[發(fā)明專利]一種緊湊型多波束天線陣列系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201811056936.0
• 申請日: 2018-09-11
• 公開（公告）號: CN109244679B
• 公開（公告）日: 2023-10-20
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 楊清凌;吳健;高式昌;任曉飛;蘇海濱
• 申請（專利權(quán)）人: 中國電波傳播研究所（中國電子科技集團(tuán)公司第二十二研究所）
• 主分類號: H01Q21/00
• 分類號: H01Q21/00;H01Q25/00
• 代理公司: 青島博雅知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 37317
• 代理人: 封代臣

本發(fā)明公開了一種緊湊型多波束天線陣列系統(tǒng)，所述的系統(tǒng)包括四層介質(zhì)基板，各層介質(zhì)基板之間通過粘合薄膜粘合在一起，在底層介質(zhì)基板的底面上布置8×8巴特勒矩陣多波束饋電網(wǎng)絡(luò)，該8×8巴特勒矩陣多波束饋電網(wǎng)絡(luò)包括8個信號輸入端口和8個信號輸出端口，在底層介質(zhì)基板的頂面上布置蝕刻有8個耦合縫隙的地板層，8×8巴特勒矩陣多波束饋電網(wǎng)絡(luò)和地板層之間通過接地金屬化通孔相通，在底層介質(zhì)基板之上的第二層介質(zhì)基板的頂部布置180°移相器，由一個在下的微帶天線和一個在上的寄生單元構(gòu)成一個天線單元，多個天線單元可以排布成天線單元陣列。本發(fā)明所公開的緊湊型多波束天線陣列系統(tǒng)，具有工作帶寬寬、設(shè)計難度低、成本低、易集成、易加工、剖面低、結(jié)構(gòu)簡單緊湊、重量輕、損耗低、可二維掃描、掃描范圍大等特點。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于無線通信領(lǐng)域，特別涉及該領(lǐng)域中的一種緊湊型多波束天線陣列系統(tǒng)。

背景技術(shù)

在無線通信領(lǐng)域，隨著用戶對數(shù)據(jù)傳輸速率和通信質(zhì)量需求的日益增長，天線系統(tǒng)必須能夠快速地實現(xiàn)寬角度掃描、迅速地定位多個目標(biāo)和同時保證高的信號傳輸質(zhì)量，因此要求天線系統(tǒng)可以產(chǎn)生多個波束。

一般基于電路結(jié)構(gòu)的多波束饋電網(wǎng)絡(luò)具有設(shè)計靈活和結(jié)構(gòu)緊湊等特點，在衛(wèi)星通信和地面無線通信的基站和終端系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。其中應(yīng)用最廣的是巴特勒矩陣，但是傳統(tǒng)的巴特勒矩陣結(jié)構(gòu)復(fù)雜，高階巴特勒矩陣實現(xiàn)較為困難，8×8巴特勒矩陣一般含有十個以上的交叉耦合結(jié)構(gòu)。這些因素使得巴特勒矩陣輸出幅相特性差、帶寬窄和損耗高。

在目前的巴特勒矩陣設(shè)計中，一般采用雙枝節(jié)H形定向耦合器和謝夫曼移相器。然而，雙枝節(jié)H形定向耦合器自身存在著很多的缺點，如工作帶寬窄和輸出幅度特性差。謝夫曼移相器由于需要通過構(gòu)造耦合線來獲得指定的相移，因此常出現(xiàn)工作帶寬窄、彎折線過長導(dǎo)致結(jié)構(gòu)不緊湊和耦合線需距離很近使得加工困難等問題。最后通過雙枝節(jié)H形定向耦合器和謝夫曼移相器設(shè)計的巴特勒矩陣輸出幅相特性差、損耗高、色散明顯、工作帶寬窄、體積龐大。

傳統(tǒng)的多波束饋電網(wǎng)絡(luò)難以與天線陣列實現(xiàn)一體化。且若要實現(xiàn)二維波束掃描，需要有多個相似的多波束饋電網(wǎng)絡(luò)通過水平和垂直空間排布才可獲得，因此導(dǎo)致多波束天線系統(tǒng)極其復(fù)雜和系統(tǒng)性能難以提高。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題就是提供一種基于8×8巴特勒矩陣多波束饋電網(wǎng)絡(luò)的緊湊型多波束天線陣列系統(tǒng)。

本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種緊湊型多波束天線陣列系統(tǒng)，其改進(jìn)之處在于：所述的系統(tǒng)包括四層介質(zhì)基板，各層介質(zhì)基板之間通過粘合薄膜粘合在一起，在底層介質(zhì)基板的底面上布置8×8巴特勒矩陣多波束饋電網(wǎng)絡(luò)，該8×8巴特勒矩陣多波束饋電網(wǎng)絡(luò)包括8個信號輸入端口和8個信號輸出端口，在底層介質(zhì)基板的頂面上布置蝕刻有8個耦合縫隙的地板層，8×8巴特勒矩陣多波束饋電網(wǎng)絡(luò)和地板層之間通過接地金屬化通孔相通，在底層介質(zhì)基板之上的第二層介質(zhì)基板的頂部布置180°移相器，8×8巴特勒矩陣多波束饋電網(wǎng)絡(luò)輸出的電磁信號分別通過地板層上的8個耦合縫隙輸送至180°移相器，地板層和180°移相器之間通過接地金屬化通孔相通，在第二層介質(zhì)基板之上的第三層介質(zhì)基板的頂部布置微帶天線，180°移相器的電磁信號通過微帶線耦合至微帶天線，在第三層介質(zhì)基板之上的頂層介質(zhì)基板的頂部布置寄生單元，由一個在下的微帶天線和一個在上的寄生單元構(gòu)成一個天線單元，輸入微帶天線內(nèi)的電磁信號由天線單元向外輻射，多個天線單元可以排布成天線單元陣列。

進(jìn)一步的，所述的8×8巴特勒矩陣多波束饋電網(wǎng)絡(luò)含有12個3dB定向耦合器和8個固定移相器，所述的8個固定移相器包括2個22.5°移相器、4個45°移相器和2個67.5°移相器。

進(jìn)一步的，所述3dB定向耦合器包括耦合圓環(huán)，在耦合圓環(huán)的輸出端口處串聯(lián)一個半波長傳輸線的同時還并聯(lián)一個半波長的彎折線，所述的耦合圓環(huán)由四段四分之一波長傳輸線連接而成，四分之一波長傳輸線的特征阻抗分別為40Ω和56 Ω，半波長傳輸線的特征阻抗優(yōu)化值為93 Ω，半波長彎折線的特征阻抗優(yōu)化值為67Ω。