一种天线阵元及天线阵列的制作方法

本实用新型涉及通讯技术领域，尤其涉及一种天线阵元及天线阵列。

背景技术：

多入多出技术(Multiple-Input Multiple-Output，MIMO)，是指在发射端和接收端分别使用多个发射天线和接收天线，使信号通过发射端与接收端的多个天线传送和接收，从而改善通信质量。它能充分利用空间资源，通过多个天线实现多发多收，在不增加频谱资源和天线发射功率的情况下，可以成倍的提高系统信道容量。由于MIMO技术能够充分挖掘空间维的自由度，在提高频谱效率的同时获得较好的功率利用率，大规模MIMO系统引起了国内外的广泛关注，并成为第五代(5G)无线通信系统最有潜力的无线传输技术之一。

大规模MIMO系统由于在基站侧引入大规模天线阵列，在带来性能增益的同时也带来了前所未有的挑战，其中，由于MIMO系统的天线阵元之间的隔离度不高，大规模天线阵列的辐射性能和阵元间耦合因素对MIMO通信系统性能的影响就是一个有待深入研究的关键性问题。现有技术虽然也有一些具有一定隔离度的MIMO天线，但是这些天线普遍存在结构复杂、隔离度不高的问题。

因此，有必要提供一种结构简单，隔离度高的天线阵元及天线阵列。

技术实现要素：

有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种天线阵元及天线阵列，以解决现有技术天线阵列结构复杂，隔离度不高的问题。

本实用新型解决上述技术问题所采用的技术方案如下：

一方面，本实用新型提供一种天线阵元，所述天线阵元包括基板、主辐射贴片及馈电端口：

所述基板的形状为n边形，其上设有通孔，n为大于或等于3的整数；

所述主辐射贴片设于所述基板的正面；

所述馈电端口设于所述基板的背面，其内导体通过所述基板上的通孔延伸到所述基板正面并与所述主辐射贴片电连接。

优选的，所述主辐射贴片的两边均设有一个辅助辐射贴片。

优选的，所述主辐射贴片及所述辅助辐射贴片均为矩形。

优选的，所述基板的形状为五边形。

优选的，所述天线阵元的工作频段在3.3GHz至3.4GHz之间。

另一方面，本实用新型还提供一种天线阵列，所述天线阵列包括至少两个如上所述的天线阵元及一个支架：所述支架的形状为一个m面体，m为大于或等于4的整数；每个天线阵元分别固定在所述支架的一个面上，且每个天线阵元的主辐射方向和电波极化方向相互错开。

优选的，所述天线阵元的基板为正五边形，所述支架为正12面体。

优选的，所述天线阵元的数量为11个，分别与所述支架的11个面配合。

优选的，所述支架为3D打印支架。

优选的，所述支架与所述天线阵元之间通过螺钉固定。

本实用新型的天线阵元及天线阵列，采用多面体的支架，将多个天线阵元分别固定在支架的各面，通过支架将各天线阵元固定于特定的空间，从而使每个天线阵元的主辐射方向和电波极化方向相互错开，改善了阵元之间的射频信号耦合特性。并且，采用多面体的支架固定多个天线阵元，不仅结构简单，减小了天线阵元的体积。

附图说明

图1为本实用新型实施例提供的一种天线阵列的结构示意图；

图2为本实用新型实施例中采用的一种正五边形的天线阵元的正面结构的示意图；

图3为本实用新型实施例中天线阵元的侧视图；

图4为本实用新型中支架的结构示意图；

图5为本实用新型实施例中通过螺钉将天线阵元固定在支架上的示意图。

本实用新型目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

为了使本实用新型所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚、明白，以下结合附图和实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

本实用新型提供了一种天线阵列及天线阵元。请参阅图1，天线阵列包括至少两个天线阵元10及一个支架30：

所述支架30的形状为一个m面体，m为大于或等于4的整数；

该天线阵元10的形状为n边形，n为大于或等于3的整数，每个天线阵元分别固定在所述支架的一个面上，且每个天线阵元的主辐射方向和电波极化方向相互错开。

在一个可选的方案中，请参阅图2和图3，天线阵元10为正五边形。

该天线阵元10包括：基板110、主辐射贴片120、辅助辐射贴片121以及馈电端口130。

该基板110的形状为五边形，其上设有通孔(图未示)。

主辐射贴片120设于基板110的正面，其两边各设有一个辅助辐射贴片121。其中主辐射贴片120及所述辅助辐射贴片121均为矩形。具体的，在主辐射贴片的两侧设置辅助辐射贴片，可以展宽天线的辐射频带。

馈电端口130设于所述基板110的背面，馈电端口130的内导体通过所述基板上的通孔延伸到所述基板正面并与所述主辐射贴片120电连接。实际应用中，可以通过焊接的方式实现主辐射贴片120与内导体之间的电连接。

实际应用中，该天线阵元10的工作频段可以在3.3GHz至3.4Ghz之间(即3.3-3.4GHz)，可应用于低成本、高传输速率的MIMO无线通信系统。

实际应用中，基板110可以采用印刷电路板(Printed Circuit Board，PCB)，利用PCB工艺制备，成本低廉，体积小，并且可以利用同轴线经由基板背面馈 电。

在一个可选的方案中，请参阅图4。

该支架30为一个正12面体，其每个面都是一个正五边形，用于固定一个天线阵元10。

实际应用中，支架30可以采用3D打印的方式一次成型。

安装时，可以将多个天线阵元10分别通过螺钉固定在支架30的各个面上，如图5所示。

采用这种结构，支架30可以将各天线阵元10固定在特定的空间方位上，使各阵元的主辐射方向和电波极化方向彼此相互错开，确保阵元之间的耦合度较低，从而改善阵元之间的射频信号耦合特性。

本实施例中，可以在支架30的11面上都固定一个天线阵元10，即该支架30上一共固定了11个天线阵元10。

实际应用中，也可以根据实际需要设定天线阵元的基板的形状，比如基板可以为三角形、正六边形等；而支架也可以对应的设置为四面体、正八面体、正24面体等，只要确保基板的形状与支架的各面的形状能够相互配合，并且每个天线阵元的主辐射方向和电波极化方向相互错开即可。

在采用Ansoft公司的HFSS三维电磁场仿真软件对本实施例的MIMO天线阵列(正12面体支架固定11个五边形基板的天线阵列)进行仿真，并利用PCB工艺和3D打印工艺加工出实物进行测试实验中，仿真和测试的结果显示：

1、在天线阵列输入端S参数，在3.3-3.4GHz处S11低于-10dB；

2、测试天线阵列输入端的端口耦合度，在3.3-3.4GHz处耦合度均＜-30dB，表示阵元间隔离度良好；

3、在天线阵元的仿真辐射中，在主辐射方向上天线的最大增益为4.7dB；

4、在天线阵元的输入端S参数测试，表明天线工作频段为3.3-3.4GHz。

由此可见各天线阵元之间的互耦参数在天线阵列的工作频段均小于-30dB，本实施例的天线阵列在MIMO通信系统中工作性能良好。

本实施例的天线阵列，采用多面体的支架，将多个天线阵元分别固定在支架的各面，通过支架将各天线阵元固定于特定的空间，从而使每个天线阵元的主辐射方向和电波极化方向相互错开，改善了阵元之间的射频信号耦合特性。并且，采用多面体的支架固定多个天线阵元，不仅结构简单，减小了天线阵元的体积。

以上参照附图说明了本实用新型的优选实施例，并非因此局限本实用新型的权利范围。本领域技术人员不脱离本实用新型的范围和实质内所作的任何修改、等同替换和改进，均应在本实用新型的权利范围之内。