[發明專利]多模基片集成波導波束成形網絡

有效

• 申請號: 200810022648.3
• 申請日: 2008-07-18
• 公開（公告）號: CN101325273A
• 公開（公告）日: 2008-12-17
• 發明（設計）人: 洪偉;程鈺間;吳柯;蒯振起
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: H01P1/18
• 分類號: H01P1/18;H01Q3/34
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司
• 代理人: 葉連生

技術領域

多模基片集成波導波束成形網絡適用于微波毫米波多波束天饋系統和智能天線 系統。

背景技術

移動通信的迅速發展，使得傳統的多址方式，如CDMA，FDMA，TDMA等，已 不能滿足日益增長的擴容需要。多波束天線通過波束成形網絡產生多個固定并行指 向的波束，用來覆蓋整個用戶區，從而達到擴容的目的。波束成形網絡一般可以分 為兩大類：電路類(又叫網絡類)和準光透鏡類。其中，電路類是通過傳輸線連接 功分器和耦合器所構成。產生波束掃描所需的相移可以通過不等長的傳輸線或專門 的移相器來獲得，而口徑面幅度的分布是由功分器的功分率來控制的。到目前為止， 有兩種常見的電路類波束成形網絡，分別是Butler矩陣和Blass矩陣。Butler矩陣是 目前使用最為廣泛的電路類波束成形網絡。總體而言，與準光透鏡類相比，電路類 波束成形網絡具有更好的性能，但是也存在一些缺點。主要表現為體積較龐大、結 構較復雜，當輸入支路數量較多時更是如此。在毫米波和亞毫米波波段，如果按照 波長縮比做成矩陣式波束成形網絡，將在單模系統中的結構工藝上遇到很大的困難。 同時，加工誤差也會限制結構的復雜度。為了解決這些問題，我們提出一種新型的 多模波束成形網絡，可以很好的解決傳統電路類結構存在的問題。

發明內容

技術問題：本發明的目的是提供一種多模基片集成波導波束成形網絡，用基片 集成波導實現Ka頻段和毫米波頻段多模波束成形網絡的設計，并使之具有與傳統矩 陣式波束成形網絡(如Butler矩陣)相似的性能，且體積緊湊(僅為原來的一半)， 制作成本低，容易大批量生產，易與有源電路集成。

技術方案：本發明的多模基片集成波導波束成形網絡包括上層金屬敷銅面、下 層金屬敷銅面、介質基片、金屬化通孔、多模基片集成波導、輸入端口、內輸出端 口、基片集成波導移相網絡、外輸出口；該波束成形網絡為一平面電路結構，上層 金屬敷銅面、下層金屬敷銅面分別位于介質基片的兩側，金屬化通孔穿過介質基片 與上層金屬敷銅面、下層金屬敷銅面相連接形成多模基片集成波導、基片集成波導 移相網絡，多模基片集成波導、基片集成波導移相網絡二者直接相連接，輸入端口 位于多模基片集成波導的一側，內輸出端口位于多模基片集成波導的另一側并與基 片集成波導移相網絡的內側相接，基片集成波導移相網絡的外側接外輸出口。

基片集成波導移相網絡通過金屬化通孔的位置調節，形成具有不同寬度的基片 集成波導，越寬的基片集成波導其內部電磁波的傳播速度越慢，從而實現所需的相 移量。該波束成形網絡共有4個輸入端口和4個輸出端口，分別可在輸出口激勵出 若干組具有固定相位差和相等幅度的輸出。

該波束成形網絡共有4個輸入端口和4個輸出端口。根據波導理論，在同一段 導波結構中可以傳輸不同模式的電磁波(如TE₁₀，TE₂₀...)，而每一個模式的傳輸過 程相對獨立，互不影響。利用這一原理，從不同的輸入端口激勵，通過網絡的散射 矩陣分析對不同傳輸模式的傳輸系數進行調節，最終在輸出口產生不同的相位差和 等幅的輸出。同時，采用基片集成波導來實現具體電路的設計，在Ka波段和毫米波 波段獲得較好性能。最終得到的波束成形網絡與傳統Butler矩陣相比，性能接近， 面積僅為原來的一半。

有益效果：本發明具有以下優點：

1：)以平面電路的形式工作于Ka頻段和毫米波頻段時，具有較高Q值和較低損 耗。同時與金屬波導的立體結構相比，體積小、重量輕、加工容易。

2：)該波束成形網絡結構緊湊，僅為傳統Butler矩陣電路面積的一半，但與之 性能類似。

3：)該波束成形網絡輻射效率更高，為傳統Butler矩陣的1.28倍。

4：)該多波束天線可與弧度不大的彎曲表面直接共形，不需另外設計，具有較 高實用性。

5：)通過普通PCB工藝制作于介質基片上，與有源電路集成方便，成本低、精 度高、重復性好，適合大批量生產。

附圖說明

圖1是本發明多模基片集成波導波束成形網絡的結構示意圖，

以上的圖中有：上層金屬敷銅面1、下層金屬敷銅面2、介質基片3、金屬化通 孔4、多模基片集成波導5、輸入端口51、內輸出端口52、基片集成波導移相網絡 6、外輸出口7。

具體實施方式