一种面向5G双频段覆盖的低剖面小型化PIFA天线

本发明属于微波通信，具体涉及一种面向5g双频段覆盖的低剖面小型化pifa天线。

背景技术：

1、我国为了满足5g网络高速、低延迟、大连接等特点对于频谱资源的需求，进一步提升中国在5g领域的竞争力，在5g频段中确定优先部署了n78和n79频段。n78频段是中国电信、中国联通的5g主力频段，频段范围为3.3ghz-3.8ghz。n79频段则是中国移动的5g主力频段，频段范围为4.4ghz-5ghz。目前，业界所提出的微波双频段天线主要分为两类且存在局限性：第一种是通过在单个谐振器中激发双/多个工作模式的方式实现双频段覆盖，但是由于要利用单个谐振器的较高次模，往往导致天线尺寸过大；第二种方法是通过采用多种谐振器混合结构实现双频段覆盖，但是现有的设计结构往往较为复杂，且提供的模式仍然数量有限(≦4个模式)，难以实现两个频段的宽频带覆盖。在此背景下，就天线技术领域而言，设计一款覆盖n78/n79的双频双宽带、小型化的天线具有重要的研究意义。

2、微带贴片天线(microstrippatchantenna，简称mpa)以其成本低、重量轻等特点在现代移动和无线通信系统中得到了广泛的应用。与传统的mpa相比，平面倒f天线(planarinverted-fantenna，简称pifa)通常具有更小的尺寸，因此变得非常有吸引力。

3、目前所提出的微波双频段天线主要分为两类且存在局限性：第一种是通过在单个谐振器中激发双/多个工作模式的方式实现双频段覆盖，但是由于要利用单个谐振器的较高次模，往往导致天线尺寸过大；第二种方法是通过采用多种谐振器混合结构实现双频段覆盖，但是现有的设计结构往往较为复杂，且提供的模式仍然数量有限(≦4个模式)，无法实现两个频段的宽频带覆盖。

技术实现思路

1、本发明针对上述现有技术中现有的传统双频段微带贴片天线技术实现双频段设计往往导致平面尺寸过大(≥0.5×0.5λ12)、剖面高度较高(≥0.2λ1)带宽比较窄(≦5％)等问题。本发明提出了一种面向5g双频段覆盖的低剖面小型化pifa天线。

2、本发明为实现上述发明目的，采取的技术方案如下：

3、一种面向5g双频段覆盖的低剖面小型化pifa天线，包括自上而下层叠设置的寄生金属贴片、基板及金属地；所述寄生金属贴片的边缘设置一对第一短路金属柱；所述寄生金属贴片的表面设置一对第二短路金属柱、同轴馈电；所述寄生金属贴片的表面设置主金属辐射贴片；所述主金属辐射贴片表面阵列设置金属通孔；所述主金属辐射贴片表面接近金属通孔处蚀刻第一矩形槽；所述主金属辐射贴片表面蚀刻一对第二矩形槽；所述同轴馈电位于一对第二矩形槽与一对第二短路金属柱之间；射频激励信号从底部馈入，通过馈电探针对位于其上的主金属辐射贴片进行馈电，并通过金属通孔电感耦合对寄生金属贴片进行馈电。

4、进一步的作为本发明的优选技术方案，天线的主金属辐射贴片提供三个模式，分别是tm1/2,2、tm3/2,0和tm3/2,2；主金属辐射贴片表面蚀刻一对第二矩形槽，降低tm3/2,0模式谐振频率，将它与tm1/2,2模式合并，实现以3.5ghz为中心频率的宽带覆盖效果，初步覆盖n78频段。

5、进一步的作为本发明的优选技术方案，主金属辐射贴片表面蚀刻第一矩形槽，将tm3/2,2模式的谐振点调节到n79频段的范围内，之后，引入寄生金属贴片，通过磁耦合激发出两个额外的模式tm1/2,0和tm0,2。

6、进一步的作为本发明的优选技术方案，寄生金属贴片的边缘设置一对第一短路金属柱，提高tm1/2,0模式谐振频率至tm3/2,2模式谐振点附近，此时tm1/2,0、tm3/2,2和tm0,2三个模式相近，初步覆盖n79频段。

7、进一步的作为本发明的优选技术方案，在主金属辐射贴片上加载一对第二短路金属柱改善阻抗匹配。

8、本发明所述的一种面向5g双频段覆盖的低剖面小型化pifa天线，采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：

9、(1)本发明引入寄生贴片的pifa天线，在第一个频段可以存在两个谐振点，第二个频段存在三个谐振点，实现了n78、n79双频带全覆盖3.25ghz-3.8ghz和4.39ghz-5.0ghz的工作效果。本发明采用pifa天线，因此具有低的剖面高度的特性，天线整体高度仅为2.54mm(～0.03λ1@3.5ghz)；结构紧凑，只需较小的单元平面尺寸便可实现，单元平面尺寸为0.45λ1×0.32λ1(～λ1@3.5ghz)。

10、(2)本发明采用的pifa天线结构，提供五个谐振模式，其中主辐射贴片提供的tm1/2,2和tm3/2,0实现n78频段的全覆盖，寄生贴片提供的tm1/2,0、tm0,2和主辐射贴片提供的tm3/2,2实现了n79频段的全覆盖。

11、(3)本天线设计可以同时包含n78(3.25ghz-3.8ghz)和n79(4.39ghz-5.0ghz)两个频段，但不仅限于n78和n79频段，该设计技术可应用于5g其他频段。

技术特征：

1.一种面向5g双频段覆盖的低剖面小型化pifa天线，包括自上而下层叠设置的寄生金属贴片(3)、基板(1)及金属地(10)；其特征在于，所述寄生金属贴片(3)的边缘设置一对第一短路金属柱(2)；所述寄生金属贴片(3)的表面设置一对第二短路金属柱(8)、同轴馈电(9)；所述寄生金属贴片(3)的表面设置主金属辐射贴片(5)；所述主金属辐射贴片(5)表面阵列设置金属通孔(4)；所述主金属辐射贴片(5)表面接近金属通孔(4)处蚀刻第一矩形槽(6)；所述主金属辐射贴片(5)表面蚀刻一对第二矩形槽(7)；所述同轴馈电(9)位于一对第二矩形槽(7)与一对第二短路金属柱(8)之间；射频激励信号从底部馈入，通过馈电探针对位于其上的主金属辐射贴片(5)进行馈电，并通过金属通孔(4)电感耦合对寄生金属贴片(3)进行馈电。

2.根据权利要求1所述的一种面向5g双频段覆盖的低剖面小型化pifa天线，其特征在于，天线的主金属辐射贴片(5)提供三个模式，分别是tm1/2,2、tm3/2,0和tm3/2,2；主金属辐射贴片(5)表面蚀刻一对第二矩形槽(7)，降低tm3/2,0模式谐振频率，将它与tm1/2,2模式合并，实现以3.5ghz为中心频率的宽带覆盖效果，初步覆盖n78频段。

3.根据权利要求2所述的一种面向5g双频段覆盖的低剖面小型化pifa天线，其特征在于，主金属辐射贴片(5)表面蚀刻第一矩形槽(6)，将tm3/2,2模式的谐振点调节到n79频段的范围内，之后，引入寄生金属贴片(3)，通过磁耦合激发出两个额外的模式tm1/2,0和tm0,2。

4.根据权利要求3所述的一种面向5g双频段覆盖的低剖面小型化pifa天线，其特征在于，寄生金属贴片(3)的边缘设置一对第一短路金属柱(2)，提高tm1/2,0模式谐振频率至tm3/2,2模式谐振点附近，此时tm1/2,0、tm3/2,2和tm0,2三个模式相近，初步覆盖n79频段。

5.根据权利要求4所述的一种面向5g双频段覆盖的低剖面小型化pifa天线，其特征在于，在主金属辐射贴片(5)上加载一对第二短路金属柱(8)改善阻抗匹配。

技术总结
本发明属于微波通信技术领域，具体涉及一种面向5G双频段覆盖的低剖面小型化PIFA天线。本发明包括自上而下层叠设置的寄生金属贴片、基板及金属地；寄生金属贴片的边缘设置一对第一短路金属柱；寄生金属贴片的表面设置一对第二短路金属柱、同轴馈电；寄生金属贴片的表面设置主金属辐射贴片；主金属辐射贴片表面阵列设置金属通孔；主金属辐射贴片表面接近金属通孔处蚀刻第一矩形槽；主金属辐射贴片表面蚀刻一对第二矩形槽；同轴馈电位于一对第二矩形槽与一对第二短路金属柱之间；射频激励信号从底部馈入，通过馈电探针对位于其上的主金属辐射贴片进行馈电，并通过金属通孔电感耦合对寄生金属贴片进行馈电。

技术研发人员：杨汶汶,戚政雅,王子豪,刘宇轩,王军福,陈建新
受保护的技术使用者：南通大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14