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对于传统单波束天线,通信速率和覆盖范围总是相互矛盾,一般只能在这两项指标中进行折衷选择。多波束天线有效地解决这一问题,同时具备覆盖范围广、通信速率高等诸多优势,被广泛地应用在雷达、卫通和基站等领域。与一维扫描相比,二维扫描多波束天线进一步提升了空域覆盖范围和数据通信速率,能够同时与更多的终端通信或跟踪更多目标。传统模拟波束形成网络(比如巴特勒矩阵)成本较低、易于设计,本文结合二维扫描和传统模拟波束形成网络的优势设计了基于二维巴特勒矩阵的多波束天线。首先,本文提出了两种宽带(71~86GHz)、紧凑的基片集成波导(Substrate Integrated Waveguide,SIW)三维互联结构。然后在此两种三维互联结构上设计了基于二维2×2巴特勒矩阵的多波束天线,该多波束天线能够生成四个二维扫描波束。为验证该多波束天线可扩展性,本文设计了基于二维4×4巴特勒矩阵的多波束天线,其可以生成十六个二维扫描波束。最后经过实测,上述多波束天线测试数据与仿真数据较为吻合,证明具备较好的可行性和十分优异的性能。但是,传统模拟波束形成网络有其固有缺陷,只能生成固定角度指向的波束,且生成波束数量有限。数字波束形成网络(Digital Beamforming Network,DBFN)能够更灵活的控制多波束天线,具备更强的波束赋形能力和更快的波束切换速度。此外,还可以使多波束天线摆脱移相器的限制,从而极大地减小尺寸、实现几乎连续的波束扫描。因此,本文在完成基于二维巴特勒矩阵的多波束天线之后,还设计了基于数字波束形成网络的多波束天线。首先研究了数字波束形成网络和直接数字频率综合原理,对基于数字波束形成网络的多波束天线进行了总体方案设计,然后完成了该多波束天线中各器件的仿真与设计。同时,该多波束天线具备可扩展性,尺寸被严格限制,为了在有限尺寸下实现高密度互联,本文研究并设计了多种三维互联结构。此外,由于基于数字波束形成网络的多波束天线中器件较多,各频率信号相互间干扰较为严重,本文还提出了多种措施以提高其电磁兼容性能。最后进行加工并测试,实测结果满足预期效果和所提指标。