[發明專利]基于SIW的三波束天線系統

在審

• 申請號: 201910035140.5
• 申請日: 2019-01-15
• 公開（公告）號: CN109888491A
• 公開（公告）日: 2019-06-14
• 發明（設計）人: 代喜望;羅國清;孫文;范奎奎;金華燕;王明揚
• 申請（專利權）人: 杭州電子科技大學
• 主分類號: H01Q1/50
• 分類號: H01Q1/50;H01Q13/10;H01Q21/00;H01Q25/00
• 代理公司: 杭州君度專利代理事務所(特殊普通合伙) 33240
• 代理人: 朱月芬

本發明公開了基于SIW的三波束天線系統，包括轉換枝節，網絡矩陣以及天線陣列。轉換枝節主要用于電磁信號由微帶傳輸線到SIW區域的模式轉變；而采用三個SIW耦合調相器及一個移相單元，組合成三進三出網絡；每列天線陣列連接于網絡矩陣的一個端口，且每列單元數目大于等于1個。SIW結構實現信號傳輸的低損耗特性。通過與天線陣列相連接，可以實現一個沿著軸線的輻射波束和兩個軸對稱的波束。此設計具有損耗小、結構簡單、應用范圍廣等特點。

技術領域

本發明涉及天線技術領域，具體涉及一種基于SIW的多波束天線系統。

背景技術

隨著無線通信技術的快速發展，對容量的要求越來越高。為了解決這一趨勢，智能天線在無線通信系統中起著重要的作用。智能天線技術可以提高系統的通信容量，實現更高的信噪比。智能天線可以采用自適應天線技術和波束形成天線技術實現。自適應天線的最大輻射方向對準所需的站址對齊，而用零點位置對著干擾站模式。然而，復雜的算法和大量的數據需要處理，系統的響應速度慢。波束形成天線具有結構簡單、易于實現、波束控制準確等優點。因此，多波束天線的研究變得越來越普遍。多波束天線的核心技術是波束形成網絡。波束形成網絡的設計方法有多種，如BLASS矩陣。避免復雜的信號處理來實現功率和相位分布，巴特勒矩陣吸引了很多研究者的興趣。對于傳統的巴特勒矩陣，輸入端口和輸出的數目是偶數階的，例如4×4或8×8網絡。它可以產生偶數個軸對稱的波束。與具有偶數輸入端口的巴特勒矩陣不同，三波束巴特勒矩陣能產生一個指向0度和兩個軸對稱的波束。

當工作頻率增加時，開放式傳輸線將會產生較大的輻射損耗。因此采用微帶形式設計的網絡，將極大地降低天線的接收靈敏度。而基片集成波導(SIW)通過在平面電路的介質層中嵌入兩排金屬過孔構成。這種SIW不僅可以與微帶集成電路等進行集成，而且還保留了傳統波導的品質因數高、輻射損耗小、便于設計等優點。基片集成波導的概念在2002年前后被提出。它的特性可以用邊界積分共振模態展開法、時域有限差分法和有限元法進行研究。隨后，SIW廣泛被應用到制作高頻的微波器件電路之中。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于SIW的多波束天線系統。

本發明包括輸入端口，轉換枝節、網絡矩陣和天線陣列；所述的輸入端口，轉換枝節和天線陣列均設置在介質基板上；各個組成部分之間通過介質基板的導電層相互連接；網絡矩陣包括SIW耦合調相器和移相器；介質基板的上下兩面分別是第一導電層和第二導電層，通過短路過孔連接上下兩面電路；輸入端口有三個，分布在介質基板的側邊中部，相鄰端口之間的距離相同；

轉換枝節用于將電磁信號由輸入端口的微帶傳輸線到網絡矩陣轉變；網絡矩陣采用三個SIW耦合調相器及一個移相單元，組合成三進三出網絡；其中耦合器輸出端與移相單元的輸入端重疊，共同進行調節信號的幅度和相位；天線陣列，由至少3列天線單元組成，且每列連接于網絡矩陣的一個端口；每列單元數目大于等于1個。

進一步，所述的SIW耦合調相器，采用兩列SIW并共用中間的金屬過孔，空置部分金屬過孔形成耦合區域，并利用短路過孔方式進行加載，對其輸出信號的幅度和相位進行調節。

進一步，所述的SIW移相單元通過改變兩列過孔之間的寬度或者在SIW通道內增加短路通孔實現。

作為優選，述的天線單元形式，為貼片天線，縫隙天線、SIW天線。

進一步，所述的金屬過孔能夠用金屬導線或金屬棒替換。

作為優選，所述的轉換枝節形狀為漸變結構或階梯結構。

進一步，所述的介質基板采用各種絕緣介質。