本发明专利技术提供了一种新型8×8Butler矩阵馈电网络，设置在波束形成设备的波束端口和天线阵列的天线端口之间，采用微带电路方式实现。该馈电网络加工在背靠背粘结一起上下两层对称放置的双面覆铜PCB板上，将其中四个3分贝90度定向耦合器和其它3分贝90度定向耦合器设置在不同平面，采用八个垂直金属过孔替换常规馈电网络中的跨接器，实现在两层PCB板间的信号传递。本发明专利技术极大地简化了Butler矩阵馈电网络的结构，减小了体积，使能适用更多场合，采用宽带Schiffman移相器配合3分支的分支线定向耦合器展宽了Butler矩阵的带宽，使得本发明专利技术新型八端口Butler矩阵馈电网络的相对带宽＞25%。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于微波工程领域，涉及一种新型的SXSButler矩阵馈电网络。
技术介绍
Butler矩阵是一种电路类波束成形网络，它同时具备多个输入和输出端口，其相关端口间的相位关系非常奇特，主要用在对波束指向有特殊要求的天线系统中，如第三代移动通信系统的智能天线等。这种馈电矩阵有很清晰的物理意义，在电路上也比较容易实现，因此得到了广泛的研究。Butler矩阵是一个完全无源和互易的网络,这种馈电矩阵使用了具有90度相移 特性的3db定向耦合器和不同相移特性的固定移相器。用于一个N单元线天线阵的Butler矩阵应该具有相应的N个输入端口和N个输出端口，并因此能产生相应的N个波束。其中N为正整数，通常为2的正整数次方。对于Butler矩阵，在其任意一个输入端加上一个信号，在所有输出端得到等幅的信号，各相邻单元间相位差相等。由于Butler矩阵和天线是完全互易的，所以Butler矩阵既可用于发射也可用于接收。Butler矩阵可以非常容易的通过微带线来实现，但是在一个平面内实现它时却不可避免地要产生导体交叉，即Butler馈电网络必须使用跨接器才能够在平面上实现，这增加了其复杂程度，还在一定程度上限制了 Butler馈电矩阵的使用。Butler矩阵的带宽取决于其采用的90度相移特性的3db定向耦合器和固定移相器的带宽，现有的Butler矩阵的带宽通常在5%_15%之间。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是现有的Butler矩阵馈电网络必须使用跨接器才能够在平面上实现，这增加了其复杂程度，还在一定程度上限制了 Butler馈电矩阵的使用，而且其带宽一般不超过15%。为解决上述Butler矩阵馈电网络的问题,本专利技术提供一种新型8X8Butler矩阵馈电网络，设置在波束形成设备的波束端口和天线阵列的天线端口之间，采用微带电路方式实现，加工在背靠背粘结一起上下两层对称放置的双面覆铜PCB板上。本专利技术的Butler矩阵馈电网络具有8个输出端和8个输入端，包括十二个3分贝90度定向耦合器、四个45°固定移相器、二个67. 5°固定移相器3、二个22. 5°固定移相器以及用于取代常规跨接器的八个垂直金属过孔。十二个3分贝90度定向耦合器平均分为三组，第一组包括第一、第二、第三和第四3分贝90度定向耦合器，第二组包括第五、第六、第七和第八3分贝90度定向耦合器，第三组包括第九、第十、第十一和第十二 3分贝90度定向耦合器。第一组3分贝90度定向耦合器一端与波束端口相连，另一端连接到第二组3分贝90度定向耦合器；第二组3分贝90度定向耦合器一端与第三组3分贝90度定向耦合器，另一端连接到第一组3分贝90度定向耦合器；第三组3分贝90度定向耦合器一端与第二组3分贝90度定向耦合器连接，另一端连接到天线单元。第六3分贝90度定向耦合器、第八3分贝90度定向耦合器、第十3分贝90度定向耦合器和第十二 3分贝90度定向耦合器位于下层PCB板上，其它八个3分贝90度定向I禹合器位于上层PCB板上。两个67. 5°固定移相器和两个22. 5°固定移相器设置在第一组3分贝90度定向耦合器和第二组3分贝90度定向耦合器之间；四个45°固定移相器设置在第三组3分贝90度定向耦合器和第二组3分贝90度定向耦合器之间。第一个金属过孔用于连接第一 3分贝90度定向I禹合器和第六3分贝90度定向率禹合器，第二个金属过孔用于连接第二 3分贝90度定向I禹合器、一个22. 5°固定移相器和第六3分贝90度定向耦合器，第三个金属过孔用于连接第三3分贝90度定向耦合器和第八3分贝90度定向耦合器，第四个金属过孔用于连接第四3分贝90度定向耦合器、一个67. 5°固定移相器和第八3分贝90度定向耦合器，第五个金属过孔和第六个金属过孔用于连接第九3分贝90度定向耦合器和第七3分贝90度定向耦合器，第七个金属过孔和第八个金属过孔用于连接第六3分贝90度定向耦合器和第十二 3分贝90度定向耦合器；连接的微带 线均不相交。所述的3分贝90度定向f禹合器均为3分支的分支线定向f禹合器,22. 5° ,45° ,67.5°固定移相器为宽带Schiffman移相器。本专利技术的馈电网络依靠金属过孔在上下两层PCB板之间进行信号传递。本专利技术具有以下优点和积极效果(一)以简单的金属过孔取代了复杂的跨接器，极大地简化了Butler矩阵馈电网络的结构，而且减小了其体积，增多了其适用场合；(二)采用3分支的分支线定向耦合器作为Butler矩阵的基本单元，电气性能比2分支的分支线定向稱合器有了很大提高；(三)采用宽带SchifTman移相器作为移相单元，配合3分支的分支线定向耦合器展宽了 Butler矩阵的带宽；(四)Butler矩阵馈电网络采用微带电路方式实现，可利用印刷电路制作方式进行加工，工艺简单，一致性好，易于加工和大批量生产。附图说明图1是本专利技术的8X8Butler矩阵馈电网络的结构示意图；图2是垂直金属过孔示意图；图3是三分支的3分贝90度定向耦合器的示意图；图4是Schiffman差分移相器示意图。具体实施例方式下面结合附图来对本专利技术做进一步说明。本专利技术提供的8X8Butler矩阵馈电网络的结构采用3分支的分支线定向耦合器和宽带SchifTman移相器来实现，并使用一种新型金属过孔结构来代替常规的跨接器，在上下两层对称放置的PCB板上实现，并且该新型Butler矩阵馈电网络的相对带宽> 25%。如图1所示，为本专利技术所提供的新型的SXSButler矩阵馈电网络，其在上下两层对称放置的双面覆铜PCB板上以微带电路形式实现，两个双面覆铜PCB板背靠背粘结一起。AB⑶EFGH这8个端口为输入端口，与波束形成设备的输出端口相连；IJKLMNOP这8个端口为输出端口，与天线单元相连。本专利技术与常规结构最大的不同是去掉了跨接器，所有元器件放置在两个PCB板裸露的平面上。由图1可见，本专利技术实施例给出的新型8X8Butler矩阵馈电网络共包含12个3分贝90度定向耦合器，四个45°固定移相器2和二个67. 5°固定移相器3，二个22.5°固定移相器4以及用于取代常规跨接器的八个垂直金属过孔I。12个3分贝90度定向耦合器分为三组，其中第一 3分贝90度定向耦合器101、第二 3分贝90度定向耦合器102、第三3分贝90度定向耦合器103和第四3分贝90度定向耦合器104为第一组，第五3分贝90度定向耦合器201、第六3分贝90度定向耦合器202、第七3分贝90度定向耦合器203和第八3分贝90度定向耦合器204为第二组，第九3分贝90度定向耦合器301、第十3分贝90度定向I禹合器302、第^ 3分贝90度定向I禹合器303和第十二3分贝90度定向耦合器304为第三组。本专利技术实施例中第六3分贝90度定向耦合器202、第八3分贝90度定向耦合器204、第十3分贝90度定向耦合器302和第十二 3分贝90度定向耦合器304及其部分连接线放置于下层PCB上，与其它8个定向耦合器不在一个平面上，不在一个平面上的连线用虚线表示。其中第一组3分贝90度定向耦合器一端与波束端口相连，另一端连接到第二组3分贝90度定向耦合器；第二组3分贝90度定向耦合器一 端与第三组3分贝90度定向耦合器，另一本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种新型8×8Butler矩阵馈电网络，设置在波束形成设备的波束端口和天线阵列的天线端口之间，具有8个输出端和8个输入端，其特征在于，该馈电网络加工在背靠背粘结一起上下两层对称放置的双面覆铜PCB板上，包括十二个3分贝90度定向耦合器、四个45°固定移相器、二个67.5°固定移相器3、二个22.5°固定移相器以及八个垂直金属过孔；十二个3分贝90度定向耦合器分为三组，第一组包括第一、第二、第三和第四3分贝90度定向耦合器，第二组包括第五、第六、第七和第八3分贝90度定向耦合器，第三组包括第九、第十、第十一和第十二3分贝90度定向耦合器；第一组3分贝90度定向耦合器一端与天线单元相连，另一端连接到第二组3分贝90度定向耦合器；第三组3分贝90度定向耦合器一端与波束端口连接，另一端连接到第二组3分贝90度定向耦合器；第六3分贝90度定向耦合器、第八3分贝90度定向耦合器、第十3分贝90度定向耦合器和第十二3分贝90度定向耦合器位于下层PCB板上，其它八个3分贝90度定向耦合器位于上层PCB板上；两个67.5°固定移相器和两个22.5°固定移相器设置在第一组3分贝90度定向耦合器和第二组3分贝90度定向耦合器之间，四个45°固定移相器设置在第二组3分贝90度定向耦合器和第三组3分贝90度定向耦合器之间；第一个金属过孔用于第一3分贝90度定向耦合器和第六3分贝90度定向耦合器，第二个金属过孔用于连接第二3分贝90度定向耦合器、一个22.5°固定移相器和第六3分贝90度定向耦合器，第三个金属过孔用于连接第三3分贝90度定向耦合器和第八3分贝90度定向耦合器，第四个金属过孔用于连接第四3分贝90度定向耦合器、一个67.5°固定移相器和第八3分贝90度定向耦合器，第五个金属过孔和第六个金属过孔用于连接第九3分贝90度定向耦合器和第七3分贝90度定向耦合器，第七个金属过孔和第八个金属过孔用于连接第六3分贝90度定向耦合器和第十二3分贝90度定向耦合器；连接的微带线均不相交。...
【技术特征摘要】
1.一种新型8X8Butler矩阵馈电网络，设置在波束形成设备的波束端口和天线阵列的天线端口之间，具有8个输出端和8个输入端，其特征在于，该馈电网络加工在背靠背粘结一起上下两层对称放置的双面覆铜PCB板上，包括十二个3分贝90度定向耦合器、四个 45°固定移相器、二个67. 5°固定移相器3、二个22. 5°固定移相器以及八个垂直金属过孔；十二个3分贝90度定向耦合器分为三组，第一组包括第一、第二、第三和第四3分贝90 度定向耦合器，第二组包括第五、第六、第七和第八3分贝90度定向耦合器，第三组包括第九、第十、第^ 和第十二 3分贝90度定向I禹合器；第一组3分贝90度定向I禹合器一端与天线单元相连，另一端连接到第二组3分贝90度定向耦合器；第三组3分贝90度定向耦合器一端与波束端口连接，另一端连接到第二组3分贝90度定向耦合器；第六3分贝90度定向率禹合器、第八3分贝90度定向I禹合器、第十3分贝90度定向I禹合器和第十二 3分贝90 度定向I禹合器位于下层PCB板上,其它八个3分贝90度定向I禹合器位于上层PCB板上；两个67. 5°固定移相器和两个22. 5°固定移相器设置在第一组3分贝90度定向f禹合器和第二组3分贝90度定向耦合器之间，四个45°固定移相器设置在第二组3分贝90度定向耦合器和第三组3分贝90度定向耦合器之...
【专利技术属性】
技术研发人员：丁轲佳，贺斐，丁文锐，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：
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