專利名稱：：用于射頻識(shí)別系統(tǒng)的分形雙頻帶陶瓷天線的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種微帶天線，尤其是涉及一種用于射頻識(shí)別系統(tǒng)的分形雙頻帶陶瓷天線。
背景技術(shù)：
：RFID是射頻識(shí)別技術(shù)的英文RadioFrequencyIdentification的縮寫。射頻識(shí)別技術(shù)是20世紀(jì)90年代開始興起的一種用射頻通信實(shí)現(xiàn)的非接觸式自動(dòng)識(shí)別技術(shù)。RFID標(biāo)簽具有體積小、容量大、壽命長(zhǎng)、可重復(fù)使用等特點(diǎn)，可支持快速讀寫、非可視識(shí)別、移動(dòng)識(shí)別、多目標(biāo)識(shí)別、定位及長(zhǎng)期跟蹤管理等，將此技術(shù)與互聯(lián)網(wǎng)、通訊等技術(shù)相結(jié)合，用于物流、制造、公共信息服務(wù)等行業(yè)，可實(shí)現(xiàn)高效管理與運(yùn)作，降低成本。隨著安全軟信息相關(guān)技術(shù)的不斷完善和成熟，RFID系列產(chǎn)業(yè)將成為一個(gè)新興的高技術(shù)產(chǎn)業(yè)群，成為國民經(jīng)濟(jì)新的增長(zhǎng)點(diǎn)，對(duì)提升社會(huì)信息化水平、促進(jìn)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展、提高人民生活質(zhì)量、增強(qiáng)公共安全與國防安全等方面都將產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響，并具有重大的戰(zhàn)略性意義?？梢灶A(yù)計(jì)RFID技術(shù)將成為繼移動(dòng)通訊技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)之后又一項(xiàng)影響全球經(jīng)濟(jì)與人類生活的新一代技術(shù)。天線設(shè)計(jì)及制造技術(shù)是射頻識(shí)別技術(shù)的核心關(guān)鍵技術(shù)之一，天線的各項(xiàng)特性及形態(tài)大小，極大程度地影響了射頻識(shí)別系統(tǒng)的工作性能及應(yīng)用領(lǐng)域，隨著RFID技術(shù)系列應(yīng)用的飛速發(fā)展，人們對(duì)RFID天線在寬帶化、小型化、寬標(biāo)定無適應(yīng)性、抗破壞性、多頻段多網(wǎng)絡(luò)兼容性等方面提出了更高的要求。天線在RFID系統(tǒng)中具有舉足輕重的地位，對(duì)其進(jìn)行深入的研究具有重要的參考價(jià)值和實(shí)用意義。20世紀(jì)70年代，法國數(shù)學(xué)家B.B.Mandelbrot在總結(jié)了自然界中非規(guī)則幾何圖形后，第一次提出了分形這個(gè)概念，認(rèn)為分形幾何學(xué)可以處理自然界中那些極小規(guī)則的構(gòu)型，指出分形幾何將成為研究許多物理現(xiàn)象的有力工具。到了20世紀(jì)80年代，關(guān)于波與分形結(jié)構(gòu)相互作用的研究促進(jìn)了分形電動(dòng)力學(xué)的發(fā)展，而分形天線正是分形電動(dòng)力學(xué)的眾多應(yīng)用之一。它能夠使得我們有效地設(shè)計(jì)小型化天線或把多個(gè)無線電通信元件集成到一塊設(shè)備上。分形幾何是通過迭代產(chǎn)生的具有自相似特性的幾何結(jié)構(gòu)，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(shè)計(jì)是電磁理論與分形幾何學(xué)的融合。研究發(fā)現(xiàn)，與傳統(tǒng)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(yōu)點(diǎn)，能夠很好的滿足RFID系統(tǒng)對(duì)天線的要求。射頻識(shí)別系統(tǒng)的兩個(gè)常用工作頻段的頻率范圍分別為2.42.4835GHz和5.7255.875GHz，其帶寬要求分別為83.5MHz和150MHz。對(duì)于RFID系統(tǒng)的天線設(shè)計(jì)要求具有大帶寬、小尺寸，且在整個(gè)方位平面上提供均勻覆蓋，增益在OdB以上。對(duì)于目前的RFID天線，常規(guī)的微帶天線尺寸明顯過大，且存在工作帶寬小、難以實(shí)現(xiàn)雙頻段工作等缺點(diǎn)，即便通過插入短路針、使用饋電環(huán)路等技術(shù)來進(jìn)行改進(jìn)，效果仍不理想。射頻識(shí)別技術(shù)的發(fā)展，迫切需要一款天線能夠同時(shí)覆蓋2.42.4835GHz和5.7255.875GHz這兩個(gè)工作頻段。相比于傳統(tǒng)的基底材料，陶瓷基底具有介電常數(shù)高、介質(zhì)損耗小等優(yōu)點(diǎn)，使用陶瓷基底可以有效縮小天線尺寸。目前，把陶瓷基底和分形天線結(jié)合起來實(shí)現(xiàn)雙頻帶工作，并應(yīng)用在RFID系統(tǒng)中2.42.4835GHz和5.7255.875GHz這兩個(gè)工作頻段的相關(guān)技術(shù)未見報(bào)道。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種尺寸小、能夠雙頻段工作、帶寬大、回波損耗較低且具有全向輻射特性的用于射頻識(shí)別系統(tǒng)的分形雙頻帶陶瓷天線。本發(fā)明采用了陶瓷基底和分形天線相結(jié)合的技術(shù)方案。本發(fā)明設(shè)有雙面鍍銀的陶瓷基板，陶瓷基板的兩面均設(shè)鍍銀層，陶瓷基板的一面鍍銀層為分形天線輻射貼片，陶瓷基板的另一面鍍銀層為全鍍銀層，全鍍銀層為天線接地層；分形天線輻射貼片設(shè)有矩形的主片和支片，主片位于陶瓷基板的中部，支片設(shè)有至少2級(jí)支片；第1級(jí)支片設(shè)有4片支片，后1級(jí)支片的數(shù)量依次是前1級(jí)支片數(shù)量的3倍；第1級(jí)支片的每1片支片的1個(gè)角與主片的1個(gè)角連接，第1級(jí)支片的每1片支片的另3個(gè)角分別與第2級(jí)支片的1片支片的1個(gè)角連接；以后每1級(jí)支片的每1片支片的1個(gè)角與前1級(jí)支片的1片支片的1個(gè)角連接，每1級(jí)支片的每1片支片的另3個(gè)角分別與后1級(jí)支片的1片支片的l個(gè)角連接，主片上設(shè)有天線饋電點(diǎn)。分形天線輻射貼片最好以主片的中心線為基準(zhǔn)，呈左右對(duì)稱及上下對(duì)稱結(jié)構(gòu)。第1級(jí)支片的每1片支片的1個(gè)角與主片的1個(gè)角連接最好是第1級(jí)支片的每1片支片的1個(gè)直角邊與主片的1個(gè)直角邊連接。每1級(jí)支片的每1片支片的另3個(gè)角分別與后1級(jí)支片的1片支片的1個(gè)角連接是后1級(jí)支片的1片支片的1個(gè)直角邊與前級(jí)支片的1片支片的1個(gè)直角邊連接。天線饋電點(diǎn)最好設(shè)在主片的下部且位于主片的橫向中心線上。陶瓷基板的相對(duì)介電常數(shù)最好為10。陶瓷基板最好為矩形基板，其尺寸最好是長(zhǎng)度為34mm士lmm，寬度為30mm士lmm，厚度為3.0mm士0.05mm。主片的尺寸最好為20mm士0.5mmX10mm±0.5mm，第1級(jí)支片的第1片支片的尺寸最好為4mm±0.1mmX2mm±0.1mm，第2級(jí)支片的第1片支片的尺寸最好為2mm±0.05mmXlmm±0.05mm，第3級(jí)支片的第1片支片的尺寸最好為lmm±0.01mmX0.5mm±0.01mm。第1級(jí)支片的每1片支片與主片的連接部分長(zhǎng)度最好為lmm;第2級(jí)支片的1片支片與第1級(jí)支片的1片支片的連接部分長(zhǎng)度最好為1mm;第3級(jí)支片的1片支片與第2級(jí)支片的1片支片的連接部分長(zhǎng)度最好為0.5mm。同一級(jí)支片的每片支片的結(jié)構(gòu)和尺寸最好相同。與用于射頻識(shí)別(RFID)系統(tǒng)的常規(guī)微帶天線比較，本發(fā)明具有以下突出的優(yōu)點(diǎn)和顯著的效果尺寸小、帶寬大、輻射特性好、能夠雙頻段工作，其工作頻帶為2.372.7601^和4.246.09GHz，其絕對(duì)帶寬分別為0.39GHz和1.85GHz，其相對(duì)帶寬分別為15.20%和35.82%，可完整覆蓋RFID系統(tǒng)中的兩個(gè)常用工作頻段(2.42.4835GHz和5.7255.875GHz)。天線尺寸為常規(guī)微帶天線尺寸的20%，達(dá)到了小型化RFID天線的目的，完全可以將其放到RFID標(biāo)簽或讀寫器里。而且本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造工藝簡(jiǎn)單、成本低、全向輻射性能佳和易于集成等優(yōu)點(diǎn)。能夠滿足RFID應(yīng)用系統(tǒng)中對(duì)天線的具體要求。圖1為本發(fā)明實(shí)施例的分形天線輻射貼片結(jié)構(gòu)示意圖。圖1中的虛線表示分形天線輻射貼片結(jié)構(gòu)的對(duì)稱線。圖2為本發(fā)明實(shí)施例回波損耗(Sn)性能圖。圖2中的橫坐標(biāo)表示頻率Frequency(GHz)，縱坐標(biāo)表示回波損耗強(qiáng)度Thereturnlossoftheantenna(dB)。，圖3為本發(fā)明實(shí)施例的H面方向圖。坐標(biāo)為極坐標(biāo)。圖4為本發(fā)明實(shí)施例的E面方向圖。坐標(biāo)為極坐標(biāo)。具體實(shí)施例方式以下將結(jié)合實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。參見圖l，本發(fā)明設(shè)有雙面鍍銀的陶瓷基板(圖中未畫出)，陶瓷基板的一面所鍍銀層為分形天線輻射貼片，陶瓷基板的另一面所鍍銀層為全鍍銀層，全鍍銀層為天線接地層。分形天線輻射貼片設(shè)有矩形的主片1和支片，主片1位于陶瓷基板的中部，支片設(shè)有3級(jí)支片。第1級(jí)支片的數(shù)量為4片，每1片支片2的1個(gè)直角邊與主片1的1個(gè)直角邊連接，連接部分長(zhǎng)度為lmm，余下的3個(gè)角分別通過各自的1個(gè)直角邊與第2級(jí)支片的1片支片3的1個(gè)直角邊連接，連接部分長(zhǎng)度也為lmm。第2級(jí)支片的每1片支片3余下的3個(gè)角分別通過各自的1個(gè)直角邊與第3級(jí)支片的1片支片4的1個(gè)直角邊連接，連接部分長(zhǎng)度為0.5mm。天線饋電點(diǎn)A設(shè)于主片1的橫向中心線的下部。同級(jí)的每片支片的結(jié)構(gòu)和尺寸相同。以主片1的中心線(虛線所示)為基準(zhǔn)，分形天線輻射貼片為左右對(duì)稱及上下對(duì)稱結(jié)構(gòu)。陶瓷基板的相對(duì)介電常數(shù)為10。其尺寸是長(zhǎng)度為34mm±lmm，寬度為30mm±lmm，厚度為3.0mm士0.05mm。主片1的尺寸為20mm士0.5mmxiOmm土o.5mm，第1級(jí)支片的每1片支片2的尺寸為4mmi0.1mmX2mm士0.1mm，第2級(jí)支片的每1片支片3的尺寸為2mm±0.05mmXlmm士0.05mm，第3級(jí)支片的每1片支片4的尺寸為lmm±0.01mmX0.5mm士0.01mm。參見表1，表1給出了本發(fā)明的制造加工誤差對(duì)天線特性的影響情況。表l<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>注1.表中數(shù)據(jù)己有一定冗余，各參數(shù)之間有一定關(guān)聯(lián)性，給出的是均衡特性，可根據(jù)需求特殊設(shè)計(jì)；2.需采用高性能微波低耗雙面鍍銀陶瓷基板，tg5<0.002。參見圖2，圖2給出了本發(fā)明實(shí)施例的回波損耗(Su)性能圖。從圖2可以看出，天線的工作頻帶覆蓋了2.372.76GHz和4.246.09GHz，工作頻帶內(nèi)的回波損耗都在一IOdB以下，兩個(gè)工作頻帶內(nèi)的最小回波損耗分別為—19.86dB和—16.72dB。天線回波損耗(Su)性能在整個(gè)通頻帶內(nèi)滿足要求，天線的絕對(duì)帶寬分別為0.39GHz和1.85GHz，其相對(duì)帶寬分別為15.20%和35.82%，遠(yuǎn)優(yōu)于常規(guī)的微帶天線，可完整覆蓋RFID系統(tǒng)中的兩個(gè)常用工作頻段(2.42.4835GHz和5.7255.875GHz)。參見圖3，圖3中可見，天線具有全向輻射特性，能夠覆蓋0°360°的整個(gè)平面。參見圖4，圖4中可見，天線主瓣在270。90。之間。將圖3與圖4對(duì)比可以看出，方向圖上半部分的形狀基本一致。從天線回波損耗(Sn)性能圖可以看出，天線己經(jīng)覆蓋了2.372.76GHz和4.246.09GHz這兩個(gè)頻帶，達(dá)到了射頻識(shí)別(RFID)系統(tǒng)對(duì)于天線的要求。從天線的H面和E面方向圖可以看出，天線具有全向輻射特性。權(quán)利要求1.用于射頻識(shí)別系統(tǒng)的分形雙頻帶陶瓷天線，其特征在于設(shè)有雙面鍍銀的陶瓷基板，陶瓷基板的兩面均設(shè)鍍銀層，陶瓷基板的一面鍍銀層為分形天線輻射貼片，陶瓷基板的另一面鍍銀層為全鍍銀層，全鍍銀層為天線接地層；分形天線輻射貼片設(shè)有矩形的主片和支片，主片位于陶瓷基板的中部，支片設(shè)有至少2級(jí)支片；第1級(jí)支片設(shè)有4片支片，后1級(jí)支片的數(shù)量依次是前1級(jí)支片數(shù)量的3倍；第1級(jí)支片的每1片支片的1個(gè)角與主片的1個(gè)角連接，第1級(jí)支片的每1片支片的另3個(gè)角分別與第2級(jí)支片的1片支片的1個(gè)角連接；以后每1級(jí)支片的每1片支片的1個(gè)角與前1級(jí)支片的1片支片的1個(gè)角連接，每1級(jí)支片的每1片支片的另3個(gè)角分別與后1級(jí)支片的1片支片的1個(gè)角連接，主片上設(shè)有天線饋電點(diǎn)。2.如權(quán)利要求l所述的用于射頻識(shí)別系統(tǒng)的分形雙頻帶陶瓷天線，其特征在于分形天線輻射貼片以主片的中心線為基準(zhǔn)，呈左右對(duì)稱及上下對(duì)稱結(jié)構(gòu)。3.如權(quán)利要求1所述的用于射頻識(shí)別系統(tǒng)的分形雙頻帶陶瓷天線，其特征在于第1級(jí)支片的每1片支片的1個(gè)角與主片的1個(gè)角連接是第1級(jí)支片的每1片支片的1個(gè)直角邊與主片的1個(gè)直角邊連接。4.如權(quán)利要求1所述的用于射頻識(shí)別系統(tǒng)的分形雙頻帶陶瓷天線，其特征在于每1級(jí)支片的每1片支片的另3個(gè)角分別與后1級(jí)支片的1片支片的1個(gè)角連接是后1級(jí)支片的1片支片的1個(gè)直角邊與前級(jí)支片的1片支片的1個(gè)直角邊連接。5.如權(quán)利要求l所述的用于射頻識(shí)別系統(tǒng)的分形雙頻帶陶瓷天線，其特征在于天線饋電點(diǎn)設(shè)在主片的下部且位于主片的橫向中心線上。6.如權(quán)利要求1所述的用于射頻識(shí)別系統(tǒng)的分形雙頻帶陶瓷天線，其特征在于陶瓷基板的相對(duì)介電常數(shù)為10。7.如權(quán)利要求1或6所述的用于射頻識(shí)別系統(tǒng)的分形雙頻帶陶瓷天線，其特征在于陶瓷基板為矩形基板，矩形基板尺寸是長(zhǎng)度為34mm±lmm，寬度為30mm±lmm，厚度為3.0mm士0.05mm。8.如權(quán)利要求1所述的用于射頻識(shí)別系統(tǒng)的分形雙頻帶陶瓷天線，其特征在于主片的尺寸為20mm±0.5mmX10mm±0.5mm，第1級(jí)支片的第1片支片的尺寸為4mm±0.1mmX2mm±0.1mm，第2級(jí)支片的第1片支片的尺寸為2mm±0.05mmXlmm±0.05mm，第3級(jí)支片的第1片支片的尺寸為lmm±0.01mmX0.5mm±0.01mm。'9.如權(quán)利要求1所述的用于射頻識(shí)別系統(tǒng)的分形雙頻帶陶瓷天線，其特征在于第1級(jí)支片的每1片支片與主片的連接部分長(zhǎng)度為lmm;第2級(jí)支片的1片支片與第1級(jí)支片的1片支片的連接部分長(zhǎng)度為lmm;第3級(jí)支片的1片支片與第2級(jí)支片的1片支片的連接部分長(zhǎng)度為0.5mm。10.如權(quán)利要求1所述的用于射頻識(shí)別系統(tǒng)的分形雙頻帶陶瓷天線，其特征在于同一級(jí)支片的每片支片的結(jié)構(gòu)和尺寸相同。全文摘要用于射頻識(shí)別系統(tǒng)的分形雙頻帶陶瓷天線，涉及一種微帶天線。提供一種尺寸小、能夠雙頻段工作、帶寬大、回波損耗較低且具有全向輻射特性的用于射頻識(shí)別系統(tǒng)的分形雙頻帶陶瓷天線。設(shè)有陶瓷基板，陶瓷基板的兩面均設(shè)鍍銀層，陶瓷基板的一面鍍銀層為分形天線輻射貼片，陶瓷基板的另一面鍍銀層為全鍍銀層，全鍍銀層為天線接地層；分形天線輻射貼片設(shè)有矩形的主片和支片，支片設(shè)有至少2級(jí)支片；第1級(jí)支片設(shè)有4片支片，后1級(jí)支片的數(shù)量依次是前1級(jí)支片數(shù)量的3倍；后1級(jí)支片的每1片支片的1個(gè)角與前1級(jí)支片的1片支片的1個(gè)角連接，每1級(jí)支片的每1片支片的另3個(gè)角分別與后1級(jí)支片的1片支片的1個(gè)角連接，主片上設(shè)有天線饋電點(diǎn)。文檔編號(hào)H01Q13/08GK101304117SQ20081007131公開日2008年11月12日申請(qǐng)日期2008年6月27日優(yōu)先權(quán)日2008年6月27日發(fā)明者葉志鵬,周建華,徐偉明,斌林,游佰強(qiáng),熊兆賢,鄭建森申請(qǐng)人:廈門大學(xué)