[實用新型]一種寬帶的3×4巴特勒矩陣饋電網絡

有效

• 申請號: 201822057260.9
• 申請日: 2018-12-07
• 公開（公告）號: CN209516022U
• 公開（公告）日: 2019-10-18
• 發明（設計）人: 向凱燃;陳付昌
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: H01Q21/00
• 分類號: H01Q21/00;H01Q1/50;H01P5/12;H01P5/18
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 李斌

本實用新型公開了一種寬帶的3×4巴特勒矩陣饋電網絡，該饋電網絡采用3個輸入端口，在2GHz?4GHz的頻率范圍內產生等幅度和相位差保持一樣的信號，可以工作在很寬的頻率范圍。該饋電網絡利用寬帶帶通濾波器的耦合特性補償信號差從而代替傳統的傳輸線在寬帶頻率相位不一致的缺點。該饋電網絡中用到的寬帶等功率分配器的是在耦合器的基礎上設計的，比傳統的功率分配器更容易調節功率分配。相比傳統的巴特勒矩陣不能提供相位差為零的信號進而不能在垂直方向上產生波束，該饋電網絡可以提供相位差為零的信號因此可以在垂直方向上產生波束。

技術領域

本實用新型涉及天線饋電技術領域，具體涉及一種寬帶的3×4巴特勒矩陣饋電網絡。

背景技術

由于近年來無線通信的高速發展，無論是4G技術的普及、物聯網的火熱還是5G的到來，都標志著無線技術又將迎來一個蓬勃發展的高峰期。另一方面，隨著電子信息的迅猛發展，多波束天線由于其具有多方向高增益的特性，能夠產生具有相同輻射孔徑的指向不同方向的不同波束，被廣泛應用與無線通信系統。目前解決這些問題的主要技術是利用波束切換智能天線，而巴特勒矩陣作為組成波束切換智能天線的重要部分，能夠實現波束形成網絡，因此也成為了近些年的研究熱點之一。由于天線陣列的帶寬和饋電網絡頻率特性的影響，多波束天線陣列的帶寬被限制。為了拓展多波束天線的工作帶寬，亟待對寬帶的巴特勒矩陣饋電網進行設計。

目前巴特勒矩陣比較常用也比較方便的結構是在輸入端口和輸出端口之間交叉級聯3dB耦合器和特定角度的移相器，使巴特勒矩陣的性能可以達到預期的指標。

對現有技術進行調查了解，具體如下：

2017年，Krzysztof Wincza團隊提出了一個工作在一個倍頻范圍 (1.75GHz-3.5GHz)的寬帶多波束天線陣。它的饋電網絡是一個典型的工作在低頻的4×4的Butler矩陣中間兩個輸出端再級聯一個上面提到的三段式Butler矩陣。在低頻時工作是一個4×4Butler矩陣輸出，隨著頻率變高，慢慢轉移到2×2Butler矩陣。此外，由于天線位置的設置，在低頻工作時天線單元的距離是四分之一波長，而慢慢到高頻變成半波長。由于饋電網絡良好的平滑特性，使得整個天線陣在可以在一個倍頻范圍內保持波束的一致性。但工作在4×4的Butler矩陣的輸入端口和工作在2×2的 Butler矩陣的輸入端口同樣是兩個。

2018年，Tzyh-Ghuang Ma等人在4×4Butler矩陣的基礎上進行拓展。他在4×4的Butler矩陣的每一個輸出端級聯了兩個移相器，這個移相器是通過利用兩個變容二極管和一段末端短路的傳輸線即等效為電感組成的一個T型網絡組成的。這個T型網絡可以等效為一段傳輸線。通過施加不同的電壓，改變變容二極管的電容值可以改變等效傳輸線的長度。通過這種簡單的設計方法，它們從原來4端口4個波束提高到4端口16個波束。雖然說這種設計簡單，但如果設置不好就會出現柵瓣的現象。且帶寬很窄。

總的來說，現有的工作中，有不少關于巴特勒矩陣的研究，但是大部分都是注重于如何在窄帶內實現更多波束或是如何切換不同網絡以達到寬帶的工作頻率。此外，所有設計的巴特勒矩陣在垂直方向上形成波束是很難實現的。因此，設計一款新穎的寬帶的3×4的巴特勒矩陣具有重要意義。

實用新型內容

本實用新型的目的是為了解決現有技術中的上述缺陷，提供一種寬帶的3×4巴特勒矩陣饋電網絡，該饋電網絡能夠在2GHz-4GHz的范圍內輸出等幅度且相鄰輸出端口的相位差分別為-90°，0°，+90°。相位差的控制由輸入端口控制，從不同的輸入端口輸入，饋電網絡可以輸出不同的相位差，且整個結構對稱，加工方便。

本實用新型的目的可以通過采取如下技術方案達到：