用于单层印刷电路板实施的新型波束成形网络解决方案

无线技术使无线电和卫星通信成为可能。这些系统的核心是可以发送和接收信号的天线。随着无线技术的范围不断扩大，下一代无线系统需要能够有效处理多个波束的多波束天线。为了在发射器和接收器之间保持稳定可靠的连接，这些多波束天线使用波束成形网络 (BFN)，如 Butler 和 Nolen 矩阵。这些 BFN 使用包括移相器和定向耦合器在内的电气组件的组合来控制和直接输出信号。所使用的 BFN 类型决定了电路的结构以及电路生成一定数量光束所需的层数。

BFN 是在毫米波范围内实施 5G 技术的关键，因为这些波更容易受到干扰。这促使研究人员研究 BFN 并对其进行改进，以便为单层印刷电路板 (PCB) 实施提供低成本解决方案。换句话说，目标是产生具有最大波束数和最少层数的配置。

现在，在IEEE Journal of Microwaves 上发表的一项研究中，来自东京理工大学和荷兰欧洲航天局的科学家们引入了一种新颖的一维开关矩阵，与传统的相比，它减少了层数。矩阵。东京理工大学的 Jiro Hirokawa 教授在阐述他们的方法时解释说：“我们已经在数值上找到了定向耦合器(包括分频器)和移相器的参数，这些参数决定了在正交矩阵形成多个天线波束。这一发现改进了先前已知的解决平面实施特定挑战的解决方案。”

新颖的矩阵拓扑克服了传统波束成形矩阵的局限性。虽然巴特勒矩阵在其可以生成的波束数量方面受限于 2 的整数次幂，但所提出的解决方案可以生成任意数量的波束。与 Nolen 矩阵不同，移相器和定向耦合器之间的信号可以均匀分布，从而产生更均匀的输出信号。

与传统的 Butler 和 Nolen 矩阵相比，新的矩阵拓扑在光束数为 5 及以上时还实现了层数的减少，在 8 个光束时达到了 38% 的减少率。“这种缩减比对于无源天线正交波束成形矩阵非常有用。它有望有益于下一代无线移动系统和卫星通信微波有效载荷的设计，”Hirokawa 教授解释说。

到的输出信号，并在压实的改进数层的允许提出BFN在低成本的印刷电路板来实现，使得多波束天线的制造中用于下一代无线系统可行的和具有成本效益。

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