三维巴特勒矩阵制造技术

技术编号:19541460 阅读:37 留言:0更新日期:2018-11-24 20:14
本公开提出一种巴特勒矩阵,其包括:多个耦合器、多个交叉跨线、多个三维交叉跨线以及多个相移器,其中,耦合器的电路具有长方体结构,三维交叉跨线具有立体结构。所述交叉跨线、所述三维交叉跨线以及所述相移器设置在所述耦合器的其中之一与所述耦合器的其中之另一之间。

3-D Butler Matrix

The present disclosure proposes a Butler matrix, which comprises a plurality of couplers, a plurality of cross-lines, a plurality of three-dimensional cross-lines and a plurality of phase shifters, in which the circuit of the coupler has a cuboid structure and the three-dimensional cross-lines have a three-dimensional structure. The crossover line, the three-dimensional crossover line and the phase shifter are arranged between one of the couplers and the other of the couplers.

【技术实现步骤摘要】
三维巴特勒矩阵
本公开是有关于一种巴特勒矩阵,且特别是有关于一种三维巴特勒矩阵。
技术介绍
随着科技的进步,使用毫米波(MillimeterWave,简称mmWave)的无线通信技术依然存在一些技术困难。基本上,首先需要面对的问题在于,毫米波的传播过程中可能遇到波能严重衰减。上述问题跟毫米波通讯系统操作于高频带并使用相当大的带宽进行通讯有非常大的关联。进一步来说,相较于现今普遍使用的第三代(3G)或第四代(4G)通讯系统,毫米波通讯系统使用相对高频的频段来进行通讯。可以知道的是,接收机所接收到的电磁波能量强弱会与信号传送距离的平方成反比并与电磁波信号的波长成正比,于是毫米波通讯系统将会因为使用短波长的高频信号而大幅增加信号能量衰减的幅度。并且,高频信号的使用也将造成天线孔径骤降,并可能导致毫米波通讯系统中的传送信号的信号能量递减。因此,为了确保通讯质量,毫米波通讯系统中的收发器通常需要使用到多天线波束成型技术来改善信号能量衰减用以增益收发信号的效能。一般来说,多天线波束成型技术是在基地台/用户设备上设置包括多个天线的天线阵列,借由控制这些天线让基地台/用户设备可产生具有指向性的波束。借由天线阵列所达成的波束成型技术是影响毫米波无线通信系统的效能的关键因素之一。使用巴特勒矩阵(ButlerMatrix)控制天线阵列的波束成型信号是本领域常用的技术手段之一,然而,巴特勒矩阵仅能控制波束的二维空间中的方向性,例如,水平地控制波束成型信号的方向,仅具有水平控制能力的巴特勒矩阵不足以应用于如接收端具有高低差时的情形。
技术实现思路
本公开提出一种巴特勒矩阵,其包括多个耦合器、多个交叉跨线、多个三维交叉跨线以及多个相移器,其中,耦合器的电路具有长方体结构,三维交叉跨线具有立体结构。多个相移器,其中所述交叉跨线、所述三维交叉跨线以及所述相移器设置在所述耦合器的其中之一与所述耦合器的其中之另一之间。基于上述,本公开提出的巴特勒矩阵除了可同时控制波束水平方向以及垂直方向外,也仅需使用单个多层电路板制程即可完成此巴特勒矩阵。因此,还可以达到减小巴特勒矩阵的体积,降低制造成本。为让本公开的上述特征和优点能更明显易懂,下文特举实施例,并配合所附图式作详细说明如下。附图说明图1A是绘示巴特勒矩阵的示意图。图1B是绘示结合控制波束水平及垂直方向的二维巴特勒矩阵的示意图。图2A是依据本公开一实施例绘示三维耦合器的示意图。图2B是依据本公开一实施例绘示三维交叉跨线的示意图。图3A是依据本公开一实施例绘示三维巴特勒矩阵的示意图。图3B是更详细地绘示图3A实施例中三维巴特勒矩阵的示意图。图3C是绘示3A中三维巴特勒矩阵中的三维交叉跨线的实施例示意图。图3D是绘示3A中三维巴特勒矩阵中的另一个三维交叉跨线的实施例示意图。图4是依据本公开一实施例绘示实现三维巴特勒矩阵的多层电路板的剖面示意图。图5A是依据本公开一实施例绘示三维巴特勒矩阵的电路图。图5B及5C是绘示对应于图5A电路图的多层电路板的布局图。图6A是依据本公开一实施例绘示三维巴特勒矩阵的电路图。图6B是绘示对应于图6A电路图的多层电路板的布局图。图7A是依据本公开一实施例绘示三维巴特勒矩阵的电路图。图7B是绘示对应于图7A电路图的多层电路板的布局图。图8A、8B、8C及8D是依据本公开一实施例绘示多层电路板的布局图。图9A及9B是依据本公开一实施例绘示使用三维巴特勒矩阵控制波束成型信号的仿真信道效能的示意图。具体实施方式图1A是绘示巴特勒矩阵100的示意图。使用巴特勒矩阵控制天线阵列的波束成型信号是本领域常用的技术手段之一,图1A的巴特勒矩阵100具有四个输入端及四个输出端,其包括多个耦合器101、多个相移器103以及多个交叉跨线105。输入端i1、i2、i3以及i4各自与多个输出端o1、o2、o3以及o4耦接。当信号由不同的输入端输入时,该信号在不同的输出端会产生不同的相位差。以输入端i1及i2为例,由于输入端i1及i2与输出端o1、o2、o3以及o4之间的相位差各不相同,因此,由输入端i1或由输入端i2输入信号会分别产生具有不同相位差及方向性的波束成型信号。图1A所绘示的巴特勒矩阵仅能对波束成型信号进行水平方向的调整,然而,在波束成型信号的接收端具有高低差的情况下,仅具水平控制功能的巴特勒矩阵显然不足以应用于上述的情况。基于此,需要开发出一种能同时控制波束水平及垂直方向的巴特勒矩阵。图1B是绘示结合控制波束水平及垂直方向的二维巴特勒矩阵的示意图。图1B的巴特勒矩阵是由多个巴特勒矩阵100所构成的。图1B的左半部110是由四个水平放置的巴特勒矩阵100堆叠而成,图1B的右半部130则是由四个垂直放置的巴特勒矩阵100堆叠而成。图1B的巴特勒矩阵具有二维的波束控制功能。举例而言,由输入端1输入的信号与由输入端2输入的信号会产生具有不同水平方向的两种波束,而由输入端1输入的信号与由输入端5输入的信号会产生具有不同垂直方向的两种波束。图1B的巴特勒矩阵虽具有二维的波束控制功能,但此种架构需串联一组水平堆叠的巴特勒矩阵与一组垂直堆叠的巴特勒矩阵,因此需占用较大的体积以及花费较多的制造成本。图2A是依据本公开一实施例绘示三维耦合器200的示意图。三维耦合器200的电路具有长方体的结构,其可包括第一输入端I1、第二输入端I2、第三输入端I3以及第四输入端I4,彼此构成长方体的第一平面S1。此外,三维耦合器200还可包括第一输出端O1、第二输出端O2、第三输出端O3以及第四输出端O4,彼此构成长方体的第二平面S2。第一平面S1与第二平面S2两者互不相交。三维耦合器200的第m个输入端与第m个输出端构成长方体的一边,m为正整数且m小于或等于4。具体而言,第一输入端I1、第二输入端I2、第三输入端I3以及第四输入端I4分别与第一输出端O1、第二输出端O2、第三输出端O3以及第四输出端O4构成长方体边201、边203、边205以及边207。值得注意的是,三维耦合器200的长方体结构中,除第一平面S1及第二平面S2之外,其余的每一平面可由例如二维的90度耦合器(QuadratureHybridCoupler)实现,但本专利技术并不加以限制。三维耦合器200的各输入端彼此之间互相绝缘,且各输出端彼此之间互相绝缘,因此,对输入端而言,长方体的边209、边211、边213以及边215可视作由绝缘体构成,对输出端而言,长方体的边217、边219、边221以及边223可视作由绝缘体构成。三维耦合器200的长方体架构中,设置于长方体的同一平面的对角线的输入端与输出端之间具有相位差θ。以平面S3为例,平面S3是由输入端I1、输入端I2、输出端O1以及输出端O2所构成,其中输入端I1与输出端O2设置于平面S3的对角线d1上,因此,输入端I1与输出端O2之间具备相位差θ。同理,由于输入端I2与输出端O1设置于平面S3的对角线d2上,因此,输入端I2与输出端O1之间也具备相位差θ。反之,输入端I1与输出端O1并未设置于平面S3的对角线,因此,输入端I1与输出端O1之间不存在相位差。再以平面S4为例,在平面S4中,输入端I2与输出端O4之间具备相位差θ,且输入端I4与输出端O2之间也具备相位差θ。相位差θ可以是90本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种巴特勒矩阵,其特征在于,包括:多个耦合器,各个所述耦合器的电路具有长方体结构;多个交叉跨线;多个三维交叉跨线,各个所述三维交叉跨线具有立体结构;以及多个相移器,其中所述交叉跨线、所述三维交叉跨线以及所述相移器设置在所述耦合器的其中之一与所述耦合器的其中之另一之间。

【技术特征摘要】
2017.05.16 TW 1061160501.一种巴特勒矩阵,其特征在于,包括:多个耦合器,各个所述耦合器的电路具有长方体结构;多个交叉跨线;多个三维交叉跨线,各个所述三维交叉跨线具有立体结构;以及多个相移器,其中所述交叉跨线、所述三维交叉跨线以及所述相移器设置在所述耦合器的其中之一与所述耦合器的其中之另一之间。2.如权利要求1所述的巴特勒矩阵,其中所述耦合器包括:多个输入端,包括第一输入端、第二输入端、第三输入端以及第四输入端,彼此构成所述长方体的第一平面;以及多个输出端,第一输出端、第二输出端、第三输出端以及第四输出端,彼此构成所述长方体的第二平面;其中所述第一平面与所述第二平面互不相交。3.如权利要求2所述的巴特勒矩阵,更包括:第一耦合器组,具有至少四个所述耦合器;以及第二耦合器组,具有至少四个所述耦合器;其中,所述第一耦合器组中各个所述耦合器的所述第一平面构成输入阵列且所述输入阵列的每一边具有相同数量的输入端;所述第二耦合器组中各个所述耦合器的所述第二平面构成输出阵列且所述输出阵列的每一边具有相同数量的输出端;所述第一耦合器组中至少一个所述耦合器的至少一个所述输入端耦接至所述第二耦合器组中各个所述耦合器的各个所述输出端。4.如权利要求3所述的巴特勒矩阵,其中所述第一耦合器组中第i个耦合器的第j个输出端耦接至第二耦合器组中第j个耦合器的第i个输入端,i、j为正整数,j小于或等于4,且i小于或等于N,N为基数等于4的x次方的正整数,其中x为正整数。5.如权利要求4所述的巴特勒矩阵,其中所述第一耦合器组中第i个耦合器的第j个输出端与所述第二耦合器组中第j个耦合器的第i个输入端之间设置有第一相移器与第二相移器的组合、所述交叉跨线与所述第二相移器的组合、所述第一相移器与所述交叉跨线的组合以及所述三维交叉跨线的其中之一。6.如权利要求4所述的巴特勒矩阵,其中所述第一耦合器组中的第一耦合器以及第三耦合器两者的第一输出端以及第三输出端设置有第一相移器,并且,所述第一耦合器组中的第二耦合器以及第四耦合器两者的第二输出端以及第四输出端设置有所述第一相移器。7.如权利要求6所述的巴特勒矩阵,其中所述第二耦合器组中的第一耦合器以及第二耦合器两者的第一输入端以及第二输入端设置有第二相移器,并且,所述第二耦合器组中的第三耦合器以及第四耦合器两者的第三输入端以及第四输入端设置有所述第二相移器。8.如权利要求7所述的巴特勒矩阵,其中所述第一相移器用以控制波束成型信号的...

【专利技术属性】
技术研发人员:蔡作敏谢承宏
申请(专利权)人:财团法人工业技术研究院
类型:发明
国别省市:中国台湾,71

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