[发明专利]一种相位差频变的宽带巴特勒矩阵馈电网络

说明书

本发明公开了一种相位差频变的宽带巴特勒矩阵馈电网络，该馈电网络的工作范围为2GHz‑4GHz，设有四个输入端口和四个输出端口、两个三段式耦合器、四个宽带耦合器、三个交叉网络、两个相位补偿器、两个45°移相器以及六个宽带移相器，其中两个输入端口连接有匹配负载，另外两个输入端口单独馈电，在频率从2GHz变化到4GHz时能够输出等幅度且相位差从±45°变化到±90°的信号，变化过程接近线性变化，且馈电网络的工作频率范围超过一个倍频；本发明利用功率合成来实现相位差频变，并实现了天线阵列波束方向稳定的辐射特性，整个馈电网络结构简单紧凑、加工简单、重量轻、加工成本低、工作带宽宽，具有很好的应用前景。

技术领域

本发明涉及通讯天线的技术领域，尤其是指一种相位差频变的宽带巴特勒矩阵馈电网络。

背景技术

随着5G技术的普及、车联网和物联网的到来，都标志着无线技术又将迎来一个蓬勃发展的高峰期。另一方面，随着电子信息的迅猛发展，越来越多的设备将接入无线通讯网络。随着频谱资源和带宽的限制，提高无线通信系统的容量是人们研究的热点。多波束天线由于其具有多方向高增益的特性，能够产生具有相同辐射孔径的指向不同方向的不同波束，被广泛应用与无线通信系统。目前解决这些问题的主要技术是利用波束切换智能天线，而巴特勒矩阵作为组成波束切换的相控阵天线的重要部分，能够实现波束形成网络，因此也成为了近些年的研究热点之一。但由于天线阵列的带宽和馈电网络频率特性的影响，多波束天线阵列的带宽被限制。因此设计一款宽带的巴特勒矩阵具有很大的应用价值。

对现有技术进行调查了解，具体如下：

2017年，Krzysztof Wincza团队提出了一个工作在一个倍频范围(1.75GHz-3.5GHz)的宽带多波束天线阵。在不同频率时，通过切换不同的巴特勒矩阵来拓展工作带宽。在低频时，馈电网络为2×4巴特勒矩阵，在高频时，馈电网络为2×2巴特勒矩阵。通过在低频到高频之间平滑切使得馈电网络在一个很宽的频率范围内工作。

2018年，Tzyh-Ghuang Ma等人在4×4Butler矩阵的基础上进行拓展。他在4×4的Butler矩阵的每一个输出端级联了两个电控移相器。通过施加不同的电压，改变变容二极管的电容值可以改变等效传输线的长度。通过这种简单的设计方法，它们从原来传统4×4巴特勒矩阵的4个波束提高到16个波束，但是工作的带宽很窄且需要很多电控移相器。

总的来说，现有的工作中，有不少关于巴特勒矩阵的研究，但是大部分都是注重于如何在窄带内实现更多波束或是如何切换不同网络以达到宽带的工作频率。因此，设计一种相位差频变的宽带巴特勒矩阵馈电网络具有重要意义。

发明内容

本发明目的在于为解决现有技术中的不足，提供了一种相位差频变的宽带巴特勒矩阵馈电网络，该馈电网络的工作范围为2GHz-4GHz，设有四个输入端口和四个输出端口、两个三段式耦合器、四个宽带耦合器、三个交叉网络、两个相位补偿器、两个45°移相器以及六个宽带移相器，其中两个输入端口连接有匹配负载，另外两个输入端口单独馈电，在频率从2GHz变化到4GHz时输出等幅度且相位差从±45°变化到±90°的信号，变化过程接近线性变化，整个馈电网络加工方便，成本低。