随着移动通信技术的发展,对于通信容量的需求不断增加。多波束天线能够在同一辐射口径产生多个高增益的波束覆盖一定的区域。多波束天线能够实现频率复用,因而增大了可用带宽。使得通信容量大幅增加,频谱资源得到更加充分的利用。此外多波束天线可以方便的实现赋形波束。本文主要研究了基于巴特勒矩阵的无源多波束天线。巴特勒矩阵是一种无源的波束形成网络。它能够在输出端口形成等幅、等相位差的信号。巴特勒矩阵相较于其他矩阵类波束形成网络,优点是实现相同波束需要的器件最少,在实现较少波束时有着结构简单、成本较低的优点,同时端口隔离度较高,所以得到了广泛地研究与应用。本文系统介绍了巴特勒矩阵原理、阵列天线理论以及基片集成波导技术(SIW)。针对UHF频段与毫米波频段的不同应用,设计了两款基于巴特勒矩阵的无源低副瓣多波束天线。一是基于微带结构的690MHz-820MHz双极化低副瓣多波束天线;二是基于SIW的小型化28GHz毫米波低副瓣多波束天线。(1)基于4×4巴特勒矩阵设计了690MHz-820MHz双极化低副瓣多波束基站天线。馈电网络主要器件包括3dB分支线耦合器、45°移相器、p型衰减器。本文对馈电网络进行了小型化和宽带化设计。3dB耦合器采用微带三分支线耦合器,通过加载开路枝节的方法使其尺寸减小了一半。通过加载l/4短路谐振器设计了宽带45°移相器,相对带宽达到了33%,并通过弯折微带线实现了小型化。在巴特勒矩阵布局上避免使用交叉结,进一步减小了馈电网络的整体尺寸。天线阵元采用交叉偶极子的形式,能够实现+45°和-45°两种极化。该多波束天线一共四个端口,对应两种极化、两个波束指向(±13°)。水平面半功率波束宽度为29°,垂直面半功率波束宽度为44°。波束的最大增益为9.3dBi,副瓣电平小于-22dB,交叉极化小于-25dB。(2)基于SIW技术设计了中心频率为28GHz的低副瓣多波束天线。针对低副瓣的应用要求,本文提出了一种新型的双层4×8巴特勒矩阵拓扑结构。通过在4×4巴特勒矩阵的输出端口级联不等功分器来实现不等幅输出,采用双层的电路结构可以大大减少交叉耦合器的使用,减小馈电网络的整体尺寸。波束形成网络的主要器件包括基于SIW的定向耦合器、移相器、不等功分器、交叉结。天线辐射部分采用8×8的纵向缝隙阵列,天线阵列和馈电网络直接集成在一起。该多波束天线的整体尺寸为162mm×56mm,能够产生±15°和±47°四个方向的波束。±15°波束的增益为20.3dBi,半功率波束宽度为16.5°。±47°波束的增益为18.6dBi,半功率波束宽度为22°。波束的副瓣电平小于-18dB。