CN110649357A - 一种2×4 Butler矩阵 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种2×4 Butler矩阵，包括Lange耦合器、第一短路耦合线、第二短路耦合线、第一阻抗匹配线、第二阻抗匹配线、第一微带线、第二微带线、第三微带线以及第四微带线，本发明采用微带线的实现方式，成本低，且有很好的稳定性，便于批量焊接，易于与射频线缆连接组成整机。不仅如此，由于本发明创新性地采用Lange电桥与短路耦合线功分器的方案，还具有尺寸小，超宽频带，高隔离度的特点，适应了基站天线小型化、宽频化的发展趋势，具有很高的应用前景和使用价值。
Description
技术领域
本发明涉及微波无源器件技术领域，具体涉及一种2×4 Butler矩阵。
背景技术
现有类似矩阵板有两种实现方式，其中一种实现方式是微带线，采用功分器和分支线耦合器级联的方案，这种方案主要的缺点是功分器不能输出稳定的180°相差，且分支线耦合器只能实现20%的带宽，这会导致此方案只能适用窄频带的双波束天线，而且水平波束宽度、指向都比较发散；另外一种实现方式带状线，采用功分器和带状线耦合器级联的方案，这种方案解决了上述微带线方案带宽不足的问题，可以达到50%以上的带宽，但是受限于功分器的形式，不能提供稳定的180°相差，而且带状线存在成本高、不易与常用馈电网络级联焊接的缺点，这会导致整机易产生交调隐患且不易维修。
发明内容
为了解决背景技术中提到的技术问题，本发明提供一种2×4 Butler矩阵，其使用微带线的实现方式，成本低，且有很好的稳定性，便于批量焊接，易于与射频线缆连接组成整机。
为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种2×4 Butler矩阵，包括Lange耦合器、第一短路耦合线、第二短路耦合线、第一阻抗匹配线、第二阻抗匹配线、第一微带线、第二微带线、第三微带线以及第四微带线，Lange耦合器具有两个输入端和两个输出端，分别为第一输入端、第二输入端、第一输出端和第二输出端；所述的2×4 Butler矩阵还具有两个输入端口和四个输出端口，分别为第一输入端口、第二输入端口、第一输出端口、第二输出端口、第三输出端口和第四输出端口；
所述Lange耦合器的第一输入端和第二输入端分别通过第三微带线和第四微带线连接到第一输入端口和第二输入端口，Lange耦合器的第一输出端与第一阻抗匹配线的一端相连，第一阻抗匹配线的另一端通过第一开路枝节后分为两条支路，其中一条支路通过第一短路耦合线连接到第四输出端口，另一条支路通过第一微带线连接到第二输出端口；
Lange耦合器的第二输出端与第二阻抗匹配线的一端相连，第二阻抗匹配线的另一端通过第二开路枝节后分为两条支路，其中一条支路通过第二短路耦合线连接到第一输出端口，另一条支路通过第二微带线连接到第三输出端口。
进一步的，所述的第一短路耦合线和第二短路耦合线的长度相同且该长度介于高频点的四分之一波长与低频点的四分之一波长之间。
进一步的，所述的第一微带线、第二微带线、第一短路耦合线以及第二短路耦合线四者的长度相同。
进一步的，所述Lange耦合器的第一输入端与第一输出端分布于同侧，第二输入端与第二输出端分布于同侧，当Lange耦合器的任何一个输入端馈电时，其异侧输出端的传输相位比同侧输出端的传输相位延迟90°。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明提供的2×4Butler矩阵使用微带线的实现方式，成本低，且有很好的稳定性，便于批量焊接，易于与射频线缆连接组成整机。不仅如此，由于本发明创新性地采用Lange电桥与短路耦合线功分器的方案，还具有尺寸小，超宽频带，高隔离度的特点，适应了基站天线小型化、宽频化的发展趋势，具有很高的应用前景和使用价值。
附图说明
图1是本发明的整体结构示意图；
图中标记：1、Lange耦合器，2、第一短路耦合线，3、第二短路耦合线，4、第一阻抗匹配线，5、第二阻抗匹配线，6、第一微带线，7、第二微带线，8、第三微带线，9、第四微带线，10、第一开路枝节，11、第二开路枝节。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
一种2×4 Butler矩阵，包括Lange耦合器1、第一短路耦合线2、第二短路耦合线3、第一阻抗匹配线4、第二阻抗匹配线5、第一微带线6、第二微带线7、第三微带线8以及第四微带线9，Lange耦合器1具有两个输入端和两个输出端，分别为第一输入端、第二输入端、第一输出端和第二输出端；所述的2×4 Butler矩阵还具有两个输入端口和四个输出端口，分别为第一输入端口、第二输入端口、第一输出端口、第二输出端口、第三输出端口和第四输出端口；
所述Lange耦合器1的第一输入端和第二输入端分别通过第三微带线8和第四微带线9连接到第一输入端口和第二输入端口，Lange耦合器1的第一输出端与第一阻抗匹配线4的一端相连，第一阻抗匹配线4的另一端通过第一开路枝节10后分为两条支路，其中一条支路通过第一短路耦合线2连接到第四输出端口，另一条支路通过第一微带线6连接到第二输出端口；
Lange耦合器1的第二输出端与第二阻抗匹配线5的一端相连，第二阻抗匹配线5的另一端通过第二开路枝节11后分为两条支路，其中一条支路通过第二短路耦合线3连接到第一输出端口，另一条支路通过第二微带线7连接到第三输出端口。
进一步优化本方案，所述的第一短路耦合线2和第二短路耦合线3的长度相同且该长度介于高频点的四分之一波长与低频点的四分之一波长之间。
进一步优化本方案，所述的第一微带线6、第二微带线7、第一短路耦合线2以及第二短路耦合线3四者的长度相同。
进一步优化本方案，所述Lange耦合器1的第一输入端与第一输出端分布于同侧，第二输入端与第二输出端分布于同侧，当Lange耦合器1的任何一个输入端馈电时，其异侧输出端的传输相位比同侧输出端的传输相位延迟90°。
本发明主要采用微带线的实现方案，其频带为1427-2690MHz的矩阵板，并且四个输出端口有稳定的功分比和相位差。
以下结合附图对本发明进行详细说明：
如图1所示，本发明的2×4Butler矩阵有两个输入端口和四个输出端口，分别为第一输入端口in1、第二输入端口in2、第一输出端口out1、第二输出端口out2、第三输出端口out3和第四输出端口out4，其中, Lange耦合器1为3db耦合器，其能够提供1:1的功分比，Lange耦合器1的第一输入端和第二输入端分别通过第三微带线8和第四微带线9连接到第一输入端口和第二输入端口，Lange耦合器1的第一输出端与第一阻抗匹配线4的一端相连，第一阻抗匹配线4的另一端通过第一开路枝节10后分为两条支路，其中一条支路通过第一短路耦合线2连接到第四输出端口，另一条支路通过第一微带线6连接到第二输出端口；Lange耦合器1的第二输出端与第二阻抗匹配线5的一端相连，第二阻抗匹配线5的另一端通过第二开路枝节11后分为两条支路，其中一条支路通过第二短路耦合线3连接到第一输出端口，另一条支路通过第二微带线7连接到第三输出端口。
其中，第一短路耦合线2和第一短路耦合线3的长度相同且该长度介于该矩阵板的高频点的四分之一波长和低频点的四分之一波长之间，连接第一短路耦合线2和第一短路耦合线3的输出端口与经过大致相等长度微带线的输出端口形成不随频率变化的稳定的180°相差。
具体的，若将第一输入端口in1作为输入端口，那么在节点a处与节点b处的相位差为90°，第一输出端口out1、第二输出端口out2、第三输出端口out3和第四输出端口out4的相对相位依次为0°、-90°、-180°、90°（-270°）；
若将第二输入端口in2作为输入端口，那么在节点a处与节点b处的相位差为-90°，第一输出端口out1、第二输出端口out2、第三输出端口out3和第四输出端口out4的相对相位依次为90°、180°、270°、0°（360°）。
由上可知，本发明通过Lange电桥与短路耦合线功分器级联的方案来实现，其中Lange电桥提供1:1的功分比和90°的稳定相差，短路耦合线功分器根据水平面波束赋形的需要实现一定功分比和180°的稳定相差；这样通过上述两个部件级联就可以保证四个输出端口的相位差稳定在90°。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (4)
1.一种2×4 Butler矩阵，包括Lange耦合器（1）、第一短路耦合线（2）、第二短路耦合线（3）、第一阻抗匹配线（4）、第二阻抗匹配线（5）、第一微带线（6）、第二微带线（7）、第三微带线（8）以及第四微带线（9），Lange耦合器（1）具有两个输入端和两个输出端，分别为第一输入端、第二输入端、第一输出端和第二输出端；其特征在于：所述的2×4 Butler矩阵还具有两个输入端口和四个输出端口，分别为第一输入端口、第二输入端口、第一输出端口、第二输出端口、第三输出端口和第四输出端口；
所述Lange耦合器（1）的第一输入端和第二输入端分别通过第三微带线（8）和第四微带线（9）连接到第一输入端口和第二输入端口，Lange耦合器（1）的第一输出端与第一阻抗匹配线（4）的一端相连，第一阻抗匹配线（4）的另一端通过第一开路枝节（10）后分为两条支路，其中一条支路通过第一短路耦合线（2）连接到第四输出端口，另一条支路通过第一微带线（6）连接到第二输出端口；
Lange耦合器（1）的第二输出端与第二阻抗匹配线（5）的一端相连，第二阻抗匹配线（5）的另一端通过第二开路枝节（11）后分为两条支路，其中一条支路通过第二短路耦合线（3）连接到第一输出端口，另一条支路通过第二微带线（7）连接到第三输出端口。
2.根据权利要求1所述的一种2×4 Butler矩阵，其特征在于：所述的第一短路耦合线（2）和第二短路耦合线（3）的长度相同且该长度介于高频点的四分之一波长与低频点的四分之一波长之间。
3.根据权利要求1所述的一种2×4 Butler矩阵，其特征在于：所述的第一微带线（6）、第二微带线（7）、第一短路耦合线（2）以及第二短路耦合线（3）四者的长度相同。
4.根据权利要求1所述的一种2×4 Butler矩阵，其特征在于：所述Lange耦合器（1）的第一输入端与第一输出端分布于同侧，第二输入端与第二输出端分布于同侧，当Lange耦合器（1）的任何一个输入端馈电时，其异侧输出端的传输相位比同侧输出端的传输相位延迟90°。
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