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在天线领域,多波束天线技术的应用越来越广泛,尤其是基于Butler矩阵的多波束天线受到了很多研究人员的关注。同时,集成了多波束扫描和双频双极化性能的双频双极化多波束天线阵列也逐渐成为天线研究的热点之一。在本文中,主要以宽带Butler矩阵和双频双极化天线为研究重点,并利用Butler矩阵和双频双极化天线阵列组成的多波束系统进行设计,最后对仿真和实测进行对比分析。Butler矩阵作为多波束天线系统的波束形成网络,对于其基本单元-3d B定向耦合器,提出了一种新的结构形式:双级耦合结构3d B定向耦合器。相对于之前传统的缝隙耦合结构,采用双级耦合结构大大降低了设计优化难度,并且调试简单。该耦合器在3GHz~12GHz超宽带范围内耦合度误差范围为(3?1)d B,相位变化范围为89~97??。同样,作为Butler矩阵的核心单元之一的45?移相器,是由3d B定向耦合器变形而来的90?双端口差分移相器和一条参考线一起组成的四端口移相器。其工作在3GHz~11GHz超宽带范围内,差分耦合支路输入端的反射系数的幅度均能保持在-10d B以下,相位误差保持在(45?5)?内。4×4 Butler矩阵以双级耦合结构的超宽带3d B定向耦合器和超宽带45?移相器为基本单元进行拓扑组合而成。Butler矩阵在宽带范围内各个输出端口的传输系数幅度保持在(-8?2)d B内波动,同时各个输入端分别工作时,在宽带范围内相位误差分别为-45?5??、135 5???、135 5-???和45?5??,实现了宽带4×4 Butler矩阵。本文采用的天线结构形式为缝隙耦合微带天线。首先设计一个工作于5.8GHz频段的双极化天线单元。设计完双极化单元后,又以该天线为基本单元采用串联馈电与并联馈电相结合的馈电网络设计一款工作于5.8GHz频段的3×3元双极化阵列天线。最后设计出一款分别工作于5.3GHz频段和5.8GHz频段的双频双极化天线单元。最后,以双频双极化单元天线为基本结构,设计一款4×4的双频双极化阵列天线,每个极化方向放置四个相同的输入端用于和Butler矩阵的四个输出端相连组成一个多波束天线系统。其分别在水平极化方向工作于5.3GHz频点进行多波束扫描和垂直极化方向工作于5.8GHz频点进行多波束扫描。通过与仿真结果相对比,实测结果和仿真结果之间的偏差比较小,满足多双频双极化多波束扫描功能。