專利名稱：毫米波頻段多模波束成形網(wǎng)絡(luò)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型的毫米波頻段多模波束成形網(wǎng)絡(luò)適用于微波毫米波多波束天饋系統(tǒng) 和智能天線系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
移動(dòng)通信的迅速發(fā)展，使得傳統(tǒng)的多址方式，如CDMA,FDMA，TDMA等，已 不能滿足日益增長(zhǎng)的擴(kuò)容需要。多波束天線通過波束成形網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生多個(gè)固定并行指 向的波束，用來覆蓋整個(gè)用戶區(qū)，從而達(dá)到擴(kuò)容的目的。波束成形網(wǎng)絡(luò)一般可以分 為兩大類電路類(又叫網(wǎng)絡(luò)類)和準(zhǔn)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(gòu)成。產(chǎn)生波束掃描所需的相移可以通過不等長(zhǎng)的傳輸線或?qū)ｉT 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(wǎng)絡(luò)，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(wǎng)絡(luò)。總體而言，與準(zhǔn)光透鏡類相比，電路類 波束成形網(wǎng)絡(luò)具有更好的性能，但是也存在一些缺點(diǎn)。主要表現(xiàn)為體積較龐大、結(jié) 構(gòu)較復(fù)雜，當(dāng)輸入支路數(shù)量較多時(shí)更是如此。在毫米波和亞毫米波波段，如果按照 波長(zhǎng)縮比做成矩陣式波束成形網(wǎng)絡(luò)，將在單模系統(tǒng)中的結(jié)構(gòu)工藝上遇到很大的困難。 同時(shí)，加工誤差也會(huì)限制結(jié)構(gòu)的復(fù)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(wǎng)絡(luò)，可以很好的解決傳統(tǒng)電路類結(jié)構(gòu)存在的問題。
發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題本實(shí)用新型的目的是提供一種毫米波頻段多模波束成形網(wǎng)絡(luò)，用基 片集成波導(dǎo)實(shí)現(xiàn)Ka頻段和毫米波頻段多模波束成形網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)，并使之具有與傳統(tǒng) 矩陣式波束成形網(wǎng)絡(luò)(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(chǎn)，易與有源電路集成。
技術(shù)方案本實(shí)用新型的毫米波頻段多模波束成形網(wǎng)絡(luò)包括上層金屬敷銅面、 下層金屬敷銅面、介質(zhì)基片、金屬化通孔、多模基片集成波導(dǎo)、輸入端口、內(nèi)輸出端口、基片集成波導(dǎo)移相網(wǎng)絡(luò)、外輸出口；該波束成形網(wǎng)絡(luò)為一平面電路結(jié)構(gòu)，上 層金屬敷銅面、下層金屬敷銅面分別位于介質(zhì)基片的兩側(cè)，金屬化通孔穿過介質(zhì)基 片與上層金屬敷銅面、下層金屬敷銅面相連接形成多?；刹▽?dǎo)、基片集成波 導(dǎo)移相網(wǎng)絡(luò)，多?；刹▽?dǎo)、基片集成波導(dǎo)移相網(wǎng)絡(luò)二者直接相連接，輸入端 口位于多?；刹▽?dǎo)的一側(cè)，內(nèi)輸出端口位于多?；刹▽?dǎo)的另一側(cè)并與 基片集成波導(dǎo)移相網(wǎng)絡(luò)的內(nèi)側(cè)相接，基片集成波導(dǎo)移相網(wǎng)絡(luò)的外側(cè)接外輸出口。
基片集成波導(dǎo)移相網(wǎng)絡(luò)通過金屬化通孔的位置調(diào)節(jié)，形成具有不同寬度的基片 集成波導(dǎo)，越寬的基片集成波導(dǎo)其內(nèi)部電磁波的傳播速度越慢，從而實(shí)現(xiàn)所需的相 移量。該波束成形網(wǎng)絡(luò)共有4個(gè)輸入端口和4個(gè)輸出端口，分別可在輸出口激勵(lì)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(wǎng)絡(luò)共有4個(gè)輸入端口和4個(gè)輸出端口。根據(jù)波導(dǎo)理論，在同一段 導(dǎo)波結(jié)構(gòu)中可以傳輸不同模式的電磁波(如TEh)， TE2()...)，而每一個(gè)模式的傳輸過 程相對(duì)獨(dú)立，互不影響。利用這一原理，從不同的輸入端口激勵(lì)，通過網(wǎng)絡(luò)的散射 矩陣分析對(duì)不同傳輸模式的傳輸系數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)，最終在輸出口產(chǎn)生不同的相位差和 等幅的輸出。同時(shí)，采用基片集成波導(dǎo)來實(shí)現(xiàn)具體電路的設(shè)計(jì)，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(wǎng)絡(luò)與傳統(tǒng)Butler矩陣相比，性能接近， 面積僅為原來的一半。
有益效果本實(shí)用新型具有以下優(yōu)點(diǎn)
l:)以平面電路的形式工作于Ka頻段和毫米波頻段時(shí)，具有較高g值和較低損 耗。同時(shí)與金屬波導(dǎo)的立體結(jié)構(gòu)相比，體積小、重量輕、加工容易。
2:)該波束成形網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)緊湊，僅為傳統(tǒng)Butler矩陣電路面積的一半，但與之 性能類似。
3:)該波束成形網(wǎng)絡(luò)輻射效率更高，為傳統(tǒng)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(shè)計(jì)，具有較 高實(shí)用性。
5:)通過普通PCB工藝制作于介質(zhì)基片上，與有源電路集成方便，成本低、精 度高、重復(fù)性好，適合大批量生產(chǎn)。


圖1是本實(shí)用新型的毫米波頻段多模波束成形網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)示意圖，以上的圖中有上層金屬敷銅面l、下層金屬敷銅面2、介質(zhì)基片3、金屬化通
孔4、多?；刹▽?dǎo)5、輸入端口51、內(nèi)輸出端口52、基片集成波導(dǎo)移相網(wǎng)絡(luò) 6、外輸出口 7。
具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型的毫米波頻段多模波束成形網(wǎng)絡(luò)包括上層金屬敷銅面1、下層金屬 敷銅面2、介質(zhì)基片3、金屬化通孔4、多?；刹▽?dǎo)5、輸入端口51、內(nèi)輸出 端口 52、基片集成波導(dǎo)移相網(wǎng)絡(luò)6、外輸出口 7;該波束成形網(wǎng)絡(luò)為一平面電路結(jié) 構(gòu)，上層金屬敷銅面1、下層金屬敷銅面2分別位于介質(zhì)基片3的上下表面，金屬 化通孔4穿過介質(zhì)基片3與上層金屬敷銅面1、下層金屬敷銅面2相連接形成多模 基片集成波導(dǎo)5、基片集成波導(dǎo)移相網(wǎng)絡(luò)6，多?；刹▽?dǎo)5與基片集成波導(dǎo)移 相網(wǎng)絡(luò)6直接相連接，輸入端口 51位于多?；刹▽?dǎo)5的一側(cè)，內(nèi)輸出端口 52位于多模基片集成波導(dǎo)5的另一側(cè)并與基片集成波導(dǎo)移相網(wǎng)絡(luò)6的內(nèi)側(cè)相接，基 片集成波導(dǎo)移相網(wǎng)絡(luò)6的外側(cè)接外輸出口 7。
該波束成形網(wǎng)絡(luò)共有4個(gè)輸入端口和4個(gè)輸出端口，從不同的輸入端口饋電， 分別可在輸出口激勵(lì)出若干組具有固定相位差和相等幅度的輸出。
在中心頻率29 GHz處實(shí)現(xiàn)多?；刹▽?dǎo)波束成形網(wǎng)絡(luò)，并測(cè)試其整體性 能。基片選用Rogers Duroid 5880,其介質(zhì)常數(shù)為2.2，厚度0.508 mm。該波束成形 網(wǎng)絡(luò)共有4個(gè)輸入端口和4個(gè)輸出端口 。
測(cè)試的范圍為27GHz到31GHz。分別從4個(gè)輸入口激勵(lì)時(shí)，在中心頻率29GHz， 所有的回波損耗和互耦系數(shù)均低于-12.5dB。傳輸系數(shù)幅度起伏不大，在28GH到 30.5GH的范圍內(nèi)，其誤差小于3dB。該波束成形網(wǎng)絡(luò)可以提供的相鄰輸出端口之間 相位差分別為135°， 45°， -45°和-135°，在28.8 GHz到29.8GHz的范圍內(nèi)，其誤差 小于5°。當(dāng)從第二個(gè)輸入口激勵(lì)時(shí)，仿真的輻射效率可達(dá)86%。而同樣情況下，Butler 矩陣的輻射效率僅為67.1%。
權(quán)利要求1. 一種毫米波頻段多模波束成形網(wǎng)絡(luò)，其特征在于該網(wǎng)絡(luò)包括上層金屬敷銅面(1)、下層金屬敷銅面(2)、介質(zhì)基片(3)、金屬化通孔(4)、多?；刹▽?dǎo)(5)、輸入端口(51)、內(nèi)輸出端口(52)、基片集成波導(dǎo)移相網(wǎng)絡(luò)(6)、外輸出口(7)；該波束成形網(wǎng)絡(luò)為一平面電路結(jié)構(gòu)，上層金屬敷銅面(1)、下層金屬敷銅面(2)分別位于介質(zhì)基片(3)的兩側(cè)，金屬化通孔(4)穿過介質(zhì)基片(3)與上層金屬敷銅面(1)、下層金屬敷銅面(2)相連接形成多模基片集成波導(dǎo)(5)、基片集成波導(dǎo)移相網(wǎng)絡(luò)(6)，多?；刹▽?dǎo)(5)、基片集成波導(dǎo)移相網(wǎng)絡(luò)(6)二者直接相連接，輸入端口(51)位于多模基片集成波導(dǎo)(5)的一側(cè)，內(nèi)輸出端口(52)位于多模基片集成波導(dǎo)(5)的另一側(cè)并與基片集成波導(dǎo)移相網(wǎng)絡(luò)(6)的內(nèi)側(cè)相接，基片集成波導(dǎo)移相網(wǎng)絡(luò)(6)的外側(cè)接外輸出口(7)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的毫米波頻段多模波束成形網(wǎng)絡(luò)，其特征為基片集成 波導(dǎo)移相網(wǎng)絡(luò)(6)通過金屬化通孔(4)的位置調(diào)節(jié)，形成具有不同寬度的基片集 成波導(dǎo)，越寬的基片集成波導(dǎo)其內(nèi)部電磁波的傳播速度越慢，從而實(shí)現(xiàn)所需的相移 量°
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的毫米波頻段多模波束成形網(wǎng)絡(luò)，其特征在于該波束成 形網(wǎng)絡(luò)共有4個(gè)輸入端口和4個(gè)輸出端口，分別可在輸出口激勵(lì)出若干組具有固定 相位差和相等幅度的輸出。
專利摘要毫米波頻段多模波束成形網(wǎng)絡(luò)適用于微波毫米波多波束天饋系統(tǒng)和智能天線系統(tǒng)。該網(wǎng)絡(luò)為一平面電路結(jié)構(gòu)，上層金屬敷銅面(1)、下層金屬敷銅面(2)分別位于介質(zhì)基片(3)的兩側(cè)，金屬化通孔(4)穿過介質(zhì)基片(3)與上層金屬敷銅面(1)、下層金屬敷銅面(2)相連接形成多?；刹▽?dǎo)(5)、基片集成波導(dǎo)移相網(wǎng)絡(luò)(6)，多?；刹▽?dǎo)(5)、基片集成波導(dǎo)移相網(wǎng)絡(luò)(6)二者直接相連接，輸入端口(51)位于多模基片集成波導(dǎo)(5)的一側(cè)，內(nèi)輸出端口(52)位于多模基片集成波導(dǎo)(5)的另一側(cè)并與基片集成波導(dǎo)移相網(wǎng)絡(luò)(6)的內(nèi)側(cè)相接，基片集成波導(dǎo)移相網(wǎng)絡(luò)(6)的外側(cè)接外輸出口(7)。
文檔編號(hào)H01P1/18GK201229981SQ20082004067
公開日2009年4月29日 申請(qǐng)日期2008年7月18日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月18日
發(fā)明者柯 吳, 偉 洪, 程鈺間, 蒯振起 申請(qǐng)人:東南大學(xué)