[發明專利]用于射頻識別系統的光子帶隙陶瓷科赫分形偶極子天線

無效

• 申請號: 200910111456.4
• 申請日: 2009-04-09
• 公開（公告）號: CN101533951A
• 公開（公告）日: 2009-09-16
• 發明（設計）人: 游佰強;林斌;周建華;熊兆賢;鄭建森;徐偉明
• 申請（專利權）人: 廈門大學
• 主分類號: H01Q1/38
• 分類號: H01Q1/38;H01Q9/26;H01Q13/08
• 代理公司: 廈門南強之路專利事務所
• 代理人: 馬應森;劉 勇

技術領域

本發明涉及一種偶極子天線，尤其是涉及一種用于射頻識別系統的光子帶隙陶瓷科赫分形偶極子天線。

背景技術

射頻識別技術(Radio?Frequency?Identification，英文縮寫為RFID)是20世紀90年代開始興起的一種用射頻通信實現的非接觸式自動識別技術。RFID標簽具有體積小、容量大、壽命長、可重復使用等特點，可支持快速讀寫、非可視識別、移動識別、多目標識別、定位及長期跟蹤管理等，將此技術與互聯網、通訊等技術相結合，用于物流、制造、公共信息服務等行業，可實現高效管理與運作，降低成本。隨著安全軟信息相關技術的不斷完善和成熟，RFID系列產業將成為一個新興的高技術產業群，成為國民經濟新的增長點，對提升社會信息化水平、促進經濟可持續發展、提高人民生活質量、增強公共安全與國防安全等方面都將產生深遠的影響，并具有重大的戰略性意義。可以預計RFID技術將成為繼移動通訊技術、互聯網技術之后又一項影響全球經濟與人類生活的新一代技術。

天線設計及制造技術是射頻識別技術的核心關鍵技術之一，天線的各項特性及形態大小，極大程度地影響了射頻識別系統的工作性能及應用領域，隨著RFID技術系列應用的飛速發展，人們對RFID天線在寬帶化、小型化、寬標定無適應性、抗破壞性、多頻段多網絡兼容性等方面提出了更高的要求。天線在RFID系統中具有舉足輕重的地位，對其進行深入的研究具有重要的參考價值和實用意義。

20世紀70年代，法國數學家B.B.Mandelbrot在總結了自然界中非規則幾何圖形后，第一次提出了分形這個概念，認為分形幾何學可以處理自然界中那些極小規則的構型，指出分形幾何將成為研究許多物理現象的有力工具。

到了20世紀80年代，關于波與分形結構相互作用的研究促進了分形電動力學的發展，而分形天線正是分形電動力學的眾多應用之一。它能夠使得我們有效地設計小型化天線或把多個無線電通信元件集成到一塊設備上。分形幾何是通過迭代產生的具有自相似特性的幾何結構，它的整體與局部之間以及局部與局部之間都具有自相似性，天線的分形設計是電磁理論與分形幾何學的融合。研究發現，與傳統天線相比，分形天線具有小型化、寬頻帶、多頻工作、高輻射電阻、自加載等優點，能夠很好地滿足RFID系統對天線的要求。

射頻識別系統的常用工作頻段的頻率范圍為0.902～0.928GHz，其帶寬要求為26MHz。對于RFID系統的天線設計要求具有大帶寬、小尺寸，且在整個方位平面上提供均勻覆蓋，增益在0dB以上。

科赫(koch)分形天線是一種典型的分形天線。科赫(koch)分形結構的初始元為一條線段，將其三等分，將中間的一段用夾角為60°的兩條等長的線段來代替，即構成一階科赫(koch)分形結構。將一階科赫(koch)分形結構的各條線段三等分，將中間的一段用夾角為60°的兩條等長的線段來代替，得到二階科赫(koch)分形結構。按此迭代，可生成各高階科赫(koch)分形結構。科赫(koch)分形天線具有良好的寬頻帶特性，在微帶天線中獲得很好的應用。此外，它還有助于改善輻射方向圖和減小交叉極化。

對于目前的RFID天線，常規的微帶天線尺寸明顯過大，且存在工作帶寬小等缺點，即便通過插入短路針、使用饋電環路等技術來進行改進，效果仍不理想。射頻識別技術的發展，迫切需要一款天線能夠覆蓋0.902～0.928GHz工作頻段。偶極子天線具有尺寸小、輻射能力強、全向輻射特性、制造工藝簡單、成本低等特點，能夠滿足RFID應用系統中對天線的具體要求。

相比于傳統的基底材料，陶瓷基底具有介電常數高、介質損耗小等優點，使用陶瓷基底可以有效縮小天線尺寸。光子帶隙(PBG，Photonic?Band-Gap)結構由一種介質材料在另一種介質材料中周期分布所組成。這種結構可以通過縮放尺寸關系應用于很寬的頻率范圍，因此近幾年來微波與毫米波領域的PBG結構應用越來越引起人們的關注。在PBG結構中，電磁波經周期性介質散射后，某些波段電磁波強度會因破壞性干涉而呈指數衰減，無法在該結構中傳播，于是在頻譜上形成帶隙。PBG結構在微波領域，特別是微波電路和天線領域中有著巨大的應用價值，現已被廣泛地應用到微波、毫米波波段的電路與器件的設計中。合理應用光子帶隙結構能夠改善天線的輻射特性，展寬天線的工作帶寬。目前，把科赫(koch)分形貼片、陶瓷基底材料、光子帶隙結構結合起來制作偶極子天線，并應用在RFID系統中0.902～0.928GHz工作頻段的相關技術未見報道。

發明內容