[发明专利]频率可调的巴特勒矩阵

说明书

技术领域

本发明属于微波无源器件技术领域，特别涉及一种微波无源器件中的巴特勒矩阵(butler matrices)。

背景技术

软件无线电和其升级概念认知无线电是近年来移动通讯领域里的热门技术。利用此类无技术，能够灵活有效地管理频谱资源，极大地提高频谱利用率，降低工作频率接近系统之间的互扰。软件无线电和认知无线电要求其硬件系统具备可重构性，即依靠电或其他激励手段，能够改变电路的工作特性。

另一方面，移动通信的迅速发展使得传统的多址方式，如CDMA、FDMA、TDMA等，已不能满足日益增长的扩容需要。多波束天线通过波束成形网络产生多个不同指向的波束，用以覆盖整个用户区，从而实现提高信道容量、降低干扰、降低发射功耗等目标。波束成形网络一般可以分为两大类：电路类(又叫网络类)和准光透镜类。巴特勒矩阵是目前使用最为广泛的电路类波束成形网络。如上所述，无线移动通信技术的发展对传统巴特勒矩阵也提出了一些新的设计要求，如工作频率可调。

4×4巴特勒矩阵是一个八端口器件，有四个输入端口和四个输出端口。从任一输入端口输入信号，在四个输出端口同时产生幅度相等、相位差为-135°、-45°、135°或45°的输出信号，输入端口之间保持良好的隔离。传统4×4巴特勒矩阵由四个定向耦合器和移相器构成，一旦设计完成，其工作频率就已固定，不可改变；其工作带宽受定向耦合器工作带宽的限制，一般较窄，难以满足覆盖多个射频无线系统的要求。

发明内容

本发明的目的是为了实现频率可调的巴特勒矩阵，以满足新一代通信系统对电路重构化、多功能集成化的迫切需求。

本发明的技术方案是：一种频率可调的巴特勒矩阵，包括从上往下依次层叠的金属覆铜上层、介质层、金属覆铜下层，其特征在于，所述金属覆铜上层包括分布在四个方位上的四组频率可调定向耦合器、呈对角线分布在两个方位上的两组宽带移相器和两组连接线，按照顺时针方向第一组频率可调定向耦合器与第一组宽带移相器、第二组频率可调定向耦合器、第一组连接线、第三组频率可调定向耦合器、第二组宽带移相器、第四组频率可调定向耦合器和第二组连接线依次两两串联构成一闭合环。

上述频率可调定向耦合器包括两组主支线、两组副支线、四组耦合器馈线、共点、四组变容管、电感、接地片，所述主支线、副支线弯曲，围成封闭的二十边形，二十边形的九十度弯曲处的内侧和外侧倒直角，二十边形内部中心处有近似圆形的共点，所述主支线与副支线的四个交点处分别与四组耦合器馈线相连，所述主支线、副支线四个中点位置和共点之间有四个变容管，所述共点通过电感与接地片相连，所述接地片经过金属化接地孔贯穿了介质层与金属覆铜下层相连。

上述宽带移相器包括有两组平行的耦合线和与耦合线垂直的两组移相器馈线，所述两组耦合线之间有一条缝，所述两组耦合线的一端直接相连，另一端与移相器馈线相连，所述两组耦合线分别与两组移相器馈线呈九十度弯曲相连，弯曲连接处外侧倒直角。

上述连接线弯曲成具有多个直角拐弯的曲折线，在直角拐弯处的外侧倒直角。

本发明的有益效果：由于本发明的方案采用频率可调定向耦合器来替代传统巴特勒矩阵中采用的固定频率定向耦合器，使巴特勒矩阵具备了频率可调能力；同时，在巴特勒矩阵的设计中引入宽带移相器，使巴特勒矩阵在很宽的工作范围内都满足波束成形要求；再次，该巴特勒矩阵自身具有优良的带外抑制能力，与宽带巴特勒矩阵、多频段巴特勒矩阵相比，在使用时可大大降低临近频率的互扰，降低系统对滤波器的指标要求。

附图说明

图1是本发明的频率可调的巴特勒矩阵的侧视图。

图2是本发明的频率可调的巴特勒矩阵的金属覆铜上层1的结构示意图。

图3是本发明的频率可调的巴特勒矩阵的频率可调定向耦合器11的结构示意图。

图4是本发明的频率可调的巴特勒矩阵的宽带移相器12的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的说明。