专利名称：：用于射频识别系统的光子带隙陶瓷科赫分形偶极子天线的制作方法
技术领域：
：本发明涉及一种偶极子天线，尤其是涉及一种用于射频识别系统的光子带隙陶瓷科赫分形偶极子天线。
背景技术：
：射频识别技术(RadioFrequencyIdentification,英文缩写为RFID)是20世纪90年代开始兴起的一种用射频通信实现的非接触式自动识别技术。RFID标签具有体积小、容量大、寿命长、可重复使用等特点，可支持快速读写、非可视识别、移动识别、多目标识别、定位及长期跟踪管理等，将此技术与互联网、通讯等技术相结合，用于物流、制造、公共信息服务等行业，可实现高效管理与运作，降低成本。随着安全软信息相关技术的不断完善和成熟，RFID系列产业将成为一个新兴的高技术产业群，成为国民经济新的增长点，对提升社会信息化水平、促进经济可持续发展、提高人民生活质量、增强公共安全与国防安全等方面都将产生深远的影响，并具有重大的战略性意义。可以预计RFID技术将成为继移动通讯技术、互联网技术之后又一项影响全球经济与人类生活的新一代技术。天线设计及制造技术是射频识别技术的核心关键技术之一，天线的各项特性及形态大小，极大程度地影响了射频识别系统的工作性能及应用领域，随着RFID技术系列应用的飞速发展，人们对RFID天线在宽带化、小型化、宽标定无适应性、抗破坏性、多频段多网络兼容性等方面提出了更高的要求。天线在RFID系统中具有举足轻重的地位，对其进行深入的研究具有重要的参考价值和实用意义。20世纪70年代，法国数学家B.B.Mandelbrot在总结了自然界中非规则几何图形后，第一次提出了分形这个概念，认为分形几何学可以处理自然界中那些极小规则的构型，指出分形几何将成为研究许多物理现象的有力工具。到了20世纪80年代，关于波与分形结构相互作用的研究促进了分形电动力学的发展，而分形天线正是分形电动力学的众多应用之一。它能够使得我们有效地设计小型化天线或把多个无线电通信元件集成到一块设备上。分形几何是通过迭代产生的具有自相似特性的几何结构，它的整体与局部之间以及局部与局部之间都具有自相似性，天线的分形设计是电磁理论与分形几何学的融合。研究发现，与传统天线相比，分形天线具有小型化、宽频带、多频工作、高辐射电阻、fi加载等优点，能够很好地满足RFID系统对天线的要求。射频识别系统的常用工作频段的频率范围为0.9020.928GHz，其带宽要求为26MHz。对于RFID系统的天线设计要求具有大带宽、小尺寸，且在整个方位平面上提供均匀覆盖，增益在0dB以上。科赫(koch)分形天线是一种典型的分形天线。科赫(koch)分形结构的初始元为一条线段，将其三等分，将中间的一段用夹角为60°的两条等长的线段来代替，即构成一阶科赫(koch)分形结构。将一阶科赫(koch)分形结构的各条线段三等分，将中间的一段用夹角为60°的两条等长的线段来代替，得到二阶科赫(koch)分形结构。按此迭代，可生成各高阶科赫(koch)分形结构。科赫(koch)分形天线具有良好的宽频带特性，在微带天线中获得很好的应用。此外，它还有助于改善辐射方向图和减小交叉极化。对于目前的RFID天线，常规的微带天线尺寸明显过大，且存在工作带宽小等缺点，即便通过插入短路针、使用馈电环路等技术来进行改进，效果仍不理想。射频识别技术的发展，迫切需要一款天线能够覆盖0.9020.928GHz工作频段。偶极子天线具有尺寸小、辐射能力强、全向辐射特性、制造工艺简单、成本低等特点，能够满足RFID应用系统中对天线的具体要求。相比于传统的基底材料，陶瓷基底具有介电常数高、介质损耗小等优点，使用陶瓷基底可以有效縮小天线尺寸。光子带隙(PBG，PhotonicBand-Gap)结构由一种介质材料在另一种介质材料中周期分布所组成。这种结构可以通过缩放尺寸关系应用于很宽的频率范围，因此近几年来微波与毫米波领域的PBG结构应用越来越引起人们的关注。在PBG结构中,电磁波经周期性介质散射后，某些波段电磁波强度会因破坏性干涉而呈指数衰减，无法在该结构中传播，于是在频谱上形成带隙。PBG结构在微波领域,特别是微波电路和天线领域中有着巨大的应用价值，现己被广泛地应用到微波、毫米波波段的电路与器件的设计中。合理应用光子带隙结构能够改善天线的辐射特性，展宽天线的工作带宽。目前，把科赫(koch)分形贴片、陶瓷基底材料、光子带隙结构结合起来制作偶极子天线，并应用在RFID系统中0.9020.928GHz工作频段的相关技术未见报道。
发明内容本发明的目的在于提供一种尺寸小、带宽大、回波损耗较低且具有全向辐射特性的用于射频识别系统的光子带隙陶瓷科赫分形偶极子天线。本发明设有陶瓷基板，陶瓷基板的两面均设有镀银层，其中一面镀银层为科赫分形偶极子天线辐射贴片，另一面镀银层为矩形阵列光子带隙结构。陶瓷基板的相对介电常数最好为8±10%。陶瓷基板的形状优选矩形，陶瓷基板的尺寸最好是40mm±lmmXllmm±lmm，厚度为1.0mm士0.05mm。科赫分形偶极子天线辐射贴片由左右对称的两条偶极子臂构成，在两条偶极子臂之间的对称中心线上设有断开间隙，断开间隙的两侧设有天线馈电点。偶极子臂为至少2阶的科赫分形结构。矩形阵列光子带隙结构可设有4行6列共24片矩形片，每行设有6片矩形片，每列设有4片矩形片，行与行之间相互平行，列与列之间相互平行，每行中的各片矩形片之间相互平行，每列中的各片矩形片之间相互平行。矩形阵列光子带隙结构的各个矩形片的尺寸相同。每片矩形片的长度可为4mm士0.1mm，宽度可为lmm土0.05mm。每行中相邻两片矩形片的间距可为lmm士0.05mm，每列中相邻两片矩形片的间距可为lmm土0.05mm。矩形阵列光子带隙结构上边沿与陶瓷基板上边沿的距离可为2.5mm土0.1mm，矩形阵列光子带隙结构下边沿与陶瓷基板下边沿的距离可为1.5mm土0.1mm，矩形阵列光子带隙结构左边沿与陶瓷基板左边沿的距离可为5.5mm土0.1mm，矩形阵列光子带隙结构右边沿与陶瓷基板右边沿的距离可为5.5mm土0.1mm。与用于射频识别(RFID)系统的常规微带天线比较，本发明具有以下突出的优点和显著的效果尺寸小、带宽大、辐射特性好，其工作频带为0.8411.006GHz，其绝对带宽为0.165GHz，其相对带宽为17.93%，可完整覆盖RFID系统中0.9020.928GHz工作频段。天线尺寸为常规微带天线尺寸的10%，达到了小型化RFID天线的目的，完全可以将其放到RFID标签或读写器里。而且还具有结构简单、制造工艺简单、成本低、全向辐射性能佳和易于集成等优点。完全能够满足RFID应用系统中对天线的具体要求。图1为本发明实施例的辐射贴片结构示意图。图2为本发明实施例的矩形阵列光子带隙结构示意图。图3为本发明实施例的回波损耗(Sn)性能图。图3中的横坐标表示频率Frequency(GHz)，纵坐标表示回波损耗强度Thereturnloss.oftheantenna,。图4为本发明实施例的H面方向图。坐标为极坐标。图5为本发明实施例的E面方向图。坐标为极坐标。具体实施例方式以下结合实施例和附图对本发明作进一步说明。参见图1和2，本发明设有双面镀银的陶瓷基板1，陶瓷基板1的一面镀银层为辐射贴片，辐射贴片由相同的左偶极子臂21和右偶极子臂22构成，左偶极子臂21和右偶极子臂22为二阶科赫分形辐射贴片，左偶极子臂21和右偶极子臂22呈左右对称布置。陶瓷基板1的另一面镀银层为矩形阵列光子带隙结构，矩形阵列光子带隙结构由4行6列共24片矩形片31组成。陶瓷基板1的相对介电常数为8±10%。陶瓷基板1为矩形基板，其尺寸是长度为40mm士lmm,宽度为llmm士lmm，厚度为1.0mm士0.05mm。辐射贴片采用科赫(koch)分形结构迭代生成方式生成初始元为一条长度为18mm±lmm线段，将该线段三等分，其中位于中间的线段用夹角为60。的两条等长的线段来代替，可构成一阶科赫(koch)分形结构。再将一阶科赫(koch)分形结构的各条线段三等分，其中位于中间的一段用夹角为60。的两条等长的线段来代替，即得到二阶科赫(koch)分形结构。按此迭代，可继续生成高阶科赫(koch)分形结构。左偶极子臂21和右偶极子臂22的对称中心线上设有断开间隙A,断开间隙A的两侧设有天线馈电点。本发明使用时，将陶瓷基板1设有矩形阵列光子带隙结构的一面作为天线接地层。矩形阵列光子带隙结构设有4行6列共24片矩形片，每行设有6片矩形片，每列设有4片矩形片，行与行之间相互平行，列与列之间相互平行，每行中的各矩形片之间相互平行，每列中的各片矩形片之间相互平行。矩形阵列光子带隙结构的各矩形片3的尺寸相同。每片矩形片的长度为4mm士0.1mm,宽度为lmm土0.05mm。每行中相邻两片矩形片的间距最好为lmm士0.05mm，每列中相邻两片矩形片的间距为lmm士0.05mm。矩形阵列光子带隙结构上边沿与陶瓷基板上边沿的距离为2.5mm土0.1mm,矩形阵列光子带隙结构下边沿与陶瓷基板下边沿的距离为1.5mm土0.1mm，矩形阵列光子带隙结构左边沿与陶瓷基板左边沿的距离为5.5mm土0.1mm，矩形阵列光子带隙结构右边沿与陶瓷基板右边沿的距离为5.5mm士0.1mm。表1给出本发明的制造加工误差对天线特性的影响情况。图3给出本发明实施例的回波损耗(Su)性能图。从图3可以看出，天线的工作频带覆盖了0.8411.006GHz，工作频带内的回波损耗都在一IOdB以下，工作频带内的最小回波损耗为一18.38dB。天线回波损耗(Su)性能在整个通频带内满足要求，天线的绝对带宽为0.165GHz,其相对带宽为17.93%,远优于常规的微带天线，可完整覆盖RFID系统中的0.9020.928GHz工作频段。表l<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>注1.表中数据已有一定冗余，各参数之间有一定关联性，给出的是均衡特性，可根据需求特殊设计；2.需采用高性能微波低耗双面镀银陶瓷基板，tgS<0.002。参见图4，由图4可见，天线有两个瓣，一个在300°60°之间，另一个在120°240°之间。两个瓣基本上覆盖了大部分角度，所以本发明具有全向辐射特性。参见图5，由图5可见，天线主瓣在300°60°之间。将图4与图5对比可以看出，方向图上半部分的形状基本一致。从天线回波损耗(Su)性能图可以看出，天线已经覆盖了0.8411.006GHz频带，达到了射频识别(RFID)系统对于天线的要求。从天线的H面和E面方向图可以看出，天线具有全向辐射特性。权利要求1、用于射频识别系统的光子带隙陶瓷科赫分形偶极子天线，其特征在于设有陶瓷基板，陶瓷基板的两面均设有镀银层，其中一面镀银层为科赫分形偶极子天线辐射贴片，另一面镀银层为矩形阵列光子带隙结构。2、如权利要求1所述的用于射频识别系统的光子带隙陶瓷科赫分形偶极子天线，其特征在于陶瓷基板的相对介电常数为8±10%。3、如权利要求1或2所述的用于射频识别系统的光子带隙陶瓷科赫分形偶极子天线，其特征在于陶瓷基板的形状为矩形。4、如权利要求1或2所述的用于射频识别系统的光子带隙陶瓷科赫分形偶极子天线，其特征在于陶瓷基板的尺寸是40mm士lmmXllmmilmm，厚度为1.0mm±0.05mm。5、如权利要求1所述的用于射频识别系统的光子带隙陶瓷科赫分形偶极子天线，其特征在于科赫分形偶极子天线辐射贴片由左右对称的两条偶极子臂构成，在两条偶极子臂之间的对称中心线上设有断开间隙，断开间隙的两侧设有天线馈电点。6、如权利要求5所述的用于射频识别系统的光子带隙陶瓷科赫分形偶极子天线，其特征在于偶极子臂为至少2阶的科赫分形结构。7、如权利要求l所述的用于射频识别系统的光子带隙陶瓷科赫分形偶极子天线，其特征在于矩形阵列光子带隙结构设有4行6列共24片矩形片，每行设有6片矩形片，每列设有4片矩形片，行与行之间相互平行，列与列之间相互平行，每行中的各片矩形片之间相互平行，每列中的各片矩形片之间相互平行。8、如权利要求7所述的用于射频识别系统的光子带隙陶瓷科赫分形偶极子天线，其特征在于矩形阵列光子带隙结构的各个矩形片的尺寸相同。9、如权利要求7或8所述的用于射频识别系统的光子带隙陶瓷科赫分形偶极子天线，其特征在于每片矩形片的长度为4mm士0.1mtn，宽度为lmm士05mm，每行中相邻两片矩形片的间距为lmm土0.05mm，每列中相邻两片矩形片的间距为lmm士0.05mm。10、如权利要求1或7或8所述的用于射频识别系统的光子带隙陶瓷科赫分形偶极子天线，其特征在于矩形阵列光子带隙结构上边沿与陶瓷基板上边沿的距离为2.5mm土0.1mm，矩形阵列光子带隙结构下边沿与陶瓷基板下边沿的距离为1.5mm土0.1mm，矩形阵列光子带隙结构左边沿与陶瓷基板左边沿的距离.1mm，矩形阵列光子带隙结构右边沿与陶瓷基板右边沿的距离为5.5mm土0.1mm。全文摘要用于射频识别系统的光子带隙陶瓷科赫分形偶极子天线，涉及一种偶极子天线。提供一种尺寸小、带宽大、回波损耗较低且具有全向辐射特性的用于射频识别系统的光子带隙陶瓷科赫分形偶极子天线。设有陶瓷基板，陶瓷基板的两面均设有镀银层，其中一面镀银层为科赫分形偶极子天线辐射贴片，另一面镀银层为矩形阵列光子带隙结构。尺寸小、带宽大、辐射特性好，工作频带为0.841～1.006GHz，绝对带宽为0.165GHz，相对带宽为17.93％，可完整覆盖RFID系统中0.902～0.928GHz工作频段。天线尺寸为常规微带天线尺寸的10％，达到小型化RFID天线的目的，可将其放到RFID标签或读写器里。文档编号H01Q9/26GK101533951SQ20091011145公开日2009年9月16日申请日期2009年4月9日优先权日2009年4月9日发明者周建华,徐伟明,斌林,游佰强,熊兆贤,郑建森申请人:厦门大学