專利名稱：：介電常數(shù)漸變陶瓷樹狀分形偶極子天線的制作方法
技術領域：
：本發(fā)明涉及一種偶極子天線，尤其是涉及一種介電常數(shù)漸變陶瓷樹狀分形偶極子天線。
背景技術：
：RFID射頻識別技術是20世紀90年代開始興起的一種用射頻通信實現(xiàn)的非接觸式自動識別技術，近年來已經(jīng)獲得了一系列的成果。其中，一些成果已經(jīng)開始在眾多領域中得到實際應用，并將成為繼移動通訊技術、互聯(lián)網(wǎng)技術之后又一項影響全球經(jīng)濟與人類生活的新一代技術。從長遠的觀點看，這項技術與互聯(lián)網(wǎng)、通訊等技術緊密結(jié)合，應用于物流、制造、公共信息服務等眾多行業(yè)，可實現(xiàn)高效管理與運作，使之進一步提升高新技術含量。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(tài)大小，極大程度地影響了射頻識別系統(tǒng)的工作性能及應用領域，隨著RFID技術系列應用的飛速發(fā)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(wǎng)絡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(shù)學家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概念，認為分形幾何學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80年代，關于波與分形結(jié)構(gòu)相互作用的研究促進了分形電動力學的發(fā)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(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，天線的分形設計是電磁理論與分形幾何學的融合。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，能夠很好的滿足RFID系統(tǒng)對天線的要求。射頻識別系統(tǒng)的常用工作頻段的頻率范圍為0.9020.928GHz，其帶寬要求為26MHz。對于RFID系統(tǒng)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OdB以上。樹狀分形天線是一種典型的分形天線。樹狀分形結(jié)構(gòu)的初始元為一條線段，在其末端連接上與原線段夾角為45°的兩條長度為原線段一半的線段，即構(gòu)成一階樹狀分形結(jié)構(gòu)。在一階樹狀分形結(jié)構(gòu)的末端線段的末端，連接上與原末端線段夾角為45"的兩條長度為原末端線段一半的線段，得到二階樹狀分形結(jié)構(gòu)。按此迭代，可生成各高階樹狀分形結(jié)構(gòu)。樹狀分形天線具有良好的寬頻帶特性，在微帶天線中獲得很好應用。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(guī)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(huán)路等技術來進行改進，效果仍不理想。射頻識別技術的發(fā)展，迫切需要一款天線能夠覆蓋0.卯20.928GHz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(tǒng)中對天線的具體要求。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，使用陶瓷基底可以有效縮小天線尺寸。而介電常數(shù)漸變的陶瓷基底，可以有效的展寬天線的工作頻段。目前，把樹狀分形貼片、偶極子天線、介電常數(shù)漸變的陶瓷基底材料結(jié)合起來，并應用在RFID系統(tǒng)中0.9020.928GHz工作頻段的相關技術未見報道。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種尺寸小、帶寬大、回波損耗較低且具有全向輻射特性的介電常數(shù)漸變陶瓷樹狀分形偶極子天線。本發(fā)明設有單面鍍銀的陶瓷基板，鍍銀層為樹狀分形偶極子天線輻射貼片。陶瓷基板最好由至少9層介電常數(shù)漸變的陶瓷材料層構(gòu)成，各層陶瓷材料層的介電常數(shù)呈等差直線性變化。各層陶瓷材料層最好為矩形陶瓷材料層，各層陶瓷材料層的尺寸相同，長度為26mm士lmm，寬度為12mm土lmm，厚度為O.lmm土O.Olmm。樹狀分形偶極子天線輻射貼片最好由左右對稱的2條偶極子臂構(gòu)成，偶極子臂為至少2階的樹狀分形結(jié)構(gòu)。2條偶極子臂之間設有斷開間隙，斷開間隙的兩側(cè)設有天線饋電點。與用于射頻識別(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)點和顯著的效果尺寸小、帶寬大、輻射特性好，其工作頻帶為0.8281.029GHz，其絕對帶寬為0.201GHz，其相對帶寬為21.85%，可完整覆蓋RFID系統(tǒng)中0.9020.928GHz工作頻段。天線尺寸為常規(guī)微帶天線尺寸的8%，達到了小型化RFID天線的目的，完全可以將其放到RFID標簽或讀寫器里。而且本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)簡單、制造工藝簡單、成本低、全向輻射性能佳和易于集成等優(yōu)點。能夠滿足RFID應用系統(tǒng)中對天線的具體要求。圖1為本發(fā)明實施例的樹狀分形偶極子天線輻射貼片結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明實施例的回波損耗(Sn)性能圖。圖2中的橫坐標表示頻率Frequency(GHz)，縱坐標表示回波損耗強度Thereturnloss.oftheantenna,。圖3為本發(fā)明實施例的H面方向圖。坐標為極坐標。圖4為本發(fā)明實施例的E面方向圖。坐標為極坐標。具體實施例方式以下結(jié)合實施例和附圖對本發(fā)明作進一步說明。參見圖l,本發(fā)明設有單面鍍銀層的陶瓷基板l，鍍銀層為樹狀分形偶極子天線輻射貼片，樹狀分形偶極子天線輻射貼片由結(jié)構(gòu)相同、左右對稱的2條偶極子臂21和22構(gòu)成，2條偶極子臂21和22為二階分形貼片結(jié)構(gòu)。陶瓷基板1由9層介電常數(shù)漸變的矩形陶瓷材料層構(gòu)成。各層陶瓷材料層的介電常數(shù)呈等差直線性變化。各層陶瓷材料層的尺寸相同，長度為26mm±lmm，寬度為12mm±lmm，厚度為0.1mm±0.01mm。第1層陶瓷材料層的介電常數(shù)為12，第2層陶瓷材料層的介電常數(shù)為13，第3層陶瓷材料層的介電常數(shù)為14，第4層陶瓷材料層的介電常數(shù)為15，第5層陶瓷材料層的介電常數(shù)為16，第6層陶瓷材料層的介電常數(shù)為15，第7層陶瓷材料層的介電常數(shù)為14,第8層陶瓷材料層的介電常數(shù)為13，第9層陶瓷材料層的介電常數(shù)為12。二階的樹狀分形天線輻射貼片采用樹狀分形結(jié)構(gòu)迭代生成方式生成。初始元為一條長度為8mm士0.05mm線段，在其末端連接上與原線段夾角為45°的兩條長度為原線段一半的線段，即構(gòu)成一階樹狀分形結(jié)構(gòu)。在一階樹狀分形結(jié)構(gòu)的末端線段的末端，連接上與原末端線段夾角為45°的兩條長度為原末端線段一半的線段，得到二階樹狀分形結(jié)構(gòu)。按此迭代，可繼續(xù)迭代生成三階以上的樹狀分形天線輻射貼片。構(gòu)成樹狀分形偶極子天線輻射貼片的兩條偶極子臂21與22之間設有斷開間隙A，使用時天線饋電點設于斷開間隙A兩側(cè)。表1給出本發(fā)明的制造加工誤差對天線特性的影響情況。表l<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>圖2給出本發(fā)明實施例的回波損耗(Su)性能圖。從圖2可以看出，天線的工作頻帶覆蓋了0.8281.029GHz，工作頻帶內(nèi)的回波損耗都在一IOdB以下，工作頻帶內(nèi)的最小回波損耗為一28.02犯。天線回波損耗(Sn)性能在整個通頻帶內(nèi)滿足要求，天線的絕對帶寬為0.201GHz，其相對帶寬為21.85%,遠優(yōu)于常規(guī)的微帶天線，可完整覆蓋RFID系統(tǒng)中的0.9020.928GHz工作頻段。參見圖3，由圖3可見，天線有兩個瓣，一個在300。60。之間，另一個在120°240°之間。兩個瓣基本上覆蓋了大部分角度，所以本發(fā)明具有全向輻射特性。參見圖4，由圖4可見，天線主瓣在300°60°之間。將圖3與圖4對比可以看出，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，天線已經(jīng)覆蓋了0.8281.029GHz頻帶，達到了射頻識別(RFID)系統(tǒng)對于天線的要求。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、介電常數(shù)漸變陶瓷樹狀分形偶極子天線，其特征在于設有單面鍍銀層的陶瓷基板，鍍銀層為樹狀分形偶極子天線輻射貼片。2、如權(quán)利要求1所述的介電常數(shù)漸變陶瓷樹狀分形偶極子天線，其特征在于陶瓷基板由至少9層介電常數(shù)漸變的陶瓷材料層構(gòu)成。3、如權(quán)利要求2所述的介電常數(shù)漸變陶瓷樹狀分形偶極子天線，其特征在于所述至少9層介電常數(shù)漸變的陶瓷材料層的介電常數(shù)呈等差直線性變化。4、如權(quán)利要求2所述的介電常數(shù)漸變陶瓷樹狀分形偶極子天線，其特征在于所述陶瓷材料層為矩形陶瓷材料層，各矩形陶瓷材料層的尺寸相同。5、如權(quán)利要求4所述的介電常數(shù)漸變陶瓷樹狀分形偶極子天線，其特征在于所述各矩形陶瓷材料層的尺寸是長度為26mm±lmm，寬度為12mm±lmm，厚度為0.1mm±0.01mm。6、如權(quán)利要求1所述的介電常數(shù)漸變陶瓷樹狀分形偶極子天線，其特征在于樹狀分形偶極子天線輻射貼片由左右對稱的2條偶極子臂構(gòu)成。7、如權(quán)利要求6所述的介電常數(shù)漸變陶瓷樹狀分形偶極子天線，其特征在于所述偶極子臂為至少2階的樹狀分形結(jié)構(gòu)。8、如權(quán)利要求6所述的介電常數(shù)漸變陶瓷樹狀分形偶極子天線，其特征在于所述2條偶極子臂之間設有斷開間隙，斷開間隙的兩側(cè)設有天線饋電點。全文摘要介電常數(shù)漸變陶瓷樹狀分形偶極子天線，涉及一種偶極子天線。提供一種尺寸小、帶寬大、回波損耗較低且具有全向輻射特性的介電常數(shù)漸變陶瓷樹狀分形偶極子天線。設有單面鍍銀的陶瓷基板，鍍銀層為樹狀分形偶極子天線輻射貼片。陶瓷基板由至少9層介電常數(shù)漸變的陶瓷材料層構(gòu)成，各層陶瓷材料層的介電常數(shù)呈等差直線性變化。各層陶瓷材料層最好為矩形陶瓷材料層，各層陶瓷材料層的尺寸相同，長度為26mm±1mm，寬度為12mm±1mm，厚度為0.1mm±0.01mm。不僅尺寸小、帶寬大、輻射特性好，而且結(jié)構(gòu)簡單、制造工藝簡單、成本低、全向輻射性能佳和易于集成等優(yōu)點。能夠滿足RFID應用系統(tǒng)中對天線的具體要求。文檔編號H01Q1/38GK101533952SQ20091011145公開日2009年9月16日申請日期2009年4月9日優(yōu)先權(quán)日2009年4月9日發(fā)明者周建華,徐偉明,斌林,游佰強,熊兆賢,鄭建森申請人:廈門大學