一种宽带且具有宽频抗干扰特性的差分高选择性定向天线

本发明属于无线通信，涉及一种宽带且具有宽频抗干扰特性的差分高选择性定向天线。

背景技术：

1、随着无线通信技术的快速发展，4g、5g、wi-fi、蓝牙等多种通信制式广泛应用，频谱资源愈发密集，电磁环境日趋复杂。天线作为无线通信系统的核心收发器件，其带宽性能、频率选择性与抗干扰能力，直接决定通信系统的传输质量与运行稳定性，也对天线集成化、宽频、低干扰的设计提出了更高要求。

2、为适配多频段通信需求，传统通信设备多采用多天线分立布局，分频段配置独立辐射单元。该方式不仅占用设备内部空间、不利于系统小型化与高度集成，还易引发天线间电磁耦合与串扰问题，造成信号衰减、端口隔离度下降。复杂环境下的杂散干扰会进一步降低频谱纯净度，导致通信稳定性变差，无法满足固定式物联网设备的可靠通信需求。

3、差分馈电技术可有效抑制共模噪声、提升端口隔离度与信号完整性，是低干扰、高性能天线的主流设计方案。同时，具备宽频带外抑制与高频率选择特性的一体化天线，无需额外增设抗干扰电路，可实现辐射与杂散抑制一体化功能，高度契合射频前端小型化、高集成的发展趋势。当前常规差分天线设计仍存在明显缺陷，多数方案仅具备窄带工作能力，频率选择性差，仅能对个别频点实现干扰抑制，无法达成宽频段连续抗干扰效果。此外，为提升选频性能增设的谐振结构，易激发高次寄生谐振，引入额外杂散干扰，严重恶化天线宽频抗干扰性能，难以同时兼顾宽带工作、宽频抗干扰与高端口隔离的综合性能需求。

4、综上，目前业内缺乏一款结构紧凑、集成度高，兼具宽带特性、宽频抗干扰能力、高频率选择性及高隔离度的差分双极化定向天线。针对现有技术的核心痛点，研发适配复杂电磁环境、适用于固定物联网通信场景的高性能差分抗干扰天线，是当前无线通信领域亟待解决的技术难题。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明的目的在于提供一种宽带且具有宽频抗干扰特性的差分高选择性定向天线，克服现有差分双极化天线在加载频率选择性谐振结构后，带外干扰抑制带宽有限，并且新增谐振单元容易诱发额外寄生谐波的缺陷，获得范围更宽的连续带外抑制能力。

2、为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种宽带且具有宽频抗干扰特性的差分高选择性定向天线，包括上层介质基板、分裂环偶极子、开路枝节、耦合方形环、金属地板、下层介质基板、金属反射板、同轴电缆以及sma馈电器；所述分裂环偶极子、开路枝节、耦合方形环设置于上层介质基板的上表面；金属地板设置于上层介质基板的下表面；金属反射板设置于下层介质基板的下表面；所述分裂环偶极子有两对，且保持±45°正交设置；所述开路枝节对称的加载在所述分裂环偶极子内；所述耦合方形环加载在所述分裂环偶极子外侧，其内部蚀刻有四个矩形槽；所述金属地内部蚀刻有四个弧形槽和四个角形槽；所述同轴电缆的内导体连接分裂环偶极子和金属反射板；外导体和介质连接金属地板和金属反射板；所述sma馈电器与所述同轴电缆的一端连接；所述分裂环偶极子和开路枝节用于形成两个高频辐射零点；所述耦合方形环用于形成低频辐射零点以及实现宽工作频带；所述耦合方形环内部蚀刻的四个矩形槽用于实现天线的阻抗匹配；所述金属地板上蚀刻的弧形槽用于抑制不需要的谐振模式，角形槽用于进一步拓宽抗干扰频带范围。

4、进一步，下层介质基板和金属反射板的尺寸大小相同。

5、进一步，所述金属反射板的边长大于耦合方形环的边长；所述耦合方形环的边长大于金属地板的边长；所述耦合方形环的宽度大于所述分裂环偶极子的宽度；所述分裂环偶极子的宽度大于所述开路枝节的宽度；所述分裂环偶极子向外进行180°弯曲，所述开路枝节向分裂环偶极子放置方向进行垂直弯曲。

6、进一步，所述同轴电缆的内导体一端连接至分裂环偶极子，另一端连接至金属反射板，贯穿分裂环偶极子、上层介质基板、金属地板、下层介质基板和金属反射板；所述同轴电缆的外导体和介质一端连接至金属地板，另一端连接至金属反射板，贯穿金属地板、下层介质基板和金属反射板。

7、进一步，所述上层介质基板、下层介质基板的相对介电常数值范围为4~5，损耗角正切值范围为0.01~0.03。

8、进一步，所述上层介质基板和下层介质基板的间距值范围为45.5~46.5mm；所述上层介质基板的长度值范围为79~81mm、宽度值范围为79~81mm、厚度值范围为0.5~1.5mm；所述下层介质基板的长度值范围为139~141mm、宽度值范围为139~141mm、厚度值范围为0.3~1.3mm。

9、进一步，所述分裂环偶极子长度值范围为45.1~46.1mm、宽度值范围为1.5~2.5mm；所述开路枝节的垂直长度值范围为2.3~3.3mm、弯曲长度值范围为6.5~7.5mm，宽度值范围为0.7~1.7mm。

10、进一步，所述耦合方形环边长值范围为53.3~54.3mm，所述金属地板边长值范围为21.3~22.3mm，所述角形槽长度值范围为4.9~5.9mm、宽度值范围为2.9~3.9mm，所述弧形槽宽度值范围为0.5~1.5mm，所述矩形槽长度值范围为19.5~20.5mm、宽度值范围为3.5~4.5mm。

11、进一步，所述sma馈电器包括内插针、绝缘介质和金属外壳，所述同轴电缆的内导体与 sma 馈电器的内插针连接，同轴电缆的外导体与sma馈电器的金属外壳连接；所述绝缘介质设置在内插针与金属外壳之间。

12、本发明的有益效果在于：

13、（1）本发明摒弃传统单端馈电方案，采用由四个sma馈电器组成两对差分端口的馈电形式，同时引入正交双极化辐射架构。天线辐射主体由两组正交布置的“t”形分裂环偶极子构成，偶极子内部对称加载的“l”形开路枝节、外部加载的蚀刻了矩形槽的耦合方形环相互配合，共同产生两个高频零点和一个低频零点，以此获得优异的频率选择特性；整体采用±45°放置的布局设置，有利于提升双极化端口之间的隔离水平。

14、（2）本发明利用金属地板上所蚀刻的缺陷接地结构实现宽频杂波抑制：其金属地板内部的角形槽用于有效拓宽抗干扰频带范围，弧形槽能够抑制掉不需要的谐振模式，使干扰抑制能力由传统方案仅针对个别离散频点的单点抑制，升级为连续宽频段范围内的带抑制效果。下层介质基板的下表面设置的金属反射板能够有效抑制后向辐射，实现定向辐射特性，进一步削弱空间环境中的杂波干扰。该天线的工作频率为1.71 ghz，可实现较宽的抗干扰频率范围即上阻带可达3.51

f0，阻抗带宽为50.3%（1.28-2.14 ghz），同时具备良好的辐射增益。

15、（3）本发明各项性能通过辐射单元与缺陷接地结构共同实现，无需额外增设独立的干扰抑制电路。得益于对称差分设计，两个极化通道之间的端口隔离度均大于35 db，可以有效降低通道之间的电磁串扰。整体结构布局紧凑，加工装配简便，便于和射频前端系统集成，能够满足固定式物联网通信设备在复杂电磁环境下的使用要求。

16、本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。