[发明专利]一种基于矩形波导的大功率二阶及N阶Butler矩阵

说明书

本发明提供了一种基于矩形波导的大功率二阶及N阶Butler矩阵，属于无源相控阵雷达技术领域。本发明采用有别于传统平面微带线的微波传输线方式——矩形波导，矩形波导具有损耗更低，承受功率更高的优势，本发明基于矩形波导设计的铁氧体差相移段构成固定移相器使得输出信号在工作频带内有较平坦的相位差值及较低的损耗，有利于应用于大功率波束成形场合；另外本发明Butler矩阵设计中通过三端口矩形波导功分器和90°矩形波导铁氧体差相移对组合形成的三端口器件取代了输入端所使用的常规的3dB耦合电桥，通过这一改进，在系统中融入了开关选择的特性，使得信号的输入端口数量减半，精简了波束成形系统中Butler矩阵前级开关的级数。

技术领域

本发明属于无源相控阵雷达技术领域，特别涉及一种基于矩形波导的大功率二阶及N阶 Butler矩阵。

背景技术

智能天线是一种具有测向和波束成形能力的天线阵列，起初被广泛应用于雷达、声呐及军事通信等领域。智能天线是能够根据自身所处的电磁环境来调节或选择自身参数，从而使通信状态保持最佳的一种天线技术。根据其工作原理可分为如下两类：多波束智能天线及自适应智能天线。相较而言，自适应智能天线具有更优的性能，但因其存在系统算法复杂、暂态反应速度慢以及成本高等不足，其在实际中的广泛应用仍需假以时日。而多波束智能天线中作为多波束阵列形成网络的一种普遍的实现方式——Butler矩阵，因其网络结构简单、成本低、容易在微波射频端实现等优势，使其在移动通信、雷达及声纳领域极具发展前景且备受研究人员关注。

由于Butler矩阵需要在整个工作频段上具有恒定相移的移相器，固定移相器的实现方式尤为重要，一般而言，在微带传输线构成的平面Butler矩阵中固定移相器的实现方式通常是采用一段特定长度的微带传输线来形成具有特定相移度的移相段。虽然上述实现方式简单且成本低廉，但是由于微带线的电长度与频率有关，因而，在工作频段内很难具有较为平坦的相移，并且上述实现方式构成Butler矩阵的输出信号难以在较宽的频带范围内具有恒定的相位差；另外，微带传输线构成的Butler矩阵难以应用在高峰值功率及高平均功率的波束成形场合，比如：采用较短波长(C波段、X波段、Ku波段及毫米波波段)的集中式大功率发射机或若干部大功率发射机的无源相控阵雷达的场合。因此，如何采用合适的物理实现方式构建 Butler矩阵，使得其能够承受更大功率成为本领域技术人员想要解决的技术问题。

综上所述，亟需一种能够克服上述技术问题且具有更优异性能的Butler矩阵。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种基于矩形波导的大功率二阶及N阶Butler 矩阵。本发明采用有别于传统平面微带线的微波传输线方式——矩形波导，矩形波导具有损耗更低，承受功率更高的优势，本发明基于矩形波导设计的铁氧体差相移段构成固定移相器使得输出信号在工作频带内有较平坦的相位差值及较低的损耗，有利于应用于大功率波束成形场合；另外本发明Butler矩阵设计中通过三端口矩形波导功分器和90°矩形波导铁氧体差相移对组合形成的三端口器件取代常规的3dB耦合电桥，基于这一技术手段，融入了开关选择的特性，使得信号的输入端口数量减半，精简了波束成形系统中Butler矩阵前级开关的级数。

为了实现上述目的，本发明提供了一种基于矩形波导的大功率Butler矩阵的技术方案，具体如下：

技术方案一：

一种基于矩形波导的大功率二阶Butler矩阵，其特征在于，包括一个三端口矩形波导功分器与一个90°矩形波导铁氧体差相移对形成的三端口器件；所述90°矩形波导铁氧体差相移对由两支等长的矩形波导铁氧体差相移段相互平行且隔离设置；所述矩形波导铁氧体差相移段是由内部设置有通过外部直流偏置磁场磁化的铁氧体条形成的非互易器件。

技术方案二：

一种基于矩形波导的大功率N阶Butler矩阵，其特征在于，包括：