[发明专利]一种巴特勒矩阵结构

说明书

技术领域

本发明涉及微波天线工程技术领域，具体涉及一种巴特勒矩阵结构。

技术背景

巴特勒（Butler）矩阵的概念最早在1961年被提出。巴特勒矩阵可形成的每个波束都能获得整个天线面提供的增益，它是一种无损增益的多波束形成方法。由于所形成的多波束是正交的，这样对其他复杂天线的方向图的综合十分有利。同时，所形成的多波束既可以用于发射，也可以用于接收，并且可以用各种传输线实现，使得多波束收发天线共用有了可实现性。此外，巴特勒多波束阵列形成网络与其他多波束以及自适应波束形成方法相比，网络结构简单、成本低，易于实现宽频带，作为通信或雷达系统中的多波束天线的馈电网络具有很大的发展应用前景，也被广泛的应用到电子不停车收费系统、卫星通信及雷达系统中。

伴随着无线通信系统的迅速发展，各种商业需求和军事应用对通信设备的要求越来越高，要求系统内部各个元件能在多频段内工作，并且同时满足多个系统的通信要求。而目前传统的巴特勒矩阵结构所使用的定向耦合器和移相器均采用1/4波长传输线结构，因此只能工作在单频段。

随着应用平台的不断扩展，巴特勒矩阵端口的数目也不断增加，巴特勒矩阵的整体结构也愈加复杂，交叉点的个数也大幅上升，随之带来的插入损耗也随之上升。因此，发展出能工作在多频段，结构简单且插入损耗低的巴特勒矩阵结构是本领域的重要研究方向。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供了一种巴特勒矩阵结构，能工作在双频段，结构简化，同时能够降低插入损耗，提高传输效率。

本发明实施例提供的一种巴特勒矩阵结构，包括多个输入端口、多个输出端口、多个定向耦合器和多个移相器，所述多个输入端口和所述多个输出端口之间通过所述多个定向耦合器和所述多个移相器组成的网络互相连接，所述多个输出端口的每一个与一天线阵列单元连接，其特征在于：所述多个输入端口位于所述巴特勒矩阵的中间；所述多个输出端口对称位于所述巴特勒矩阵的两侧；所述每个定向耦合器采用两个π型结构对接而成；所述每个移相器采用π型结构。

其中，所述每个定向耦合器的两个π型结构通过两个耦合臂对接组成；所述每个π型结构包括：两个伸出枝节、两个引线枝节以及一个传输臂枝节；所述传输臂枝节的两端分别平行连接一个所述引线枝节并垂直连接一个所述伸出枝节。

其中，每个所述π型结构的两个引线枝节分别作为信号输入端或信号输出端；同时，组成所述定向耦合器的两个所述π型结构的信号输入端位于同一侧。

其中，所述两个π型结构中的四个伸出枝节的长度用于调节两个不同频点的频率比，伸出枝节的宽度用于调节所述定向耦合器的耦合系数。

其中，所述每个移相器的π型结构包括：两个端枝节、一个中间枝节以及两个伸出枝节；所述中间枝节的两端分别平行连接一个端枝节并垂直连接一个伸出枝节。

其中，所述两个端枝节分别作为信号输入端或信号输出端。

其中，所述π型结构中的所述两个伸出枝节用于调节两个不同频点的频率比，所述中间枝节用于对相位参数进行微调，所述两个端枝节用于对相位参数进行大幅度调节。

其中，所述定向耦合器以及所述移相器所采用的π型结构中各枝节的尺寸确定方法为：

通过将所述π型结构与1/4波长传输线结构的传输矩阵等效，得到所述π型结构的传输线阻抗及分支线导纳，并由传输线阻抗及分支线导纳确定所述π型结构中各枝节的尺寸。

其中，所述输入端口的数量为4；所述输出端口的数量为4；所述定向耦合器的数量为4；所述移相器的数量为2。

其中，所述4个输入端口两两一组，形成两个输入组；所述4个输出端口两两一组，形成两个输出组，所述4个定向耦合器分别位于两个输入组之后以及两个输出组之前；一移相器位于一输入组后的定向耦合器和一输出组前的定向耦合器之间；另一移相器位于另一输入组后的定向耦合器和另一输出组前的定向耦合器之间。

其中，所述多个输入端口、所述多个输出端口、所述多个定向耦合器和所述多个移相器之间的连接方式为微带线连接。

其中，所述巴特勒矩阵由双层板蚀刻而成，其中，所述多个定向耦合器以及移相器位于所述双层板的上层。

本发明公开的巴特勒矩阵结构，所使用的移相器采用了π型结构，所使用的定向耦合器采用了两个π型结构对接构成，使巴特勒矩阵能工作在双频段，有效的满足了无线通信系统多频段工作的需求。