X波段Butler矩陣的研究.pdf

1、隨著通信技術(shù)的高速發(fā)展，多波束天線較為簡單的實現(xiàn)和準確的指向使其在雷達和通信系統(tǒng)中扮演著越來越重要的角色。多波束天線的核心在于波束形成網(wǎng)絡(luò)，而作為多波束天線兩大電路饋電網(wǎng)絡(luò)之一的Butler矩陣，在理想情況下是無損增益。由于Butler矩陣自身結(jié)構(gòu)無耗、制作靈活、帶寬寬等優(yōu)點，具有很大的應用前景。X波段的雷達和通信系統(tǒng)應用廣泛，但關(guān)于X波段Butler矩陣的研究并不多。本文是基于X波段雷達通信系統(tǒng)的應用背景，分別從X波段4×4 Butl

2、er矩陣的寬帶和小型化兩方面進行了研究分析。
　　4×4 Butler矩陣由3dB定向耦合器和45°移相器組成，矩陣的帶寬特性由定向耦合器和移相器決定。在寬帶Butler矩陣實現(xiàn)中，本文采用多節(jié)矩形槽結(jié)構(gòu)實現(xiàn)寬帶3dB定向耦合器，此處所提到的槽結(jié)構(gòu)是上下兩條傳輸線通過在中間地層開槽所形成的結(jié)構(gòu)，此結(jié)構(gòu)可以實現(xiàn)寬邊耦合并獲得強耦合度，基于這種結(jié)構(gòu)并利用多節(jié)進一步拓展定向耦合器的帶寬，在形狀上使用矩形槽替代傳統(tǒng)的橢圓和菱形，使設(shè)計和加

3、工更為簡單;本文同樣采用矩形槽結(jié)構(gòu)實現(xiàn)寬帶45°移相器，借鑒于Schiffman差分移相器，此寬帶移相器同樣需要一條作為對比的傳輸線，利用這種槽結(jié)構(gòu)的固定差分移相器可獲得寬帶寬。而在單層結(jié)構(gòu)中較為復雜的crossover問題，由于此結(jié)構(gòu)的多層金屬特性，無需額外器件的等效，利用不同金屬層的傳輸線大大簡化了此問題。
　　在X波段Butler矩陣的小型化中，本文在IPD(Integrated Passive Device)技術(shù)上利用集總

4、參數(shù)實現(xiàn)矩陣的小型化，此處的IPD技術(shù)是基于高阻性硅的銅工藝。首先使用集總元件構(gòu)成Butler矩陣的原理圖，傳統(tǒng)分支線耦合器的每一條臂分別等效為不同值的π網(wǎng)絡(luò)，構(gòu)成集總參數(shù)的3dB定向耦合器;移相器同樣使用π網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)45°的相移特性;其中的交叉結(jié)構(gòu)由于IPD的多層金屬特性，使用不同金屬層的連接線即可解決。基于IPD技術(shù)上的布局圖，由于各集總元件之間、元件與線路之間的互感和其自身的寄生效應等原因，需要加入串聯(lián)電感和并聯(lián)電容對其進行優(yōu)化調(diào)試