一种宽带的3×4巴特勒矩阵馈电网络制造技术

本发明专利技术公开了一种宽带的3×4巴特勒矩阵馈电网络，该馈电网络采用3个输入端口，在2GHz‑4GHz的频率范围内产生等幅度和相位差保持一样的信号，可以工作在很宽的频率范围。该馈电网络利用宽带带通滤波器的耦合特性补偿信号差从而代替传统的传输线在宽带频率相位不一致的缺点。该馈电网络中用到的宽带等功率分配器的是在耦合器的基础上设计的，比传统的功率分配器更容易调节功率分配。相比传统的巴特勒矩阵不能提供相位差为零的信号进而不能在垂直方向上产生波束，该馈电网络可以提供相位差为零的信号因此可以在垂直方向上产生波束。

A Broadband 3*4 Butler Matrix Feed Network

The invention discloses a broadband 3*4 Butler matrix feeding network, which uses three input ports to generate signals with equal amplitude and phase difference in the frequency range of 2 GHz 4 GHz, and can work in a wide frequency range. The feeder network compensates for the signal difference by using the coupling characteristics of broadband bandpass filters, thus replacing the disadvantage of inconsistent frequency and phase of traditional transmission lines in broadband. The broadband equal power divider used in the feeder network is designed on the basis of coupler, which is easier to adjust the power distribution than the traditional power divider. Compared with the traditional Butler matrix, which can not provide the signal with zero phase difference and can not generate beams in the vertical direction, the feeder network can provide the signal with zero phase difference, so it can generate beams in the vertical direction.

【技术实现步骤摘要】
一种宽带的3×4巴特勒矩阵馈电网络
本专利技术涉及天线馈电
，具体涉及一种宽带的3×4巴特勒矩阵馈电网络。
技术介绍
由于近年来无线通信的高速发展，无论是4G技术的普及、物联网的火热还是5G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，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。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。为了拓展多波束天线的工作带宽，亟待对宽带的巴特勒矩阵馈电网进行设计。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可以达到预期的指标。对现有技术进行调查了解，具体如下：2017年，KrzysztofWincza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。它的馈电网络是一个典型的工作在低频的4×4的Butler矩阵中间两个输出端再级联一个上面提到的三段式Butler矩阵。在低频时工作是一个4×4Butler矩阵输出，随着频率变高，慢慢转移到2×2Butler矩阵。此外，由于天线位置的设置，在低频工作时天线单元的距离是四分之一波长，而慢慢到高频变成半波长。由于馈电网络良好的平滑特性，使得整个天线阵在可以在一个倍频范围内保持波束的一致性。但工作在4×4的Butler矩阵的输入端口和工作在2×2的Butler矩阵的输入端口同样是两个。2018年，Tzyh-GhuangMa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移相器，这个移相器是通过利用两个变容二极管和一段末端短路的传输线即等效为电感组成的一个T型网络组成的。这个T型网络可以等效为一段传输线。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4端口4个波束提高到4端口16个波束。虽然说这种设计简单，但如果设置不好就会出现栅瓣的现象。且带宽很窄。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。此外，所有设计的巴特勒矩阵在垂直方向上形成波束是很难实现的。因此，设计一款新颖的宽带的3×4的巴特勒矩阵具有重要意义。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决现有技术中的上述缺陷，提供一种宽带的3×4巴特勒矩阵馈电网络，该馈电网络能够在2GHz-4GHz的范围内输出等幅度且相邻输出端口的相位差分别为-90°，0°，+90°。相位差的控制由输入端口控制，从不同的输入端口输入，馈电网络可以输出不同的相位差，且整个结构对称，加工方便。本专利技术的目的可以通过采取如下技术方案达到：一种宽带的3×4巴特勒矩阵馈电网络，所述的馈电网络包括由下至上层叠设置的第一介质板22、第二介质板23、第三介质板24，所述的第一介质板22下表面设置有第一接地板20，所述的第三介质板上表面设置有第二接地板21，所述的第三介质板24和第二介质板23之间设置有上层微带线26，所述的第一介质板22与第二介质板23之间设置有下层微带线25；所述的馈电网络还包括由上层微带线26和下层微带线25组成的第一宽带3dB/90°定向耦合器31、第二宽带3dB/90°定向耦合器32、第三宽带3dB/90°定向耦合器33、第四宽带3dB/90°定向耦合器34，由第二接地板21和上层微带线26组成的馈电网络的第一输入端口11、馈电网络的第二输入端口12，由第一接地板20和下层微带线25组成的馈电网络的第三输入端口13，由第二接地板21和上层微带线26组成的馈电网络的第一输出端口14、馈电网络的第三输出端口16，由第一接地板20和下层微带线25组成的馈电网络的第二输出端口15、馈电网络的第四输出端口17，由上层微带线26和下层微带线25组成的宽带交叉网络5，由上层微带线26和下层微带线25组成的第一宽带相位补偿器41、第二宽带相位补偿器42，由上层微带线26和下层微带线25组成的宽带等功率分配器6；所述的馈电网络的第一输入端口11与宽带等功率分配器的第一输入端口61相连接，所述的宽带等功率分配器的第一输出端口62与第一宽带3dB/90°定向耦合器的第二输入端口312相连接，所述的宽带等功率分配器的第二输出端口63与第二宽带3dB/90°定向耦合器的第一输入端口321相连接，所述的馈电网络的第二输入端口12与第一宽带3dB/90°定向耦合器的第一输入端口311相连接，所述的馈电网络的第三输入端口13与第二宽带3dB/90°定向耦合器的第二输入端口322相连接，所述的第一宽带3dB/90°定向耦合器的第一输出端口313与第一宽带相位补偿器的输入端口411相连接，所述的第一宽带3dB/90°定向耦合器的第二输出端口314与宽带交叉网络的第一输入端口51相连接，所述的第二宽带3dB/90°定向耦合器的第二输出端口324与第二宽带相位补偿器的输入端口421相连接，所述的第二宽带3dB/90°定向耦合器的第一输出端口323与宽带交叉网络的第二输入端口52相连接，所述的第三宽带3dB/90°定向耦合器的第一输入端口331与第一宽带相位补偿器的输出端口412相连接，所述的第三宽带3dB/90°定向耦合器的第二输入端口332与宽带交叉网络的第一输出端口53相连接，所述的第三宽带3dB/90°定向耦合器的第一输出端口333与馈电网络的第一输出端口14相连接，所述的第三宽带3dB/90°定向耦合器的第二输出端口334与馈电网络的第二输出端口15相连接，所述的第四宽带3dB/90°定向耦合器的第一输入端口341与宽带交叉网络的第二输出端口54相连接，所述的第四宽带3dB/90°定向耦合器的第二输入端口342与第二宽带相位补偿器的输出端口422相连接，所述的第四宽带3dB/90°定向耦合器的第一输出端口343与馈电网络的第三输出端口16相连接，所述的第四宽带3dB/90°定向耦合器的第二输出端口344与馈电网络的第四输出端口17相连接。进一步地，当信号从馈电网络的第一输入端口11输入时，输入的信号通过宽带等功率分配器6将信号等功率传输到第一宽带3dB/90°定向耦合器31和第二宽带3dB/90°定向耦合器32中，随后第一宽带3dB/90°定向耦合器31将信号分配到第一宽带相位补偿器41和宽带交叉网络5中，然后第一宽带相位补偿器41将信号输入到第三宽带3dB/90°定向耦合器33中，宽带交叉网络5将信号输入到第四宽带3dB/90°定向耦合器34中；同时，第二宽带3dB/90°定向耦合器32将信号分配到第二宽带相位补偿器42和宽带交叉网络5中，然后第二宽带相位补偿器42将信号输入到第四宽带3dB/90°定向耦合器34中，宽带交叉网络5将信号输入到第三宽带3dB/90°定向耦合器33中；最后馈电网络的四个输出端口输出等幅度且相位差相等本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种宽带的3×4巴特勒矩阵馈电网络，其特征在于，所述的馈电网络包括由下至上层叠设置的第一介质板(22)、第二介质板(23)、第三介质板(24)，所述的第一介质板(22)下表面设置有第一接地板(20)，所述的第三介质板上表面设置有第二接地板(21)，所述的第三介质板(24)和第二介质板(23)之间设置有上层微带线(26)，所述的第一介质板(22)与第二介质板(23)之间设置有下层微带线(25)；所述的馈电网络还包括由上层微带线(26)和下层微带线(25)组成的第一宽带3dB/90°定向耦合器(31)、第二宽带3dB/90°定向耦合器(32)、第三宽带3dB/90°定向耦合器(33)、第四宽带3dB/90°定向耦合器(34)，由第二接地板(21)和上层微带线(26)组成的馈电网络的第一输入端口(11)、馈电网络的第二输入端口(12)，由第一接地板(20)和下层微带线(25)组成的馈电网络的第三输入端口(13)，由第二接地板(21)和上层微带线(26)组成的馈电网络的第一输出端口(14)、馈电网络的第三输出端口(16)，由第一接地板(20)和下层微带线(25)组成的馈电网络的第二输出端口(15)、馈电网络的第四输出端口(17)，由上层微带线(26)和下层微带线(25)组成的宽带交叉网络(5)，由上层微带线(26)和下层微带线(25)组成的第一宽带相位补偿器(41)、第二宽带相位补偿器(42)，由上层微带线(26)和下层微带线(25)组成的宽带等功率分配器(6)；所述的馈电网络的第一输入端口(11)与宽带等功率分配器的第一输入端口(61)相连接，所述的宽带等功率分配器的第一输出端口(62)与第一宽带3dB/90°定向耦合器的第二输入端口312相连接，所述的宽带等功率分配器的第二输出端口(63)与第二宽带3dB/90°定向耦合器的第一输入端口(321)相连接，所述的馈电网络的第二输入端口(12)与第一宽带3dB/90°定向耦合器的第一输入端口(311)相连接，所述的馈电网络的第三输入端口(13)与第二宽带3dB/90°定向耦合器的第二输入端口(322)相连接，所述的第一宽带3dB/90°定向耦合器的第一输出端口(313)与第一宽带相位补偿器的输入端口(411)相连接，所述的第一宽带3dB/90°定向耦合器的第二输出端口(314)与宽带交叉网络的第一输入端口(51)相连接，所述的第二宽带3dB/90°定向耦合器的第二输出端口(324)与第二宽带相位补偿器的输入端口(421)相连接，所述的第二宽带3dB/90°定向耦合器的第一输出端口(323)与宽带交叉网络的第二输入端口52相连接，所述的第三宽带3dB/90°定向耦合器的第一输入端口(331)与第一宽带相位补偿器的输出端口(412)相连接，所述的第三宽带3dB/90°定向耦合器的第二输入端口(332)与宽带交叉网络的第一输出端口53相连接，所述的第三宽带3dB/90°定向耦合器的第一输出端口(333)与馈电网络的第一输出端口(14)相连接，所述的第三宽带3dB/90°定向耦合器的第二输出端口(334)与馈电网络的第二输出端口(15)相连接，所述的第四宽带3dB/90°定向耦合器的第一输入端口(341)与宽带交叉网络的第二输出端口54相连接，所述的第四宽带3dB/90°定向耦合器的第二输入端口(342)与第二宽带相位补偿器的输出端口(422)相连接，所述的第四宽带3dB/90°定向耦合器的第一输出端口(343)与馈电网络的第三输出端口(16)相连接，所述的第四宽带3dB/90°定向耦合器的第二输出端口(344)与馈电网络的第四输出端口(17)相连接。...

【技术特征摘要】
1.一种宽带的3×4巴特勒矩阵馈电网络，其特征在于，所述的馈电网络包括由下至上层叠设置的第一介质板(22)、第二介质板(23)、第三介质板(24)，所述的第一介质板(22)下表面设置有第一接地板(20)，所述的第三介质板上表面设置有第二接地板(21)，所述的第三介质板(24)和第二介质板(23)之间设置有上层微带线(26)，所述的第一介质板(22)与第二介质板(23)之间设置有下层微带线(25)；所述的馈电网络还包括由上层微带线(26)和下层微带线(25)组成的第一宽带3dB/90°定向耦合器(31)、第二宽带3dB/90°定向耦合器(32)、第三宽带3dB/90°定向耦合器(33)、第四宽带3dB/90°定向耦合器(34)，由第二接地板(21)和上层微带线(26)组成的馈电网络的第一输入端口(11)、馈电网络的第二输入端口(12)，由第一接地板(20)和下层微带线(25)组成的馈电网络的第三输入端口(13)，由第二接地板(21)和上层微带线(26)组成的馈电网络的第一输出端口(14)、馈电网络的第三输出端口(16)，由第一接地板(20)和下层微带线(25)组成的馈电网络的第二输出端口(15)、馈电网络的第四输出端口(17)，由上层微带线(26)和下层微带线(25)组成的宽带交叉网络(5)，由上层微带线(26)和下层微带线(25)组成的第一宽带相位补偿器(41)、第二宽带相位补偿器(42)，由上层微带线(26)和下层微带线(25)组成的宽带等功率分配器(6)；所述的馈电网络的第一输入端口(11)与宽带等功率分配器的第一输入端口(61)相连接，所述的宽带等功率分配器的第一输出端口(62)与第一宽带3dB/90°定向耦合器的第二输入端口312相连接，所述的宽带等功率分配器的第二输出端口(63)与第二宽带3dB/90°定向耦合器的第一输入端口(321)相连接，所述的馈电网络的第二输入端口(12)与第一宽带3dB/90°定向耦合器的第一输入端口(311)相连接，所述的馈电网络的第三输入端口(13)与第二宽带3dB/90°定向耦合器的第二输入端口(322)相连接，所述的第一宽带3dB/90°定向耦合器的第一输出端口(313)与第一宽带相位补偿器的输入端口(411)相连接，所述的第一宽带3dB/90°定向耦合器的第二输出端口(314)与宽带交叉网络的第一输入端口(51)相连接，所述的第二宽带3dB/90°定向耦合器的第二输出端口(324)与第二宽带相位补偿器的输入端口(421)相连接，所述的第二宽带3dB/90°定向耦合器的第一输出端口(323)与宽带交叉网络的第二输入端口52相连接，所述的第三宽带3dB/90°定向耦合器的第一输入端口(331)与第一宽带相位补偿器的输出端口(412)相连接，所述的第三宽带3dB/90°定向耦合器的第二输入端口(332)与宽带交叉网络的第一输出端口53相连接，所述的第三宽带3dB/90°定向耦合器的第一输出端口(333)与馈电网络的第一输出端口(14)相连接，所述的第三宽带3dB/90°定向耦合器的第二输出端口(334)与馈电网络的第二输出端口(15)相连接，所述的第四宽带3dB/90°定向耦合器的第一输入端口(341)与宽带交叉网络的第二输出端口54相连接，所述的第四宽带3dB/90°定向耦合器的第二输入端口(342)与第二宽带相位补偿器的输出端口(422)相连接，所述的第四宽带3dB/90°定向耦合器的第一输出端口(343)与馈电网络的第三输出端口(16)相连接，所述的第四宽带3dB/90°定向耦合器的第二输出端口(344)与馈电网络的第四输出端口(17)相连接。2.根据权利要求1所述的一种宽带的3×4巴特勒矩阵馈电网络，其特征在于，当信号从馈电网络的第一输入端口(11)输入时，输入的信号通过宽带等功率分配器(6)将信号等功率传输到第一宽带3dB/90°定向耦合器(31)和第二宽带3dB/90°定向耦合器(32)中，随后第一宽带3dB/90°定向耦合器(31)将信号分配到第一宽带相位补偿器(41)和宽带交叉网络(5)中，然后第一宽带相位补偿器(41)将信号输入到第三宽带3dB/90°定向耦合器(33)中，宽带交叉网络(5)将信号输入到第四宽带3dB/90°定向耦合器(34)中；同时，第二宽带3dB/90°定向耦合器(32)将信号分配到第二宽带相位补偿器(42)和宽带交叉网络(5)中，然后第二宽带相位补偿器(42)将信号输入到第四宽带3dB/90°定向耦合器(34)中，宽带交叉网络(5)将信号输入到第三宽带3dB/90°定向耦合器(33)中；最后馈电网络的四个输出端口输出等幅度且相位差相等的信号。3.根据权利要求1所述的一种宽带的3×4巴特勒矩阵馈电网络，其特征在于，当信号从馈电网络的第二输入端口(12)输入时，信号通过第一宽带3dB/90°定向耦合器(31)将信号等功率且相位差为-90°信号分别输入到第一宽带相位补偿器(41)和宽带交叉网络(5)，然后一路信号通过第一宽带相位补偿器输入到第三宽带3dB/90°定向耦合器(33)中，另外一路信号通过宽带交叉网络(5)输入到第四宽带3dB/90°定向耦合器(34)中，最后馈电网络的四个输出端口输出等幅度且相邻输出端口的相位差为+90°；当信号从馈电网络的第三输入端口(13)输入时，信号通过第二宽带3dB/90°定向耦合器(32)将信号等功率且相位差为+90°信号分别输入到第二宽带相位补偿器(42)和宽带交叉网络(5)，然后一路信号通过第二宽带相位补偿器输入到第四宽带3dB/90°定向耦合器(34)中，另外一路信号通...

【专利技术属性】
技术研发人员：向凯燃，陈付昌，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东,44