[发明专利]介电常数渐变陶瓷树状分形偶极子天线

说明书

技术领域

本发明涉及一种偶极子天线，尤其是涉及一种介电常数渐变陶瓷树状分形偶极子天线。

背景技术

RFID射频识别技术是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，近年来已经获得了一系列的成果。其中，一些成果已经开始在众多领域中得到实际应用，并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。从长远的观点看，这项技术与互联网、通讯等技术紧密结合，应用于物流、制造、公共信息服务等众多行业，可实现高效管理与运作，使之进一步提升高新技术含量。

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、自加载等优点，能够很好的满足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0.902～0.928GHz，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。

树状分形天线是一种典型的分形天线。树状分形结构的初始元为一条线段，在其末端连接上与原线段夹角为45°的两条长度为原线段一半的线段，即构成一阶树状分形结构。在一阶树状分形结构的末端线段的末端，连接上与原末端线段夹角为45°的两条长度为原末端线段一半的线段，得到二阶树状分形结构。按此迭代，可生成各高阶树状分形结构。树状分形天线具有良好的宽频带特性，在微带天线中获得很好应用。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0.902～0.928GHz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缩小天线尺寸。而介电常数渐变的陶瓷基底，可以有效的展宽天线的工作频段。

目前，把树状分形贴片、偶极子天线、介电常数渐变的陶瓷基底材料结合起来，并应用在RFID系统中0.902～0.928GHz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介电常数渐变陶瓷树状分形偶极子天线。

本发明设有单面镀银的陶瓷基板，镀银层为树状分形偶极子天线辐射贴片。

陶瓷基板最好由至少9层介电常数渐变的陶瓷材料层构成，各层陶瓷材料层的介电常数呈等差直线性变化。各层陶瓷材料层最好为矩形陶瓷材料层，各层陶瓷材料层的尺寸相同，长度为26mm±1mm，宽度为12mm±1mm，厚度为0.1mm±0.01mm。

树状分形偶极子天线辐射贴片最好由左右对称的2条偶极子臂构成，偶极子臂为至少2阶的树状分形结构。2条偶极子臂之间设有断开间隙，断开间隙的两侧设有天线馈电点。