專利名稱：一種用于波束成形網(wǎng)絡(luò)的Butler矩陣的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種用于波束成形網(wǎng)絡(luò)的Butler矩陣。
背景技術(shù)：
波束成形是天線技術(shù)與數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)的結(jié)合，目的用于定向信號(hào)傳輸或接收，它是一項(xiàng)經(jīng)典的傳統(tǒng)天線技術(shù)，早在上世紀(jì)60年代就有采用天線分集接收的陣列信號(hào)處理技術(shù)，在電子對(duì)抗、相控陣?yán)走_(dá)、聲納等通信設(shè)備中得到了高度重視。基于數(shù)字波束形成的自適應(yīng)陣列干擾置零技術(shù)，能夠提高雷達(dá)系統(tǒng)的抗干擾能力，是新一代軍用雷達(dá)必用的關(guān)鍵技術(shù)。定位通信系統(tǒng)通過傳聲器陣列獲取聲場(chǎng)信息，使用波束成形和功率譜估計(jì)原理，對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理，確定信號(hào)來波方向，從而可對(duì)信源進(jìn)行精確定向。只不過，由于早年半導(dǎo)體技術(shù)還處在微米級(jí)，所以它沒有在民用通信中發(fā)揮到理想的狀態(tài)。隨著移動(dòng)通信業(yè)務(wù)的不斷發(fā)展，用戶數(shù)量、業(yè)務(wù)類型越來越多樣化，頻率資源已成為移動(dòng)通信發(fā)展的一個(gè)重要問題，讓信號(hào)跟蹤用戶，可以大大提高頻帶利用率，從而提高系統(tǒng)容量，因此提出了讓陣列天線的波束可以移動(dòng)并指向到預(yù)定方向的波束成形技術(shù)。目前波束成形技術(shù)沒有與共面波導(dǎo)技術(shù)結(jié)合，存在隔離度低，一致性差，體積過大，不利于焊接，成本過聞等缺點(diǎn)。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于提出一種用于波束成形網(wǎng)絡(luò)的Butler矩陣，包括:四個(gè)波束端口、四個(gè)天線陣列端口、四個(gè)定向耦合器和兩個(gè)移相器，其中，所述四個(gè)波束端口包括第一至第四波束端口，所述四個(gè)天線陣列端口包括第一至第四天線陣列端口，所述四個(gè)定向耦合器包括第一至第四定向耦合器，所述兩個(gè)移相器包括第一至第二移相器；所述第一定向耦合器第一端、第一波束端口和第一移相器第一端兩兩連接；第一定向耦合器第二端、第二波束端口和第四定向耦合器第一端兩兩連接；第二定向耦合器第一端、第三波束端口和第三定向耦合器第二端兩兩連接；第二定向耦合器第二端、第四波束端口和第二移相器的第一端兩兩連接；第三定向耦合器的第一端、第一天線陣列端口和第一移相器的第二端兩兩連接；第三定向耦合器的第二端、第二天線陣列端口和第二定向耦合器第一端兩兩連接；第四定向耦合器的第一端、第三天線陣列端口和第一波束端口的第二端兩兩連接；第四定向耦合器的第二端、第四天線陣列端口和第二移相器的第二端兩兩連接。進(jìn)一步地，所述Butler矩陣蝕刻在一塊印刷電路板上，所述四個(gè)定向耦合器和兩個(gè)移相器均由微帶傳輸線形成，所述印刷電路板上還包括微帶貫穿孔，所述微帶傳輸線分布在所述印刷電路板上下兩表面，所述印刷電路板上下兩表面的所述微帶傳輸線通過微帶貫穿孔來導(dǎo)通，所述微帶傳輸線沒有共面交叉點(diǎn)。進(jìn)一步地，所述第一至第四波束端口和所述第一至第四天線陣列端口位于所述印刷電路板的上表面。進(jìn)一步地，所述第一定向耦合器、所述第四定向耦合器和所述第一移相器位于所述印刷電路板的上表面。進(jìn)一步地，所述微帶傳輸線上有多個(gè)T字形，通過調(diào)節(jié)所述T字形的長(zhǎng)度和寬度來實(shí)現(xiàn)輸出端口的幅度和相位的微調(diào)。進(jìn)一步地，所述微帶傳輸線兩邊有蝕空縫隙，所述印刷電路板上除所述微帶傳輸線和所述蝕空縫隙外是敷銅面，所述敷銅面接地，所述印刷電路板上有多個(gè)金屬化過孔，形成上下表面的接地結(jié)構(gòu)，構(gòu)成了共面波導(dǎo)。進(jìn)一步地，所述四個(gè)波束端口和所述四個(gè)天線陣列端口在所述印刷電路板的同一面，所述四個(gè)波束端口在同一列，所述四個(gè)天線陣列端口在同一列。進(jìn)一步地，所述四個(gè)定向耦合器均為3dB定向耦合器，所述兩個(gè)移相器均為45°蛇形微帶移相器。進(jìn)一步地，所述微帶傳輸線兩側(cè)有蝕空縫隙，所述印刷電路板上除了所述微帶傳輸線、所述微帶線貫穿孔和所述蝕空縫隙外均為敷銅面，所述敷銅面上有多個(gè)金屬化過孔，形成上下表面的接地結(jié)構(gòu)，所述微帶傳輸線與所述敷銅面構(gòu)成共面波導(dǎo)。進(jìn)一步地,所述印刷電路板為雙面FR4的印刷電路板材,介電常數(shù)為4.3，厚度為
0.4mm。本實(shí)用新型的有益技術(shù)效果是通過采用雙面微帶板印制，使所述用于波束成形網(wǎng)絡(luò)的Butler矩陣體積小，工藝簡(jiǎn)單，裝配方便，回?fù)p低，成本低，隔離度高。

圖1所示為本實(shí)用新型具體實(shí)施例所述Butler矩陣的透視圖；圖2所示為本實(shí)用新型具體實(shí)施例所述Butler矩陣的正面圖；圖3所示為本實(shí)用新型具體實(shí)施例所述Butler矩陣的背面圖。其中，附圖標(biāo)記說明如下:I為正面接地面；2為背面接地面；31為第一定向稱合器；32為第二定向耦合器；33為第三定向I禹合器；34為第四定向I禹合器；41為第一移相器；42為第二移相器；5為微帶傳輸線上的T字形；6為貫穿孔；7為金屬化孔；8為支撐孔；9為蝕空縫隙；端口 I為第一波束端口；[0034]端口 2為第二波束端口 ；端口 3為第三波束端口 ；端口 4為第四波束端口；端口 5為第一天線陣列端口 ；端口 6為第三天線陣列端口 ；端口 7為第二天線陣列端口 ；端口 8為第四天線陣列端口。
具體實(shí)施方式
本實(shí)施例所述用于波束成形網(wǎng)絡(luò)的4X4Butler矩陣蝕刻在一塊雙面的印刷電路板上，基于微帶線和共面波導(dǎo)原理制成。微帶線為適合制作微波集成電路的平面結(jié)構(gòu)傳輸線，與金屬波導(dǎo)相比，其體積小、重量輕、使用頻帶寬、可靠性高和制造成本低等，但損耗稍大，功率容量小。一般用薄膜工藝制造，介質(zhì)基片選用介電常數(shù)高、微波損耗低的材料。導(dǎo)體應(yīng)具有導(dǎo)電率高、穩(wěn)定性好、與基片的粘附性強(qiáng)等特點(diǎn)。本實(shí)施例采用雙面FR4的印刷電路板材，介電常數(shù)為4.3，厚度為0.4mm,敷銅面厚度為35um，除金屬過孔和輸入輸出端口焊接處，表面涂有綠油防止氧化。本實(shí)施例中，微帶傳輸線分布在印刷電路板的上下兩表面，通過貫穿孔來導(dǎo)通上下層微帶線。所述微帶線沒有共面交叉點(diǎn)，從而有利于改善耦合度，也方便了輸入輸出端口可以布置在同一面，方便焊接。微帶傳輸線兩側(cè)均有蝕空縫隙，微帶傳輸線即為中心導(dǎo)帶，所述印刷電路板上除了所述微帶傳輸線、所述微帶線貫穿孔和所述蝕空縫隙外均為敷銅面，所述敷銅面上有多個(gè)金屬化過孔，連接上下層接地面而形成接地帶，所述微帶傳輸線與所述敷銅面共同構(gòu)成共面波導(dǎo)。共面波導(dǎo)，也稱共面微帶傳輸線，傳輸?shù)氖荰EM波，沒有截止頻率。由于中心導(dǎo)體與導(dǎo)體平板位于同一平面內(nèi)，因此，在共面波導(dǎo)上并聯(lián)安裝元器件很方便，用它可制成傳輸線及元件都在同一側(cè)的單片微波集成電路。相對(duì)常規(guī)微帶傳輸線、槽線等其他平面型微波傳輸線而言存在許多優(yōu)點(diǎn)，例如易于同端口器件連接，寄生參量小，利于提高電路集成密度，良好的色散特性等等。圖1所示為本實(shí)用新型具體實(shí)施例所述Butler矩陣的透視圖，圖2所示為本實(shí)用新型具體實(shí)施例所述Butler矩陣的正面圖，圖3所示為本實(shí)用新型具體實(shí)施例一所述Butler矩陣的背面圖。圖1附圖標(biāo)記說明如下，端口 I為第一波束端口 ；端口 2為第二波束端口 ；端口 3為第三波束端口 ；端口 4為第四波束端口 ；端口 5為第一天線陣列端口 ；端口6為第三天線陣列端口 ；端口7為第二天線陣列端口 ；端口8為第四天線陣列端口。圖2附圖標(biāo)記說明如下:1為正面接地面；31為第一定向耦合器；32為第二定向耦合器；33為第三定向I禹合器；34為第四定向I禹合器；41為第一移相器；5為微帶傳輸線上的T字形；6為貫穿孔；7為金屬化孔；8為支撐孔，9為蝕空縫隙。圖3附圖標(biāo)記說明如下:2為背面接地面；42為第二移相器；32為第二定向耦合器；33為第三定向耦合器。如圖1、圖2和圖3所示，本實(shí)施例所述4X4Butler矩陣主要包括四個(gè)波束端口、四個(gè)天線陣列端口、微帶線和微帶線貫穿孔，所述波束端口用于接收射頻輸入信號(hào)，所述天線陣列端口用于輸出相應(yīng)的信號(hào)給天線陣列，所述微帶線形成四個(gè)定向耦合器31、32、33和34和兩個(gè)移相器41和42。3dB定向耦合器可實(shí)現(xiàn)直通端和耦合端的等幅輸出及90°相位差，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，應(yīng)用廣泛，45°蛇形微帶移相器可實(shí)現(xiàn)不同端口相位的45°差變換，所述兩個(gè)移相器可采用45°蛇形移相器，所述四個(gè)定向耦合器可采用3dB定向耦合器。印刷電路板上具有所述微帶傳輸線一定間距有蝕空縫隙9，周邊是敷銅面，所述敷銅面接地，上表面是正面接地面1，下表面是背面接地面2，正面接地面I和背面接地面通過金屬化孔7來連通，形成接地帶，而微帶傳輸線成為中心導(dǎo)帶，這樣就構(gòu)成了共面波導(dǎo)。介質(zhì)板上還有支撐孔9，支撐孔也是金屬化過孔，用來固定所述印刷電路板。為了方便焊接，所述第一至第四波束端口和所述第一至第四天線陣列端口位于所述印刷電路板的同一面上，本實(shí)施例位于上表面。以避免共面交叉點(diǎn)為原則，所述耦合器、移相器和T型頭等可分別刻在上下兩個(gè)表面上，如本實(shí)施例中所述第一定向耦合器、所述第四定向耦合器和所述第一移相器位于所述印刷電路板的上表面。所述四個(gè)波束端口、四個(gè)天線陣列端口、四個(gè)定向耦合器和兩個(gè)移相器的連接關(guān)系如下:第一定向I禹合器31第一端、第一波束端口和第一移相器41第一端兩兩連接；第一定向耦合器31第二端、第二波束端口和第四定向耦合器34第一端兩兩連接；第二定向耦合器32第一端、第三波束端口和第三定向耦合器33第二端兩兩連接；第二定向耦合器32第二端、第四波束端口和第二移相器42的第一端兩兩連接；第三定向耦合器33的第一端、第一天線陣列端口和第一移相器41的第二端兩兩連接；第三定向耦合器33的第二端、第二天線陣列端口和第二定向耦合器32的第一端兩兩連接；第四定向耦合器34的第一端、第三天線陣列端口和第一波束端口的第二端兩兩連接；第四定向耦合器34的第二端、第四天線陣列端口和第二移相器42的第二端兩兩連接。微帶線上還有 多個(gè)T形頭5，所述T形頭的寬度可用來微調(diào)輸出端口的幅度，所述T形頭的長(zhǎng)度可用來微調(diào)相位，通過所述T形頭用以調(diào)整輸出端口的幅度和相位，使其調(diào)整為預(yù)設(shè)的輸出端口的幅度和相位。印刷電路板上具有多個(gè)貫穿孔6，正面的微帶線和背面的微帶線通過所述貫穿孔6來連通，所述貫穿孔6為金屬化過孔，這樣就能避免微帶線的共面交叉點(diǎn)，有利于改善耦
I=I /又 ο本實(shí)施例所述Butler矩陣結(jié)構(gòu)有四個(gè)波束端口，分別為:端口 1、端口 2、端口 3、端口 4，四個(gè)天線陣列端口，分別為:端口 5、端口 6、端口 7、端口 8，四個(gè)波束端口在同一列，四個(gè)天線陣列端口在同一列，波束端口用于接收射頻輸入信號(hào)，天線陣列端口用于輸出相應(yīng)的信號(hào)給天線陣列。下表為激勵(lì)各波束端口在天線陣列端口 5、端口 6、端口 7、端口 8之間產(chǎn)生的相位差度數(shù):
權(quán)利要求1.一種用于波束成形網(wǎng)絡(luò)的Butler矩陣，其特征在于，包括: 四個(gè)波束端口、四個(gè)天線陣列端口、四個(gè)定向耦合器和兩個(gè)移相器，其中，所述四個(gè)波束端口包括第一至第四波束端口，所述四個(gè)天線陣列端口包括第一至第四天線陣列端口，所述四個(gè)定向耦合器包括第一至第四定向耦合器，所述兩個(gè)移相器包括第一至第二移相器； 所述第一定向I禹合器第一端、第一波束端口和第一移相器第一端兩兩連接；第一定向耦合器第二端、第二波束端口和第四定向耦合器第一端兩兩連接；第二定向耦合器第一端、第三波束端口和第三定向耦合器第二端兩兩連接；第二定向耦合器第二端、第四波束端口和第二移相器第一端兩兩連接；第三定向耦合器第一端、第一天線陣列端口和第一移相器第二端兩兩連接；第三定向耦合器第二端、第二天線陣列端口和第二定向耦合器第一端兩兩連接；第四定向耦合器第一端、第三天線陣列端口和第一波束端口第二端兩兩連接;第四定向耦合器第二端、第四天線陣列端口和第二移相器第二端兩兩連接。
2.如權(quán)利要求1所述的用于波束成形網(wǎng)絡(luò)的Butler矩陣，其特征在于，所述Butler矩陣蝕刻在一塊印刷電路板上，所述四個(gè)定向耦合器和兩個(gè)移相器均由微帶傳輸線形成，所述印刷電路板上還包括微帶貫穿孔，所述微帶傳輸線分布在所述印刷電路板上下兩表面，所述印刷電路板上下兩表面的所述微帶傳輸線通過微帶貫穿孔來導(dǎo)通，所述微帶傳輸線沒有共面交叉點(diǎn)。
3.如權(quán)利要求1或2所述的用于波束成形網(wǎng)絡(luò)的Butler矩陣，其特征在于，所述第一至第四波束端口和所述第一至第四天線陣列端口位于所述印刷電路板的上表面。
4.如權(quán)利要求3所述的用于波束成形網(wǎng)絡(luò)的Butler矩陣，所述第一定向耦合器、所述第四定向耦合器和所述第一移相器位于所述印刷電路板的上表面。
5.如權(quán)利要求4所述的用于波束成形網(wǎng)絡(luò)的Butler矩陣，其特征在于，所述微帶傳輸線上有多個(gè)T字形，通過調(diào)節(jié)所述T字形的長(zhǎng)度和寬度來實(shí)現(xiàn)輸出端口的幅度和相位的微調(diào)。
6.如權(quán)利要求5所述的用于波束成形網(wǎng)絡(luò)的Butler矩陣，其特征在于，所述微帶傳輸線兩邊有蝕空縫隙，所述印刷電路板上除所述微帶傳輸線和所述蝕空縫隙外是敷銅面，所述敷銅面接地，所述印刷電路板上有多個(gè)金屬化過孔，形成上下表面的接地結(jié)構(gòu)，構(gòu)成了共面波導(dǎo)。
7.如權(quán)利要求6所述的用于波束成形網(wǎng)絡(luò)的Butler矩陣，其特征在于，所述四個(gè)波束端口和所述四個(gè)天線陣列端口在所述印刷電路板的同一面，所述四個(gè)波束端口在同一列，所述四個(gè)天線陣列端口在同一列。
8.如權(quán)利要求7所述的用于波束成形網(wǎng)絡(luò)的Butler矩陣，其特征在于，所述四個(gè)定向耦合器均為3dB定向耦合器，所述兩個(gè)移相器均為45°蛇形微帶移相器。
9.如權(quán)利要求8所述的用于波束成形網(wǎng)絡(luò)的Butler矩陣，其特征在于，所述微帶傳輸線兩側(cè)有蝕空縫隙，所述印刷電路板上除了所述微帶傳輸線、所述微帶線貫穿孔和所述蝕空縫隙外均為敷銅面，所述敷銅面上有多個(gè)金屬化過孔，形成上下表面的接地結(jié)構(gòu)，所述微帶傳輸線與所述敷銅面構(gòu)成共面波導(dǎo)。
10.如權(quán)利要求9所述的用于波束成形網(wǎng)絡(luò)的Butler矩陣，其特征在于，所述印刷電路板為雙面FR4的印刷電路板材,介電常數(shù)為4.3，厚度為0.4mm。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種用于波束成形網(wǎng)絡(luò)的Butler矩陣，包括四個(gè)波束端口、四個(gè)天線陣列端口、四個(gè)定向耦合器和兩個(gè)移相器，每個(gè)所述波束端口與每個(gè)所述天線陣列端口均由所述定向耦合器和所述移相器組成的網(wǎng)絡(luò)相連接，進(jìn)一步地，所述Butler矩陣蝕刻在一塊印刷電路板上，所述四個(gè)定向耦合器和兩個(gè)移相器均由微帶傳輸線形成，所述印刷電路板上還包括微帶貫穿孔，所述微帶傳輸線分布在所述印刷電路板上下兩表面，所述印刷電路板上下兩表面的所述微帶傳輸線通過微帶貫穿孔來導(dǎo)通，所述微帶傳輸線沒有共面交叉點(diǎn)。本實(shí)用新型具有低駐波，高隔離，體積小，成本低，一致性好等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)H04B7/06GK202940807SQ20122040059
公開日2013年5月15日 申請(qǐng)日期2012年8月13日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月13日
發(fā)明者宋茂盛, 肖東山, 趙黎明 申請(qǐng)人:佛山市健博通電訊實(shí)業(yè)有限公司