[发明专利]一种基于空气波导的四阶butler矩阵馈电网络

说明书

一种基于空气波导的四阶butler矩阵馈电网络，由四个3db耦合器、两个0db交叉结、两个‑45°移相器和两个0°移相器组成。其中3db耦合器两侧边有一段特定尺寸的隔板，通过短壁开缝耦合的方式实现两个端口输出幅度相同；0db交叉结由两个3db耦合器级联形成；0°移相器和‑45°移相器通过改变波导宽度来实现相位变化。与传统的微带形式相比，空气波导具有低插损、高功率的优势。通过上述结构组成的butler矩阵馈电网络不仅四个端口输出幅度相等，在27‑31GHz频段能保持±10°的相位差，而且具有结构紧凑、端口隔离度高、高功率和低损耗等优点。

技术领域

本发明涉及通讯技术领域，具体涉及一种基于空气波导的四阶butler矩阵馈电网络。

背景技术

随着移动通信技术的迅速发展和移动通信业务量的急剧增加，正面临着通信小区间信号干扰强、频谱容量不足和信号覆盖窄等问题。多波束天线可以同时产生多个波束的方向图特性，可以增加网络容量；另外，多波束天线易实现窄波束和高增益，可以降低信号干扰和增加覆盖距离。因此，多波束天线具有广泛的应用前景和价值。其中，butler(巴特勒)矩阵是多波束天线的重要组成部分，是产生多波束特性的关键部件。然而，现有技术中的butler矩阵的结构复杂，且具有较高的耗损，有待于进一步地完善。

现有的butler矩阵馈电网络大多是基于微带线或者基片集成波导来形成的，但是微带线在高频段的损耗很大、功率容量小而且品质因数低，因为这些原因基于微带线的butler矩阵并不适合在毫米波频段工作；基片集成波导采用金属线阵来实现波导壁，存在一定的间隙，容易引起能量的泄漏，导致滤波器的带外抑制性能变差，在宽带情况下更为严重，此外基片集成波导实质上是介质填充的波导，介质具有一定的损耗，在KA波段损耗更加明显。

发明内容

为了解决背景技术中提到的技术问题，本发明提出一种基于空气波导的四阶butler矩阵馈电网络，使用空气波导形成的butler矩阵的损耗即使在KA波段，它的损耗也是很小的。

本发明的目的将通过以下技术方案得以实现：

一种基于空气波导的四阶butler矩阵馈电网络，由矩形空气波导组成，其一侧有四个输入端口，四个输入端口分别对应两个3db耦合器的输入端口，两个3db耦合器之间通过0db交叉结进行耦合，在第一个0db交叉结的两侧分别加入两个-45°的移相器，在第二个0db交叉结的两侧分别加入两个0°的移相器，两个0db交叉结之间通过两个3db耦合器进行连接，第二个0db交叉结的输出端口和两个0°移相器的输出端口为整个矩阵的四个输出端口，组成整个四阶butler矩阵馈电网络；其中：

所述3db定向耦合器的上下侧边的两个隔板和短壁开缝的位置都位于整个3db耦合器的中心；

所述0db交叉结由两个3db耦合器级联而成；

所述0°移相器，是直波导中的一段凸起部分，凸起部分均关于整个0°移相器中心对称；

所述的-45°移相器，是直波导中的一段凹陷部分，凹陷部分均关于整个-45°移相器中心对称。

进一步地，所述四阶butler矩阵馈电网络，在除移相器以外的结构中，所有的波导宽度均为7.2mm，高度为3.5mm，根据所要求的工作频段来设计。

进一步地，所述的3db耦合器的上下两侧隔板厚度为0.8mm，隔板长度为6mm，短壁开缝的长度为9.5mm，根据耦合器的传输系数和隔离度为最优来设计。

进一步地，所述0°移相器凸起部分的高度为1.8mm，凸起部分的长度为36mm，凸起位置的角度和X轴呈45°，根据0°移相器的相位变化幅度为最优来设计。

进一步地，所述-45°移相器凹陷部分的高度为1.2mm，凹陷部分的长度为30mm，凹陷位置的角度和X轴呈30°，根据-45°移相器的相位变化幅度为最优来设计。

进一步地，整个butler矩阵中不设有其他介质，均由空气腔体波导组成。