ЖУРНАЛ РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ. eISSN 1684-1719. 2024. №11

УДК: 621.396.676

ШИРОКОПОЛОСНАЯ МАТРИЦА БАТЛЕРА 4Х4 С КРОССОВЕРОМ

В КАЧЕСТВЕ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОГО ФАЗОВРАЩАТЕЛЯ

С.А. Алексейцев, А.П. Горбачев, Ю.Н. Паршин

Новосибирский государственный технический университет

630073, Новосибирск, пр-т Карла Маркса, 20

Статья поступила в редакцию 12 августа 2024 г.

Аннотация. Целью работы является разработка на основе системного подхода к проектированию широкополосного диаграммообразующего устройства. Компоновка матрицы Батлера 4х4, представленная в работе, позволяет минимизировать габаритные размеры диаграммообразующего устройства. Примененный в работе метод позволяет обойти проблемы с наводками в узлах пересечения линий с противоположных сторон платы, исключая тем самым лишнюю емкостную связь. Сформированный из двух последовательно установленных направленных ответвителей кроссовер из-за противофазного деления обеспечивает отсутствие сигнала на выходе, который приходит с гальванически связанного входа. Оценены основные электродинамические характеристики как составных частей диаграммообразующего устройств, таких как направленный ответвитель и кроссовер, так и всего устройства в целом. Вся конструкция матрицы Батлера скомпонована на диэлектрической подложке из отечественного материала ФАФ-4Д с относительной диэлектрической проницаемостью 2.5 толщиной 0,3 мм, которая расположена между двумя слоями диэлектрика толщиной 1,5 мм.

Ключевые слова: диаграммообразующее устройство, матрица Батлера, направленный ответвитель, кроссовер.

Финансирование: исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда № 24-29-20048, https://rscf.ru/project/24-29-20048/.

Автор для переписки: Паршин Юрий Николаевич, jurparnik@mail.ru

Литература

1. Butler J.L., Lowe R. Beam forming matrix simplifies design of electronically scanned antennas // Electronic Design. – 1961. – Т. 9. – C. 170-173.

2. Патент США № 3255450, J.L. Butler / Multiple beam antenna system employing multiple directional couplers in the leadin. – Опубл. 07.06.1966.

3. Grau A., Romeu J., Blanch S., Jofre L., Flaviis F.D. Optimization of linear multielement antennas for selection combining by means of a Butler matrix in different MIMO environments // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. – 2006. – T. 54. – № 11. – C. 3251-3264. https://doi.org/10.1109/TAP.2006.883971

4. Chang C.-C., Lee R.-H., Shih T.-Y. Design of a beam switching / steering Butler matrix for phased array system // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. – 2010. – T. 58. – № 2. – C. 367-374. https://doi.org/10.1109/TAP.2009.2037693

5. Wincza K., Gruszczynski S., Sachse K. Broadband planar fully integrated 8x8 Butler matrix using coupled-line directional couplers // IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. – 2011. – T. 59. – № 10. – C. 2441-2446. https://doi.org/10.1109/TMTT.2011.2164092

6. Shao Q., Chen F.-C., Wang Y., Chu Q.-X., Lancaster M.J. Design of modified 4x6 filtering Butler matrix based on all-resonator structures // IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. – 2019. – T. 67. – № 9. – C. 3617-3627.

7. Wu Q., Zhang A., Yang Y., Yu M., Shi X. Computer-aided tuning of Butler matrices // IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. – 2019. – T. 67. – № 11. – C. 4386-4393. https://doi.org/10.1109/TMTT.2019.2937784

8. Nasseri H., Bemani M., Ghaffarlou A. A new method for arbitrary amplitude distribution generation in 4x8 Butler matrix // IEEE Microwave and Wireless Components Letters. – 2020. – T. 30. – № 3. – C. 249-253. https://doi.org/10.1109/LMWC.2020.2966929

9. Лыу Куанг Хынг. Миниатюризация матрицы Батлера 4х4. // Журнал радиоэлектроники. – 2020. – №. 9. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2020.9.11

10. Gorbachev A.P., Parshin Y.N. All-pass phaser on a base of half-wave coupled-line section and its application // Microwave and Optical Technology Letters. – 2021. – Т. 63. – № 10. – С. 2570-2575. https://doi.org/10.1002/mop.32925

11. Малорацкий Л.Г. Микроминиатюризация элементов и устройств СВЧ // Москва: Советское Радио. – 1976. – 216 C.

12. Сазонов Д.М. Антенны и устройства СВЧ // Москва: Высшая школа. – 1988. – 432 C.

Для цитирования:

Алексейцев С.А., Горбачев А.П., Паршин Ю.Н. Широкополосная матрица Батлера 4х4 с кроссовером в качестве дифференциального фазовращателя // Журнал радиоэлектроники. – 2024. – №. 11. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2024.11.19