CN209516022U - 一种宽带的3×4巴特勒矩阵馈电网络 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种宽带的3×4巴特勒矩阵馈电网络，该馈电网络采用3个输入端口，在2GHz‑4GHz的频率范围内产生等幅度和相位差保持一样的信号，可以工作在很宽的频率范围。该馈电网络利用宽带带通滤波器的耦合特性补偿信号差从而代替传统的传输线在宽带频率相位不一致的缺点。该馈电网络中用到的宽带等功率分配器的是在耦合器的基础上设计的，比传统的功率分配器更容易调节功率分配。相比传统的巴特勒矩阵不能提供相位差为零的信号进而不能在垂直方向上产生波束，该馈电网络可以提供相位差为零的信号因此可以在垂直方向上产生波束。
Description
技术领域
本实用新型涉及天线馈电技术领域，具体涉及一种宽带的3×4巴特勒矩阵馈电网络。
背景技术
由于近年来无线通信的高速发展，无论是4G技术的普及、物联网的火热还是5G的到来，都标志着无线技术又将迎来一个蓬勃发展的高峰期。另一方面，随着电子信息的迅猛发展，多波束天线由于其具有多方向高增益的特性，能够产生具有相同辐射孔径的指向不同方向的不同波束，被广泛应用与无线通信系统。目前解决这些问题的主要技术是利用波束切换智能天线，而巴特勒矩阵作为组成波束切换智能天线的重要部分，能够实现波束形成网络，因此也成为了近些年的研究热点之一。由于天线阵列的带宽和馈电网络频率特性的影响，多波束天线阵列的带宽被限制。为了拓展多波束天线的工作带宽，亟待对宽带的巴特勒矩阵馈电网进行设计。
目前巴特勒矩阵比较常用也比较方便的结构是在输入端口和输出端口之间交叉级联3dB耦合器和特定角度的移相器，使巴特勒矩阵的性能可以达到预期的指标。
对现有技术进行调查了解，具体如下：
2017年，Krzysztof Wincza团队提出了一个工作在一个倍频范围 (1.75GHz-3.5GHz)的宽带多波束天线阵。它的馈电网络是一个典型的工作在低频的4×4的Butler矩阵中间两个输出端再级联一个上面提到的三段式Butler矩阵。在低频时工作是一个4×4Butler矩阵输出，随着频率变高，慢慢转移到2×2Butler矩阵。此外，由于天线位置的设置，在低频工作时天线单元的距离是四分之一波长，而慢慢到高频变成半波长。由于馈电网络良好的平滑特性，使得整个天线阵在可以在一个倍频范围内保持波束的一致性。但工作在4×4的Butler矩阵的输入端口和工作在2×2的 Butler矩阵的输入端口同样是两个。
2018年，Tzyh-Ghuang Ma等人在4×4Butler矩阵的基础上进行拓展。他在4×4的Butler矩阵的每一个输出端级联了两个移相器，这个移相器是通过利用两个变容二极管和一段末端短路的传输线即等效为电感组成的一个T型网络组成的。这个T型网络可以等效为一段传输线。通过施加不同的电压，改变变容二极管的电容值可以改变等效传输线的长度。通过这种简单的设计方法，它们从原来4端口4个波束提高到4端口16个波束。虽然说这种设计简单，但如果设置不好就会出现栅瓣的现象。且带宽很窄。
总的来说，现有的工作中，有不少关于巴特勒矩阵的研究，但是大部分都是注重于如何在窄带内实现更多波束或是如何切换不同网络以达到宽带的工作频率。此外，所有设计的巴特勒矩阵在垂直方向上形成波束是很难实现的。因此，设计一款新颖的宽带的3×4的巴特勒矩阵具有重要意义。
实用新型内容
本实用新型的目的是为了解决现有技术中的上述缺陷，提供一种宽带的3×4巴特勒矩阵馈电网络，该馈电网络能够在2GHz-4GHz的范围内输出等幅度且相邻输出端口的相位差分别为-90°，0°，+90°。相位差的控制由输入端口控制，从不同的输入端口输入，馈电网络可以输出不同的相位差，且整个结构对称，加工方便。
本实用新型的目的可以通过采取如下技术方案达到：
一种宽带的3×4巴特勒矩阵馈电网络，所述的馈电网络包括由下至上层叠设置的第一介质板22、第二介质板23、第三介质板24，所述的第一介质板22下表面设置有第一接地板20，所述的第三介质板上表面设置有第二接地板21，所述的第三介质板24和第二介质板23之间设置有上层微带线26，所述的第一介质板22与第二介质板23之间设置有下层微带线25；
所述的馈电网络还包括由上层微带线26和下层微带线25组成的第一宽带3dB/90°定向耦合器31、第二宽带3dB/90°定向耦合器32、第三宽带 3dB/90°定向耦合器33、第四宽带3dB/90°定向耦合器34，由第二接地板21 和上层微带线26组成的馈电网络的第一输入端口11、馈电网络的第二输入端口12，由第一接地板20和下层微带线25组成的馈电网络的第三输入端口13，由第二接地板21和上层微带线26组成的馈电网络的第一输出端口14、馈电网络的第三输出端口16，由第一接地板20和下层微带线25组成的馈电网络的第二输出端口15、馈电网络的第四输出端口17，由上层微带线26和下层微带线25组成的宽带交叉网络5，由上层微带线26和下层微带线25组成的第一宽带相位补偿器41、第二宽带相位补偿器42，由上层微带线26和下层微带线25组成的宽带等功率分配器6；
所述的馈电网络的第一输入端口11与宽带等功率分配器的第一输入端口61相连接，所述的宽带等功率分配器的第一输出端口62与第一宽带 3dB/90°定向耦合器的第二输入端口312相连接，所述的宽带等功率分配器的第二输出端口63与第二宽带3dB/90°定向耦合器的第一输入端口321相连接，所述的馈电网络的第二输入端口12与第一宽带3dB/90°定向耦合器的第一输入端口311相连接，所述的馈电网络的第三输入端口13与第二宽带3dB/90°定向耦合器的第二输入端口322相连接，所述的第一宽带 3dB/90°定向耦合器的第一输出端口313与第一宽带相位补偿器的输入端口411相连接，所述的第一宽带3dB/90°定向耦合器的第二输出端口314与宽带交叉网络的第一输入端口51相连接，所述的第二宽带3dB/90°定向耦合器的第二输出端口324与第二宽带相位补偿器的输入端口421相连接，所述的第二宽带3dB/90°定向耦合器的第一输出端口323与宽带交叉网络的第二输入端口52相连接，所述的第三宽带3dB/90°定向耦合器的第一输入端口331与第一宽带相位补偿器的输出端口412相连接，所述的第三宽带3dB/90°定向耦合器的第二输入端口332与宽带交叉网络的第一输出端口53相连接，所述的第三宽带3dB/90°定向耦合器的第一输出端口333与馈电网络的第一输出端口14相连接，所述的第三宽带3dB/90°定向耦合器的第二输出端口334与馈电网络的第二输出端口15相连接，所述的第四宽带3dB/90°定向耦合器的第一输入端口341与宽带交叉网络的第二输出端口54相连接，所述的第四宽带3dB/90°定向耦合器的第二输入端口342 与第二宽带相位补偿器的输出端口422相连接，所述的第四宽带3dB/90°定向耦合器的第一输出端口343与馈电网络的第三输出端口16相连接，所述的第四宽带3dB/90°定向耦合器的第二输出端口344与馈电网络的第四输出端口17相连接。
进一步地，当信号从馈电网络的第一输入端口11输入时，输入的信号通过宽带等功率分配器6将信号等功率传输到第一宽带3dB/90°定向耦合器31和第二宽带3dB/90°定向耦合器32中，随后第一宽带3dB/90°定向耦合器31将信号分配到第一宽带相位补偿器41和宽带交叉网络5中，然后第一宽带相位补偿器41将信号输入到第三宽带3dB/90°定向耦合器33中，宽带交叉网络5将信号输入到第四宽带3dB/90°定向耦合器34中；
同时，第二宽带3dB/90°定向耦合器32将信号分配到第二宽带相位补偿器42和宽带交叉网络5中，然后第二宽带相位补偿器42将信号输入到第四宽带3dB/90°定向耦合器34中，宽带交叉网络5将信号输入到第三宽带3dB/90°定向耦合器33中；
最后馈电网络的四个输出端口输出等幅度且相位差相等的信号。
进一步地，当信号从馈电网络的第二输入端口12输入时，信号通过第一宽带3dB/90°定向耦合器31将信号等功率且相位差为-90°信号分别输入到第一宽带相位补偿器41和宽带交叉网络5，然后一路信号通过第一宽带相位补偿器输入到第三宽带3dB/90°定向耦合器33中，另外一路信号通过宽带交叉网络5输入到第四宽带3dB/90°定向耦合器34中，最后馈电网络的四个输出端口输出等幅度且相邻输出端口的相位差为+90°；
当信号从馈电网络的第三输入端口13输入时，信号通过第二宽带 3dB/90°定向耦合器32将信号等功率且相位差为+90°信号分别输入到第二宽带相位补偿器42和宽带交叉网络5，然后一路信号通过第二宽带相位补偿器输入到第四宽带3dB/90°定向耦合器34中，另外一路信号通过宽带交叉网络5输入到第三宽带3dB/90°定向耦合器33中，最后馈电网络的四个输出端口输出等幅度且相邻输出端口的相位差为-90°。
进一步地，当信号从第一宽带3dB/90°定向耦合器的第一输入端口311 输入时，第一宽带3dB/90°定向耦合器的第一输出端口313和第一宽带3 dB/90°定向耦合器的第二输出端口314输出等功率即3dB的信号，且第一宽带3dB/90°定向耦合器的第一输出端口313的信号相位与第一宽带3 dB/90°定向耦合器的第二输出端口314的信号相位的差为-90°；当信号从第一宽带3dB/90°定向耦合器的第二输入端口312输入时，第一宽带3dB/90°定向耦合器的第一输出端口313和第一宽带3dB/90°定向耦合器的第二输出端口314输出等功率即3dB的信号，且第一宽带3dB/90°定向耦合器的第一输出端口313的信号相位与第一宽带3dB/90°定向耦合器的第二输出端口314的信号相位的差为+90°。
进一步地，当信号从第二宽带3dB/90°定向耦合器的第一输入端口321 输入时，第二宽带3dB/90°定向耦合器的第一输出端口323和第二宽带3 dB/90°定向耦合器的第二输出端口324输出等功率即3dB的信号，且第二宽带3dB/90°定向耦合器的第一输出端口323的信号相位与第二宽带3 dB/90°定向耦合器的第二输出端口324的信号相位的差为-90°；当信号从第二宽带3dB/90°定向耦合器的第二输入端口322输入时，第二宽带3dB/90°定向耦合器的第一输出端口323和第二宽带3dB/90°定向耦合器的第二输出端口324输出等功率即3dB的信号，且第二宽带3dB/90°定向耦合器的第一输出端口323的信号相位与第二宽带3dB/90°定向耦合器的第二输出端口324的信号相位的差为+90°。
进一步地，当信号从第三宽带3dB/90°定向耦合器的第一输入端口331 输入时，第三宽带3dB/90°定向耦合器的第一输出端口333和第三宽带3 dB/90°定向耦合器的第二输出端口334输出等功率即3dB的信号，且第三宽带3dB/90°定向耦合器的第一输出端口333的信号相位与第三宽带3 dB/90°定向耦合器的第二输出端口334的信号相位的差为-90°；当信号从第三宽带3dB/90°定向耦合器的第二输入端口332输入时，第三宽带3dB/90°定向耦合器的第一输出端口333和第三宽带3dB/90°定向耦合器的第二输出端口334输出等功率即3dB的信号，且第三宽带3dB/90°定向耦合器的第一输出端口333的信号相位与第三宽带3dB/90°定向耦合器的第二输出端口334的信号相位的差为+90°。
进一步地，当信号从第四宽带3dB/90°定向耦合器的第一输入端口341 输入时，第四宽带3dB/90°定向耦合器的第一输出端口343和第四宽带3 dB/90°定向耦合器的第二输出端口344输出等功率即3dB的信号，且第四宽带3dB/90°定向耦合器的第一输出端口343的信号相位与第四宽带3 dB/90°定向耦合器的第二输出端口344的信号相位的差为-90°；当信号从第四宽带3dB/90°定向耦合器的第二输入端口342输入时，第四宽带3dB/90°定向耦合器的第一输出端口343和第四宽带3dB/90°定向耦合器的第二输出端口344输出等功率即3dB的信号，且第四宽带3dB/90°定向耦合器的第一输出端口343的信号相位与第四宽带3dB/90°定向耦合器的第二输出端口344的信号相位的差为+90°。
进一步地，当信号从第一宽带相位补偿器的输入端口411输入信号时，第一宽带相位补偿器的输出端口412无损耗输出且带有-90°的相移，并且所实现的功能在宽带的范围内保持稳定；当信号从第二宽带相位补偿器的输入端口421输入信号时，第二宽带相位补偿器的输出端口422无损耗输出且带有-90°的相移，并且所实现的功能在宽带的范围内保持稳定。
进一步地，当信号从宽带交叉网络的第一输入端口51输入时，信号会从宽带交叉网络的第二输出端口54无损耗的输出信号，该宽带交叉网络5 的第一输入端口51用于将信号从上层微带线26无损耗传输到下层微带线 25，所实现的功能可以在宽带的范围内保持稳定。
当信号从宽带交叉网络的第二输入端口52输入时，信号会从宽带交叉网络的第一输出端口53无损耗的输出信号，该宽带交叉网络的第二输入端口52用于将信号从下层微带线25无损耗传输到上层微带线26，所实现的功能可以在宽带的范围内保持稳定。
进一步地，当信号从宽带等功率分配器的第一输入端口61输入时，宽带等功率分配器的第一输出端口62和宽带等功率分配器的第二输出端口 63输出幅度相等的信号，该宽带等功率分配器6用于将信号等功率平分的输入到上层微带线26和下层微带线25，且所实现的功能可以在宽带的范围内保持稳定。
本实用新型相对于现有技术具有如下的优点及效果：
1、本实用新型与传统的巴特勒矩阵输入端结构不同，采用的是3个输入端口。
2、传统的巴特勒矩阵不能提供相位差为零的信号进而不能在垂直方向上产生波束，而本实用新型可以提供相位差为零的信号因此可以在垂直方向上产生波束。
3、本实用新型公开的3×4巴特勒矩阵可以在2GHz-4GHz的频率范围内产生等幅度和相位差保持一样的信号，可以工作在很宽的频率范围。
4、本实用新型公开的3×4巴特勒矩阵馈电网络利用宽带带通滤波器的耦合特性补偿信号差从而代替传统的传输线在宽带频率相位不一致的缺点。
5、本实用新型公开的3×4巴特勒矩阵馈电网络中用到的宽带等功率分配器是在耦合器的基础上设计的，比传统的功率分配器更容易调节功率分配。
6、本实用新型公开的3×4巴特勒矩阵馈电网络结构简单紧凑，加工简单，重量轻，加工成本低，工作带宽宽，具有很好的应用前景。
附图说明
图1是本实用新型中公开的一种宽带的3×4巴特勒矩阵馈电网络的结构图；
图2是本实用新型中公开的一种宽带的3×4巴特勒矩阵馈电网络的介质结构图；
图3是本实用新型中公开的一种宽带的3×4巴特勒矩阵馈电网络中用到的3dB/90°定向耦合器的结构图；
图4是本实用新型中公开的一种宽带的3×4巴特勒矩阵馈电网络中用到的宽带相位补偿器的结构图；
图5是本实用新型中公开的一种宽带的3×4巴特勒矩阵馈电网络中用到的宽带交叉网络的结构图；
图6是本实用新型中公开的一种宽带的3×4巴特勒矩阵馈电网络中用到的宽带等功率分配器的结构图；
图7是本实用新型中公开的一种宽带的3×4巴特勒矩阵馈电网络连接原理图；
图8是本实用新型中公开的一种宽带的3×4巴特勒矩阵馈电网络中馈电网络的第一输入端口被馈电时的仿真结果图；
图9是本实用新型中公开的一种宽带的3×4巴特勒矩阵馈电网络中馈电网络的第二输入端口被馈电时的仿真结果图；
图10是本发明中公开的一种宽带的3×4巴特勒矩阵馈电网络当各个输入端口输入信号时，相邻输出端口的相位差的仿真结果图；
其中，11-馈电网络的第一输入端口，12-馈电网络的第二输入端口，13- 馈电网络的第三输入端口，14-馈电网络的第一输出端口，15-馈电网络的第二输出端口，16-馈电网络的第三输出端口，17-馈电网络的第四输出端口； 20-第一接地板，21-第二接地板，22-第一介质板，23-第二介质板，24-第三介质板，25-下层微带线，26上层微带线；31-第一宽带3dB/90°定向耦合器，311-第一宽带3dB/90°定向耦合器的第一输入端口，312-第一宽带3dB/90°定向耦合器的第二输入端口，313-第一宽带3dB/90°定向耦合器的第一输出端口，314-第一宽带3dB/90°定向耦合器的第二输出端口；32- 第二宽带3dB/90°定向耦合器，321-第二宽带3dB/90°定向耦合器的第一输入端口，322-第二宽带3dB/90°定向耦合器的第二输入端口，323-第二宽带3dB/90°定向耦合器的第一输出端口，324-第二宽带3dB/90°定向耦合器的第二输出端口；33-第三宽带3dB/90°定向耦合器，331-第三宽带 3dB/90°定向耦合器的第一输入端口，332-第三宽带3dB/90°定向耦合器的第二输入端口，333-第三宽带3dB/90°定向耦合器的第一输出端口，334- 第三宽带3dB/90°定向耦合器的第二输出端口；34-第四宽带3dB/90°定向耦合器，341-第四宽带3dB/90°定向耦合器的第一输入端口，342-第四宽带3dB/90°定向耦合器的第二输入端口，343-第四宽带3dB/90°定向耦合器的第一输出端口，344-第四宽带3dB/90°定向耦合器的第二输出端口；41-第一宽带相位补偿器，411-第一宽带相位补偿器的输入端口，412-第一宽带相位补偿器的输出端口；42-第二宽带相位补偿器，421-第二宽带相位补偿器的输入端口，422-第二宽带相位补偿器的输出端口；5-宽带交叉网络，51-宽带交叉网络的第一输入端口，52-宽带交叉网络的第二输入端口， 53-宽带交叉网络的第一输出端口，54-宽带交叉网络的第二输出端口；6-宽带等功率分配器。
具体实施方式
为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
实施例
参见图1、2所示，本实施例公开的一种宽带的3×4巴特勒矩阵馈电网络，包括由下至上层叠设置的第一介质板22、第二介质板23、第三介质板24，所述的第一介质板22下表面设置有第一接地板20，所述的第三介质板上表面设置有第二接地板21，所述的第三介质板24和第二介质板23 之间设置有上层微带线26，所述的第一介质板22与第二介质板23之间设置有下层微带线25；
所述的馈电网络还包括由上层微带线26和下层微带线25组成的第一宽带3dB/90°定向耦合器31、第二宽带3dB/90°定向耦合器32、第三宽带 3dB/90°定向耦合器33、第四宽带3dB/90°定向耦合器34，由第二接地板21 和上层微带线26组成的馈电网络的第一输入端口11、馈电网络的第二输入端口12，由第一接地板20和下层微带线25组成的馈电网络的第三输入端口13，由第二接地板21和上层微带线26组成的馈电网络的第一输出端口14、馈电网络的第三输出端口16，由第一接地板20和下层微带线25组成的馈电网络的第二输出端口15、馈电网络的第四输出端口17，由上层微带线26和下层微带线25组成的宽带交叉网络5，由上层微带线26和下层微带线25组成的第一宽带相位补偿器41、第二宽带相位补偿器42，由上层微带线26和下层微带线25组成的宽带等功率分配器6。
本实施例设计中，第一介质板22、第二介质板23和第三介质板24的介电常数均为2.55，损耗角正切为0.0029。第一介质板22和第三介质板4 的厚度均为1.5毫米；第二介质板23的厚度为0.25毫米。
参见图3所示，显示了本实用新型的一种宽带的3×4巴特勒矩阵馈电网络中宽带3dB/90°定向耦合器。图中包括第一宽带3dB/90°定向耦合器的第一输入口311、第一宽带3dB/90°定向耦合器的第二输入端口312；包括第一宽带3dB/90°定向耦合器的第一输出端口313、第一宽带3dB/90°定向耦合器的第二输出端口314。图中包括第二宽带3dB/90°定向耦合器的第一输入口321、第二宽带3dB/90°定向耦合器的第二输入端口322；包括第二宽带3dB/90°定向耦合器的第一输出端口323、第二宽带3dB/90°定向耦合器的第二输出端口324。图中包括第三宽带3dB/90°定向耦合器的第一输入口331、第三宽带3dB/90°定向耦合器的第二输入端口332；包括第三宽带 3dB/90°定向耦合器的第一输出端口333、第三宽带3dB/90°定向耦合器的第二输出端口334。图中包括第四宽带3dB/90°定向耦合器的第一输入口 341、第四宽带3dB/90°定向耦合器的第二输入端口342；包括第四宽带 3dB/90°定向耦合器的第一输出端口343、第四宽带3dB/90°定向耦合器的第二输出端口344。当信号从第一宽带3dB/90°定向耦合器的第一输入端口 311输入时，第一宽带3dB/90°定向耦合器的第一输出端口313和第一宽带 3dB/90°定向耦合器的第二输出端口314输出等功率即3dB的信号，且第一宽带3dB/90°定向耦合器的第一输出端口313的信号相位与第一宽带3 dB/90°定向耦合器的第二输出端口314的信号相位的差为-90°；当信号从第一宽带3dB/90°定向耦合器的第二输入端口312输入时，第一宽带3dB/90°定向耦合器的第一输出端口313和第一宽带3dB/90°定向耦合器的第二输出端口314会输出等功率即3dB的信号，且第一宽带3dB/90°定向耦合器的第一输出端口313的信号相位与第一宽带3dB/90°定向耦合器的第二输出端口314的信号相位的差为+90°；其他三个宽带3dB/90°定向耦合器的工作原理一样。
当信号从第二宽带3dB/90°定向耦合器的第一输入端口321输入时，第二宽带3dB/90°定向耦合器的第一输出端口323和第二宽带3dB/90°定向耦合器的第二输出端口324会输出等功率即3dB的信号，且第二宽带 3dB/90°定向耦合器的第一输出端口323的信号相位与第二宽带3dB/90°定向耦合器的第二输出端口324的信号相位的差为-90°；当信号从第二宽带 3dB/90°定向耦合器的第二输入端口322输入时，第二宽带3dB/90°定向耦合器的第一输出端口323和第二宽带3dB/90°定向耦合器的第二输出端口 324会输出等功率即3dB的信号，且第二宽带3dB/90°定向耦合器的第一输出端口323的信号相位与第二宽带3dB/90°定向耦合器的第二输出端口 324的信号相位的差为+90°。
当信号从第三宽带3dB/90°定向耦合器的第一输入端口331输入时，第三宽带3dB/90°定向耦合器的第一输出端口333和第三宽带3dB/90°定向耦合器的第二输出端口334会输出等功率即3dB的信号，且第三宽带 3dB/90°定向耦合器的第一输出端口333的信号相位与第三宽带3dB/90°定向耦合器的第二输出端口334的信号相位的差为-90°；当信号从第三宽带 3dB/90°定向耦合器的第二输入端口332输入时，第三宽带3dB/90°定向耦合器的第一输出端口333和第三宽带3dB/90°定向耦合器的第二输出端口 334会输出等功率即3dB的信号，且第三宽带3dB/90°定向耦合器的第一输出端口333的信号相位与第三宽带3dB/90°定向耦合器的第二输出端口 334的信号相位的差为+90°。
当信号从第四宽带3dB/90°定向耦合器的第一输入端口341输入时，第四宽带3dB/90°定向耦合器的第一输出端口343和第四宽带3dB/90°定向耦合器的第二输出端口344会输出等功率即3dB的信号，且第四宽带 3dB/90°定向耦合器的第一输出端口343的信号相位与第四宽带3dB/90°定向耦合器的第二输出端口344的信号相位的差为-90°；当信号从第四宽带 3dB/90°定向耦合器的第二输入端口342输入时，第四宽带3dB/90°定向耦合器的第一输出端口343和第四宽带3dB/90°定向耦合器的第二输出端口 344会输出等功率即3dB的信号，且第四宽带3dB/90°定向耦合器的第一输出端口343的信号相位与第四宽带3dB/90°定向耦合器的第二输出端口 344的信号相位的差为+90°。
参见图4所示，显示了本实用新型的一种宽带的3×4巴特勒矩阵馈电网络中宽带相位补偿器。图中包括第一宽带相位补偿器的输入端口411和第一宽带相位补偿器的输出端口412，第二宽带相位补偿器的输入端口421 和第二宽带相位补偿器的输出端口422。当信号从第一宽带相位补偿器的输入端口411输入信号时，第一宽带相位补偿器的输出端口412无损耗输出且带有-90°的相移，并且所实现的功能可以在宽带的范围内保持稳定。第二宽带相位补偿器的功能与第一宽带相位补偿器的功能一样。当信号从第二宽带相位补偿器的输入端口421输入信号时，第二宽带相位补偿器的输出端口422无损耗输出且带有-90°的相移，并且所实现的功能可以在宽带的范围内保持稳定。
参见图5所示，显示了本实用新型的一种宽带的3×4巴特勒矩阵馈电网络中宽带交叉网络。图中包括宽带交叉网络的第一输入端口51、宽带交叉网络的第二输入端口52、宽带交叉网络的第一输出端口53、宽带交叉网络的第二输出端口54。当信号从宽带交叉网络的第一输入端口51输入时，信号会从宽带交叉网络的第二输出端口54无损耗的输出信号，宽带交叉网络5的第一输入端口51的作用主要是将信号从上层微带线26无损耗传输到下层微带线25，所实现的功能可以在宽带的范围内保持稳定。
当信号从宽带交叉网络的第二输入端口52输入时，信号会从宽带交叉网络的第一输出端口53无损耗的输出信号，宽带交叉网络的第二输入端口52的作用主要是将信号从下层微带线25无损耗传输到上层微带线 26，所实现的功能可以在宽带的范围内保持稳定。
参见图6所示，显示了本实用新型的一种宽带的3×4巴特勒矩阵馈电网络中宽带等功率分配器。图中包括宽带等功率分配器的第一输入端口61、宽带等功率分配器的第一输出端口62、宽带等功率分配器的第二输出端口 63。当信号从宽带等功率分配器的第一输入端口61输入时，宽带等功率分配器的第一输出端口62和宽带等功率分配器的第二输出端口63输出幅度相等的信号，宽带等功率分配器6的主要作用是将信号等功率平分的输入到上层微带线26和下层微带线25，且所实现的功能可以在宽带的范围内保持稳定。
参见图7所示，本实施例提供的一种宽带的3×4巴特勒矩阵馈电网络的连接原理图。馈电网络的第一输入端口11与宽带等功率分配器的第一输入端口61相连接；宽带等功率分配器的第一输出端口62与第一宽带 3dB/90°定向耦合器的第二输入端口312相连接；宽带等功率分配器的第二输出端口63与第二宽带3dB/90°定向耦合器的第一输入端口321相连接；馈电网络的第二输入端口12与第一宽带3dB/90°定向耦合器的第一输入端口311相连接；馈电网络的第三输入端口13与第二宽带3dB/90°定向耦合器的第二输入端口322相连接；第一宽带3dB/90°定向耦合器的第一输出端口313与第一宽带相位补偿器的输入端口411相连接；第一宽带3dB/90°定向耦合器的第二输出端口314与宽带交叉网络的第一输入端口51相连接；第二宽带3dB/90°定向耦合器的第二输出端口324与第二宽带相位补偿器的输入端口421相连接；第二宽带3dB/90°定向耦合器的第一输出端口323与宽带交叉网络的第二输入端口52相连接；第三宽带3dB/90°定向耦合器的第一输入端口331与第一宽带相位补偿器的输出端口412相连接；第三宽带3dB/90°定向耦合器的第二输入端口332与宽带交叉网络的第一输出端口53相连接；第三宽带3dB/90°定向耦合器的第一输出端口333与馈电网络的第一输出端口14相连接；第三宽带3dB/90°定向耦合器的第二输出端口334与馈电网络的第二输出端口15相连接；第四宽带3dB/90°定向耦合器的第一输入端口341与宽带交叉网络的第二输出端口54相连接；第四宽带3dB/90°定向耦合器的第二输入端口342与第二宽带相位补偿器的输出端口422相连接；第四宽带3dB/90°定向耦合器的第一输出端口343 与馈电网络的第三输出端口16相连接；第四宽带3dB/90°定向耦合器的第二输出端口344与馈电网络的第四输出端口17相连接；所采用的连接线为50Ω的微带线。
当信号从馈电网络的第一输入端口11输入时，输入的信号通过宽带等功率分配器6将信号等功率传输到第一宽带3dB/90°定向耦合器31和第二宽带3dB/90°定向耦合器32中。随后，第一宽带3dB/90°定向耦合器31 将信号分配到第一宽带相位补偿器41和宽带交叉网络5中，然后第一宽带相位补偿器41将信号输入到第三宽带3dB/90°定向耦合器33中，宽带交叉网络5将信号输入到第四宽带3dB/90°定向耦合器34中。而第二宽带 3dB/90°定向耦合器32中的信号传输分析与第一宽带3dB/90°定向耦合器 31中的信号传输分析相同。第二宽带3dB/90°定向耦合器32将信号分配到第二宽带相位补偿器42和宽带交叉网络5中，然后第二宽带相位补偿器 42将信号输入到第四宽带3dB/90°定向耦合器34中，宽带交叉网络5将信号输入到第三宽带3dB/90°定向耦合器33中。
最后馈电网络的四个输出端口可以输出等幅度且相位差相等的信号。
当信号从馈电网络的第二输入端口12输入时，信号通过第一宽带 3dB/90°定向耦合器31将信号等功率且相位差为-90°信号分别输入到第一宽带相位补偿器41和宽带交叉网络5，然后一路信号通过第一宽带相位补偿器输入到第三宽带3dB/90°定向耦合器33中，另外一路信号通过宽带交叉网络5输入到第四宽带3dB/90°定向耦合器34中，最后馈电网络的四个输出端口可以输出等幅度且相邻输出端口的相位差为+90°。
当信号从馈电网络的第三输入端口13输入时，分析与馈电网络的第二输入端口12相同，只是输出信号的相位差为-90°。信号通过第二宽带 3dB/90°定向耦合器32将信号等功率且相位差为+90°信号分别输入到第二宽带相位补偿器42和宽带交叉网络5，然后一路信号通过第二宽带相位补偿器输入到第四宽带3dB/90°定向耦合器34中，另外一路信号通过宽带交叉网络5输入到第三宽带3dB/90°定向耦合器33中，最后馈电网络的四个输出端口可以输出等幅度且相邻输出端口的相位差为-90°。
参见图8所示，显示了本实用新型的一种宽带的3×4巴特勒矩阵馈电网络当从馈电网络的第一输入端口11馈电时的仿真结果。从仿真结果可以看到，在2GHz-4GHz范围内，各个输出端口基本上等功率输出。
参见图9所示，显示了本实用新型的一种宽带的3×4巴特勒矩阵馈电网络当从馈电网络的第二输入端口12馈电时的仿真结果。从仿真结果可以看到，在2GHz-4GHz范围内，各个输出端口基本上等功率输出。
参见图10所示，显示了本实用新型的一种宽带的3×4巴特勒矩阵馈电网络当各个输入端口输入信号时，相邻输出端口的相位差。从仿真结果可以看到，在2GHz-4GHz范围内，各个输出端口之间的相位差基本稳定。当从馈电网络的第一输入端口11输入信号时，输出端口的相位差为0°，图中P1所示；当从馈电网络的第二输入端口12输入信号时，输出端口的相位差为+90°，图中P2所示；当从馈电网络的第三输入端口13输入信号时，输出端口的相位差为-90°，图中P3所示。特性很好的符合巴特勒矩阵的特性，且与传统的巴特勒相位分布不一样。工作带宽也达到2GHz-4GHz，一个倍频范围。图中P4-P5代表馈电网络第一输出端口14的信号减去馈电网络的第二输出端口15的信号。图中P5-P6代表馈电网络第二输出端口15的信号减去馈电网络的第三输出端口15的信号。图中P6-P7代表馈电网络第三输出端口15的信号减去馈电网络的第四输出端口17的信号。
上述实施例为本实用新型较佳的实施方式，但本实用新型的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种宽带的3×4巴特勒矩阵馈电网络，其特征在于，所述的馈电网络包括由下至上层叠设置的第一介质板(22)、第二介质板(23)、第三介质板(24)，所述的第一介质板(22)下表面设置有第一接地板(20)，所述的第三介质板上表面设置有第二接地板(21)，所述的第三介质板(24)和第二介质板(23)之间设置有上层微带线(26)，所述的第一介质板(22)与第二介质板(23)之间设置有下层微带线(25)；
所述的馈电网络还包括由上层微带线(26)和下层微带线(25)组成的第一宽带3dB/90°定向耦合器(31)、第二宽带3dB/90°定向耦合器(32)、第三宽带3dB/90°定向耦合器(33)、第四宽带3dB/90°定向耦合器(34)，由第二接地板(21)和上层微带线(26)组成的馈电网络的第一输入端口(11)、馈电网络的第二输入端口(12)，由第一接地板(20)和下层微带线(25)组成的馈电网络的第三输入端口(13)，由第二接地板(21)和上层微带线(26)组成的馈电网络的第一输出端口(14)、馈电网络的第三输出端口(16)，由第一接地板(20)和下层微带线(25)组成的馈电网络的第二输出端口(15)、馈电网络的第四输出端口(17)，由上层微带线(26)和下层微带线(25)组成的宽带交叉网络(5)，由上层微带线(26)和下层微带线(25)组成的第一宽带相位补偿器(41)、第二宽带相位补偿器(42)，由上层微带线(26)和下层微带线(25)组成的宽带等功率分配器(6)；
所述的馈电网络的第一输入端口(11)与宽带等功率分配器的第一输入端口(61)相连接，所述的宽带等功率分配器的第一输出端口(62)与第一宽带3dB/90°定向耦合器的第二输入端口(312)相连接，所述的宽带等功率分配器的第二输出端口(63)与第二宽带3dB/90°定向耦合器的第一输入端口(321)相连接，所述的馈电网络的第二输入端口(12)与第一宽带3dB/90°定向耦合器的第一输入端口(311)相连接，所述的馈电网络的第三输入端口(13)与第二宽带3dB/90°定向耦合器的第二输入端口(322)相连接，所述的第一宽带3dB/90°定向耦合器的第一输出端口(313)与第一宽带相位补偿器的输入端口(411)相连接，所述的第一宽带3dB/90°定向耦合器的第二输出端口(314)与宽带交叉网络的第一输入端口(51)相连接，所述的第二宽带3dB/90°定向耦合器的第二输出端口(324)与第二宽带相位补偿器的输入端口(421)相连接，所述的第二宽带3dB/90°定向耦合器的第一输出端口(323)与宽带交叉网络的第二输入端口(52)相连接，所述的第三宽带3dB/90°定向耦合器的第一输入端口(331)与第一宽带相位补偿器的输出端口(412)相连接，所述的第三宽带3dB/90°定向耦合器的第二输入端口(332)与宽带交叉网络的第一输出端口(53)相连接，所述的第三宽带3dB/90°定向耦合器的第一输出端口(333)与馈电网络的第一输出端口(14)相连接，所述的第三宽带3dB/90°定向耦合器的第二输出端口(334)与馈电网络的第二输出端口(15)相连接，所述的第四宽带3dB/90°定向耦合器的第一输入端口(341)与宽带交叉网络的第二输出端口(54)相连接，所述的第四宽带3dB/90°定向耦合器的第二输入端口(342)与第二宽带相位补偿器的输出端口(422)相连接，所述的第四宽带3dB/90°定向耦合器的第一输出端口(343)与馈电网络的第三输出端口(16)相连接，所述的第四宽带3dB/90°定向耦合器的第二输出端口(344)与馈电网络的第四输出端口(17)相连接。
2.根据权利要求1所述的一种宽带的3×4巴特勒矩阵馈电网络，其特征在于，当信号从馈电网络的第一输入端口(11)输入时，输入的信号通过宽带等功率分配器(6)将信号等功率传输到第一宽带3dB/90°定向耦合器(31)和第二宽带3dB/90°定向耦合器(32)中，随后第一宽带3dB/90°定向耦合器(31)将信号分配到第一宽带相位补偿器(41)和宽带交叉网络(5)中，然后第一宽带相位补偿器(41)将信号输入到第三宽带3dB/90°定向耦合器(33)中，宽带交叉网络(5)将信号输入到第四宽带3dB/90°定向耦合器(34)中；
同时，第二宽带3dB/90°定向耦合器(32)将信号分配到第二宽带相位补偿器(42)和宽带交叉网络(5)中，然后第二宽带相位补偿器(42)将信号输入到第四宽带3dB/90°定向耦合器(34)中，宽带交叉网络(5)将信号输入到第三宽带3dB/90°定向耦合器(33)中；
最后馈电网络的四个输出端口输出等幅度且相位差相等的信号。
3.根据权利要求1所述的一种宽带的3×4巴特勒矩阵馈电网络，其特征在于，当信号从馈电网络的第二输入端口(12)输入时，信号通过第一宽带3dB/90°定向耦合器(31)将信号等功率且相位差为-90°信号分别输入到第一宽带相位补偿器(41)和宽带交叉网络(5)，然后一路信号通过第一宽带相位补偿器输入到第三宽带3dB/90°定向耦合器(33)中，另外一路信号通过宽带交叉网络(5)输入到第四宽带3dB/90°定向耦合器(34)中，最后馈电网络的四个输出端口输出等幅度且相邻输出端口的相位差为+90°；
当信号从馈电网络的第三输入端口(13)输入时，信号通过第二宽带3dB/90°定向耦合器(32)将信号等功率且相位差为+90°信号分别输入到第二宽带相位补偿器(42)和宽带交叉网络(5)，然后一路信号通过第二宽带相位补偿器输入到第四宽带3dB/90°定向耦合器(34)中，另外一路信号通过宽带交叉网络(5)输入到第三宽带3dB/90°定向耦合器(33)中，最后馈电网络的四个输出端口输出等幅度且相邻输出端口的相位差为-90°。
4.根据权利要求1所述的一种宽带的3×4巴特勒矩阵馈电网络，其特征在于，当信号从第一宽带3dB/90°定向耦合器的第一输入端口(311)输入时，第一宽带3dB/90°定向耦合器的第一输出端口(313)和第一宽带3dB/90°定向耦合器的第二输出端口(314)输出等功率即3dB的信号，且第一宽带3dB/90°定向耦合器的第一输出端口(313)的信号相位与第一宽带3dB/90°定向耦合器的第二输出端口(314)的信号相位的差为-90°；当信号从第一宽带3dB/90°定向耦合器的第二输入端口(312)输入时，第一宽带3dB/90°定向耦合器的第一输出端口(313)和第一宽带3dB/90°定向耦合器的第二输出端口(314)输出等功率即3dB的信号，且第一宽带3dB/90°定向耦合器的第一输出端口(313)的信号相位与第一宽带3dB/90°定向耦合器的第二输出端口(314)的信号相位的差为+90°。
5.根据权利要求1所述的一种宽带的3×4巴特勒矩阵馈电网络，其特征在于，当信号从第二宽带3dB/90°定向耦合器的第一输入端口(321)输入时，第二宽带3dB/90°定向耦合器的第一输出端口(323)和第二宽带3dB/90°定向耦合器的第二输出端口(324)输出等功率即3dB的信号，且第二宽带3dB/90°定向耦合器的第一输出端口(323)的信号相位与第二宽带3dB/90°定向耦合器的第二输出端口(324)的信号相位的差为-90°；当信号从第二宽带3dB/90°定向耦合器的第二输入端口(322)输入时，第二宽带3dB/90°定向耦合器的第一输出端口(323)和第二宽带3dB/90°定向耦合器的第二输出端口(324)输出等功率即3dB的信号，且第二宽带3dB/90°定向耦合器的第一输出端口(323)的信号相位与第二宽带3dB/90°定向耦合器的第二输出端口(324)的信号相位的差为+90°。
6.根据权利要求1所述的一种宽带的3×4巴特勒矩阵馈电网络，其特征在于，当信号从第三宽带3dB/90°定向耦合器的第一输入端口(331)输入时，第三宽带3dB/90°定向耦合器的第一输出端口(333)和第三宽带3dB/90°定向耦合器的第二输出端口(334)输出等功率即3dB的信号，且第三宽带3dB/90°定向耦合器的第一输出端口(333)的信号相位与第三宽带3dB/90°定向耦合器的第二输出端口(334)的信号相位的差为-90°；当信号从第三宽带3dB/90°定向耦合器的第二输入端口(332)输入时，第三宽带3dB/90°定向耦合器的第一输出端口(333)和第三宽带3dB/90°定向耦合器的第二输出端口(334)输出等功率即3dB的信号，且第三宽带3dB/90°定向耦合器的第一输出端口(333)的信号相位与第三宽带3dB/90°定向耦合器的第二输出端口(334)的信号相位的差为+90°。
7.根据权利要求1所述的一种宽带的3×4巴特勒矩阵馈电网络，其特征在于，当信号从第四宽带3dB/90°定向耦合器的第一输入端口(341)输入时，第四宽带3dB/90°定向耦合器的第一输出端口(343)和第四宽带3dB/90°定向耦合器的第二输出端口(344)输出等功率即3dB的信号，且第四宽带3dB/90°定向耦合器的第一输出端口(343)的信号相位与第四宽带3dB/90°定向耦合器的第二输出端口(344)的信号相位的差为-90°；当信号从第四宽带3dB/90°定向耦合器的第二输入端口(342)输入时，第四宽带3dB/90°定向耦合器的第一输出端口(343)和第四宽带3dB/90°定向耦合器的第二输出端口(344)输出等功率即3dB的信号，且第四宽带3dB/90°定向耦合器的第一输出端口(343)的信号相位与第四宽带3dB/90°定向耦合器的第二输出端口(344)的信号相位的差为+90°。
8.根据权利要求1所述的一种宽带的3×4巴特勒矩阵馈电网络，其特征在于，当信号从第一宽带相位补偿器的输入端口(411)输入信号时，第一宽带相位补偿器的输出端口(412)无损耗输出且带有-90°的相移，并且所实现的功能在宽带的范围内保持稳定；当信号从第二宽带相位补偿器的输入端口(421)输入信号时，第二宽带相位补偿器的输出端口(422)无损耗输出且带有-90°的相移，并且所实现的功能在宽带的范围内保持稳定。
9.根据权利要求1所述的一种宽带的3×4巴特勒矩阵馈电网络，其特征在于，当信号从宽带交叉网络的第一输入端口(51)输入时，信号会从宽带交叉网络的第二输出端口(54)无损耗的输出信号，该宽带交叉网络的第一输入端口(51)用于将信号从上层微带线(26)无损耗传输到下层微带线(25)，所实现的功能可以在宽带的范围内保持稳定；
当信号从宽带交叉网络的第二输入端口(52)输入时，信号会从宽带交叉网络的第一输出端口(53)无损耗的输出信号，该宽带交叉网络的第二输入端口(52)用于将信号从下层微带线(25)无损耗传输到上层微带线(26)，所实现的功能可以在宽带的范围内保持稳定。
10.根据权利要求1所述的一种宽带的3×4巴特勒矩阵馈电网络，其特征在于，当信号从宽带等功率分配器的第一输入端口(61)输入时，宽带等功率分配器的第一输出端口(62)和宽带等功率分配器的第二输出端口(63)输出幅度相等的信号，该宽带等功率分配器(6)用于将信号等功率平分的输入到上层微带线(26)和下层微带线(25)，且所实现的功能可以在宽带的范围内保持稳定。
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| CN113097721A (zh) * | 2021-03-30 | 2021-07-09 | 华南理工大学 | 一种相位差频变的宽带巴特勒矩阵馈电网络 |
| CN113097721B (zh) * | 2021-03-30 | 2022-03-29 | 华南理工大学 | 一种相位差频变的宽带巴特勒矩阵馈电网络 |
| CN115458891A (zh) * | 2022-09-01 | 2022-12-09 | 成都众志天成科技有限公司 | 一种平面微带和差网络 |
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