[发明专利]一种宽频带、高隔离度4x4 Butler矩阵波束形成网络

说明书

技术领域：

本发明提出一种WCDMA移动通信环境下基站天线的馈电网络，具体是一种宽频带、高隔离度的4x4Bulter矩阵波束形成网络，并涉及该Butler矩阵组成单元的结构和设计方法。

背景技术：

现代通信系统的基站发射机和接收机采用阵列天线米形成窄波束从而大大降低接收机接收到得信号的传播延时，同时也提高了信号的增益。Butler矩阵作为天线阵列的馈电网络能提供合适相位与幅度的信号，并起到波束形成的作用使天线能产生想要的方向图。现代无线移动通信(如TD-SCDMA，WCDMA等)以及下一代无线移动通信的基站天线都需要Butler矩阵来给其馈电，因此Butler矩阵有着及其广泛的应用市场。

经对现有技术的文献检索发现，在专利CN101227216A中，提出了一种不使用交叉耦合器Butler矩阵的实施方案。不使用交叉耦合器的原因在于在印刷电路板上引入交叉耦合器很难实现且性能不好，但是这种实现方法导致其用于接收相应RF输入信号的端口不在同一侧。本发明的设计思路不同于上述专利，采用新型的Butler矩阵的实施方式设计了一种宽频带、高隔离度4x4Butler矩阵波束形成网络。由于本发明成功的引入了性能理想的宽频带、高隔离度的交叉耦合器来克服了这个难点，使得无论是接收RF输入信号的端口还是连接天线阵列单元的端口都在同一侧，此外每个构成单元的实现也有着自身的特色。

发明内容：

本发明目的在于提出一种新型宽频带、高隔离度的平面4x4 Butler矩阵波束形成网络。在工作频带为1920-2170MHz的范围中，本发明的端口回波损耗≤-22.0dB，隔离度≤-26.0dB，而该频带覆盖了WCDMA通信系统的核心频段(上行1920MHz-1980NHz，下行2110MHz-2170MHz)，因此本发明可应用WCDMA通信系统基站天线阵列的馈电网络，并提供相当高的隔离度。

由于微带技术具有易制造和低成本的特点，本发明提供一种能使用微带平面传输线来实施的Butler矩阵平面结构。

本发明提供一种应用于WCDMA系统的宽频带、高隔离度4x4Butler矩阵波束形成装置，包括：a.四个宽频带90°混合器，如图1所示的Ha，Hb，Hc，Hd；b.两个45°移相器，如图1所示的Pa，Pb；c.一个宽频带、高隔离度的交叉耦合器(Crossover)，如图1所示的Co。本4x4Butler矩阵拥有四个输入端口接收RF信号，四个输出端口将信号传递对应的基站天线单元，输出端提供的合适相位与幅度的信号，并起到波束形成的作用。

附图说明：

图14x4Butler矩阵拓扑结构图

图24x4Butler矩阵印刷电路板布线

图390°混合器具体结构尺寸示意图

图4交叉耦合器(Crossover)具体结构尺寸示意图

图545°移相器具体结构尺寸示意图

图6端口1实测反射回波损耗特性(S11)

图7端口1实测隔离幅度特性(S12)

图8端口1实测传输幅度特性(S15)

图9端口1实测传输幅度特性(S16)

具体实施方式

由图1和图2所示，本发明包括：四个90°混合器(标记为Ha，Hb，Hc，Hd)，两个45°移相器(标记为Pa，Pb)和一个交叉耦合器(Crossover)(标记为Co)。标记为I₁，I₂，I₃，I₄的四个端口为本发明的输入端口，标记为O₁，O₂，O₃，O₄的四个端口为本发明的输出端口。其中图1为本发明的拓扑结构图，图2为本发明的平面印刷电路板结构示例实施例。

所述四个输入端I₁，I₂，I₃，I₄，它们分别接90°混合器H_a、H_b的输入端H_a1，H_a4和H_b1，H_b4。所述四个输出端O₁，O₂，O₃，O₄，它们分别接90°混合器Hc、Hd的输出端H_c2，H_c3和H_d2，H_d3。