[发明专利]射频识别系统矩形阵列光子带隙陶瓷平面螺旋双频带天线

说明书

技术领域

本发明涉及一种陶瓷平面螺旋天线，尤其是涉及一种用于射频识别系统的矩形阵列PBG 陶瓷平面螺旋双频带天线。

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和深度。

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。射频识别系统的两个常 用工作频段的频率范围分别为0.902～0.928GHz和2.4～2.4835GHz，其带宽要求分别为26MHz 和83.5MHz。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0 dB以上。

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、难以实现 双频段工作等缺点，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同时覆盖0.902～0.928GHz和2.4～2.4835GHz 这两个工作频段。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。平面螺旋天线是随着现代通信发展的要求而发展起来 的典型的低剖面、平板结构的天线，它以频带宽、重量轻、剖面低、可共形、制造成本低、 辐射效率高等独特优点，得到了广泛的研究和发展。光子带隙(PBG，Photonic Band-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。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，把陶瓷基底、平面螺旋天线、矩形阵列PBG 结构结合起来实现双频带工作，并应用在RFID系统中0.902～0.928GHz和2.4～2.4835GHz 这两个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、能够双频段工作、带宽大、回波损耗较低且具有全 向辐射特性的射频识别系统矩形阵列光子带隙陶瓷平面螺旋双频带天线。

本发明采用了陶瓷基底、平面螺旋天线、矩形阵列光子带隙结构相结合的技术方案。

本发明设有双面镀银陶瓷基板，陶瓷基板的一面镀银层为螺旋片结构，陶瓷基板的另一 面镀银层为矩形阵列光子带隙结构。

螺旋片结构为旋涡状的螺旋结构，旋涡状的螺旋结构设有2条由内向外扩径旋转的螺旋 臂和1条连接臂，2条螺旋臂的结构、尺寸、旋转方向和旋转角度均相同，2条螺旋臂之间设 有相位差，相位差为180°，2条螺旋臂的内端为起始端，2条螺旋臂的外端为终止端；连接 臂设于螺旋片结构的中央，连接臂的两端分别与2条螺旋臂的起始端连接，连接臂设有中心 孔，中心孔的侧边设有馈电点；

矩形阵列光子带隙结构设有4行2列共8片矩形片，每行设有2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，每片矩形片与陶瓷基板之间设有间距。

陶瓷基板的相对介电常数最好为15。陶瓷基板最好为矩形基板，陶瓷基板的尺寸最好是 长度为30mm±1mm，宽度为30mm±1mm，厚度为1.0mm±0.05mm。

矩形阵列光子带隙结构的各个矩形片的尺寸最好相同。每片矩形片的长度最好为 8mm±0.1mm，宽度为3.5mm±0.1mm。每行中相邻两片矩形片的间距最好为5mm±0.1mm，每 列中相邻两片矩形片的间距最好为2mm±0.1mm。矩形阵列光子带隙结构上边沿和下边沿分 别与陶瓷基板上边沿和下边沿的距离最好均为5mm±0.1mm，矩形阵列光子带隙结构的左边 沿和右边沿分别与陶瓷基板左边沿和右边沿的距离最好均为4.5mm±0.1mm。

螺旋片结构的2条螺旋臂的旋转角度最好大于360°。