[發(fā)明專利]一種緊湊型16×16 Butler矩陣多波束饋電網(wǎng)絡(luò)

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811575381.0
• 申請(qǐng)日: 2018-12-22
• 公開（公告）號(hào): CN109888507A
• 公開（公告）日: 2019-06-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊清凌;高式昌;任曉飛;杜鵬;吳健
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)電波傳播研究所（中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第二十二研究所）
• 主分類號(hào): H01Q21/00
• 分類號(hào): H01Q21/00;H01Q3/40
• 代理公司: 北京中濟(jì)緯天專利代理有限公司 11429
• 代理人: 孫靜雅

本發(fā)明公開了一種緊湊型16×16 Butler矩陣多波束饋電網(wǎng)絡(luò)，含有8個(gè)4×4子陣，子陣之間通過2×11.25°移相器、6×11.25°移相器和參考線連接，每個(gè)子陣含有4個(gè)3dB/90°耦合器和2個(gè)移相器，并包括4個(gè)輸入或輸出端口。本發(fā)明所公開的緊湊型16×16 Butler矩陣多波束饋電網(wǎng)絡(luò)，對(duì)傳統(tǒng)16×16 Butler矩陣多波束饋電網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行重新布局，將相同結(jié)構(gòu)部分進(jìn)行組合，使之只需4個(gè)交叉耦合結(jié)構(gòu)且總元件數(shù)只有60個(gè)；同時(shí)為保證較好的傳輸性能，所有元件都采用了寬頻帶結(jié)構(gòu)。其設(shè)計(jì)難度低、簡(jiǎn)單對(duì)稱且可在單層基板上實(shí)現(xiàn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于無線通信領(lǐng)域，特別涉及該領(lǐng)域中的一種天線陣列的緊湊型16×16Butler矩陣多波束饋電網(wǎng)絡(luò)。

背景技術(shù)

隨著用戶對(duì)無線通信需求的不斷增長(zhǎng)及通信質(zhì)量的提高，無線信號(hào)發(fā)生設(shè)備必須能產(chǎn)生多個(gè)掃描波束，在保證高質(zhì)量信號(hào)傳輸?shù)耐瑫r(shí)，能快速準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)對(duì)多個(gè)終端目標(biāo)進(jìn)行定位和跟蹤。因此，這要求天線系統(tǒng)能夠產(chǎn)生盡量多的掃描波束。

基于電路結(jié)構(gòu)的多波束饋電網(wǎng)絡(luò)具有設(shè)計(jì)靈活和結(jié)構(gòu)緊湊等特點(diǎn)，在衛(wèi)星通信和地面無線通信的基站和終端系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。其中，最有代表性的是Butler矩陣，如4×4和8×8Butler 矩陣已經(jīng)有大量的應(yīng)用和研究。然而，對(duì)于更高階的Butler矩陣，如16×16 Butler矩陣，卻鮮有報(bào)道和研究，這主要是由于一般的16×16 Butler矩陣有大量的交叉結(jié)構(gòu)和過于復(fù)雜龐大的結(jié)構(gòu)，使得要設(shè)計(jì)出在結(jié)構(gòu)和性能上實(shí)用性和可行性較強(qiáng)的16×16 Butler矩陣變得尤為困難。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題就是提供一種易加工、剖面低、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊、重量輕、損耗低、掃描范圍大、可產(chǎn)生一維和二維掃描相位差的16×16 Butler矩陣多波束饋電網(wǎng)絡(luò)。

本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種緊湊型16×16 Butler矩陣多波束饋電網(wǎng)絡(luò)，其改進(jìn)之處在于：含有8個(gè)4×4子陣，子陣之間通過2×11.25°移相器、6×11.25°移相器和參考線連接，每個(gè)子陣含有4個(gè)3dB/90°耦合器和2個(gè)移相器，并包括4個(gè)輸入或輸出端口，含有輸入端口的子陣分別采用1×11.25°移相器、3×11.25°移相器、5×11.25°移相器和7×11.25°移相器，含有輸出端口的子陣皆采用4×11.25°移相器，輸入端口與輸出端口呈對(duì)角分布，輸入端口用于輸入微波射頻信號(hào)，輸出端口可直接通過同軸線與陣列天線連接，用于對(duì)陣列天線單元饋電，輸入端口所在的子陣都位于縱向，輸出端口所在的子陣則都位于橫向，在橫向子陣和縱向子陣的連接處存在4個(gè)交叉結(jié)構(gòu)。

進(jìn)一步的，3dB/90°耦合器是在圓環(huán)形3dB/90°耦合器的基礎(chǔ)上，在每個(gè)端口處串聯(lián)一個(gè)半波長(zhǎng)的傳輸線和并聯(lián)一個(gè)半波長(zhǎng)的開路枝節(jié)。

進(jìn)一步的，半波長(zhǎng)的傳輸線特征阻抗為87歐姆，半波長(zhǎng)的開路枝節(jié)特征阻抗為65歐姆，圓環(huán)形3dB/90°耦合器中1/4圓弧的特征阻抗分別為55歐姆和37歐姆。

進(jìn)一步的，移相器的參考結(jié)構(gòu)由一個(gè)傳輸線分別并聯(lián)一個(gè)開路枝節(jié)和一個(gè)帶接地通孔的短路枝節(jié)組成。

進(jìn)一步的，開路枝節(jié)的特征阻抗為66歐姆、電長(zhǎng)度為20°；短路枝節(jié)的特征阻抗為70歐姆、電長(zhǎng)度為58°。

進(jìn)一步的，所述的交叉結(jié)構(gòu)包括交叉耦合器及其交叉?zhèn)鬏敹丝?°參考移相結(jié)構(gòu)。

進(jìn)一步的，交叉耦合器由周長(zhǎng)為2個(gè)波長(zhǎng)的圓環(huán)交叉耦合器內(nèi)部加載扇形諧振輻射圓盤構(gòu)成，圓環(huán)交叉耦合器四分之一的電長(zhǎng)度為半波長(zhǎng)，實(shí)際長(zhǎng)度為175°，特征阻抗為67歐姆；扇形諧振輻射圓盤半徑為1.7mm，扇形結(jié)構(gòu)半徑為4.2mm，角度為44°；扇形結(jié)構(gòu)間的特性阻抗為90歐姆，電長(zhǎng)度為10°；0°參考移相結(jié)構(gòu)由一段傳輸線并聯(lián)兩段開路枝節(jié)和兩段帶接地短路通孔的短路枝節(jié)組成；開路枝節(jié)和短路枝節(jié)的特征阻抗皆為105歐姆，電長(zhǎng)度為48°；傳輸線結(jié)構(gòu)的電長(zhǎng)度為250°，特征阻抗為56歐姆。