是完全的，没有盲角； 3、单个4波束天线相邻波束夹角是30度，采用此种准三角柱结构，将正常三角 柱的一个面变成内角为165度的两个面安装了两个4波束天线，8个波束交错分 布覆盖一个120度扇区，从而相邻波束夹角变成15度。

有益效果：基片集成波导多波束智能天线有以下几个优点：

单层化：整个单面多波束天线都是在一块单层介质基片上通过金属化通孔连 接双层金属表面而形成的类波导结构。在PCB工艺里面对应的仅仅是双面板工 艺，相对于多层PCB，制造成本低，同时便于大规模生产。

低旁瓣电平：由于采用了改进过的4输入8输出巴特勒矩阵，实现了低旁瓣 电平的幅度分布。在多波束合成的平面(水平的圆周面上)旁瓣电平可以下降到 -15dB，超过了用传统的巴特勒矩阵馈电时的理论值(-13dB)，远优于用普通4 输入4输出巴特勒矩阵馈电时的旁瓣电平的实测值(约-8dB)。在通信系统中使 用有助于降低干扰，提高性能。