طراحی سیستماتیک ماتریس باتلر 4×4 فشرده جهت شکل دهی پرتو آنتن در شبکه های آرایه فازی

در این مقاله، طراحی سیستماتیک و قدم به قدم ماتریس باتلر 4×4 در فرکانس کاری 2.45 گیگاهرتز آورده شده است. با استفاده از روش های افزایش پهنای باند، در این مقاله ماتریس باتلر حاصل دارای پهنای باند بیشتری نسبت به طراحی های دیگر انجام گرفته در این باند فرکانسی است. به منظور افزایش پهنای باند، از عنصرهای ریزنواری غیرفعال پهن-باند بهبود یافته همانند تزویج کننده های جه تدار شاخه ای 90 درجه، تقاطع ها و تغییردهنده های فاز شیفمن نیز استفاده شده است. تک لایه بودن ساختار، ابعاد فشرده، کم هزینه بودن روش ساخت و سادگی الگوریتم طراحی، که امکان اعمال آن در فرکانس های دیگر را می دهد، از مزیت های مهم این طراحی هستند. ماتریس باتلر ارایه شده بر روی زیرلایه fr4 در ابعاد 125mm×0.5mm×113mm ساخته شده است. در این طرح، ایزولاسیون 20-25 دسیبل در فرکانس مرکزی حاصل شده است و همچنین اختلاف فازهای ایجاد شده در خروجی منطبق با تئوری چرخش پرتو در سیستم های آرایه فازی است. پهنای باند نسبی حاصل شده از پاسخ فاز 10± درجه در فرکانس مرکزی بیش از 10% است. از کاربردهای مهم این ماتریس باتلر می توان تغذیه آنتن های آرایه فازی و ایجاد پترن تشعشعی در جهات دلخواه فضایی نام برد.

Design of 4×4 Butler matrix for beam-forming antenna in phased array networks

In this paper, Design and simulation of 4 ×4 Butler matrix in 2.45 GHz is proposed. This network is utilized to feed of phased array antenna in order to create patterns in proper direction of space. The Butler matrix is designed on FR4 substrate by 125 ×113 ×0.5 mm dimensions. To enhancing the bandwidth, improved microstrip passive elements such as directional branchline hybrid coupler, cross over and Schiffman phase shifter are used. In the proposed design, isolation of 2025dB at the central frequency is achieved, and outputs phase differences are coinciding to Butler matrix theory. The resulting bandwidth of ±10 ordm; phase response is more than 10% in the central frequency.