一种小型化矩形贴片阵列天线的制作方法

本实用新型属于相关5g通信阵列天线技术领域，具体涉及一种小型化矩形贴片阵列天线。

背景技术：

由于第五代无线通信技术(5g)在高传输速率、低延迟、高通信密度、低能耗以及与大规模设备相集成等方面具有突出的优势，已在我国全面实现商用覆盖。5g通信是通过新型天线传输技术(massivemimo)大幅度提升并增强通信系统的空间分辨率、频谱效率及信道容量。massivemimo技术的运用，可使基站在同等时频资源的基础上提高对接用户的数量，从而提高频谱效率，且可辐射成更窄的波束，使能量集中在更小的范围内，从而提高基站和移动终端间射频传输信道上的能量效率，降低基站端的功率损耗。massivemimo技术的中心思想是当基站的天线数目达到一定的数量级时，无线信道中衰落、干扰等负面影响可以低到被忽略，数据传输的可靠性得到有效提高。因此，阵列天线的构建是massivemimo技术中的重要一环。阵列天线是通过多个阵元产生辐射，增强阵列天线整体的辐射特性，使其具有更强的方向性。通过调整阵元间距，馈电幅度和相位的方式就可使阵列天线适用于各种5g通信场景。同时，阵列天线的技术优势也会受到波束集中程度，主瓣增益，阵元间隔离度等参数的影响。

近10年基于开口谐振环提出的专利包括：针对超宽带或多频带天线，以及超表面、滤波器和可重构天线的设计。其中在天线小型化的研究中的应用，都是基于不同结构、频率的阵列天线，以及与本实用新型不同结构的开口谐振环。

本实用新型以5g无线通信为应用背景，构建了工作频率在3.5-3.6ghz的5g矩形贴片阵列天线。通过设计一种基于开口谐振环的单负材料，用于降低该阵列天线小型化过程中阵元间的耦合效应，达到提升该阵列天线的隔离度，改善其辐射性能的目的。

技术实现要素：

本实用新型的目的是设计能够覆盖5g微波频段的小型化矩形贴片阵列天线，将开口谐振环金属单元应用到矩形贴片阵列天线中，利用它自身可以在所设定的频率下产生谐振的特殊电磁性能，抑制阵元间的互耦效应，在保证贴片阵列天线的带宽性能不受影响的前提下，提高阵元间的隔离度，达到较好的去耦效果。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种小型化矩形贴片阵列天线，包括馈电端口二、馈电端口一、微带线、阻抗变换器、阵元一、矩形贴片一、开口谐振环组、矩形贴片二、阵元二和底板，所述底板上设置有开口谐振环组，所述开口谐振环组的左侧设置有阵元一，且开口谐振环组的右侧设置有阵元二，所述阵元一包括馈电端口一和矩形贴片一，所述阵元二包括矩形贴片二和馈电端口二，所述矩形贴片一与馈电端口一通过阻抗变换器与微带线连接，所述矩形贴片二与馈电端口二通过阻抗变换器与微带线连接。

优选的，所述阵元一与阵元二之间的距离缩小3mm。

优选的，所述阵元一与阵元二的大小相同，且两者之间设置的阻抗变换器和微带线也相同。

优选的，所述开口谐振环组为金属单元，外径为3.745mm,内径为3.077mm，开口缝隙宽度为0.5mm。

优选的，所述底板为宽度62.5mm、厚度2.4mm的fr4环氧树脂(fr4epoxy)板。

优选的，所述阵元一与阵元二共设置有多个。

与现有技术相比，本实用新型提供了一种小型化矩形贴片阵列天线，具备以下有益效果：

1、本实用新型针对5g频段的矩形贴片阵列天线小型化过程中形成的互耦效应，设计出一种可以对矩形贴片阵列天线进行解耦的开口谐振环金属结构，该谐振环在与矩阵贴片阵列天线发生谐振时，可以抑制阵元间电磁波的传输，达到提高阵列天线隔离度的目的；

2、本实用新型对比了2单元矩形贴片阵列天线、小型化2单元矩形贴片阵列天线和基于开口谐振环的2单元小型化贴片阵列天线的辐射性能，结果表明：在3.54ghz时，不缩小阵元间距的阵列天线隔离度为-17.3025db,阵元间距缩小3mm后，阵列天线的隔离度为-14.6606db。可见，阵元间距减小后阵列天线的隔离度下降了15.2％，最低频带发生偏移；加入开口谐振环后，阵列天线的隔离度为-16.8049db,与不加环的阵列天线相比，隔离度提高了14.6％，最低频带有所拓展，可见，阵元间距减小过程中会产生互耦效应，引起隔离度和增益下降，以及频段的偏移，加入开口谐振环后，可以改善隔离度等性能指标，起到解耦效果；

3、本实用新型基于2单元矩形贴片阵列天线小型化过程中的各项性能对比结果，本实用新型设计了小型化8单元矩形贴片阵列天线，并与加入开口谐振环后的小型化8单元矩形贴片阵列天线的辐射性能进行了对比，结果表明：8单元矩形贴片阵列天线中每个阵元间距缩小3mm，整个阵列缩小21mm后，阵列天线的隔离度为-14.939db，加入开口谐振环后的阵列天线隔离度为-18.2879db。可见，加入开口谐振环将阵列天线隔离度提高了23％。

附图说明

附图用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本实用新型的实施例一起用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的限制，在附图中：

图1为本实用新型提出的2单元小型化贴片天线阵列模型图；

图2为本实用新型提出的s参数对比曲线图；

图3为本实用新型提出的8单元小型化贴片天线阵列模型图；

图中：1、馈电端口二；2、馈电端口一；3、微带线；4、阻抗变换器；5、阵元一；6、矩形贴片一；7、开口谐振环组；8、矩形贴片二；9、阵元二；10、底板。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”“前端”、“后端”、“两端”、“一端”、“另一端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体式连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

请参阅图1-3，本实用新型提供一种技术方案：

一种小型化矩形贴片阵列天线，包括馈电端口二1、馈电端口一2、微带线3、阻抗变换器4、阵元一5、矩形贴片一6、开口谐振环组7、矩形贴片二8、阵元二9和底板10，底板10上设置有开口谐振环组7，开口谐振环组7的左侧设置有阵元一5，且开口谐振环组7的右侧设置有阵元二9，阵元一5包括馈电端口一2和矩形贴片一6，阵元二9包括矩形贴片二8和馈电端口二1，矩形贴片一6与馈电端口一2通过阻抗变换器4与微带线3连接，矩形贴片二8与馈电端口二1通过阻抗变换器4与微带线3连接。

一种小型化矩形贴片阵列天线，阵元一5与阵元二9之间的距离缩小3mm，阵元一5与阵元二9的大小相同，且两者之间设置的阻抗变换器4和微带线3也相同，开口谐振环组7，外径为3.745mm,内径为3.077mm，开口缝隙宽度为0.5mm，底板10为宽度62.5mm、厚度2.4mm的fr4环氧树脂(fr4epoxy)板，阵元一5与阵元二9共设置有多个。

如图2所示，图2为加开口谐振环和不加开口谐振环的小型化2单元矩形贴片阵列天线的s参数对比仿真图，s11为该阵列天线的回波损耗，s21为该阵列天线的隔离度。仿真结果表明：所设计的基于开口谐振环的小型化2单元矩形贴片阵列天线能够正常工作的频段范围为：3.49～3.6ghz，能够覆盖5g工作频段，该阵列天线的谐振频率为3.54ghz，对应的回波损耗为-27.8694db，隔离度为-16.8049db，说明加入开口谐振环后，可以降低阵元间的耦合度，开口谐振环上形成的感应电流，有效平衡了两个阵元间的电流能量，达到了解耦效果。

本实用新型的工作原理及使用流程：

工作频段为3.5—3.6ghz的2单元矩形贴片阵列天线，如图1所示，印制贴片天线的介质基板长度为101mm，宽度为62.5mm，厚度为2.4mm，选取的介质基板为fr4环氧树脂(fr4epoxy)板，基板相对介电参数εr＝4.2，阵元天线由辐射贴片、阻抗变换器和微带线三部分组成，采用测馈端口馈电，两矩形贴片天线间距8.8mm，在其中间位置的介质基板表面，添加5个开口谐振环，其中，单个谐振环外径为3.745mm，内径为3.077mm，开口缝隙宽度为0.5mm；

设计基于开口谐振环的小型化8单元贴片阵列天线，在7个间距中分别加入5个开口谐振环，如图3所示，并与加入开口谐振环后的小型化8单元矩形贴片阵列天线的辐射性能进行了对比，结果表明：8单元矩形贴片阵列天线中每个阵元间距缩小3mm，整个阵列缩小21mm后，加入开口谐振环将阵列天线隔离度提高了23％。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。