[实用新型]一种紧凑型16×16 Butler矩阵多波束馈电网络

说明书

本实用新型公开了一种紧凑型16×16 Butler矩阵多波束馈电网络，其改进之处在于：含有8个4×4子阵，子阵之间通过2×11.25°移相器、6×11.25°移相器和参考线连接，每个子阵含有4个3dB/90°耦合器和2个移相器，并包括4个输入或输出端口。本实用新型所公开的紧凑型16×16 Butler矩阵多波束馈电网络，对传统16×16 Butler矩阵多波束馈电网络进行重新布局，将相同结构部分进行组合，使之只需4个交叉耦合结构且总元件数只有60个；同时为保证较好的传输性能，所有元件都采用了宽频带结构。其设计难度低、简单对称且可在单层基板上实现。

技术领域

本实用新型属于无线通信领域，特别涉及该领域中的一种天线阵列的紧凑型16×16 Butler矩阵多波束馈电网络。

背景技术

随着用户对无线通信需求的不断增长及通信质量的提高，无线信号发生设备必须能产生多个扫描波束，在保证高质量信号传输的同时，能快速准确地实现对多个终端目标进行定位和跟踪。因此，这要求天线系统能够产生尽量多的扫描波束。

基于电路结构的多波束馈电网络具有设计灵活和结构紧凑等特点，在卫星通信和地面无线通信的基站和终端系统中得到了广泛的应用。其中，最有代表性的是Butler矩阵，如4×4和8×8Butler 矩阵已经有大量的应用和研究。然而，对于更高阶的Butler矩阵，如16×16 Butler矩阵，却鲜有报道和研究，这主要是由于一般的16×16 Butler矩阵有大量的交叉结构和过于复杂庞大的结构，使得要设计出在结构和性能上实用性和可行性较强的16×16 Butler矩阵变得尤为困难。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题就是提供一种易加工、剖面低、结构简单紧凑、重量轻、损耗低、扫描范围大、可产生一维和二维扫描相位差的16×16 Butler矩阵多波束馈电网络。

本实用新型采用如下技术方案：

一种紧凑型16×16 Butler矩阵多波束馈电网络，其改进之处在于：含有8个4×4子阵，子阵之间通过2×11.25°移相器、6×11.25°移相器和参考线连接，每个子阵含有4个3dB/90°耦合器和2个移相器，并包括4个输入或输出端口，含有输入端口的子阵分别采用1×11.25°移相器、3×11.25°移相器、5×11.25°移相器和7×11.25°移相器，含有输出端口的子阵皆采用4×11.25°移相器，输入端口与输出端口呈对角分布，输入端口用于输入微波射频信号，输出端口可直接通过同轴线与阵列天线连接，用于对阵列天线单元馈电，输入端口所在的子阵都位于纵向，输出端口所在的子阵则都位于横向，在横向子阵和纵向子阵的连接处存在4个交叉结构。

进一步的，3dB/90°耦合器是在圆环形3dB/90°耦合器的基础上，在每个端口处串联一个半波长的传输线和并联一个半波长的开路枝节。

进一步的，半波长的传输线特征阻抗为87欧姆，半波长的开路枝节特征阻抗为65欧姆，圆环形3dB/90°耦合器中1/4圆弧的特征阻抗分别为55欧姆和37欧姆。

进一步的，移相器的参考结构由一个传输线分别并联一个开路枝节和一个带接地通孔的短路枝节组成。

进一步的，开路枝节的特征阻抗为66欧姆、电长度为20°；短路枝节的特征阻抗为70欧姆、电长度为58°。

进一步的，所述的交叉结构包括交叉耦合器及其交叉传输端口0°参考移相结构。