CN112787109A - 一种基于7×8巴特勒矩阵的毫米波多波束天线 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于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。

Description

一种基于7×8巴特勒矩阵的毫米波多波束天线
技术领域
本发明涉及通讯天线的技术领域，尤其是指一种基于7×8巴特勒矩阵的毫米波多波束天线。
背景技术
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。
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。
发明内容
本发明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，本发明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，所述毫米波多波束天线的第一输入端口与第一双层耦合器的第一输入端口连接，所述毫米波多波束天线的第二输入端口与第一双层耦合器的第二输入端口连接，所述毫米波多波束天线的第三输入端口与3×4巴特勒矩阵的第一输入端口连接，所述毫米波多波束天线的第四输入端口与3×4巴特勒矩阵的第二输入端口连接，所述毫米波多波束天线的第五输入端口与3×4巴特勒矩阵的第三输入端口连接，所述毫米波多波束天线的第六输入端口与第二双层耦合器的第一输入端口连接，所述毫米波多波束天线的第七输入端口与第二双层耦合器的第二输入端口连接，所述第一双层耦合器的第一输出端口与第一-45°移相器的输入端口连接，所述第一双层耦合器的第二输出端口与第二4×4巴特勒矩阵的第一输入端口连接，所述3×4巴特勒矩阵的第一输出端口与第一4×4巴特勒矩阵的第二输入端口连接，所述3×4巴特勒矩阵的第二输出端口与第二4×4巴特勒矩阵的第二输入端口连接，所述3×4巴特勒矩阵的第三输出端口与第一4×4巴特勒矩阵的第三输入端口连接，所述3×4巴特勒矩阵的第四输出端口与第二4×4巴特勒矩阵的第三输入端口连接，所述第二双层耦合器的第一输出端口与第一4×4巴特勒矩阵的第四输入端口连接，所述第二双层耦合器的第二输出端口与第二-45°移相器的输入端口连接，所述第一4×4巴特勒矩阵的第一输出端口与八单元天线阵列的第一输入端口连接，所述第二4×4巴特勒矩阵的第一输出端口与八单元天线阵列的第二输入端口连接，所述第一4×4巴特勒矩阵的第二输出端口与八单元天线阵列的第三输入端口连接，所述第二4×4巴特勒矩阵的第二输出端口与八单元天线阵列的第四输入端口连接，所述第一4×4巴特勒矩阵的第三输出端口与八单元天线阵列的第五输入端口连接，所述第二4×4巴特勒矩阵的第三输出端口与八单元天线阵列的第六输入端口连接，所述第一4×4巴特勒矩阵的第四输出端口与八单元天线阵列的第七输入端口连接，所述第二4×4巴特勒矩阵的第四输出端口与八单元天线阵列的第八输入端口连接。
进一步，当信号从毫米波多波束天线的第一输入端口输入时，八单元天线阵列的第一输入端口、第二输入端口、第三输入端口、第四输入端口、第五输入端口、第六输入端口、第七输入端口和第八输入端口均输入了等幅度且相邻输入端口的相位差为-45°的信号，从而产生辐射波束。
进一步，当信号从毫米波多波束天线的第二输入端口输入时，八单元天线阵列的第一输入端口、第二输入端口、第三输入端口、第四输入端口、第五输入端口、第六输入端口、第七输入端口和第八输入端口均输入了等幅度且相邻输入端口的相位差为+135°的信号，从而产生辐射波束。
进一步，当信号从毫米波多波束天线的第三输入端口输入时，八单元天线阵列的第一输入端口、第二输入端口、第三输入端口、第四输入端口、第五输入端口、第六输入端口、第七输入端口和第八输入端口均输入了等幅度且相邻输入端口的相位差为-90°的信号，从而产生辐射波束。
进一步，当信号从毫米波多波束天线的第四输入端口输入时，八单元天线阵列的第一输入端口、第二输入端口、第三输入端口、第四输入端口、第五输入端口、第六输入端口、第七输入端口和第八输入端口均输入了等幅度且相邻输入端口的相位差为0°的信号，从而产生辐射波束。
进一步，当信号从毫米波多波束天线的第五输入端口输入时，八单元天线阵列的第一输入端口、第二输入端口、第三输入端口、第四输入端口、第五输入端口、第六输入端口、第七输入端口和第八输入端口均输入了等幅度且相邻输入端口的相位差为+90°的信号，从而产生辐射波束。
进一步，当信号从毫米波多波束天线的第六输入端口输入时，八单元天线阵列的第一输入端口、第二输入端口、第三输入端口、第四输入端口、第五输入端口、第六输入端口、第七输入端口和第八输入端口均输入了等幅度且相邻输入端口的相位差为-135°的信号，从而产生辐射波束。
进一步，当信号从毫米波多波束天线的第七输入端口输入时，八单元天线阵列的第一输入端口、第二输入端口、第三输入端口、第四输入端口、第五输入端口、第六输入端口、第七输入端口和第八输入端口均输入了等幅度且相邻输入端口的相位差为+45°的信号，从而产生辐射波束。
本发明与现有技术相比，具有如下优点与有益效果：
1、本发明所采用的巴特勒矩阵与传统的巴特勒矩阵不同，传统的巴特勒矩阵采用的是2个、4个或8个输入端口，而本发明采用的是7个输入端口，能够提供更多等幅度且不同相位差的输出信号。
2、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，不能提供边向辐射的波束，而本发明基于巴特勒矩阵设计的毫米波多波束天线能够实现边向辐射的波束。
3、本发明的毫米波多波束天线采用双层的结构，避免使用大量交叉耦合器，节省空间和成本。
4、本发明的毫米波多波束天线能够工作在28GHz-31GHz的毫米波段，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。
附图说明
图1为毫米波多波束天线的结构示意图。
图2为毫米波多波束天线的剖视图。
图3为第一介质板的结构示意图。
图4为第二介质板的结构示意图。
图5为第一双层耦合器的结构示意图。
图6为第二双层耦合器的结构示意图。
图7为3×4巴特勒矩阵的结构示意图。
图8为第一4×4巴特勒矩阵的结构示意图。
图9为第二4×4巴特勒矩阵的结构示意图。
图10为第一-45°移相器的结构示意图。
图11为第二-45°移相器的结构示意图。
图12为八单元天线阵列的结构示意图。
图13为毫米波多波束天线的连接原理架构图。
图14为毫米波多波束天线的第一输入端口、第二输入端口、第三输入端口和第四输入端口分别馈电时的回波损耗仿真结果图。
图15为毫米波多波束天线的第一输入端口、第二输入端口、第三输入端口、第四输入端口、第五输入端口、第六输入端口和第七输入端口分别馈电时的隔离度仿真结果图。
图16为毫米波多波束天线的第一输入端口、第二输入端口、第三输入端口、第四输入端口、第五输入端口、第六输入端口和第七输入端口分别馈电时，毫米波多波束天线在28GHz的辐射方向图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。
参见图1至图4所示，本实施例提供了基于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，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，所述毫米波多波束天线的第一输入端口11与第一双层耦合器31的第一输入端口311连接，所述毫米波多波束天线的第二输入端口12与第一双层耦合器31的第二输入端口312连接，所述毫米波多波束天线的第三输入端口13与3×4巴特勒矩阵41的第一输入端口411连接，所述毫米波多波束天线的第四输入端口14与3×4巴特勒矩阵41的第二输入端口412连接，所述毫米波多波束天线的第五输入端口15与3×4巴特勒矩阵41的第三输入端口413连接，所述毫米波多波束天线的第六输入端口16与第二双层耦合器32的第一输入端口321连接，所述毫米波多波束天线的第七输入端口17与第二双层耦合器32的第二输入端口322连接，所述第一双层耦合器31的第一输出端口313与第一-45°移相器61的输入端口611连接，所述第一双层耦合器31的第二输出端口314与第二4×4巴特勒矩阵52的第一输入端口521连接，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的第一输出端口414与第一4×4巴特勒矩阵51的第二输入端口512连接，所述3×4巴特勒矩阵41的第二输出端口415与第二4×4巴特勒矩阵52的第二输入端口522连接，所述3×4巴特勒矩阵41的第三输出端口416与第一4×4巴特勒矩阵51的第三输入端口513连接，所述3×4巴特勒矩阵41的第四输出端口417与第二4×4巴特勒矩阵52的第三输入端口523连接，所述第二双层耦合器32的第一输出端口321与第一4×4巴特勒矩阵51的第四输入端口514连接，所述第二双层耦合器32的第二输出端口322与第二-45°移相器62的输入端口621连接，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的第一输出端口515与八单元天线阵列7的第一输入端口711连接，所述第二4×4巴特勒矩阵52的第一输出端口525与八单元天线阵列7的第二输入端口712连接，所述第一4×4巴特勒矩阵51的第二输出端口516与八单元天线阵列7的第三输入端口713连接，所述第二4×4巴特勒矩阵52的第二输出端口526与八单元天线阵列7的第四输入端口714连接，所述第一4×4巴特勒矩阵51的第三输出端口517与八单元天线阵列7的第五输入端口715连接，所述第二4×4巴特勒矩阵52的第三输出端口527与八单元天线阵列7的第六输入端口716连接，所述第一4×4巴特勒矩阵51的第四输出端口518与八单元天线阵列7的第七输入端口717连接，所述第二4×4巴特勒矩阵52的第四输出端口528与八单元天线阵列7的第八输入端口718连接。
参见图5和图6所示，第一双层耦合器31与第二双层耦合器32结构一样。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24开第一缝隙315构成一个整体；所述第一双层耦合器31设有两个输入端口和两个输出端口，分别为第一双层耦合器31的第一输入端口311、第一双层耦合器31的第二输入端口312、第一双层耦合器31的第一输出端口313和第一双层耦合器31的第二输出端口314，当信号从第一双层耦合器31的第一输入端口311输入时，第一输出端口313和第二输出端口314输出等功率的信号，相位差为-90°；当信号从第一双层耦合器31的第二输入端口312输入时，第一输出端口313和第二输出端口314输出等功率的信号，相位差为+90°；第二双层耦合器32的功能原理与第一双层耦合器31一样，在此不重复描述。
参见图7所示，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3×4巴特勒矩阵41设有三个输入端口和四个输出端口，分别为3×4巴特勒矩阵41的第一输入端口411、3×4巴特勒矩阵41的第二输入端口412、3×4巴特勒矩阵41的第三输入端口413、3×4巴特勒矩阵41的第一输出端口414、3×4巴特勒矩阵41的第二输出端口415、3×4巴特勒矩阵41的第三输出端口416和3×4巴特勒矩阵41的第四输出端口417，当信号从3×4巴特勒矩阵41的第一输入端口411输入时，3×4巴特勒矩阵41的第一输出端口414、第二输出端口415、第三输出端口416和第四输出端口417会输出等功率，相位差为-90°的信号；当信号从3×4巴特勒矩阵41的第二输入端口412输入时，3×4巴特勒矩阵41的第一输出端口414、第二输出端口415、第三输出端口416和第四输出端口417会输出等功率，相位差为0°的信号；当信号从3×4巴特勒矩阵41的第三输入端口413输入时，3×4巴特勒矩阵41的第一输出端口414、第二输出端口415、第三输出端口416和第四输出端口417会输出等功率，相位差为+90°的信号。
参见图8和图9所示，第一4×4巴特勒矩阵51与第二4×4巴特勒矩阵52结构一样。所述第一4×4巴特勒矩阵51设有四个输入端口和四个输出端口，分别为第一4×4巴特勒矩阵51的第一输入端口511、第一4×4巴特勒矩阵51的第二输入端口512、第一4×4巴特勒矩阵51的第三输入端口513、第一4×4巴特勒矩阵51的第四输入端口514、第一4×4巴特勒矩阵51的第一输出端口515、第一4×4巴特勒矩阵51的第二输出端口516、第一4×4巴特勒矩阵51的第三输出端口517和第一4×4巴特勒矩阵51的第四输出端口518；当信号从第一4×4巴特勒矩阵51的第一输入端口511输入时，第一4×4巴特勒矩阵51的第一输出端口515、第二输出端口516、第三输出端口517和第四输出端口518输出等功率，相位差为-90°的信号；当信号从第一4×4巴特勒矩阵51的第二输入端口512输入时，第一4×4巴特勒矩阵51的第一输出端口515、第二输出端口516、第三输出端口517和第四输出端口518输出等功率，相位差分别为-90°、+90°和-90°的信号；当信号从第一4×4巴特勒矩阵51的第三输入端口513输入时，第一4×4巴特勒矩阵51的第一输出端口515、第二输出端口516、第三输出端口517和第四输出端口518输出等功率，相位差分别为+90°、-90°和+90°的信号；当信号从第一4×4巴特勒矩阵51的第四输入端口514输入时，第一4×4巴特勒矩阵51的第一输出端口515、第二输出端口516、第三输出端口517和第四输出端口518输出等功率，相位差为+90°的信号。第二4×4巴特勒矩阵52的原理功能与第一4×4巴特勒矩阵51一样，在此不重复描述。
参见图10和图11所示，第一-45°移相器61设有一个输入端口611和一个输出端口612，当信号从第一-45°移相器61的输入端口611输入时，信号会从第一-45°移相器61的输出端口612全部输出，并产生-45°的移相；第二-45°移相器62设有一个输入端口621和一个输出端口622，当信号从第二-45°移相器62的输入端口621输入时，信号会从第二-45°移相器62的输出端口622全部输出，并产生-45°的移相。
参见图12所示，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；八单元天线阵列7设有八个输入端口，分别为八单元天线阵列7的第一输入端口711、第二输入端口712、第三输入端口713、第四输入端口714、第五输入端口715、第六输入端口716、第七输入端口717和第八输入端口718。
参见图13所示，当信号从毫米波多波束天线的第一输入端口11输入时，八单元天线阵列7的第一输入端口711、第二输入端口712、第三输入端口713、第四输入端口714、第五输入端口715、第六输入端口716、第七输入端口717和第八输入端口718均输入了等幅度且相邻输入端口的相位差为-45°的信号，从而产生辐射波束；
当信号从毫米波多波束天线的第二输入端口12输入时，八单元天线阵列7的第一输入端口711、第二输入端口712、第三输入端口713、第四输入端口714、第五输入端口715、第六输入端口716、第七输入端口717和第八输入端口718均输入了等幅度且相邻输入端口的相位差为+135°的信号，从而产生辐射波束；
当信号从毫米波多波束天线的第三输入端口13输入时，八单元天线阵列7的第一输入端口711、第二输入端口712、第三输入端口713、第四输入端口714、第五输入端口715、第六输入端口716、第七输入端口717和第八输入端口718均输入了等幅度且相邻输入端口的相位差为-90°的信号，从而产生辐射波束；
当信号从毫米波多波束天线的第四输入端口14输入时，八单元天线阵列7的第一输入端口711、第二输入端口712、第三输入端口713、第四输入端口714、第五输入端口715、第六输入端口716、第七输入端口717和第八输入端口718均输入了等幅度且相邻输入端口的相位差为0°的信号，从而产生辐射波束；
当信号从毫米波多波束天线的第五输入端口15输入时，八单元天线阵列7的第一输入端口711、第二输入端口712、第三输入端口713、第四输入端口714、第五输入端口715、第六输入端口716、第七输入端口717和第八输入端口718均输入了等幅度且相邻输入端口的相位差为+90°的信号，从而产生辐射波束；
当信号从毫米波多波束天线的第六输入端口16输入时，八单元天线阵列7的第一输入端口711、第二输入端口712、第三输入端口713、第四输入端口714、第五输入端口715、第六输入端口716、第七输入端口717和第八输入端口718均输入了等幅度且相邻输入端口的相位差为-135°的信号，从而产生辐射波束；
当信号从毫米波多波束天线的第七输入端口17输入时，八单元天线阵列7的第一输入端口711、第二输入端口712、第三输入端口713、第四输入端口714、第五输入端口715、第六输入端口716、第七输入端口717和第八输入端口718均输入了等幅度且相邻输入端口的相位差为+45°的信号，从而产生辐射波束。
参见图14所示，为本发明的第一输入端口、第二输入端口、第三输入端口和第四输入端口分别馈电时的回波损耗仿真结果图。可以看出，毫米波多波束天线在通带内具有良好的反射系数，均低于-7.5dB。
参见图15所示，为本发明的第一输入端口、第二输入端口、第三输入端口、第四输入端口、第五输入端口、第六输入端口和第七输入端口分别馈电时的隔离度仿真结果图。可以看出，毫米波多波束天线在通带内具有良好的隔离系数，均低于-13dB。
参见图16所示，为本发明的第一输入端口、第二输入端口、第三输入端口、第四输入端口、第五输入端口、第六输入端口和第七输入端口分别馈电时，多波束天线在28GHz的辐射方向图。可以看出，毫米波多波束天线在不同输入端口馈电时，能够产生不同的、独立指向的波束。
以上所述之实施例只为本发明之较佳实施例，并非以此限制本发明的实施范围，故凡依本发明之形状、原理所作的变化，均应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (10)

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馈电端口，所述毫米波多波束天线的第一输入端口(11)与第一双层耦合器(31)的第一输入端口(311)连接，所述毫米波多波束天线的第二输入端口(12)与第一双层耦合器(31)的第二输入端口(312)连接，所述毫米波多波束天线的第三输入端口(13)与3×4巴特勒矩阵(41)的第一输入端口(411)连接，所述毫米波多波束天线的第四输入端口(14)与3×4巴特勒矩阵(41)的第二输入端口(412)连接，所述毫米波多波束天线的第五输入端口(15)与3×4巴特勒矩阵(41)的第三输入端口(413)连接，所述毫米波多波束天线的第六输入端口(16)与第二双层耦合器(32)的第一输入端口(321)连接，所述毫米波多波束天线的第七输入端口(17)与第二双层耦合器(32)的第二输入端口(322)连接，所述第一双层耦合器(31)的第一输出端口(313)与第一-45°移相器(61)的输入端口(611)连接，所述第一双层耦合器(31)的第二输出端口(314)与第二4×4巴特勒矩阵(52)的第一输入端口(521)连接，所述3×4巴特勒矩阵(41)的第一输出端口(414)与第一4×4巴特勒矩阵(51)的第二输入端口(512)连接，所述3×4巴特勒矩阵(41)的第二输出端口(415)与第二4×4巴特勒矩阵(52)的第二输入端口(522)连接，所述3×4巴特勒矩阵(41)的第三输出端口(416)与第一4×4巴特勒矩阵(51)的第三输入端口(513)连接，所述3×4巴特勒矩阵(41)的第四输出端口(417)与第二4×4巴特勒矩阵(52)的第三输入端口(523)连接，所述第二双层耦合器(32)的第一输出端口(323)与第一4×4巴特勒矩阵(51)的第四输入端口(514)连接，所述第二双层耦合器(32)的第二输出端口(324)与第二-45°移相器(62)的输入端口(621)连接，所述第一4×4巴特勒矩阵(51)的第一输出端口(515)与八单元天线阵列(7)的第一输入端口(711)连接，所述第二4×4巴特勒矩阵(52)的第一输出端口(525)与八单元天线阵列(7)的第二输入端口(712)连接，所述第一4×4巴特勒矩阵(51)的第二输出端口(516)与八单元天线阵列(7)的第三输入端口(713)连接，所述第二4×4巴特勒矩阵(52)的第二输出端口(526)与八单元天线阵列(7)的第四输入端口(714)连接，所述第一4×4巴特勒矩阵(51)的第三输出端口(517)与八单元天线阵列(7)的第五输入端口(715)连接，所述第二4×4巴特勒矩阵(52)的第三输出端口(527)与八单元天线阵列(7)的第六输入端口(716)连接，所述第一4×4巴特勒矩阵(51)的第四输出端口(518)与八单元天线阵列(7)的第七输入端口(717)连接，所述第二4×4巴特勒矩阵(52)的第四输出端口(528)与八单元天线阵列(7)的第八输入端口(718)连接。
4.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：当信号从毫米波多波束天线的第一输入端口(11)输入时，八单元天线阵列(7)的第一输入端口(711)、第二输入端口(712)、第三输入端口(713)、第四输入端口(714)、第五输入端口(715)、第六输入端口(716)、第七输入端口(717)和第八输入端口(718)均输入了等幅度且相邻输入端口的相位差为-45°的信号，从而产生辐射波束。
5.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：当信号从毫米波多波束天线的第二输入端口(12)输入时，八单元天线阵列(7)的第一输入端口(711)、第二输入端口(712)、第三输入端口(713)、第四输入端口(714)、第五输入端口(715)、第六输入端口(716)、第七输入端口(717)和第八输入端口(718)均输入了等幅度且相邻输入端口的相位差为+135°的信号，从而产生辐射波束。
6.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：当信号从毫米波多波束天线的第三输入端口(13)输入时，八单元天线阵列(7)的第一输入端口(711)、第二输入端口(712)、第三输入端口(713)、第四输入端口(714)、第五输入端口(715)、第六输入端口(716)、第七输入端口(717)和第八输入端口(718)均输入了等幅度且相邻输入端口的相位差为-90°的信号，从而产生辐射波束。
7.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：当信号从毫米波多波束天线的第四输入端口(14)输入时，八单元天线阵列(7)的第一输入端口(711)、第二输入端口(712)、第三输入端口(713)、第四输入端口(714)、第五输入端口(715)、第六输入端口(716)、第七输入端口(717)和第八输入端口(718)均输入了等幅度且相邻输入端口的相位差为0°的信号，从而产生辐射波束。
8.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：当信号从毫米波多波束天线的第五输入端口(15)输入时，八单元天线阵列(7)的第一输入端口(711)、第二输入端口(712)、第三输入端口(713)、第四输入端口(714)、第五输入端口(715)、第六输入端口(716)、第七输入端口(717)和第八输入端口(718)均输入了等幅度且相邻输入端口的相位差为+90°的信号，从而产生辐射波束。
9.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：当信号从毫米波多波束天线的第六输入端口(16)输入时，八单元天线阵列(7)的第一输入端口(711)、第二输入端口(712)、第三输入端口(713)、第四输入端口(714)、第五输入端口(715)、第六输入端口(716)、第七输入端口(717)和第八输入端口(718)均输入了等幅度且相邻输入端口的相位差为-135°的信号，从而产生辐射波束。
10.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：当信号从毫米波多波束天线的第七输入端口(17)输入时，八单元天线阵列(7)的第一输入端口(711)、第二输入端口(712)、第三输入端口(713)、第四输入端口(714)、第五输入端口(715)、第六输入端口(716)、第七输入端口(717)和第八输入端口(718)均输入了等幅度且相邻输入端口的相位差为+45°的信号，从而产生辐射波束。
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