[发明专利]一种适用于5G通信的超宽带差分PIFA天线

说明书

本发明公开一种适用于5G通信的超宽带差分PIFA天线。本发明将原有的两个单独PIFA天线通过接地端口直接相连，并将单端口馈电改为双端口差分馈电，从而为天线提供一对极性相反的信号，从而在微带传输线上产生等幅反向的高频电流。同时利用导带直角弯曲45°外斜切的方法有效控制微带特性阻抗的连续性，并对辐射贴片进行渐变开槽设计以满足超宽带特性。本发明在通带内的差模损耗小，经过测试后发现，该款差分天线在2‑5.4GHz的差模驻波比均小于1.7，且回波损耗均大于12dB,相对带宽大于90％。另外，天线在工作频段内的增益大于5dBi，辐射效率大于95％，具有超宽带、高增益、高效率以及卓越的端口匹配等性能。

技术领域

本发明属于5G通信技术领域，涉及一种差分馈电方式的镜像对称PIFA天线，可作为无线收发机射频前端的小型化天线，广泛应用于ISM频段，移动通信频段与卫星通信频段等无线通信频段中。

背景技术

近年来，随着5G通信技术的飞速发展，天线需要覆盖更多的频段且对应的带宽需要足够宽。同时，射频模块在逐渐朝着小型化的趋势发展，对于天线工作者来说，在设计天线的同时，不仅需要考虑天线自身的性能，也需要考虑整个射频系统的体积、功耗和实用性等性能。但是，目前的大多数天线工程师设计宽带天线时，都是采用的单端口馈电，这会造成信号的抗干扰能力差，线性度低等缺陷，相反，利用差分馈电可以避免这些问题，并且差分天线也可直接与射频前端差分电路相连，有效地规避了巴伦平衡转换器的使用。差分电路具有较高的线性度、较广的动态范围以及对于高次谐波优良的抑制能力等特点。因此，使用差分馈电技术的天线具有更高的辐射效率，更宽的带宽以及更好的带外抑制能力。

平面倒F天线(PIFA天线)的基本结构是采用一个平面辐射单元作为辐射体，并以一个大的地面作为反射面，辐射体上有两个引脚，分别用于接地和馈电。引入差分电路之后，可以利用平衡对称电路的原理，使得两个相同PIFA天线的接地端相连，并在共模操作中接地，从而让天线不再需要接地的通孔。由上可知，现有技术中较少地涉及超宽带差分PIFA天线，特别是兼顾小型化、实用性、集成化等的差分PIFA天线，同时本天线也可工作在ISM频段与5G通信频段(sub-6)中。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种差分馈电的超宽带PIFA天线，它将原有的两个单独PIFA天线通过接地端口直接相连，并将单端口馈电改为双端口差分馈电，从而为天线提供一对极性相反的信号，同时由于两个天线的接地端口已经镜像对称相连，可以达到替代地平面的效果，简化电路设计，并且，这种结构在通带内具备良好的辐射特性。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下：

本发明包括单层介质基板(1)上表面蚀刻的一对对称辐射金属贴片(2)和下表面蚀刻的一对差分微带传输线(6)；两个称辐射金属贴片(2)和两条差分微带传输线(6)均关于介质基板的中心线轴对称相连；两条差分微带传输线(6)直接相连，转角处存在90°直角(7)，并在直角弯曲处进行45°外斜切；

所述的辐射金属贴片(2)上刻有两种槽缝，分别为渐变式槽缝(3)和一个横向槽缝(5)，渐变式槽缝(3)设计能够让天线产生两个谐振点，用于实现超宽带特性；横向槽缝(5)为长方形槽缝，能够更好地为天线提供宽带匹配效果；所述的差分微带传输线(6)能够为天线提供一对极性相反的馈电信号；所述的差分微带传输线(6)的对称中心和辐射金属贴片(2)的对称中心与介质基板(1)的中心在一条直线上。

进一步的，所述的渐变式槽缝(3)和横向槽缝(5)均关于介质基板的中心线轴对称相连。

进一步的，所述的渐变式槽缝(3)与横向槽缝(5)之间通过长条形细缝槽连接，长条形细缝槽的宽度s₁为1.4mm，且长条形细缝槽对称设置，其两条边分别是辐射金属贴片(2)。

进一步的，所述的两个辐射金属贴片(2)总长度和总宽度与介质基板(1)的长度和宽度一致。