【天线】5G频率平面倒F天线PIFA附Matlab代码

最新推荐文章于 2025-12-03 17:02:19 发布

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#5G #平面 #matlab

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🔥 内容介绍

（一）研究背景

5G 通信作为新一代移动通信技术，凭借超高带宽、超低时延、海量连接的特性，广泛应用于智能终端、物联网、工业互联网、车联网等领域。天线作为 5G 通信系统的核心射频部件，其性能直接决定信号传输的效率与稳定性。5G 通信采用多频段组网模式，涵盖 Sub-6GHz（中低频段，主要用于广域覆盖，如 700MHz、2.6GHz、3.5GHz）与毫米波（高频段，用于局部高速传输，如 26GHz、28GHz、39GHz），对天线的小型化、宽频带、高增益、低剖面特性提出了严苛要求。

传统天线（如 monopole 天线、微带贴片天线）在 5G 场景中存在明显局限：monopole 天线剖面高（通常需与波长相当），难以适配智能终端的轻薄化设计；普通微带贴片天线带宽窄，无法覆盖 5G 多频段需求，且在高频段易出现增益骤降、辐射效率低的问题。平面倒 F 天线（Planar Inverted-F Antenna，PIFA）作为一种改良型微带天线，通过 “倒 F” 形的金属辐射体与接地结构设计，兼具低剖面（剖面高度通常可压缩至 0.01-0.05λ，λ 为工作波长）、宽频带、易集成的优势，同时具备良好的阻抗匹配与辐射特性，成为 5G 智能终端（如手机、平板电脑）、物联网传感器、车联网终端等设备的理想天线方案。

当前，5G 终端天线设计面临两大核心挑战：一是多频段兼容，需在有限空间内实现 Sub-6GHz 多频段（如 3.3-3.6GHz、4.8-5.0GHz）与毫米波频段的协同覆盖；二是电磁兼容（EMC）问题，5G 终端内部元器件密集（如处理器、电池、显示屏），天线易受周边电磁干扰，导致辐射性能劣化。PIFA 天线通过结构优化（如加载寄生单元、开槽设计）与馈电方式改进，可有效应对上述挑战，成为 5G 终端天线的主流技术路线之一。

（二）研究意义

理论意义：

深入分析 5G 多频段特性与 PIFA 天线的辐射机理，建立 “频率 - 结构 - 性能” 的映射关系，完善 5G 频段 PIFA 天线的理论设计体系；

突破传统 PIFA 天线单频段局限，提出宽频带、多频段 PIFA 天线的设计方法，为 5G 多频段兼容天线的理论研究提供新方向。

实践意义：

针对 5G Sub-6GHz 主流频段（如 3.5GHz、4.9GHz）设计高性能 PIFA 天线，满足智能终端对低剖面、高辐射效率的需求，助力 5G 终端产品的轻薄化与高性能化发展；

提供 PIFA 天线在 5G 场景下的电磁兼容优化方案，降低终端内部电磁干扰对天线性能的影响，提升 5G 通信的稳定性与可靠性；

为 5G 物联网、车联网等领域的小型化终端天线设计提供可复用的技术方案，推动 5G 应用场景的规模化落地。

（三）国内外研究现状

国外研究现状：

美国高通（Qualcomm）公司较早开展 5G PIFA 天线研究，针对 Sub-6GHz 频段（2.4-2.7GHz、3.3-3.8GHz）设计出低剖面（高度 < 3mm）PIFA 天线，通过加载 L 形寄生单元实现双频段覆盖，辐射效率可达 85% 以上，已应用于其 5G 终端射频模组；

韩国三星（Samsung）在 Galaxy 系列 5G 手机中采用折叠式 PIFA 天线设计，利用金属边框作为辐射体的一部分，在有限空间内实现 3.5GHz 与 4.9GHz 双频段覆盖，剖面高度控制在 2.5mm 以内；

学术领域，美国佐治亚理工学院提出基于缺陷地结构（DGS）的 5G PIFA 天线，通过在接地面开槽改变电流分布，拓展天线带宽至 1.2GHz（3.2-4.4GHz），同时提升抗电磁干扰能力；但该设计在毫米波频段的适配性仍需优化。

国内研究现状：

华为、中兴等企业在 5G 终端 PIFA 天线设计中取得突破，华为 Mate 系列手机采用 “主辐射体 + 寄生枝节” 的 PIFA 结构，实现 3.5GHz（NR n78 频段）与 2.6GHz（NR n41 频段）的双频段覆盖，辐射效率在 Sub-6GHz 频段可达 82%，且剖面高度仅 2.8mm；