[实用新型]低损耗高增益多波束智能天线

说明书

技术领域

本实用新型是一种多波束天线，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：本实用新型的目的是提出一种低损耗高增益多波束智能天线；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：本实用新型的低损耗高增益多波束智能天线的整个天线及馈电系统由多片相同的双面PCB工艺的上下两层金属敷铜面和金属化通孔实现的类似于波导中空腔体结构的基片集成波导构成，可为3片组成3棱柱状或6片组成6棱柱状；每一个平面单层介质的基片集成波导由4输入8输出不等功率输出巴特勒矩阵构成的馈电网络、基片集成波导辐射单元阵列2部分串联构成。

馈电网络由3个并排放置的4输入4输出端口级联再串接上1个4分8的功率分配单元构成；其中：第1级由2个基片集成波导的第一90度电桥并排放置构成4个并排的输入端口和4个并排输出端口，输入端口接输入信号；第2级为45度电桥，在第1级4个输出端口的两侧输出端各串接了1个45度移相器，中间串接了一个2输入2输出的交叉耦合器，从而构成45度电桥的4个并排输出端；第3级为第二90度电桥，是在前一级4个并排输出端之后串联2个并排放置的90度电桥构成的4输入4输出单元；与第1级相同，在第三级的4个并排输出端的每1个端口串接一个1分2的不等功率分配器合并成8个输出端从而构成4分8的功率分配单元的不等功率分配器；与不等功率分配器相连接的是由3个8输入8输出并排的交叉耦合单元级联构成，第1个交叉耦合单元为第一直通，由两侧直通端和中间3个交叉耦合器并排构成；第2个交叉耦合单元为移相补偿单元，由两侧各2个0度补偿移相器和中间2个交叉耦合器构成；第3个交叉耦合单元由两侧直通端和中间3个交叉耦合器并排构成第二直通。

基片集成波导辐射单元阵列为8乘16槽缝的8幅纵向缝隙天线，其输入端接第二直通。6棱柱状结构由3个钝角2面的结构构成，钝角面的角度为165度，相邻两个钝角面的角度为75度。每一个面上安装一个平面4波束天线构成24个波束全向覆盖天线。

低损耗高增益多波束智能天线采用了改进的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。