一种小型化矩形贴片阵列天线制造技术

本实用新型专利技术公开一种小型化矩形贴片阵列天线，包括5G矩形贴片阵列天线，开口谐振环，以及开口谐振环对不同单元5G矩形贴片阵列天线小型化过程中的解耦分析，本实用新型专利技术主要实现了5G矩形贴片阵列天线的尺寸小型化，先设计2单元矩形贴片阵列天线，针对其小型化过程中不同阵元间的互耦效应，设计出可以有效降低阵元间互耦效应的开口谐振环金属单元，最后说明开口谐振环在8单元贴片阵列天线中的解耦应用，在阵列天线小型化过程中，通过在贴片阵元间加入开口谐振环，可以有效提高阵元间的隔离度，并量化分析了开口谐振环对5G矩形贴片阵列天线的解耦效果。

【技术实现步骤摘要】
一种小型化矩形贴片阵列天线
本技术属于相关5G通信阵列天线
，具体涉及一种小型化矩形贴片阵列天线。
技术介绍
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，以及与本技术不同结构的开口谐振环。本技术以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。
技术实现思路
本技术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，本技术提供如下技术方案：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，本技术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、本技术针对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、本技术对比了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、本技术基于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，本技术设计了小型化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技术的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本技术的实施例一起用于解释本技术，并不构成对本技术的限制，在附图中：图1为本技术提出的2单元小型化贴片天线阵列模型图；图2为本技术提出的S参数对比曲线图；图3为本技术提出的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技术实施例中的附图，对本技术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技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，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，都属于本技术保护的范围。在本技术的描述中，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技术和简化描述，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技术的限制。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。在本技术的描述中，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技术中的具体含义。请参阅图1-3，本技术提供一种技术方案：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，且开口谐振环本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一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)，其特征在于：所述底板(10)上设置有开口谐振环组(7)，所述开口谐振环组(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)，所述阵元一(5)包括馈电端口一(2)和矩形贴片一(6)，所述阵元二(9)包括矩形贴片二(8)和馈电端口二(1)，所述矩形贴片一(6)与馈电端口一(2)通过阻抗变换器(4)与微带线(3)连接，所述矩形贴片二(8)与馈电端口二(1)通过阻抗变换器(4)与微带线(3)连接。/n

【技术特征摘要】
1.一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)，其特征在于：所述底板(10)上设置有开口谐振环组(7)，所述开口谐振环组(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)，所述阵元一(5)包括馈电端口一(2)和矩形贴片一(6)，所述阵元二(9)包括矩形贴片二(8)和馈电端口二(1)，所述矩形贴片一(6)与馈电端口一(2)通过阻抗变换器(4)与微带线(3)连接，所述矩形贴片二(8)与馈电端口二(1)通过阻抗变换器(4)与微带线(3)连接。


2.根据权利要求1所述的一种小型化矩形贴片阵列天线，其特征在于：所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：周文颖，逯迈，
申请(专利权)人：兰州交通大学，
类型：新型
国别省市：甘肃;62