طراحي ماتريس باتلر 4×4 جهت شكل دهي پرتو آنتن در شبكه هاي آرايه فازي

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

در اين مقاله، طراحي سيستماتيك و قدم به قدم ماتريس باتلر 4×4 در فركانس كاري 2.45 گيگاهرتز آورده شده است. با استفاده از روش­ هاي افزايش پهناي باند، در اين مقاله ماتريس باتلر حاصل داراي پهناي باند بيشتري نسبت به طراحي­ هاي ديگر انجام گرفته در اين باند فركانسي است. مزيت­ هاي مهم طراحي ارائه شده، تك لايه بودن ساختار، ابعاد فشرده و سادگي روش كار همراه با كلي بودن طراحي است كه مي توان الگوريتم اين كار را در فركانس ­هاي ديگر نيز به كار گرفت. ماتريس باتلر مورد نظر بر روي زيرلايه FR4 در ابعاد 125×113×0.5 mm طراحي شده است. به منظور افزايش پهناي باند، از عنصرهاي بهبود يافته­ ي ريز نواري پسيو همانند كوپلر جهت­ دار شاخه­ اي 90 درجه، تقاطع و تغييردهنده­ ي فاز شيفمن استفاده شده است. در اين طرح، ايزولاسيون 20-25 دسيبل در فركانس مركزي حاصل شده است و همچنين اختلاف فازهاي ايجاد شده در خروجي منطبق با تئوري چرخش پرتو در سيستم­ هاي آرايه فازي است. پهناي باند حاصل شده از پاسخ فاز 10± درجه در فركانس مركزي بيش از 10% است. كاربرد اين ماتريس باتلر در شبكه تغذيه آنتن­ هاي آرايه فازي به منظور ايجاد پرتوهاي متعامد در جهات مورد نظر از فضا است.

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 branch-line hybrid coupler, cross over and Schiffman phase shifter are used. In the proposed design, isolation of 20-25dB at the central frequency is achieved, and outputs phase differences are coinciding to Butler matrix theory. The resulting bandwidth of ±10º phase response is more than 10% in the central frequency.