[发明专利]一种窗花型巴特勒矩阵及其设计方法

权利要求书

1.一种窗花型巴特勒矩阵，其特征在于：包括腔体(1)，腔体(1)包括内导体和外导体，内导体包括：短路臂以及四个3dB定向耦合器；所述3dB定向耦合器两两之间通过短路臂连接；每个3dB定向耦合器与外导体之间通过短路臂连接；

所述3dB定向耦合器包括四条分支线(1-7)，为相对设置的一对高阻抗分支线和一对低阻抗分支线，定向耦合器(1-6)四个角均引出传输线与短路臂连接；所述短路臂包括并联短路臂(1-1)以及常规短路臂(1-2)；相邻两个定向耦合器(1-6)经传输线与并联短路臂(1-1)连接；定向耦合器(1-6)中位于外侧的两个角引出传输线并分别通过常规短路臂(1-2)连接到外导体；

分支线(1-7)、并联短路臂(1-1)和常规短路臂(1-2)所形成的形状作为窗花型。

2.如权利要求1所述的窗花型巴特勒矩阵，其特征在于：所述并联短路臂(1-1)为常规短路臂(1-2)顺时针或逆时针旋转90度互相连接构成。

3.如权利要求1或2所述的窗花型巴特勒矩阵，其特征在于：定向耦合器的分支线总长度初值为四分之一波长，常规短路臂的长度初值为四分之一波长，并联短路臂长度初值为二分之一波长，分支线、常规短路臂、并联短路臂的阻抗通过优化确定最终阻抗，均分布在5欧姆到200欧姆之间。

4.如权利要求1或2所述的窗花型巴特勒矩阵，其特征在于：所述腔体(1)采用铣削加工工艺获得，所有拐角均为圆角。

5.如权利要求1或2所述的窗花型巴特勒矩阵，其特征在于：还包括上盖板(2)，下盖板(3)以及连接器(4)；上盖板(2)覆盖腔体(1)的上表面；连接器(4)固定至上盖板外侧，用于提供对外接口，内芯焊接至腔体内导体的焊接孔；下盖板(3)覆盖腔体(1)的下表面；腔体(1)与上、下盖板三者通过销钉定位，用紧固螺钉进行装配。

6.如权利要求5所述的窗花型巴特勒矩阵，其特征在于：还包括上调谐螺钉(5)及下调谐螺钉(6)；调节上调谐螺钉(5)及下调谐螺钉(6)进入腔体(1)内部的长度，进而改变窗花型巴特勒矩阵的驻波、幅频和相位特性。

7.一种基于权利要求6所述窗花型巴特勒矩阵的设计方法，其特征在于包括如下步骤：

(1)采用四个完全相同的3dB定向耦合器，其中分支线长度为四分之一波长，波长根据工作带宽的中心频率计算获得；

(2)根据功率分配关系，计算出每个3dB定向耦合器各分支线的阻抗；

(3)建立窗花型巴特勒矩阵的电路模型，设置常规短路臂的长度的初值为1/4波长，阻抗初值为高阻抗分支线阻抗的1/2；并联短路臂长度初值为1/2波长，阻抗初值为常规短路臂阻抗的2倍；以电性能要求为最终目标，对常规短路臂、并联短路臂以及各分支线的长度和阻抗进行优化；

(4)根据最终的优化参数，建立腔体(1)的3D模型；

(5)按照3D模型设计与腔体(1)匹配的上盖板(2)，下盖板(3)，连接器(4)，上调谐螺钉(5)及下调谐螺钉(6)、腔体(1)上与上调谐螺钉(5)、下调谐螺钉(6)、销钉以及紧固螺钉对应的通孔；

(6)按照3D模型加工腔体(1)、加工上盖板(2)，下盖板(3)，连接器(4)，选择上调谐螺钉(5)、下调谐螺钉(6)、销钉以及紧固螺钉。

8.根据权利要求7所述设计方法，其特征在于：采用designer软件建立窗花型巴特勒矩阵的电路模型并进行优化。

9.根据权利要求7所述设计方法，其特征在于：采用HFSS软件建立腔体(1)的3D模型进行全场的精确仿真。