專利名稱：頻率可調(diào)的巴特勒矩陣的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
頻率可調(diào)的巴特勒矩陣技術(shù)領(lǐng)域[0001]本實(shí)用新型屬于微波無(wú)源器件技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種微波無(wú)源器件中的巴特勒矢巨陣(butler matrices)。
背景技術(shù)：
[0002]軟件無(wú)線電和其升級(jí)概念認(rèn)知無(wú)線電是近年來(lái)移動(dòng)通訊領(lǐng)域里的熱門技術(shù)。利用此類無(wú)技術(shù)，能夠靈活有效地管理頻譜資源，極大地提高頻譜利用率，降低工作頻率接近系統(tǒng)之間的互擾。軟件無(wú)線電和認(rèn)知無(wú)線電要求其硬件系統(tǒng)具備可重構(gòu)性，即依靠電或其他激勵(lì)手段，能夠改變電路的工作特性。[0003]另一方面，移動(dòng)通信的迅速發(fā)展使得傳統(tǒng)的多址方式，如CDMA、FDMA、TDMA等，已不能滿足日益增長(zhǎng)的擴(kuò)容需要。多波束天線通過(guò)波束成形網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生多個(gè)不同指向的波束， 用以覆蓋整個(gè)用戶區(qū)，從而實(shí)現(xiàn)提高信道容量、降低干擾、降低發(fā)射功耗等目標(biāo)。波束成形網(wǎng)絡(luò)一般可以分為兩大類電路類(又叫網(wǎng)絡(luò)類)和準(zhǔn)光透鏡類。巴特勒矩陣是目前使用最為廣泛的電路類波束成形網(wǎng)絡(luò)。如上所述，無(wú)線移動(dòng)通信技術(shù)的發(fā)展對(duì)傳統(tǒng)巴特勒矩陣也提出了一些新的設(shè)計(jì)要求，如工作頻率可調(diào)。[0004]4X4巴特勒矩陣是一個(gè)八端口器件，有四個(gè)輸入端口和四個(gè)輸出端口。從任一輸入端口輸入信號(hào)，在四個(gè)輸出端口同時(shí)產(chǎn)生幅度相等、相位差為-135°、-45°、135°或 45°的輸出信號(hào)，輸入端口之間保持良好的隔離。傳統(tǒng)4X4巴特勒矩陣由四個(gè)定向耦合器和移相器構(gòu)成，一旦設(shè)計(jì)完成，其工作頻率就已固定，不可改變；其工作帶寬受定向耦合器工作帶寬的限制，一般較窄，難以滿足覆蓋多個(gè)射頻無(wú)線系統(tǒng)的要求。實(shí)用新型內(nèi)容[0005]本實(shí)用新型的目的是為了實(shí)現(xiàn)頻率可調(diào)的巴特勒矩陣，以滿足新一代通信系統(tǒng)對(duì)電路重構(gòu)化、多功能集成化的迫切需求。[0006]本實(shí)用新型的技術(shù)方案是一種頻率可調(diào)的巴特勒矩陣，包括從上往下依次層疊的金屬覆銅上層、介質(zhì)層、金屬覆銅下層，其特征在于，所述金屬覆銅上層包括分布在四個(gè)方位上的四組頻率可調(diào)定向耦合器、呈對(duì)角線分布在兩個(gè)方位上的兩組寬帶移相器和兩組連接線，按照順時(shí)針?lè)较虻谝唤M頻率可調(diào)定向耦合器與第一組寬帶移相器、第二組頻率可調(diào)定向耦合器、第一組連接線、第三組頻率可調(diào)定向耦合器、第二組寬帶移相器、第四組頻率可調(diào)定向耦合器和第二組連接線依次兩兩串聯(lián)構(gòu)成一閉合環(huán)。[0007]上述頻率可調(diào)定向耦合器包括兩組主支線、兩組副支線、四組耦合器饋線、共點(diǎn)、 四組變?nèi)莨?、電感、接地片，所述主支線、副支線彎曲，圍成封閉的二十邊形，二十邊形的九十度彎曲處的內(nèi)側(cè)和外側(cè)倒直角，二十邊形內(nèi)部中心處有近似圓形的共點(diǎn)，所述主支線與副支線的四個(gè)交點(diǎn)處分別與四組耦合器饋線相連，所述主支線、副支線四個(gè)中點(diǎn)位置和共點(diǎn)之間有四個(gè)變?nèi)莨埽龉颤c(diǎn)通過(guò)電感與接地片相連，所述接地片經(jīng)過(guò)金屬化接地孔貫穿了介質(zhì)層與金屬覆銅下層相連。[0008]上述寬帶移相器包括有兩組平行的耦合線和與耦合線垂直的兩組移相器饋線，所述兩組耦合線之間有一條縫，所述兩組耦合線的一端直接相連，另一端與移相器饋線相連， 所述兩組耦合線分別與兩組移相器饋線呈九十度彎曲相連，彎曲連接處外側(cè)倒直角。[0009]上述連接線彎曲成具有多個(gè)直角拐彎的曲折線，在直角拐彎處的外側(cè)倒直角。[0010]本實(shí)用新型的有益效果由于本實(shí)用新型的方案采用頻率可調(diào)定向耦合器來(lái)替代傳統(tǒng)巴特勒矩陣中采用的固定頻率定向耦合器，使巴特勒矩陣具備了頻率可調(diào)能力；同時(shí)， 在巴特勒矩陣的設(shè)計(jì)中引入寬帶移相器，使巴特勒矩陣在很寬的工作范圍內(nèi)都滿足波束成形要求；再次，該巴特勒矩陣自身具有優(yōu)良的帶外抑制能力，與寬帶巴特勒矩陣、多頻段巴特勒矩陣相比，在使用時(shí)可大大降低臨近頻率的互擾，降低系統(tǒng)對(duì)濾波器的指標(biāo)要求。


[0011]圖1是本實(shí)用新型的頻率可調(diào)的巴特勒矩陣的側(cè)視圖。[0012]圖2是本實(shí)用新型的頻率可調(diào)的巴特勒矩陣的金屬覆銅上層1的結(jié)構(gòu)示意圖。[0013]圖3是本實(shí)用新型的頻率可調(diào)的巴特勒矩陣的頻率可調(diào)定向耦合器11的結(jié)構(gòu)示意圖。[0014]圖4是本實(shí)用新型的頻率可調(diào)的巴特勒矩陣的寬帶移相器12的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
[0015]
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步的說(shuō)明。[0016]如圖1、圖2、圖3、圖4所示，一種頻率可調(diào)的巴特勒矩陣，包括從上往下依次層疊的金屬覆銅上層1、介質(zhì)層3、金屬覆銅下層2，為了形成本實(shí)施例的定向耦合器，通過(guò)印制電路板制造工藝對(duì)金屬覆銅上層1進(jìn)行加工形成所需的金屬圖案(電路結(jié)構(gòu))，金屬覆銅下層2未作處理，該金屬圖案中各部分之間通過(guò)虛擬的虛線進(jìn)行劃分，所述金屬覆銅上層1包括分布在四個(gè)方位上的四組頻率可調(diào)定向耦合器11、呈對(duì)角線分布在兩個(gè)方位上的兩組寬帶移相器12和兩組連接線13，按照順時(shí)針?lè)较虻谝唤M頻率可調(diào)定向耦合器11與第一組寬帶移相器12、第二組頻率可調(diào)定向耦合器11、第一組連接線13、第三組頻率可調(diào)定向耦合器11、第二組寬帶移相器12、第四組頻率可調(diào)定向耦合器11和第二組連接線13依次兩兩串聯(lián)構(gòu)成一閉合環(huán)。[0017]上述頻率可調(diào)定向耦合器11包括兩組主支線111、兩組副支線112、四組耦合器饋線113、共點(diǎn)114、四組變?nèi)莨?15、電感116、接地片117，所述主支線111、副支線112彎曲， 圍成封閉的二十邊形，二十邊形的90度彎曲處的內(nèi)側(cè)和外側(cè)倒直角，二十邊形內(nèi)部中心處有近似圓形的共點(diǎn)114，所述主支線111與副支線112的四個(gè)交點(diǎn)處分別與四組耦合器饋線 113相連，所述主支線111、副支線112四個(gè)中點(diǎn)位置和共點(diǎn)114之間有四個(gè)變?nèi)莨?15，所述共點(diǎn)114通過(guò)電感116與接地片117相連，所述接地片117經(jīng)過(guò)金屬化接地孔31貫穿了介質(zhì)層3與金屬覆銅下層2相連。[0018]上述寬帶移相器12包括有兩組平行的耦合線121和與耦合線121垂直的兩組移相器饋線123，所述兩組耦合線121之間有一條縫122，所述兩組耦合線121的一端直接相連，另一端與移相器饋線123相連，所述兩組耦合線121分別與兩組移相器饋線123呈九十度彎曲相連，彎曲連接處外側(cè)倒直角。[0019]上述連接線13彎曲成具有多個(gè)直角拐彎的曲折線，在直角拐彎處的外側(cè)倒直角。該巴特勒矩陣的頻率可調(diào)能力來(lái)自于頻率可調(diào)定向耦合器11，該結(jié)構(gòu)的頻率可調(diào)能力來(lái)自變?nèi)莨?15，所述變?nèi)莨?15可以改變主支線111、副支線112的電長(zhǎng)度，從而改變定向耦合器的工作頻率。所述頻率可調(diào)定向耦合器11可以利用奇偶模法進(jìn)行分析和設(shè)計(jì)， 獲得以下設(shè)計(jì)準(zhǔn)則主支線111和副支線112的特征阻抗分別為35. 36歐姆和50歐姆，主支線111和副支線112的長(zhǎng)度根據(jù)選用的變?nèi)莨?15容值變化范圍和需要的工作頻率可調(diào)范圍來(lái)確定。所述頻率可調(diào)定向耦合器11的可調(diào)范圍較寬，普通移相器無(wú)法支持如此大的工作頻帶范圍，因此采用寬帶移相器12和連接線13來(lái)實(shí)現(xiàn)較寬范圍內(nèi)的恒定移相量，寬帶移相器12中耦合線121的長(zhǎng)度和寬度、縫122的長(zhǎng)度和寬度可調(diào)整以優(yōu)化移相性能。金屬覆銅上層1上的四組頻率可調(diào)定向耦合器11中的八根耦合器饋線113分別引出輸入端口 a、輸入端口 b、輸入端口 C、輸入端口 d、輸出端口 e、輸出端口 f、輸出端口 g、 輸出端口 h。作為一個(gè)實(shí)例，一個(gè)頻率可調(diào)的巴特勒矩陣被設(shè)計(jì)、加工、實(shí)驗(yàn)。選用的介質(zhì)基片介電常數(shù)為3. 5，厚度0. 5mm，損耗角正切為0. 0018。測(cè)試結(jié)果表明，基于SWV1405變?nèi)莨埽?巴特勒矩陣中心頻率的調(diào)節(jié)范圍可覆蓋UMTS上行(1. 92 1. 98GHz)，UMTS下行(2. 11 2. 17GHz)，WiFi (2. 4 2. 48GHz)，和 WiMax (2. 3 2. 4GHz、2. 5 2. 7GHz)等頻率范圍。在不同偏置電壓下，四個(gè)輸出端口(端口 e、端口 f、端口 g、端口 h)之間幅度不均衡度小于 2dB，回波損耗優(yōu)于15dB，隔離度優(yōu)于17dB，插入損耗低于2. 2dB，且具有較好的相位分布。 對(duì)此頻率可調(diào)的巴特勒矩陣饋電的多波束天線性能進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)其對(duì)頻間互擾具有很好的抑制作用，相應(yīng)地降低了整個(gè)系統(tǒng)對(duì)濾波器的指標(biāo)要求。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將會(huì)意識(shí)到，這里所述的實(shí)施例是為了幫助讀者理解本實(shí)用新型的原理，應(yīng)被理解為本實(shí)用新型的保護(hù)范圍并不局限于這樣的特別陳述和實(shí)施例。 本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以根據(jù)本實(shí)用新型公開的這些技術(shù)啟示做出各種不脫離本實(shí)用新型實(shí)質(zhì)的其它各種具體變形和組合，這些變形和組合仍然在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種頻率可調(diào)的巴特勒矩陣，包括從上往下依次層疊的金屬覆銅上層、介質(zhì)層、金屬覆銅下層，其特征在于，所述金屬覆銅上層包括分布在四個(gè)方位上的四組頻率可調(diào)定向耦合器、呈對(duì)角線分布在兩個(gè)方位上的兩組寬帶移相器和兩組連接線，按照順時(shí)針?lè)较虻谝唤M頻率可調(diào)定向耦合器與第一組寬帶移相器、第二組頻率可調(diào)定向耦合器、第一組連接線、 第三組頻率可調(diào)定向耦合器、第二組寬帶移相器、第四組頻率可調(diào)定向耦合器和第二組連接線依次兩兩串聯(lián)構(gòu)成一閉合環(huán)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種頻率可調(diào)的巴特勒矩陣，其特征在于，上述頻率可調(diào)定向耦合器包括兩組主支線、兩組副支線、四組耦合器饋線、共點(diǎn)、四組變?nèi)莨?、電感、接地片?所述主支線、副支線彎曲，圍成封閉的二十邊形，二十邊形的九十度彎曲處的內(nèi)側(cè)和外側(cè)倒直角，二十邊形內(nèi)部中心處有近似圓形的共點(diǎn)，所述主支線與副支線的四個(gè)交點(diǎn)處分別與四組耦合器饋線相連，所述主支線、副支線四個(gè)中點(diǎn)位置和共點(diǎn)之間有四個(gè)變?nèi)莨?，所述共點(diǎn)通過(guò)電感與接地片相連，所述接地片經(jīng)過(guò)金屬化接地孔貫穿了介質(zhì)層與金屬覆銅下層相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種頻率可調(diào)的巴特勒矩陣，其特征在于，上述寬帶移相器包括有兩組平行的耦合線和與耦合線垂直的兩組移相器饋線，所述兩組耦合線之間有一條縫，所述兩組耦合線的一端直接相連，另一端與移相器饋線相連，所述兩組耦合線分別與兩組移相器饋線呈九十度彎曲相連，彎曲連接處外側(cè)倒直角。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種頻率可調(diào)的巴特勒矩陣，其特征在于，上述連接線彎曲成具有多個(gè)直角拐彎的曲折線，在直角拐彎處的外側(cè)倒直角。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種頻率可調(diào)的巴特勒矩陣，包括從上往下依次層疊的金屬覆銅上層、介質(zhì)層、金屬覆銅下層，其特征在于，所述金屬覆銅上層包括分布在四個(gè)方位上的四組頻率可調(diào)定向耦合器、呈對(duì)角線分布在兩個(gè)方位上的兩組寬帶移相器和兩組連接線，按照順時(shí)針?lè)较虻谝唤M頻率可調(diào)定向耦合器與第一組寬帶移相器、第二組頻率可調(diào)定向耦合器、第一組連接線、第三組頻率可調(diào)定向耦合器、第二組寬帶移相器、第四組頻率可調(diào)定向耦合器和第二組連接線依次兩兩串聯(lián)構(gòu)成一閉合環(huán)。本實(shí)用新型的有益效果由于本實(shí)用新型的方案采用頻率可調(diào)定向耦合器來(lái)替代傳統(tǒng)巴特勒矩陣中采用的固定頻率定向耦合器，使巴特勒矩陣具備了頻率可調(diào)能力。
文檔編號(hào)H01Q3/40GK202275950SQ20112041527
公開日2012年6月13日 申請(qǐng)日期2011年10月27日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月27日
發(fā)明者樊勇, 程鈺間 申請(qǐng)人:電子科技大學(xué)