天线是无线通信系统中的关键部件。随着无线通信系统的飞速发展,系统中所需的天线数量越来越多,波束扫描天线利用一个天线来代替多个天线,可以解决诸如多径衰落和同信道干扰的问题,被广泛应用于微波通信系统、导弹控制、卫星通信和雷达系统中。本文针对Q波段的波束扫描天线阵列展开研究,主要工作和创新点如下:第一,设计了反射系数优于-13 dB,插入损耗小于0.09 dB/mm的基片集成同轴线(SICL)。基于SICL结构设计了由3 dB定向耦合器、交叉耦合器、移相器等组成的巴特勒矩阵。在45 GHz处,4个输出端口的功率分布在-6.6±0.8 dB以内;相邻输出端口之间的相位差分别为-45°±6°、45°±6°、-135° ±11°和135° ±11°。该巴特勒矩阵实现了低损耗和特定的输出相位差,可作为天线阵列的波束形成网络。第二,设计并实现了一款耦合馈电开槽微带结构组成的波束扫描天线阵列。由辐射贴片、金属通孔和接地平面构成的背腔贴片天线单元组成1 X4串联馈电子阵列,4个子阵列排列成对称结构以降低副瓣,通过SICL巴特勒矩阵馈电实现波束扫描效果。天线阵的面积为6.3λ0× 7.1λ0,测量的阻抗带宽为21.8%;在45 GHz处,波束方向为-28.5°、-14.1°、18.4°和35.6°,分别对应的增益是13.11、13.88、14.02和11.78 dBi。测量结果与仿真结果吻合较好。第三,设计了一款结构紧凑的功分探针馈电圆贴片背腔结构组成的波束扫描天线阵列。天线子阵列由并联馈电紧凑排列的2 X 2圆形贴片和背腔组成,再将4个子阵列等距线性排列后经SICL巴特勒矩阵馈电。天线阵的面积只有6.3λ0 × 5.6λ0、,仿真的阻抗带宽为21.1%;在45 GHz处,四个波束的仿真增益为13.12至13.94 dBi,波束扫描角度为±32°。第四,设计了一款高增益、低副瓣的缝隙波束扫描天线阵列。缝隙单元由SICL上增加的一根垂直的短枝节激励,平均分布在馈线两侧形成1 ×8子阵列,4个子阵列线性排列后经SICL巴特勒矩阵馈电。由于阵间距的减小,该天线阵列与其它两款相比,副瓣分别降低了4.5 dB和4 dB,天线波束可覆盖的范围也增大至±46°。天线阵的面积为6.3λ0 × 7.6λ0,仿真的阻抗带宽为18.9%;在45 GHz处,仿真的增益在14.81至15.99 dBi之间。