一种高度紧凑的双层8×8 E-平面波导巴特勒矩阵

《IEEE Microwave and Wireless Technology Letters》：A Highly Compact Dual-Layer 8 × 8 E-Plane Waveguide Butler Matrix

基于三层金属板堆叠的8×8平面波导Butler矩阵采用双层布局和仅两处交叉连接，通过电容 stub、皱褶和电感步进实现相位一致性，利用E平面分块加工技术，原型尺寸为13.9λ×4.5λ×2.7λ，体积较传统结构缩减89%，在K波段（17.7-20.2GHz）平均插入损耗<0.34dB，RL>24dB，隔离度>23.4dB，适用于卫星系统多端口功放。

　　

摘要：

本文介绍了一种高度紧凑的8×8平面波导巴特勒矩阵（BM），该矩阵通过三层堆叠的金属板实现。所提出的双层结构仅包含两个交叉点，简化了设计并减小了体积。相应地构建了一个矩形波导（RW）BM，通过使用多个带有电容短路的移相器、波纹结构及电感台阶来保证相位一致性。该结构可以利用平面分割加工技术轻松制造。该原型在18.95 GHz时的尺寸为13.9λ×4.5λ×2.7λ，与现有的8×8 RW BM相比，体积减少了89%。在17.7–20.2 GHz的K波段频率范围内，该BM的平均插入损耗（IL）小于0.34 dB，输入端的回波损耗（RL）和隔离度分别优于24 dB和23.4 dB。此外，它还具有较高的功率处理能力，适用于灵活的多波束卫星系统中的多端口功率放大器（MPA）。

引言

巴特勒矩阵（BM）是一种对称且理论上无损耗的多输入多输出无源网络。除了在1-D或2-D波束扫描中的应用[1][2]外，BM还作为多端口功率放大器（MPA）的输入网络（INET）和输出网络（ONET），如图1所示，从而实现灵活多波束卫星系统中的动态功率分配[3][4][5]。因此，其紧凑性对于将MPA集成到卫星载荷中至关重要。

图1：8输入、8输出的MPA配置。