基于铜基微同轴线的Ka波段多波束天线子系统仿真建模技术

摘要

多波束天线可以通过馈源产生多个独立的高增益窄波束,不仅能够解决毫米波在自由空间中高损耗和信号干扰的问题,而且能够动态控制波束方向,实现波束切换,扩大信号覆盖范围。本文基于Butler矩阵以及多波束天线理论设计了一种Ka波段多波束天线子系统。采用铜基微同轴工艺设计宽带正交耦合器、移相器以及交叉结三个基本单元,实现4×4 Butler矩阵,采用Vivaldi天线设计1×4天线阵列并将Butler矩阵作为其馈相网络。利用铜基微同轴-倒装芯片封装技术,实现铜基微同轴与有源芯片的异构集成,Butler矩阵的输入端口集成开关芯片,Butler矩阵的输出端口与天线之间集成放大器芯片。最终仿真设计出Ka波段Butler矩阵馈电1×4多波束天线子系统,在28~35 GHz的频段内,多波束天线的增益可达14.47 dBi,波束最大覆盖范围可达±32°,有利于提升毫米波通信系统的信噪比、通信容量、抗干扰能力以及信号覆盖范围。