如何使用Butler矩阵实现C波段天线阵列详细资料和研究说明

　　本文的主要工作是研究C波段基于Butler矩阵的多波束天线系统。主要对小型化微带宽带Butler矩阵进行设计，以及对连接Butler矩阵输入端口的微波控制电路，即基于PIN二极管的宽带微波开关进行设计，并利用Butler矩阵激励宽带圆极化微带阵列多波束天线进行测试以及分析。

　　通过采用六边形贴片缝隙耦合技术结合八边形缝隙接地结构，对4×4微带Butler矩阵进行设计，并对所设计的 Butler矩阵进行加工测试。测试结果表明，在4.5GHz~5.1GHz频带范围内，Butler矩阵各输入端口的反射系数均小于-15dB，1号端口输入时，各输出端口的传输系数均大于-7.5dB，分别采用各输入端口做为输入时，输出端口间的相位差为-45°±4°、135°±8°、-135°±7°、45°±3°，Butler矩阵的大小仅为67mm×39mm，获得了小型化宽带微带Butler矩阵。

　　采用串并联结构，设计了基于PIN二极管的单刀单掷、单刀四掷宽带微波开关，并进行加工测试。所研制的单刀单掷微波开关在4.5GHz~5.1GHz频带范围内，输入端口反射系数小于-13.6dB，输出端口反射系数小于-13dB，导通时插入损耗小于1.5dB。所研制的单刀四掷微波开关在4.5GHz~5.1GHz频带范围内，输入端口反射系数小于-15dB，导通支路输出端口反射系数小于-17dB，导通支路的插入损耗小于2.45dB，截止支路的隔离度大于34dB。

　　对宽带圆极化微带天线阵进行研究，并利用Butler矩阵激励8单元阵列多波束天线进行测试以及分析。经测试Butler矩阵连接天线阵后，在4.5GHz~5.1GHz范围内，各输入端口的反射系数均优于-12.6dB。分别采用Butler矩阵的输入端口做为输入时，在中心频率4.8GHz，天线阵四波束的指向分别为8°、-35°、28°、-11.7°，3dB波瓣宽度分别为19°、20°、27°、19°，增益分别为15.5dB、14.2dB、13.7dB、15.8dB，其中Butler矩阵4号端口输入时，波束指向偏差0.7°，波束指向偏差较小。天线阵四波束的3dB波瓣覆盖角度约为91°，基本满足设计指标90°的要求。测试结果与仿真结果吻合较好。

　　将本文所研究的多波束天线系统用于“动中通”通信，对提高系统通信容量、机动性能、天线和微波电路的集成化、降低制造成本，具有一定的研究意义。