一种基于频率选择性的宽带巴特勒矩阵馈电网络制造技术

本实用新型专利技术公开了一种基于频率选择性的宽带巴特勒矩阵馈电网络，包括从上往下排布的第一、二、三介质基板，第一介质基板上表面和第三介质基板下表面均形成有地板，第一介质基板下表面和第三介质基板上表面分别形成有第一导体层和第二导体层，第一、二导体层上的一部分微带传输线均形成为移相器，第一、二导体层上的其余微带传输线与第二介质基板一起构成有若干个不同传输特性的定向耦合器，且连接在相应定向耦合器上的馈电网络输入端口有一个或两个，而连接在相应定向耦合器上的馈电网络输出端口则有三个或四个，所有输出端口在不同的频率具有不同的信号分布。本实用新型专利技术能实现很好的带宽特性，辐射方向稳定，不需要添加额外耦合器的数目。

A Broadband Butler Matrix Feed Network Based on Frequency Selection

【技术实现步骤摘要】
一种基于频率选择性的宽带巴特勒矩阵馈电网络
本技术涉及天线馈电的
，尤其是指一种基于频率选择性的宽带巴特勒矩阵馈电网络。
技术介绍
巴特勒矩阵是一种利用3-dB定向耦合器和固定移相器组合起来的天线波束形成网络。N×M巴特勒矩阵表示它包含N个输入端口以及M个输出端口或辐射单元。当在某一输入端口引进了一个信号时，即在所有的输出端口产生等幅激励，且他们的之间具有恒等的相位差，可在空间空间某一角度方向产生辐射。也就是说它可使阵列天线均匀分布，并使阵元之间具有恒等相位差的馈电方式。这样可以产生不同分布的N个波束，以达到波束赋形的目的。传统的巴特勒矩阵往往只能在较窄的频段内工作，即使改善了巴特勒矩阵的带宽特性，在连接等距离分布的天线阵列时，较宽的工作频段就会带来波束宽度以及波束方向变化较大的问题。对现有技术进行调查了解，具体如下：2016年，K.Wincza等人在"IEEETransactionsonAntennasandPropagation"上发表题为"“ScalableMultibeamAntennaArraysFedbyDual-BandModifiedButlerMatrices"的文章，文中通过在设计一个频率比大概为2：1的双频巴特勒矩阵馈电网络以及一个双频多波束天线阵列，实现在低频和高频时对应的不同天线阵列工作，从而实现在两个频段产生变化不大的波束。但是在不同频段工作的天线阵列是分离的，不能实现两频段之间的频率的利用。2017年，同样是K.Wincza等人在"IEEETransactionsonAntennasandPropagation"上发表题为"BroadbandMultibeamAntennaArraysFedbyFrequency-DependentButlerMatrices"的文章，文中通过在设计一个传输特性随频率改变而变化的巴特勒矩阵馈电网络以及一个间距固定的线天线阵列，通过在低频和高频时激活不同天线单元来达到在整个宽频带内产生变化的波束的目的。但是这种馈电网络相比传统巴特勒增加了几个耦合器元件。总的来说，现有的工作中，有不少关于巴特勒矩阵馈电网络的研究，但是大部分都是应用在较窄频段内的天线阵列馈电的设计，做成宽带的设计也存在各种缺陷。设计一款具有宽的工作频带并且产生稳定波束的天线阵列馈电网络具有重要意义。
技术实现思路
本技术的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提出了一种基于频率选择性的宽带巴特勒矩阵馈电网络，能够实现很好的带宽特性，且辐射方向稳定，并且不需要添加额外耦合器的数目，具有设计简单、结构紧凑、性能稳定、成本低等优点。为实现上述目的，本技术所提供的技术方案为：一种基于频率选择性的宽带巴特勒矩阵馈电网络，包括有彼此平行且从上往下排布的三个介质基板，分别为第一介质基板、第二介质基板和第三介质基板，所述第一介质基板的上表面形成有第一地板，其下表面形成有第一导体层，所述第三介质基板的上表面形成有第二导体层，其下表面形成有第二地板，所述第一导体层和第二导体层上的一部分微带传输线均形成为移相器，所述第一导体层和第二导体层上的其余微带传输线与夹在中间的第二介质基板一起构成有若干个不同传输特性的定向耦合器，且连接在相应定向耦合器上的馈电网络输入端口有一个或两个，而连接在相应定向耦合器上的馈电网络输出端口则有三个或四个，即馈电网络输入端口为一个时，对应的馈电网络输出端口则有三个，馈电网络输入端口为两个时，对应的馈电网络输出端口则有四个，且所有输出端口在不同的频率具有不同的信号分布，以获得更宽的工作频段以及稳定的辐射波束。进一步，所述馈电网络输入端口为一个时，该个馈电网络输入端口与其中一个馈电网络输出端口连接于同一个定向耦合器，该定向耦合器在低频f0表现为3-dB定向耦合器，在高频2f0表现为交叉网络特性，即耦合器的输入信号会从斜对角输出端口输出；而连接其余两个馈电网络输出端口的相应定向耦合器在低频f0表现为交叉网络特性，在高频2f0表现为3-dB定向耦合器。进一步，所述馈电网络输入端口为两个时，连接该两个馈电网络输入端口的相应定向耦合器在低频f0表现为3-dB定向耦合器，在高频2f0表现为交叉网络特性，即耦合器的输入信号会从斜对角输出端口输出；连接四个馈电网络输出端口的相应定向耦合器在低频f0表现为交叉网络特性，在高频2f0表现为3-dB定向耦合器；且在连接两个馈电网络输入端口的相应定向耦合器和连接四个馈电网络输出端口的相应定向耦合器之间设有一个交叉网络，该交叉网络是由两个3-dB定向耦合器串联而成，其特性为输入端口的信号会从斜对角的输出端口输出，所述交叉网络分别与连接馈电网络输入端口和输出端口的那些定向耦合器相连。本技术与现有技术相比，具有如下优点与有益效果：1、本馈电网络由三层结构组成，耦合器容易获得高耦合度从而产生较宽的带宽，并且容易调试。2、实现了在宽频带内具有稳定的辐射波束，改善了辐射方向和波束宽度不稳定的特性，并且通带内阻抗匹配良好。3、本馈电网络基于传统的4×4巴特勒矩阵形式，没有添加额外的耦合器，结构简单明了。4、本馈电网络结构紧凑，加工简单，重量轻，加工成本低，具有很好的应用前景。附图说明图1为基于频率选择性的2×4巴特勒矩阵馈电网络剖面示意图。图2为基于频率选择性的2×4巴特勒矩阵馈电网络走线图。图3为基于频率选择性的2×4巴特勒矩阵馈电网络所使用的耦合器“A”结构图。图4为基于频率选择性的2×4巴特勒矩阵馈电网络所使用的耦合器“B”结构图。图5为基于频率选择性的2×4巴特勒矩阵馈电网络所使用的交叉网络结构图。图6为基于频率选择性的1×3巴特勒矩阵馈电网络的原理结构框图。图7为基于频率选择性的2×4巴特勒矩阵馈电网络的原理结构框图。图8为基于频率选择性的2×4巴特勒矩阵馈电网络传输特性仿真图。图9为基于频率选择性的2×4巴特勒矩阵馈电网络连接等间隔的线天线阵列的辐射模型仿真结果。具体实施方式下面结合具体实施例对本技术作进一步说明。参见图1和图2所示，本实施例所提供的基于频率选择性的2×4巴特勒矩阵馈电网络，包括有彼此平行且从上往下排布的三个介质基板，分别为第一介质基板15、第二介质基板16、第三介质基板17，所述第一介质基板15的上表面形成有第一地板14，其下表面形成有第一导体层19，所述第三介质基板17的上表面形成有第二导体层20，其下表面形成有第二地板18，所述第一导体层19分别设有第一输入端口1、第一输出端口3和第三输出端口5，所述第二导体层20分别设有第二输入端口2、第二输出端口4和第四输出端口6，所述第二导体层20上的一部分微带传输线形成为第一移相器10，所述第一导体层19上的一部分微带传输线形成为第二移相器11，所述第一导体层19和第二导体层20上的其余微带传输线与夹在中间的第二介质基板16一起构成有第一耦合器7、第二耦合器8、第三耦合器12、第四耦合器13以及由两个耦合器串联而成的交叉网络9。所述第一耦合器7和第二耦合器8被称为耦合器“A”，其结构参见图3所示，其特性为在低频f0时表现为3-dB定向耦合器，在高频2f0时表现为交叉网络特性，即耦合器的输入信号会从斜对角输出端口输出。所述第三耦合器12和第四耦合器13被本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于频率选择性的宽带巴特勒矩阵馈电网络，其特征在于：包括有彼此平行且从上往下排布的三个介质基板，分别为第一介质基板、第二介质基板和第三介质基板，所述第一介质基板的上表面形成有第一地板，其下表面形成有第一导体层，所述第三介质基板的上表面形成有第二导体层，其下表面形成有第二地板，所述第一导体层和第二导体层上的一部分微带传输线均形成为移相器，所述第一导体层和第二导体层上的其余微带传输线与夹在中间的第二介质基板一起构成有若干个不同传输特性的定向耦合器，且连接在相应定向耦合器上的馈电网络输入端口有一个或两个，而连接在相应定向耦合器上的馈电网络输出端口则有三个或四个，即馈电网络输入端口为一个时，对应的馈电网络输出端口则有三个，馈电网络输入端口为两个时，对应的馈电网络输出端口则有四个，且所有输出端口在不同的频率具有不同的信号分布，以获得更宽的工作频段以及稳定的辐射波束。

【技术特征摘要】
1.一种基于频率选择性的宽带巴特勒矩阵馈电网络，其特征在于：包括有彼此平行且从上往下排布的三个介质基板，分别为第一介质基板、第二介质基板和第三介质基板，所述第一介质基板的上表面形成有第一地板，其下表面形成有第一导体层，所述第三介质基板的上表面形成有第二导体层，其下表面形成有第二地板，所述第一导体层和第二导体层上的一部分微带传输线均形成为移相器，所述第一导体层和第二导体层上的其余微带传输线与夹在中间的第二介质基板一起构成有若干个不同传输特性的定向耦合器，且连接在相应定向耦合器上的馈电网络输入端口有一个或两个，而连接在相应定向耦合器上的馈电网络输出端口则有三个或四个，即馈电网络输入端口为一个时，对应的馈电网络输出端口则有三个，馈电网络输入端口为两个时，对应的馈电网络输出端口则有四个，且所有输出端口在不同的频率具有不同的信号分布，以获得更宽的工作频段以及稳定的辐射波束。2.根据权利要求1所述的一种基于频率选择性的宽带巴特勒矩阵馈电网络，其特征在于：所述馈电网络输入端口为一个时，该个馈电网络输入端口与其中一个馈电...

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