本发明专利技术公开了一种基于均匀阻抗谐振器的具有带通滤波特性的微带线巴特勒矩阵，其包括4个半波长均匀阻抗谐振器、2个输入端馈线头、2个输出端馈线头、4根端口馈线。每个谐振器与另外两个谐振器之间有电耦合或磁耦合，通过电耦合和磁耦合路径的组合实现相移特性。本发明专利技术使用均匀阻抗谐振器单元来代替3dB耦合器，结构简单，而且实现了带通滤波特性；通过电耦合和磁耦合的路径组合来产生相移，不仅省掉了移相器的使用，也保证了较好的隔离度，电路尺寸大大减小。由于巴特勒矩阵为微带结构，重量轻、成本低、适合工业批量生产，所以巴特勒矩阵具备结构简单、设计容易、制造成本低廉的优点。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及微带线形式巴特勒矩阵的
，特别涉及一种基于均匀阻抗谐振器的具有带通滤波特性的微带线巴特勒矩阵。
技术介绍
由于近年来无线通信的高速发展，无论是3G技术的普及、物联网的火热还是4G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，人们对于通信质量的要求越来越高，多径衰落和信道间的干扰等问题也愈发显得重要。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智能天线的重要部分，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。同时，在实际应用中，为了抑制传输信号的寄生频率和放大器的互调干扰，通常还需要级联一个带通滤波器，这将会造成电路尺寸的加大。如果能够将巴特勒矩阵和带通滤波特性集成在一个结构中，必定能大大减小电路的尺寸，这也符合设备小型化的趋势。目前巴特勒矩阵比较常用也比较方便的结构是在输入端口和输出端口之间交叉级联3dB耦合器和特定角度的移相器，使巴特勒矩阵的性能能达到预期的指标。2013年，O.M.Haraz等人在\IEEE International Conference on Ultra-Wideband\上发表题为\Two-Layer Butterfly-Shaped Microstrip 4×4Butler Matrix for Ultra-Wideband Beam-Forming Applications\，采用双层微带线结构，实现了耦合器和移相器的交叉互联，形成一个4×4的巴特勒矩阵。该结构如附图1所示。2013年，Tong-Hong Lin等人在\IEEE TRANSACTIONS ON MICROWAVE THEORY AND TECHNIQUES\上发表题为\Bandwidth Enhancement of 4×4ButlerMatrixUsing Broadband Forward-Wave DirectionalCoupler and Phase
Difference Compensation\，采用双层板结构，分别利用前向波直接耦合和相位差异补偿技术实现耦合器和移相器，形成一个4×4的巴特勒矩阵。该结构如附图2所示。2015年，M.J.Lancaster等人在\IEEE TRANSACTIONS ON MICROWAVE THEORY AND TECHNIQUES\上发表题为\Advanced Butler Matrices with Integrated Bandpass Filter Functions\，采用腔体谐振器来实现带通滤波特性，利用腔体谐振器之间的耦合实现相移，形成一个2×2带滤波特性的巴特勒矩阵。该结构如附图3所示。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种基于均匀阻抗谐振器的具有带通滤波特性的微带线巴特勒矩阵，该巴特勒矩阵采用的是在输入端口和输出端口之间级联谐振器单元的结构，并且通过谐振器单元间的电耦合和磁耦合的组合，来实现输出信号相位差为0°或180°，从而省略了移相器结构，减小了电路的尺寸，同时级联的谐振器单元能够实现良好的带通滤波特性。本专利技术的目的通过下述技术方案实现：一种基于均匀阻抗谐振器的具有带通滤波特性的微带线巴特勒矩阵，以印刷电路板的方式制作在介质基板1上，所述介质基板的同一面上分别制作有用于输入电磁波信号的第一输入端馈线头P1和第二输入端馈线头P2、用于输出电磁波信号的第一输出端馈线头P3和第二输出端馈线头P4、与所述第一输入端馈线头P1相连的第一端口馈线2、与所述第二输入端馈线头P2相连的第二端口馈线5、与所述第一输出端馈线头P3相连的第三端口馈线3、与所述第二输出端馈线头P4相连的第四端口馈线4、两组分别左右平行设置的第一谐振器9与第四谐振器8以及第三谐振器6与第二谐振器7；所述第一谐振器9与所述第四谐振器8以及所述第三谐振器6与所述第二谐振器7上下平行设置；所述第一端口馈线2和所述第四端口馈线4分别位于所述所述第一谐振器9和所述第四谐振器8的外侧，并且所述第一端口馈线2和所述第二端口馈线4左右平行设置；所述第三端口馈线3和所述第二端口馈
线5分别位于所述第三谐振器6和所述第二谐振器7的外侧，并且所述第三端口馈线3和所述第二端口馈线5左右平行设置。进一步地，所述第一谐振器9、所述第四谐振器8、所述第二谐振器7、所述第三谐振器6均为半波长均匀阻抗谐振器。进一步地，所述第一谐振器9与所述第三谐振器6为上下对称设置的C型谐振器，其中，所述第一谐振器9的开口方向为右下方，所述第三谐振器6的开口方向为右上方。进一步地，所述第四谐振器8与所述第二谐振器7为上下对称设置的U型谐振器，其中，所述第四谐振器8的开口方向为上方，所述第二谐振器7的开口方向为下方。进一步地，所述第一谐振器9与所述第三谐振器6、所述第一谐振器9与所述第四谐振器8、所述第三谐振器6与所述第二谐振器7之间存在电耦合，分别通过调节上述谐振器之间的第一耦合间隙10、第二耦合间隙11、第三耦合间隙12的大小控制电耦合的大小。进一步地，所述第二谐振器7与所述第四谐振器8之间存在磁耦合，通过调节上述谐振器之间的第四耦合间隙13的大小控制磁耦合的大小。进一步地，所述第一输入端馈线头P1输入电磁波信号时，所述第一输出端馈线头P3和所述第二输出端馈线头P4输出的信号相位相等。进一步地，所述第二输入端馈线头P2输入电磁波信号时，所述第一输出端馈线头P3和所述第二输出端馈线头P4输出的信号相位相差180°。进一步地，所述第一输入端馈线头P1与所述第一端口馈线2的一端垂直连接，所述第二输入端馈线头P2与所述第二端口馈线5的一端垂直连接，所述第一输出端馈线头P3与所述第三端口馈线3的一端垂直连接，所述第二输出端馈线头P4与所述第四端口馈线4的一端垂直连接。本专利技术相对于现有技术具有如下的优点及效果：1、使用均匀阻抗谐振器单元来代替3dB耦合器，结构简单，而且实现了带通滤波特性。2、通过电耦合和磁耦合的路径组合来产生相移，不仅省掉了移相器的使用，也保证了较好的隔离度，电路尺寸大大减小。3、由于巴特勒矩阵为微带结构，重量轻、成本低、适合工业批量生产，
所以巴特勒矩阵具备结构简单、设计容易、制造成本低廉的优点。附图说明图1是现有技术1中公开的一种巴特勒矩阵的结构示意图；图2是现有技术2中公开的一种巴特勒矩阵的结构示意图；图3是现有技术3中公开的一种巴特勒矩阵的结构示意图；图4是本专利技术提出的基于均匀阻抗谐振器的具有带通滤波特性的微带线巴特勒矩阵的结构示意图；图5是本专利技术提出的基于均匀阻抗谐振器的具有带通滤波特性的微带线巴特勒矩阵的结构尺寸示意图；图6(a)是从P1端口输入信号时巴特勒矩阵的散射参数仿真结果图；图6(b)是从P2端口输入信号时巴特勒矩阵的散射参数仿真结果图；图7是本专利技术提出的基于均匀阻抗谐振器的具有带通滤波特性的微带线巴特勒矩阵的P3端口和P4端口的输出信号相位差示意图；图8是本专利技术提出的输出信号相位差的仿真结果与理想的输出信号相位差的误差示意图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本专利技术进一步详细说本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于均匀阻抗谐振器的具有带通滤波特性的微带线巴特勒矩阵，以印刷电路板的方式制作在介质基板(1)上，其特征在于：所述介质基板的同一面上分别制作有用于输入电磁波信号的第一输入端馈线头P1和第二输入端馈线头P2、用于输出电磁波信号的第一输出端馈线头P3和第二输出端馈线头P4、与所述第一输入端馈线头P1相连的第一端口馈线(2)、与所述第二输入端馈线头P2相连的第二端口馈线(5)、与所述第一输出端馈线头P3相连的第三端口馈线(3)、与所述第二输出端馈线头P4相连的第四端口馈线(4)、两组分别左右平行设置的第一谐振器(9)与第四谐振器(8)以及第三谐振器(6)与第二谐振器(7)；所述第一谐振器(9)与所述第四谐振器(8)以及所述第三谐振器(6)与所述第二谐振器(7)上下平行设置；所述第一端口馈线(2)和所述第四端口馈线(4)分别位于所述第一谐振器(9)和所述第四谐振器(8)的外侧，并且所述第一端口馈线(2)和所述第二端口馈线(4)左右平行设置；所述第三端口馈线(3)和所述第二端口馈线(5)分别位于所述所述第三谐振器(6)和所述第二谐振器(7)的外侧，并且所述第三端口馈线(3)和所述第二端口馈线(5)左右平行设置。...
【技术特征摘要】
1.一种基于均匀阻抗谐振器的具有带通滤波特性的微带线巴特勒矩阵，以印刷电路板的方式制作在介质基板(1)上，其特征在于：所述介质基板的同一面上分别制作有用于输入电磁波信号的第一输入端馈线头P1和第二输入端馈线头P2、用于输出电磁波信号的第一输出端馈线头P3和第二输出端馈线头P4、与所述第一输入端馈线头P1相连的第一端口馈线(2)、与所述第二输入端馈线头P2相连的第二端口馈线(5)、与所述第一输出端馈线头P3相连的第三端口馈线(3)、与所述第二输出端馈线头P4相连的第四端口馈线(4)、两组分别左右平行设置的第一谐振器(9)与第四谐振器(8)以及第三谐振器(6)与第二谐振器(7)；所述第一谐振器(9)与所述第四谐振器(8)以及所述第三谐振器(6)与所述第二谐振器(7)上下平行设置；所述第一端口馈线(2)和所述第四端口馈线(4)分别位于所述第一谐振器(9)和所述第四谐振器(8)的外侧，并且所述第一端口馈线(2)和所述第二端口馈线(4)左右平行设置；所述第三端口馈线(3)和所述第二端口馈线(5)分别位于所述所述第三谐振器(6)和所述第二谐振器(7)的外侧，并且所述第三端口馈线(3)和所述第二端口馈线(5)左右平行设置。2.根据权利要求1所述的基于均匀阻抗谐振器的具有带通滤波特性的微带线巴特勒矩阵，其特征在于，所述第一谐振器(9)、所述第四谐振器(8)、所述第二谐振器(7)、所述第三谐振器(6)均为半波长均匀阻抗谐振器。3.根据权利要求2所述的基于均匀阻抗谐振器的具有带通滤波特性的微带线巴特勒矩阵，其特征在于，所述第一谐振器(9)与所述第三谐振器(6)为上下对称设置的C型谐振器，其中，所述第一谐振器(9)的开口方向为右下方，所述第三谐振器(6)的开口方向为右上方。4.根据权利要求2所述的基于均匀阻抗谐振器的具有带通滤波特性的微带线巴特勒...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈付昌，邵强，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东;44
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