Butler矩阵是一种常用的波束成形无源器件,主要应用于多波束天线和多端口放大器等系统中,具有设计简单,成本低,灵活度高,无耗,相幅一致性好等特点。随着通信技术的不断进步发展,对各类波束成形器件的要求越来越高,也对Butler矩阵的小型化、可重构、宽带化、高平衡度和低插入损耗损等性能提出了更高的要求。但是,由于Butler自身结构的限制,在端口数上升时,其内部的耦合器数量会快速增加,结构也会更加复杂,这对实现Butler矩阵的小型化和高平衡度产生了严重挑战。因此,本文对Butler矩阵的小型化和计算机辅助调谐进行了研究。本文首先研究了Butler矩阵的小型化设计。Butler矩阵的小型化主要依赖于其内部的定向耦合器的小型化,使用传输线等效原理,将一条传输线看作三端口器件,在三个端口上加载支节,从而使电长度较短的传输线等效模型与原传输线的外部响应一致。通过对分支线耦合器四条支线的等效,有效的降低了耦合器的尺寸,并分别对分支线耦合器,宽带三分支线耦合器和一个功分比可调的电调耦合器进行了小型化。通过合理的布局,消除Butler矩阵中可能存在的交叉结,并基于小型化分支线耦合器设计并制造了一个小型化8×8 Butler矩阵;基于小型化宽带三分支线耦合器,设计并制造了一个小型化宽带4×4 Butler矩阵。接下来,本文提出了一种Butler矩阵不平衡度的调谐方法,Butler矩阵的不平衡度包括幅度不平衡度和相位不平衡度,指Butler矩阵中各端口输出信号的幅度误差和相位误差。目前业界的解决方法主要是提高Butler矩阵的设计标准和提高加工精度来减小不平衡度,这些工作只能在Butler矩阵生产前完成。也有一些方法是通过外加补偿设备,即衰减器和移相器来补偿相位/幅度不平衡度。本文首次提出在不增加外部设备的情况下,通过对Butler矩阵自身进行微调,来补偿Butler矩阵的不平衡度。本文提出了一种Butler矩阵传输矩阵的推导方法,通过该方法可以在Butler矩阵的传输矩阵中引入代表不平衡度的变量,从而在仅知道Butler矩阵外部端口S参数的情况下,提取Butler矩阵内部各个器件的不平衡度。并且,在设计时考虑了相位和幅度补偿结构,使用该方法提取出不平衡度后,可以简单地对Butler矩阵进行调谐。在研究过程中,使用Matlab将提出的理论编写为计算机辅助调试软件,并对加工的两个Butler矩阵进行调试,测试结果验证了本文提出的理论。