[发明专利]基于SIW的三波束天线系统

说明书

本发明公开了基于SIW的三波束天线系统，包括转换枝节，网络矩阵以及天线阵列。转换枝节主要用于电磁信号由微带传输线到SIW区域的模式转变；而采用三个SIW耦合调相器及一个移相单元，组合成三进三出网络；每列天线阵列连接于网络矩阵的一个端口，且每列单元数目大于等于1个。SIW结构实现信号传输的低损耗特性。通过与天线阵列相连接，可以实现一个沿着轴线的辐射波束和两个轴对称的波束。此设计具有损耗小、结构简单、应用范围广等特点。

技术领域

本发明涉及天线技术领域，具体涉及一种基于SIW的多波束天线系统。

背景技术

随着无线通信技术的快速发展，对容量的要求越来越高。为了解决这一趋势，智能天线在无线通信系统中起着重要的作用。智能天线技术可以提高系统的通信容量，实现更高的信噪比。智能天线可以采用自适应天线技术和波束形成天线技术实现。自适应天线的最大辐射方向对准所需的站址对齐，而用零点位置对着干扰站模式。然而，复杂的算法和大量的数据需要处理，系统的响应速度慢。波束形成天线具有结构简单、易于实现、波束控制准确等优点。因此，多波束天线的研究变得越来越普遍。多波束天线的核心技术是波束形成网络。波束形成网络的设计方法有多种，如BLASS矩阵。避免复杂的信号处理来实现功率和相位分布，巴特勒矩阵吸引了很多研究者的兴趣。对于传统的巴特勒矩阵，输入端口和输出的数目是偶数阶的，例如4×4或8×8网络。它可以产生偶数个轴对称的波束。与具有偶数输入端口的巴特勒矩阵不同，三波束巴特勒矩阵能产生一个指向0度和两个轴对称的波束。

当工作频率增加时，开放式传输线将会产生较大的辐射损耗。因此采用微带形式设计的网络，将极大地降低天线的接收灵敏度。而基片集成波导(SIW)通过在平面电路的介质层中嵌入两排金属过孔构成。这种SIW不仅可以与微带集成电路等进行集成，而且还保留了传统波导的品质因数高、辐射损耗小、便于设计等优点。基片集成波导的概念在2002年前后被提出。它的特性可以用边界积分共振模态展开法、时域有限差分法和有限元法进行研究。随后，SIW广泛被应用到制作高频的微波器件电路之中。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于SIW的多波束天线系统。

本发明包括输入端口，转换枝节、网络矩阵和天线阵列；所述的输入端口，转换枝节和天线阵列均设置在介质基板上；各个组成部分之间通过介质基板的导电层相互连接；网络矩阵包括SIW耦合调相器和移相器；介质基板的上下两面分别是第一导电层和第二导电层，通过短路过孔连接上下两面电路；输入端口有三个，分布在介质基板的侧边中部，相邻端口之间的距离相同；

转换枝节用于将电磁信号由输入端口的微带传输线到网络矩阵转变；网络矩阵采用三个SIW耦合调相器及一个移相单元，组合成三进三出网络；其中耦合器输出端与移相单元的输入端重叠，共同进行调节信号的幅度和相位；天线阵列，由至少3列天线单元组成，且每列连接于网络矩阵的一个端口；每列单元数目大于等于1个。

进一步，所述的SIW耦合调相器，采用两列SIW并共用中间的金属过孔，空置部分金属过孔形成耦合区域，并利用短路过孔方式进行加载，对其输出信号的幅度和相位进行调节。

进一步，所述的SIW移相单元通过改变两列过孔之间的宽度或者在SIW通道内增加短路通孔实现。

作为优选，述的天线单元形式，为贴片天线，缝隙天线、SIW天线。

进一步，所述的金属过孔能够用金属导线或金属棒替换。

作为优选，所述的转换枝节形状为渐变结构或阶梯结构。

进一步，所述的介质基板采用各种绝缘介质。