波束转换天线阵列,可以提高扫描角度范围,同时提高方向性、增益并抑制噪声。60GHz附近的频谱范围宽,信息容量大,可用于短距离通信、汽车雷达传感器、生命体征检测、城市高速物联网连接等方面。当前,60GHz的开放频段已扩展至53GHz~67GHz,因此本文研究的基于Butler矩阵的60GHz宽带波束转换天线阵列在生命体征探测等领域具有重要意义。另外,本文也研究了在两个频点任意设置移相量的双频移相器,这将对双频可重构天线和双频相控阵列天线产生重要影响。本文的具体工作如下:第一部分介绍了基本Butler矩阵的拓扑结构及其波束形成原理。然后介绍了宽带耦合器、宽带交叉器和宽带移相器的基本原理。第二部分介绍了移相器基本原理和技术参数。然后重点介绍了反射式移相器的基本原理。第三部分介绍了基于Butler矩阵的60GHz宽带波束转换天线阵列的具体设计仿真过程。先分别对宽带耦合器、宽带交叉器、宽带移相器和宽带贴片天线进行设计、仿真优化。然后将其整合进行整体的仿真优化。最终的天线阵列在不同的端口激励下,在53GHz~67GHz带宽内都能形成四道清晰的波束,且波束方向性好,增益可达7.8dBi。第四部分介绍了利用两种K变换器——Π型网络变换器和对称阶梯阻抗变换器实现双频移相器的具体推导过程。并且通过(先进设计系统)ADS验证了两种双频移相器在一频点相移90°,另一频点相移任意的可行性。同时实物加工了基于两种K变换器设计的双频90°移相器,实物测量与仿真结果的误差在±1.5°之间。