受Groove Gap波导技术启发的宽带Nolen波束成形矩阵，用于毫米波卫星导向的空间复用系统中的多波束天线阵列

《IEEE Open Journal of the Communications Society》：Broad-Band Nolen Beamforming Matrix Inspired by Groove Gap Waveguide Technology for Multi-Beam Antenna Arrays in mmWave Satellite-Oriented Space Multiplexing Systems

　　

本文介绍了一种集成式单层4×4 Nolen波束成形矩阵（NBM）的设计与实验验证，该矩阵采用沟槽间隙波导（GGW）技术实现，作为多波束卫星网关系统的关键前端组件。该矩阵适用于30–40 GHz的Ka波段高频区域，具有最佳的阻抗匹配和波束成形性能，中心频率为38 GHz，适用于紧凑型毫米波前端架构的低损耗平面布线。该系统结合了宽带H平面定向耦合器（3.04、4.77和6.0 dB）以及基本和延迟补偿移相器，以实现幅度均衡和相位连续性。与WR-28标准兼容的输入馈电转换器确保了接口操作的可行性，同时不会干扰内部相位状态；此外，还集成了线性4×4槽阵列天线，以实现宽角度多波束辐射。与以往的Nolen矩阵（包括最近的GGW实现方案）相比，本文提出的方案采用全单层GGW结构，具备并行布线和内置延迟补偿功能，实现了相位误差控制在±10°以内、幅度几乎完全均衡，并且制造工艺更为简化、占用空间更小。特别是与那些采用多层结构但仅提供仿真结果的GGW基Nolen矩阵相比，本文首次实现了经过实验验证的单层GGW Nolen矩阵，其具备集成馈电转换器和辐射阵列。测量结果显示：回波损耗优于-15 dB，端口间隔离度超过15 dB，幅度不平衡在±1.2 dB以内（标称输出功率约为6 dB），相位误差在±10°范围内，且在38 GHz附近相位连续稳定。