本发明涉及通信设备技术领域，特别是一种多波束端射天线。
背景技术：
在过去，低于6ghz的频段被密集的使用，造成低频段频谱资源不够，国家和运营商正在开发6ghz以上的新频段，特别是针对北美，日本，韩国等地区和国家发布的5g毫米波新频段，人们普遍认为毫米波(mmwave)是下个频段最好的选择。
为了实现5g移动终端设备的高增益和覆盖范围广，选用相控阵和多波束的方案成为一种好的选择，在此之前很多知名半导体公司已经成功研发出5g在毫米波的芯片相控阵技术在国防领域的雷达、通信、电子战、导航等领域获得广泛应用，也正在卫星通信和5g通信使用，特别是与massivemimo天线的应用，相控阵在不减增益的情况下提供低延时的波束切换，实现精确方向扫描，为特定密集场所提供通信保证。然而其昂贵成本、硬件实施的复杂性、散热以及结构大小成为主要的发展问题。
相对而言，多波束也在卫星通信和汽车雷达中使用毫米波，且具有小型化的优点，可以应用在移动终端设备，移动终端产生的波束具有较大覆盖范围，每个波束将于附近基站产生连接，因此，在5g通信系统中，具有多波束的移动终端可以提高信道容量和覆盖效率。
多波束天线是一个多端口的阵列天线，对不同输入馈电都会形成一个指定的方向。最早的多波束多依赖波导和微带线结构，金属波导虽然损耗低，但体积笨重且制造复杂不适合移动终端设备小型化的要求，微带线结构简单体积小则在毫米波色散严重，损耗大。
另一方面，实现多波束网络主要有butler矩阵、blass矩阵、rotman透镜等技术，其中blass矩阵幅度可自由控制，并且形成的波束数目较多，输入端口隔离度好，在实际应用中灵活性较高，但其是有耗网络，损耗大且结构复杂。由rotman透镜形成的网络波束数量多、旁瓣电平低、带宽宽等优点也受到欢迎，但是同样天线尺寸过大，不易于与终端设备集成。
同时现有的移动终端上采用的多波束贴片或缝隙天线，辐射方向垂直与天线表面，但是如果是应用于手机后背上，手会挡住后盖，大大降低天线性能。同理适应于其他同类型的便携式设备时，同样会遇到人体遮挡问题。
技术实现要素：
本发明的目的就是为了解决现有技术之不足而提供的一种低损耗、结构简单、小型化、端射的工作于28ghz的多波束端射天线。
本发明是采用如下技术解决方案来实现上述目的：一种多波束端射天线，其特征在于，它采用基片集成波导结构，包括多个输入端口、butler矩阵、多组端射偶极子辐射单元，butler矩阵包括耦合器、交叉器和移相器，信号经过butler矩阵分成多个等幅相位差恒定的输出至辐射单元，各组端射偶极子辐射单元由印制板金属化过孔形成，分别连接于butler矩阵输出口，电磁波耦合至末端双偶极子，在空间中叠加合成平行于天线阵面方向辐射的电磁波。
作为上述方案的进一步说明，输入端口的数量为四个，butler矩阵为四输入，四输出网络。
所述天线单元为三层对称结构，中间层为siw金属过孔结构传输电磁波耦合至末端双偶极子辐射单元；上下两层为介质，厚度四分之一介质波长；双偶极子设计为提高方向图对称性并提高增益；介质内排列有规则的u形金属孔形成反射腔，提高前后比；偶极子方向延伸一段介质，调节波束宽度。
进一步地，butler矩阵中耦合器实现端口一输入，端口二直通，端口三输出幅度相等相位差90度的电磁波，端口四为隔离；交叉器实现二维平面内信号的交叉传输；移相器是用来改变相位，使单端口输入情况下，保持所有输出端口幅度相等相邻相位差恒定；整体结构简单且厚度低，且波导长度短，配合siw技术的低损耗特性，实现整体网络的低损耗。
进一步地，siw金属过孔结构由上下两片金属面和两侧周期性排列的金属过孔组成，限制电磁波在介质中传输；其损耗低，且厚度低，重量轻，易于加工。
本发明采用上述技术解决方案所能达到的有益效果是：
1、本发明采用双偶极子天线放置设备前端或周边，由于频率是毫米波，臂长短，使天线整体厚度低；采用端射偶极子形式也很好解决手持设备辐射能量遮挡问题，这对手机以及平板等终端设备解决无线技术问题。
2、本发明利用butler矩阵为一种结构简单，体积小的无损多波束网络,配合siw金属过孔结构损耗低，而且厚度低、重量轻，容易加工的优点，实现多波束系统小型化及低损耗。
附图说明
图1为本发明的整体结构图；
图2为本发明的90°耦合器结构示意图；
图3为本发明的0db交叉器结构示意图；
图4为本发明的135°移相器结构示意图；
图5为本发明的0°移相器结构示意图；
图6为本发明的辐射偶极子单元结构示意图。
附图标记说明：1、90°耦合器1-1、耦合器上层柱子1-2、耦合宽度2、0db交叉器3、135°移相器3-1、移相器调整柱子4、0°移相器4-1、0°移相器倾斜柱子4-2、v形柱子5、辐射天线单元模块5-1、双偶极子5-2、h形反射金属柱子5-3、基片集成波导传输层5-4、介质板d。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本技术方案作详细的描述。
如图1-图6所示，本发明是一种多波束端射天线，它采用基片集成波导结构，包括多个输入端口、butler矩阵、多组端射偶极子辐射单元，butler矩阵包括耦合器、交叉器和移相器，信号经过butler矩阵分成多个等幅相位差恒定的输出至辐射单元，各组端射偶极子辐射单元分别连接于butler矩阵输出口，电磁波耦合至末端双偶极子，在空间中叠加合成平行于天线阵面方向辐射的电磁波。本实施例中，输入端口的数量为四个，butler矩阵为四输入，四输出网络。所述天线单元为三层对称结构，中间层为siw金属过孔结构传输电磁波耦合至末端双偶极子辐射单元；上下两层为介质，厚度四分之一介质波长；端射偶极子由印制板金属化过孔形成，使辐射方向与天线平行；双偶极子设计为提高方向图对称性并提高增益；介质内排列有规则的u形金属孔形成反射腔，提高前后比；偶极子方向延伸一段介质，调节波束宽度。butler矩阵中耦合器实现端口一输入，端口二直通，端口三输出幅度相等相位差90度的电磁波，端口四为隔离；交叉器实现二维平面内信号的交叉传输；移相器是用来改变相位，使单端口输入情况下，保持所有输出端口幅度相等相邻相位差恒定；整体结构简单且厚度低，且波导长度短，配合siw技术的低损耗特性，实现整体网络的低损耗。siw金属过孔结构由上下两片金属面和两侧周期性排列的金属过孔组成，限制电磁波在介质中传输；其损耗低，且厚度低，重量轻，易于加工。
本实施例中，多波束端射天线的结构，从左至右依次是butler矩阵(135°移相器3、90°耦合器1、0db交叉器2、0°移相器4)以及辐射单元5。本发明主要分为两部分butler矩阵和天线辐射体，整体的结构都是通过基片集成波导实现的，butler矩阵的90°耦合器1是一个四端口结构，通过调整一排上层柱子1-1的下降距离和中间耦合宽度1-2来使输出的两个端口幅度在3db左右，相位差在90°±3°之间，两个90°耦合器竖着排列组成多波束4端口的输入，与耦合器输出四端口相接从上往下是135°移相器3、0db交叉器2和135°移相器3，调整一排柱子3-1的下降距离使135°移相器3输出相位为135°，幅度不变。而交叉器2由两个90°耦合器组成，主要实现电磁波无耗交叉传输。接下来相接同样是两个竖着排列的90°耦合器，此处耦合器的作用同上。再就是4端口接入两个0°度移相器4和0db交叉器2，这里的4-1倾斜柱子以及4-2v形柱子是保证相位为0°和使结构要延伸到与交叉器的长度齐平，保证四端口输出后可以和辐射单元无缝连接，交叉器的功能是实现输出端口7、6的交换，使各端口输出相位差恒定。
因为butler矩阵网络是无耗的，以及基片集成波导较低的损耗体积小结构，使得输入能量损失不大，从而实现多波束系统低损耗以及小型化和加工简单的需求。具体的butler矩阵形成固定的相位输出过程如下：假设只有1端口激励时，2、3、4端口不激励，1端口的电磁波经过90°耦合器分成上下两个相位差为90°的信号，上边电磁波然后经过一个135°移相器后在经过一个90°耦合器，电磁波就又被分成7端口比5端口多270°的相位。而下边信号则经过一个交叉器后再经过一个90°耦合器形成8端口比6端口多270°的相位，而6端口又比5端口多135°，所以最后各端口的相位差值为135°。同理得，当2、3、4端口分别激励时，产生的相位差分别为-45°、45°、-135°。
与butler矩阵四端口相接的就是4辐射天线单元模块5，电磁波通过基片集成波导传输层5-3结构传输至双偶极子5-1辐射，双偶极子是为了提高增益和辐射方向，后边是一排h形金属柱子5-2用来减少反射，在介质外延伸一个3mm的介质板d5-4以提高带宽。
4×4多波束天线整体尺寸数据如下：(l*w*h)60.8mm×30.8mm×3.5mm，阻抗带宽为24ghz-28ghz，相对带宽14％，在带宽内回拨损耗低于-15db，最终形成的四波束方向为±45°和±14°
本技术方案与现有技术相比，在现有技术结构不能同时满足小型化、低损耗以及实现方向端射的情况下，通过改造butler矩阵的耦合器、交叉器以及移相器和调整siw金属过孔结构，使结构简单、体积变小、低损耗以及降低生产成本，最后以偶极子形成端射形式，来实现电磁波端射辐射，区别现有多波束天线人体遮挡问题，更适应更多场景的使用。
以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。