[发明专利]三频光子带隙介电常数渐变陶瓷阿基米德螺旋天线

说明书

技术领域

本发明涉及一种阿基米德螺旋天线，尤其是涉及一种三频光子带隙介电常数渐变陶瓷阿 基米德螺旋天线。

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。

随着无线通信系统和用户人数的发展，对系统通信容量提出更高的要求。为此，人们提 出了第三代移动通信系统，其中采用直接扩频技术的WCDMA除了提供传统的语音服务以外， 还提供图像、数据等宽带多媒体服务。

天线设计及制造技术是射频识别技术及3G系统移动终端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及3G系统移动终端的工作性能及应用领 域，天线在RFID系统及3G系统移动终端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。WCDMA系统射频的工作频率范围是1.92～2.17GHz，频宽达250MHz。对于RFID 系统和WCDMA移动终端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。

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。 目前商用的3G系统移动终端天线主要采用鞭状天线，其缺点是尺寸不易缩小，工作带宽小， 且人体邻近效应的存在造成辐射方向覆盖不均匀。现代无线通信技术的发展，迫切需要一款 天线能够兼容射频识别系统和3G系统移动终端，同时覆盖0.902～0.928GHz、1.92～2.17GHz 和2.4～2.4835GHz这三个工作频段。

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。而介电常数渐变的陶瓷基底，可以有效地展宽天线的工作频段。阿 基米德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、圆极化、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 到了广泛的研究和应用。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。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，现已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。