[发明专利]一种高容差性小型化输入Butler矩阵

说明书

技术领域

本发明涉及微波天线领域。

背景技术

随着移动通信和导航技术的快速发展，多波束天线在卫星通信系统中正在扮演着越来越重要的角色。而目前国内外移动通信卫星上使用的基本上都是无源多波束天线，它的馈源是由若干组多通道功率放大器（MPA）提供。这项功率分配合成技术应用在星载功率放大通道设计时主要分成三个部分，分别是输入Butler矩阵、功率模块和输出Butler矩阵。

Jesse Butler和Ralph Lowe于1961年首次提出了Butler矩阵，其作为功率分配/合成器件，和普通常用树状功率分配/合成器不同的是，Butler矩阵同时具备多个输入和输出端口，相关端口间满足一定的相位关系。输入Butler矩阵目前一般是基于平面微带电路工艺来实现，并采用传统3dB支线耦合器为单元电路，其主要缺点一是在L、S频段3dB支线耦合器尺寸很大，由其组成的矩阵尺寸和重量更大，不满足现代电子系统小型化、轻量化的要求，二是受到加工、装配等因素的影响，特别是当矩阵规模较大时，很难做到较高指标，不满足系统中对其要求的高输出幅相一致性、高隔离度的要求。

对于输入Butler矩阵在国内只见有4×4规模的输入Butler矩阵（如图1所示）相关报道，未见8×8规模的平面微带电路结构的输入Butler矩阵的小型化解决方案。

发明内容

本发明的目的是提供一种结构新颖、工艺实现一致性好、可靠性高、输出幅相一致性好、高容差性小型化输入Butler矩阵。

本发明的技术方案是：

一种高容差性小型化输入Butler矩阵，所述输入Butler矩阵为上下和左右对称结构，包括八个输入端、八个输出端、位于水平方向的四个输入3dB电桥，位于垂直方向的四个输出3dB电桥、和四个中间3dB电桥；每个3dB电桥包括四个端口、两个直通臂、两个耦合臂、四个第一终端开路线和四个第二终端开路线；每个直通臂与其相连的耦合臂互相垂直；每个直通臂的两端分别连接一个第一终端开路线，每个直通臂的中间连接一个第二终端开路线，每个耦合臂的中间连接一个第二终端开路线；

每个输入3dB电桥与其附近的两个输入端通过输入微带线相连，并分别通过外部互连微带线与两个中间3dB电桥相连；每个中间3dB电桥分别通过外部互连微带线与两个输入3db电桥相连，并分别通过内部互连微带线与两个输出3dB电桥相连；每个输出3dB电桥分别通过内部互连微带线与两个中间3dB电桥相连，并与其附近的两个输出端通过输出微带线相连；

所述外部互连微带线的长度为工作频段的三倍四分之一波长，所述内部互连微带线的长度为工作频段的四分之一波长。

四个输入3dB电桥的第一直通臂位于第一水平线；四个输入3dB电桥的第二直通臂位于第二水平线；四个输出3dB电桥的第一直通臂位于第一竖直线；四个输出3dB电桥的第二直通臂位于第二竖直线；

第一输入端、第五输入端、第七输入端、第三输入端依次位于第三水平线上，该第三水平线位于第一水平线的上方；第二输入端、第六输入端、第八输入端、第四输入端依次位于第四水平线上，该第四水平线位于第二水平线的下方；

第一中间3dB电桥、第二中间3dB电桥的直通臂平行于第三水平线，并且位于第三水平线的上方；第三中间3dB电桥、第四中间3dB电桥的直通臂平行于第四水平线，并且位于第四水平线的下方；

第一输出端、第二输出端、第六输出端、第五输出端依次位于第三竖直线上，该第三竖直线位于第一竖直线的左边；第三输出端、第四输出端、第八输出端和第七输出端依次位于第四竖直线上，该第四竖直线位于第二竖直线的右边。

每个输入端或输出端通过射频连接器输入或者输出信号；射频连接器采用与基板垂直的方式与输入微带线或者输出微带线互联。

每个输入端或者输出端设计成同轴转微带过渡。

本发明与现有技术相比的优点在于：