阅读说明：本技术 一种3×3 Butler矩阵 (3X 3Butler matrix ) 是由 吕士禄 何建华 李泓霖 赵伟 于 2019-09-06 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种3×3 Butler矩阵,包括第一Lange耦合器、第二Lange耦合器、第三Lange耦合器以及若干个短路枝节；本发明通过多个Lange耦合器及微带线的级联,可以实现三波束天线矩阵中稳定的120°相差,其所使用微带线的实现方式,成本低,且有很好的稳定性,便于批量焊接,易于与射频线缆连接组成整机。不仅如此,由于本发明创新性地采用Lange电桥代替分支线耦合器的方案,还具有尺寸小,超宽频带,高隔离度的特点,适应了基站天线小型化、宽频化的发展趋势,具有很高的应用前景和使用价值。(The invention provides a 3 x 3Butler matrix, which comprises a first Lange coupler, a second Lange coupler, a third Lange coupler and a plurality of short-circuit branches; the invention can realize stable 120-degree phase difference in the three-beam antenna matrix by cascading a plurality of Lange couplers and microstrip lines, and the realization mode of the used microstrip line has low cost, good stability, convenient batch welding and easy connection with a radio frequency cable to form a complete machine. Moreover, the invention adopts the Lange bridge to replace the branch line coupler, has the characteristics of small size, ultra-wide band and high isolation, adapts to the development trend of miniaturization and broadband of the base station antenna, and has very high application prospect and use value.)

一种3×3 Butler矩阵

技术领域

本发明涉及微波无源器件技术领域，具体涉及一种3×3 Butler矩阵。

背景技术

现有类似矩阵板主要有两种实现方式，其中一种实现方式是微带线，采用分支线耦合器级联的方案，这种方案主要的缺点是单节分支线耦合器只能实现20%的带宽，如果要实现50%以上的带宽，需要多节分支线耦合器级联的方式，这无疑会大大地增加矩阵板的面积并给天线整机布局带来极大的不便；另外一种实现方式带状线，采用带状线耦合器级联的方案，这种方案解决了上述微带线方案面积太大的问题，可以达到50%以上的带宽，但是受限于带状线的实现形式，存在成本高、不易与常用馈电网络级联焊接的缺点，这会导致整机易产生交调隐患且不易维修。

发明内容

为了解决背景技术中提到的技术问题，本发明提供一种可以达到50%以上的带宽且成本低的3×3 Butler矩阵。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种3×3 Butler矩阵，包括第一Lange耦合器、第二Lange耦合器、第三Lange耦合器以及若干个短路枝节；其中，每个Lange耦合器均具有两个输入端和两个输出端，分别为第一输入端、第二输入端、第一输出端和第二输出端；

所述的3×3Butler矩阵还具有有三个输入端口和三个输出端口，分别为第一输入端口、第二输入端口、第三输入端口、第一输出端口、第二输出端口和第三输出端口；

所述第一Lange耦合器的第一输入端和第二输入端分别连接到第一输入端口和第二输入端口，第三输入端口连接到第二Lange耦合器的第二输入端，第二Lange耦合器的第一输入端连接到第一Lange耦合器的第二输出端，第一Lange耦合器的第一输出端经过一段四分之一波长的微带线后连接到第三Lange耦合器的第一输入端，第三Lange耦合器的第二输入端连接到第二Lange耦合器的第一输出端，第二Lange耦合器的第二输出端经过一段微带线后连接到第三输出端口；第三Lange耦合器的第一输出端经过一段安装有若干个短路枝节的微带线后连接到第一输出端口，第三Lange耦合器的第二输出端经过一段微带线后连接到第二输出端口。

进一步的，所述的若干个短路枝节均为长度小于四分之一波长的短路枝节，若干个短路枝节用于提供与同长度的微带线90°的相差。

进一步的，所述的第一至第三Lange耦合器的第一输入端与第一输出端分布于同侧，第二输入端与第二输出端分布于同侧。

进一步的，所述的第一Lange耦合器和第三Lange耦合器均为3dB耦合器，第二Lange耦合器为6dB耦合器；

当第一至第三Lange耦合器的任何一个输入端馈电时，其异侧输出端的传输相位比同侧输出端的传输相位延迟90°。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明提供的3×3Butler矩阵使用微带线的实现方式，成本低，且有很好的稳定性，便于批量焊接，易于与射频线缆连接组成整机。不仅如此，由于本发明创新性地采用Lange电桥代替分支线耦合器的方案，还具有尺寸小，超宽频带，高隔离度的特点，适应了基站天线小型化、宽频化的发展趋势，具有很高的应用前景和使用价值。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图；

图中标记：1、第一Lange耦合器，2、第二Lange耦合器，3、第三Lange耦合器，4、短路枝节，5、微带线。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

一种3×3 Butler矩阵，包括第一Lange耦合器1、第二Lange耦合器2、第三Lange耦合器3以及若干个短路枝节4；其中，每个Lange耦合器均具有两个输入端和两个输出端，分别为第一输入端、第二输入端、第一输出端和第二输出端；

所述的3×3Butler矩阵还具有有三个输入端口和三个输出端口，分别为第一输入端口、第二输入端口、第三输入端口、第一输出端口、第二输出端口和第三输出端口；

所述第一Lange耦合器1的第一输入端和第二输入端分别连接到第一输入端口和第二输入端口，第三输入端口连接到第二Lange耦合器2的第二输入端，第二Lange耦合器2的第一输入端连接到第一Lange耦合器1的第二输出端，第一Lange耦合器1的第一输出端经过一段四分之一波长的微带线5后连接到第三Lange耦合器3的第一输入端，第三Lange耦合器3的第二输入端连接到第二Lange耦合器2的第一输出端，第二Lange耦合器2的第二输出端经过一段微带线5后连接到第三输出端口；第三Lange耦合器3的第一输出端经过一段安装有若干个短路枝节4的微带线5后连接到第一输出端口，第三Lange耦合器3的第二输出端经过一段微带线5后连接到第二输出端口。

进一步优化本方案，所述的若干个短路枝节4均为长度小于四分之一波长的短路枝节4，若干个短路枝节4用于提供与同长度的微带线590°的相差。

进一步优化本方案，所述的第一至第三Lange耦合器3的第一输入端与第一输出端分布于同侧，第二输入端与第二输出端分布于同侧。

进一步优化本方案，所述的第一Lange耦合器1和第三Lange耦合器3均为3dB耦合器，第二Lange耦合器2为6dB耦合器；

当第一至第三Lange耦合器3的任何一个输入端馈电时，其异侧输出端的传输相位比同侧输出端的传输相位延迟90°。

本发明通过两组1:1功分比的宽频带Lange电桥与一组2:1功分比的宽频带Lange电桥级联，以Lange电桥提供的90°稳定相差和不等功率矢量叠加产生的30°稳定相差合成稳定的等功分120°相差来实现。

以下结合附图对本发明进行详细说明：

如图1所示，本发明的3×3Butler矩阵有三个输入端口和三个输出端口，分别为第一输入端口in1、第二输入端口in2、第三输入端口in3、第一输出端口out1、第二输出端口out2和第三输出端口out3；本发明由第一Lange耦合器1，第二Lange耦合器2，第三Lange耦合器3，若干个短路枝节4以及微带线5组成。其中第一Lange耦合器1和第三Lange耦合器均为3dB的耦合量（即直通和耦合1:1的功分比），第二Lange耦合器是6dB的耦合量（即直通和耦合2:1的功分比）。

其中，第一输入端口in1、第二输入端口in2分别与第一Lange耦合器1的第一输入端和第二输入端连接，第三输入端口in3和第一Lange耦合器1的第二输出端分别与第二Lange耦合器2的两个输入端口连接，第一Lange耦合器1的第一输出端先经过一段四分之一波长的微带线5后再与第二Lange耦合器2的第一输出端分别与第三Lange耦合器的两个输入端连接。

第二Lange耦合器2的第二输出端经过一段微带线5与第三输出端口out3连接，第三Lange耦合器3的第二输出端经过一段微带线5与第二输出端口out2连接，第三Lange耦合器3的第一输出端经过一段微带线5并使用若干个长度小于1/4波长的短路枝节4后与第一输出端口out1连接，此短路枝节提供与同长度微带线90°的相差。

本发明所采用微带线的实现方案，其频带为1427-2690MHz的矩阵板，以下对本发明的幅相进行计算：

如果将第一输入端口in1作为输入端口，那么在节点1a处幅相为1/2（90°)，节点1b处幅相为1/2（0°）；节点2a处幅相为1/2（90°），节点2b处幅相为1/6（90°），节点2c处幅相为1/3（0°）；节点3a处幅相为1/3（150°），3b处幅相为1/3（120°），3c处幅相1/3（0°）；输出端口out1、out2、out3的幅相依次为1/3（240°），1/3（120°），1/3（0°）；

如果将第二输入端口in2作为输入端口，那么在节点1a处幅相为1/2（0°)，节点1b处幅相为1/2（90°）；节点2a处幅相为1/2（0°），节点2b处幅相为1/6（180°），节点2c处幅相为1/3（90°）；节点3a处幅相为1/3（120°），3b处幅相为1/3（-30°），3c处幅相1/3（90°）；输出端口out1、out2、out3的幅相依次为1/3（-150°），1/3（-30°），1/3（90°）。

如果将第三输入端口in3作为输入端口，那么在节点2b处幅相为2/3（0°），节点2c处幅相为1/3（90°）；节点3a处幅相为1/3（0°），3b处幅相为1/3（90°），3c处幅相1/3（90°）；输出端口out1、out2、out3的幅相依次为1/3（90°），1/3（90°），1/3（90°）。

以上计算的幅相包括幅度和相位，其中，幅度均为相对于输入端口的功率比，相位均为相对相位。

通过以上计算可知，本发明通过多个Lange耦合器的级联，in1，in2作为输入口可以实现out1，out2，out3三个输出端口稳定的±120°相差，in3作为输入口可以实现out1，out2，out3三个输出端口稳定的0°相差，并且三个输入端口有良好的驻波和隔离度，三个输出端口都是等功率且有稳定的相位差。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。