一种基于7×8巴特勒矩阵的毫米波多波束天线制造技术

本发明专利技术公开了一种基于7×8巴特勒矩阵的毫米波多波束天线，该7×8巴特勒矩阵具有7个输入端口和8个输出端口，当每个输入端口单独馈电时，能够在28GHz‑31GHz的毫米波段内输出等幅度且相邻输出端口的相位差分别为‑135°、‑90°、‑45°、0°、+45°、+90°和+135°的信号，当7×8巴特勒矩阵的八个输出端口同八单元的天线阵列级联之后形成多波束天线，控制多波束天线不同的输入端口时，可以产生不同指向的辐射波束，该毫米波多波束天线采用双层结构，避免使用大量交叉耦合器，相比起传统的基于巴特勒矩阵设计的多波束天线大多只能提供倾斜的波束，本发明专利技术基于7×8巴特勒矩阵设计的多波束天线能够实现边向辐射的波束，具有高增益、窄波束、紧凑的扫描覆盖角以及良好的抗干扰性能。

【技术实现步骤摘要】
一种基于7×8巴特勒矩阵的毫米波多波束天线
本专利技术涉及通讯天线的
，尤其是指一种基于7×8巴特勒矩阵的毫米波多波束天线。
技术介绍
随着用户对无线通信系统要求的提高，对通信系统的容量和传输速率有着更高的要求。为了实现这一要求并解决频谱资源紧缺的问题，毫米波频段进入了人们的视野中，毫米波频段具有更宽的绝对带宽，能够提高更多的信道容量，但更高的频率将会带来更大的损耗，而多波束天线具有高增益、窄波束的特点，是一种很好的应对损耗的方式，其中巴特勒矩阵作为天线波束切换的重要组成部分，也成为了近些年的研究热点之一。近年来，国内外许多学者提出了很多毫米波段的馈电网络及多波束天线，很多基于巴特勒矩阵设计的多波束天线大多只能提供倾斜的波束，不能提供边向辐射的波束。对现有技术进行调查了解，具体如下：2018年，班永灵教授提出了一种毫米波段4×8的巴特勒矩阵，并应用在多波束天线中。为了避免过多的交叉结构，这个馈电网络采用双层介质的结构，在这个馈电网络中，采用一个4×4的巴特勒矩阵，在4个输出端口分别接一个功分器，将4个输出端口变为8个输出端口。但是这8个输出端口之间并不能实现所期望的相位差，需要将部分输出端口进行反相之后才能实现所期望的4×8的巴特勒矩阵。在2018年10月，班永灵教授又提出了一种基于改进的喇叭型馈电网络用于多波束天线中，这种多波束天线虽然能够实现边向辐射特性，但由于馈电网络部分不能精确的控制相位，需要在后续的传输通道中加以调整，并通过天线单元来调整，实现难度较大，并且工作带宽也较窄。r>总的来说，在现有的文献中，有很多关于基片集成波导毫米波段多波束天线的设计，这些多波束天线很少能够在边射的方向上实现辐射波束，因此，设计一种基于7×8巴特勒矩阵的毫米波多波束天线具有重要意义。
技术实现思路
本专利技术目的在于为解决现有技术中的不足，提供了一种基于7×8巴特勒矩阵的毫米波多波束天线，该7×8巴特勒矩阵具有7个输入端口和8个输出端口，当每个输入端口单独馈电时，能够输出等幅度且相邻输出端口的相位差分别为-135°、-90°、-45°、0°、+45°、+90°和+135°的信号，当7×8巴特勒矩阵的八个输出端口同八单元的天线阵列级联之后形成多波束天线，控制多波束天线不同的输入端口时，可以产生不同指向的辐射波束。为实现上述目的，本专利技术所提供的技术方案为：一种基于7×8巴特勒矩阵的毫米波多波束天线，包括上下叠置的第一介质板和第二介质板，所述第一介质板的上表面设置有第一金属层，所述第一介质板和第二介质板之间设置有第二金属层，所述第二介质板的下表面设置有第三金属层，所述第一介质板的内部填充有第一基片集成波导金属过孔，所述第一金属层与第二金属层之间通过第一基片集成波导金属过孔连接，所述第二介质板的内部填充有第二基片集成波导金属过孔，所述第二金属层与第三金属层之间通过第二基片集成波导金属过孔连接；其中，所述第一金属层、第一介质板、第二金属层和第一基片集成波导金属过孔上形成有第一-45°移相器和第一4×4巴特勒矩阵，所述第二金属层、第二介质板、第三金属层和第二基片集成波导金属过孔上形成有第二-45°移相器和第二4×4巴特勒矩阵，所述毫米波多波束天线上还形成有3×4巴特勒矩阵、第一双层耦合器、第二双层耦合器和八单元天线阵列，所述第一金属层上形成有三个连接第一金属层边缘的共面波导传输线，所述第二金属层上形成有四个连接第二金属层边缘的共面波导传输线，所述共面波导传输线等效为一个馈电端口，即所述第一金属层上形成有三个馈电端口，分别为第二输入端口、第四输入端口和第七输入端口，所述第二金属层作为第一介质板的接地板使用，所述第二金属层上形成有四个馈电端口，分别为第一输入端口、第三输入端口、第五输入端口和第六输入端口，所述第三金属层作为第二介质板的接地板使用；所述第一输入端口和第二输入端口分别与第一双层耦合器的两个输入端口一一对应相接，所述第三输入端口、第四输入端口和第五输入端口分别与3×4巴特勒矩阵的三个输入端口一一对应相接，所述第六输入端口和第七输入端口分别与第二双层耦合器的两个输入端口一一对应相接，所述第一双层耦合器的两个输出端口分别与第一-45°移相器的输入端口和第二4×4巴特勒矩阵的第一输入端口一一对应相接，所述第一-45°移相器的输出端口与第一4×4巴特勒矩阵的第一输入端口连接，所述3×4巴特勒矩阵的四个输出端口分别与第一4×4巴特勒矩阵的第二输入端口、第二4×4巴特勒矩阵的第二输入端口、第一4×4巴特勒矩阵的第三输入端口和第二4×4巴特勒矩阵的第三输入端口一一对应相接，所述第二双层耦合器的两个输出端口分别与第一4×4巴特勒矩阵的第四输入端口和第二-45°移相器的输入端口一一对应相接，所述第二-45°移相器的输出端口与第二4×4巴特勒矩阵的第四输入端口相连接，所述第一4×4巴特勒矩阵的四个输出端口以及第二4×4巴特勒矩阵的四个输出端口分别与八单元天线阵列的八个输入端口一一对应相接。进一步，所述3×4巴特勒矩阵划分为两个单元，为3×4巴特勒矩阵的第一单元和3×4巴特勒矩阵的第二单元，所述3×4巴特勒矩阵的第一单元设置在第一金属层、第一介质板、第二金属层和第一基片集成波导金属过孔上，所述3×4巴特勒矩阵的第二单元设置在第二金属层、第二介质板、第三金属层和第二基片集成波导金属过孔上，所述第一双层耦合器划分为两个单元，为第一双层耦合器的第一单元和第一双层耦合器的第二单元，所述第一双层耦合器的第一单元设置在第一金属层、第一介质板、第二金属层和第一基片集成波导金属过孔上，所述第一双层耦合器的第二单元设置在第二金属层、第二介质板、第三金属层和第二基片集成波导金属过孔上，所述第一双层耦合器的第一单元和第一双层耦合器的第二单元通过在第二金属层开第一缝隙构成一个整体，所述第二双层耦合器划分为两个单元，为第二双层耦合器的第一单元和第二双层耦合器的第二单元，所述第二双层耦合器的第一单元设置在第一金属层、第一介质板、第二金属层和第一基片集成波导金属过孔上，所述第二双层耦合器的第二单元设置在第二金属层、第二介质板、第三金属层和第二基片集成波导金属过孔上，所述第二双层耦合器的第一单元和第二双层耦合器的第二单元通过在第二金属层开第二缝隙构成一个整体，所述八单元天线阵列划分为八个单元，为八单元天线阵列的第一单元、八单元天线阵列的第二单元、八单元天线阵列的第三单元、八单元天线阵列的第四单元、八单元天线阵列的第五单元、八单元天线阵列的第六单元、八单元天线阵列的第七单元和八单元天线阵列的第八单元，所述八单元天线阵列的第一单元、八单元天线阵列的第三单元、八单元天线阵列的第五单元和八单元天线阵列的第七单元设置在第一金属层、第一介质板、第二金属层和第一基片集成波导金属过孔上，所述八单元天线阵列的第二单元、八单元天线阵列的第四单元、八单元天线阵列的第六单元和八单元天线阵列的第八单元设置在第二金属层、第二介质板、第三金属层和第二基片集成波导金属过孔上。进一步，所述共面波导传输线通过开八字型缝隙等效为一个馈电端口，所述馈电端口为50Ω馈电端口，所述毫米波多波本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于7×8巴特勒矩阵的毫米波多波束天线，包括上下叠置的第一介质板(21)和第二介质板(22)，所述第一介质板(21)的上表面设置有第一金属层(23)，所述第一介质板(21)和第二介质板(22)之间设置有第二金属层(24)，所述第二介质板(22)的下表面设置有第三金属层(25)，其特征在于：所述第一介质板(21)的内部填充有第一基片集成波导金属过孔(26)，所述第一金属层(23)与第二金属层(24)之间通过第一基片集成波导金属过孔(26)连接，所述第二介质板(22)的内部填充有第二基片集成波导金属过孔(27)，所述第二金属层(24)与第三金属层(25)之间通过第二基片集成波导金属过孔(27)连接；其中，所述第一金属层(23)、第一介质板(21)、第二金属层(24)和第一基片集成波导金属过孔(26)上形成有第一-45°移相器(61)和第一4×4巴特勒矩阵(51)，所述第二金属层(24)、第二介质板(22)、第三金属层(25)和第二基片集成波导金属过孔(27)上形成有第二-45°移相器(62)和第二4×4巴特勒矩阵(52)，所述毫米波多波束天线上还形成有3×4巴特勒矩阵(41)、第一双层耦合器(31)、第二双层耦合器(32)和八单元天线阵列(7)，所述第一金属层(23)上形成有三个连接第一金属层(23)边缘的共面波导传输线，所述第二金属层(24)上形成有四个连接第二金属层(24)边缘的共面波导传输线，所述共面波导传输线等效为一个馈电端口，即所述第一金属层(23)上形成有三个馈电端口，分别为第二输入端口(12)、第四输入端口(14)和第七输入端口(17)，所述第二金属层(24)作为第一介质板(21)的接地板使用，所述第二金属层(24)上形成有四个馈电端口，分别为第一输入端口(11)、第三输入端口(13)、第五输入端口(15)和第六输入端口(16)，所述第三金属层(25)作为第二介质板(22)的接地板使用；所述第一输入端口(11)和第二输入端口(12)分别与第一双层耦合器(31)的两个输入端口一一对应相接，所述第三输入端口(13)、第四输入端口(14)和第五输入端口(15)分别与3×4巴特勒矩阵(41)的三个输入端口一一对应相接，所述第六输入端口(16)和第七输入端口(17)分别与第二双层耦合器(32)的两个输入端口一一对应相接，所述第一双层耦合器(31)的两个输出端口分别与第一-45°移相器(61)的输入端口(611)和第二4×4巴特勒矩阵(52)的第一输入端口(521)一一对应相接，所述第一-45°移相器(61)的输出端口(612)与第一4×4巴特勒矩阵(51)的第一输入端口(511)连接，所述3×4巴特勒矩阵(41)的四个输出端口分别与第一4×4巴特勒矩阵(51)的第二输入端口(512)、第二4×4巴特勒矩阵(52)的第二输入端口(522)、第一4×4巴特勒矩阵(51)的第三输入端口(513)和第二4×4巴特勒矩阵(52)的第三输入端口(523)一一对应相接，所述第二双层耦合器(32)的两个输出端口分别与第一4×4巴特勒矩阵(51)的第四输入端口(514)和第二-45°移相器(62)的输入端口(621)一一对应相接，所述第二-45°移相器(62)的输出端口(622)与第二4×4巴特勒矩阵(52)的第四输入端口(524)相连接，所述第一4×4巴特勒矩阵(51)的四个输出端口以及第二4×4巴特勒矩阵(52)的四个输出端口分别与八单元天线阵列(7)的八个输入端口一一对应相接。/n...

【技术特征摘要】
1.一种基于7×8巴特勒矩阵的毫米波多波束天线，包括上下叠置的第一介质板(21)和第二介质板(22)，所述第一介质板(21)的上表面设置有第一金属层(23)，所述第一介质板(21)和第二介质板(22)之间设置有第二金属层(24)，所述第二介质板(22)的下表面设置有第三金属层(25)，其特征在于：所述第一介质板(21)的内部填充有第一基片集成波导金属过孔(26)，所述第一金属层(23)与第二金属层(24)之间通过第一基片集成波导金属过孔(26)连接，所述第二介质板(22)的内部填充有第二基片集成波导金属过孔(27)，所述第二金属层(24)与第三金属层(25)之间通过第二基片集成波导金属过孔(27)连接；其中，所述第一金属层(23)、第一介质板(21)、第二金属层(24)和第一基片集成波导金属过孔(26)上形成有第一-45°移相器(61)和第一4×4巴特勒矩阵(51)，所述第二金属层(24)、第二介质板(22)、第三金属层(25)和第二基片集成波导金属过孔(27)上形成有第二-45°移相器(62)和第二4×4巴特勒矩阵(52)，所述毫米波多波束天线上还形成有3×4巴特勒矩阵(41)、第一双层耦合器(31)、第二双层耦合器(32)和八单元天线阵列(7)，所述第一金属层(23)上形成有三个连接第一金属层(23)边缘的共面波导传输线，所述第二金属层(24)上形成有四个连接第二金属层(24)边缘的共面波导传输线，所述共面波导传输线等效为一个馈电端口，即所述第一金属层(23)上形成有三个馈电端口，分别为第二输入端口(12)、第四输入端口(14)和第七输入端口(17)，所述第二金属层(24)作为第一介质板(21)的接地板使用，所述第二金属层(24)上形成有四个馈电端口，分别为第一输入端口(11)、第三输入端口(13)、第五输入端口(15)和第六输入端口(16)，所述第三金属层(25)作为第二介质板(22)的接地板使用；所述第一输入端口(11)和第二输入端口(12)分别与第一双层耦合器(31)的两个输入端口一一对应相接，所述第三输入端口(13)、第四输入端口(14)和第五输入端口(15)分别与3×4巴特勒矩阵(41)的三个输入端口一一对应相接，所述第六输入端口(16)和第七输入端口(17)分别与第二双层耦合器(32)的两个输入端口一一对应相接，所述第一双层耦合器(31)的两个输出端口分别与第一-45°移相器(61)的输入端口(611)和第二4×4巴特勒矩阵(52)的第一输入端口(521)一一对应相接，所述第一-45°移相器(61)的输出端口(612)与第一4×4巴特勒矩阵(51)的第一输入端口(511)连接，所述3×4巴特勒矩阵(41)的四个输出端口分别与第一4×4巴特勒矩阵(51)的第二输入端口(512)、第二4×4巴特勒矩阵(52)的第二输入端口(522)、第一4×4巴特勒矩阵(51)的第三输入端口(513)和第二4×4巴特勒矩阵(52)的第三输入端口(523)一一对应相接，所述第二双层耦合器(32)的两个输出端口分别与第一4×4巴特勒矩阵(51)的第四输入端口(514)和第二-45°移相器(62)的输入端口(621)一一对应相接，所述第二-45°移相器(62)的输出端口(622)与第二4×4巴特勒矩阵(52)的第四输入端口(524)相连接，所述第一4×4巴特勒矩阵(51)的四个输出端口以及第二4×4巴特勒矩阵(52)的四个输出端口分别与八单元天线阵列(7)的八个输入端口一一对应相接。


2.根据权利要求1所述的一种基于7×8巴特勒矩阵的毫米波多波束天线，其特征在于：所述3×4巴特勒矩阵(41)划分为两个单元，为3×4巴特勒矩阵(41)的第一单元和3×4巴特勒矩阵(41)的第二单元，所述3×4巴特勒矩阵(41)的第一单元设置在第一金属层(23)、第一介质板(21)、第二金属层(24)和第一基片集成波导金属过孔(26)上，所述3×4巴特勒矩阵(41)的第二单元设置在第二金属层(24)、第二介质板(22)、第三金属层(25)和第二基片集成波导金属过孔(27)上，所述第一双层耦合器(31)划分为两个单元，为第一双层耦合器(31)的第一单元和第一双层耦合器(31)的第二单元，所述第一双层耦合器(31)的第一单元设置在第一金属层(23)、第一介质板(21)、第二金属层(24)和第一基片集成波导金属过孔(26)上，所述第一双层耦合器(31)的第二单元设置在第二金属层(24)、第二介质板(22)、第三金属层(25)和第二基片集成波导金属过孔(27)上，所述第一双层耦合器(31)的第一单元和第一双层耦合器(31)的第二单元通过在第二金属层开第一缝隙(315)构成一个整体，所述第二双层耦合器(32)划分为两个单元，为第二双层耦合器(32)的第一单元和第二双层耦合器(32)的第二单元，所述第二双层耦合器(32)的第一单元设置在第一金属层(23)、第一介质板(21)、第二金属层(24)和第一基片集成波导金属过孔(26)上，所述第二双层耦合器(32)的第二单元设置在第二金属层(24)、第二介质板(22)、第三金属层(25)和第二基片集成波导金属过孔(27)上，所述第二双层耦合器(32)的第一单元和第二双层耦合器(32)的第二单元通过在第二金属层开第二缝隙(325)构成一个整体，所述八单元天线阵列(7)划分为八个单元，为八单元天线阵列(7)的第一单元(71)、八单元天线阵列(7)的第二单元(72)、八单元天线阵列(7)的第三单元(73)、八单元天线阵列(7)的第四单元(74)、八单元天线阵列(7)的第五单元(75)、八单元天线阵列(7)的第六单元(76)、八单元天线阵列(7)的第七单元(77)和八单元天线阵列(7)的第八单元(78)，所述八单元天线阵列(7)的第一单元(71)、八单元天线阵列(7)的第三单元(73)、八单元天线阵列(7)的第五单元(75)和八单元天线阵列(7)的第七单元(77)设置在第一金属层(23)、第一介质板(21)、第二金属层(24)和第一基片集成波导金属过孔(26)上，所述八单元天线阵列(7)的第二单元(72)、八单元天线阵列(7)的第四单元(74)、八单元天线阵列(7)的第六单元(76)和八单元天线阵列(7)的第八单元(78)设置在第二金属层(24)、第二介质板(22)、第三金属层(25)和第二基片集成波导金属过孔(27)上。


3.根据权利要求1所述的一种基于7×8巴特勒矩阵的毫米波多波束天线，其特征在于：所述共面波导传输线通过开八字型缝隙等效为一个馈电端口，所述馈电端口为50Ω馈电端...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈付昌，秦冲，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东;44