專利名稱：：三頻光子帶隙介電常數漸變陶瓷阿基米德螺旋天線的制作方法
技術領域：
：本發(fā)明涉及一種阿基米德螺旋天線，尤其是涉及一種三頻光子帶隙介電常數漸變陶瓷阿基米德螺旋天線。
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的非接觸式自動識別技術，近年來已經獲得了一系列的成果。其中，一些成果已經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、互聯網技術之后又一項影響全球經濟與人類生活的新一代技術。從長遠的觀點看，這項技術與互聯網、通訊等技術緊密結合，應用于物流、制造、公共信息服務等眾多行業(yè)，可實現高效管理與運作，使之進一步提升高新技術含量。隨著無線通信系統(tǒng)和用戶人數的發(fā)展，對系統(tǒng)通信容量提出更高的要求。為此，人們提出了第三代移動通信系統(tǒng)，其中采用直接擴頻技術的WCDMA除了提供傳統(tǒng)的語音服務以外，還提供圖像、數據等寬帶多媒體服務。天線設計及制造技術是射頻識別技術及3G系統(tǒng)移動終端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)及3G系統(tǒng)移動終端的工作性能及應用領域，天線在RFID系統(tǒng)及3G系統(tǒng)移動終端中具有舉足輕重的地位。射頻識別系統(tǒng)的兩個常用工作頻段的頻率范圍分別為0.9020.928GHz和2.42.4835GHz，其帶寬要求分別為26MHz和83.5MHz。WCDMA系統(tǒng)射頻的工作頻率范圍是1.922.17GHz，頻寬達250MHz。對于RFID系統(tǒng)和WCDMA移動終端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。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、難以實現雙頻段工作等缺點，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。目前商用的3G系統(tǒng)移動終端天線主要采用鞭狀天線，其缺點是尺寸不易縮小，工作帶寬小，且人體鄰近效應的存在造成輻射方向覆蓋不均勻。現代無線通信技術的發(fā)展，迫切需要一款天線能夠兼容射頻識別系統(tǒng)和3G系統(tǒng)移動終端，同時覆蓋0.9020.928GHz、1.922.17GHz和2.42.4835GHz這三個工作頻段。相比于傳統(tǒng)的基底材料，陶瓷基底具有介電常數高、介質損耗小等優(yōu)點，使用陶瓷基底可以有效縮小天線尺寸。而介電常數漸變的陶瓷基底，可以有效地展寬天線的工作頻段。阿基米德螺旋天線是隨著現代通信發(fā)展的要求而發(fā)展起來的典型的低剖面、平板結構的天線，它以頻帶寬、圓極化、重量輕、剖面低、可共形、制造成本低、輻射效率高等獨特優(yōu)點，得到了廣泛的研究和應用。光子帶隙(PBG，PhotonicBand-Gap)結構由一種介質材料在另一種介質材料中周期分布所組成。這種結構可以通過縮放尺寸關系應用于很寬的頻率范圍，因此近幾年來微波與毫米波領域的PBG結構應用越來越引起人們的關注。在PBG結構中，電磁波經周期性介質散射后，某些波段電磁波強度會因破壞性干涉而呈指數衰減，無法在該結構中傳播，于是在頻譜上形成帶隙。PBG結構在微波領域，特別是微波電路和天線領域中有著巨大的應用價值，現已被廣泛地應用到微波、毫米波波段的電路與器件的設計中。合理應用光子帶隙結構能夠改善天線的輻射特性，展寬天線的工作帶寬。以上內容可參見文獻D]張鈞，劉克誠等，微帶天線理論與工程[M]，北京國防工業(yè)出版社，1988年7月；[2]AhmedIbrahiem,Tan-PhuVuong，AnthonyGhiotto,etal，"NewDesignAntennaforRFIDUHFtags",IEEEAntennasandPropagationSocietyInternationalSymposium,pp.1355-1358,July2006;[3]閆敦豹，袁乃昌，張光甫，付云起，PBG結構在微帶有源天線中的應用[J]，電子與信息學報，2003'25(8):1139—1142;[4]BaiqiangYou,JianhuaZhou，HaoGhen，"TheApplicationofPBGConfigurationinPlanarSpiralAntenna",ASID2007，pp.4447,ISBN1-4244-1034-7，EI:073910833338;[5]BinLin,BaiqiangYou,JianhuaZhou,"TheMicrostripAnte皿awithPBGusedfor3GSystem",ASID2007，pp.44-47,ISBN1-4244-1034-7，EI:073910833356。目前，把介電常數漸變的陶瓷基底、阿基米德螺旋天線、PBG結構結合起來實現三頻帶工作，并應用在RFID系統(tǒng)與3G系統(tǒng)移動終端中0.9020.928GHz、1.922.17GHz和2.42.4835GHz這三個工作頻段的相關技術未見報道。
發(fā)明內容本發(fā)明的目的在于提供一種尺寸小、帶寬大、回波損耗低、能夠三頻段工作，且具有全向輻射特性的三頻光子帶隙介電常數漸變陶瓷阿基米德螺旋天線。本發(fā)明采用了介電常數漸變的陶瓷基底、阿基米德螺旋天線、光子帶隙結構相結合的技術方案。本發(fā)明設有雙面鍍銀陶瓷基板，陶瓷基板由至少1層介電常數漸變的陶瓷材料層構成，陶瓷基板的一面鍍銀層為阿基米德螺旋片結構，陶瓷基板的另一面鍍銀層為光子帶隙結構。阿基米德螺旋片結構為旋渦狀的螺旋結構，旋渦狀的螺旋結構設有2條螺旋臂和1條連接臂，2條螺旋臂為由內向外擴徑旋轉的螺旋臂，2條螺旋臂的結構、尺寸、旋轉方向和旋轉角度均相同，2條螺旋臂之間設有相位差，相位差為180°，2條螺旋臂的內端為起始端，2條螺旋臂的外端為終止端；連接臂設于螺旋片結構的中央，連接臂的兩端分別與2條螺旋臂的起始端連接，連接臂設有中心孔，中心孔的側邊設有饋電點。光子帶隙結構設有至少2行2列(或至少4片)鍍銀片，行與行之間相互平行，列與列之間相互平行。陶瓷基板優(yōu)選矩形陶瓷基板，最好為正方形陶瓷基板。陶瓷基板最好由至少7層介電常數漸變的陶瓷材料層構成。各層陶瓷材料層的介電常數最好呈等差直線性變化。光子帶隙結構的各鍍銀片的形狀優(yōu)選矩形，最好為正方形。與用于射頻識別(RFID)系統(tǒng)和3G系統(tǒng)移動終端的常規(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、能夠三頻段工作，其工作頻帶為0.5581.249GHz、1.3772.10GHz和2.102.636GHz，其絕對帶寬分別為0.691GHz、0.723GHz和0.536GHz，其相對帶寬分別為72.74%、42.53%和22.33%，可兼容射頻識別系統(tǒng)和3G系統(tǒng)移動終端，同時覆蓋0.9020.928GHz、1.922.17GHz和2.42.4835GHz這三個工作頻段。天線尺寸為常規(guī)微帶天線尺寸的30%，達到了小型化天線的目的，完全可以將其放到射頻識別系統(tǒng)的標簽、讀寫器或3G系統(tǒng)移動終端里。而且本發(fā)明具有結構簡單、制造工藝簡單、成本低、全向輻射性能佳、易于集成和能夠批量生產等優(yōu)點。能夠滿足RFID應用系統(tǒng)和3G系統(tǒng)移動終端對天線的具體要求。圖1為本發(fā)明實施例的阿基米德螺旋片結構示意屈。.圖2為本發(fā)明實施例的光子帶隙結構示意圖。圖3為本發(fā)明實施例的回波損耗(Su)性能圖。圖3中的橫坐標表示頻率Frequency(GHz)，縱坐標表示回波損耗強度Theretumloss.oftheantenna(dB)。圖4為本發(fā)明實施例的H面方向圖。坐標為極坐標。圖5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將結合實施例和附圖對本發(fā)明作進一步說明。參見圖1和圖2，本發(fā)明設有雙面鍍銀的正方形陶瓷基板3，陶瓷基板3的一面鍍銀層為阿基米德螺旋片結構，陶瓷基板的另一面鍍銀層為光子帶隙結構。阿基米德螺旋片結構1為旋渦狀的螺旋結構，設有2條由內向外擴徑旋轉的阿基米德螺旋臂11和12，另設有1條連接臂13，2條螺旋臂11和12的結構和尺寸相同，并且旋轉方向和旋轉角度相同，2條螺旋臂11與12之間設有相位差，相位差為180Q，2條螺旋臂11和12的內端為起始端，2條螺旋臂11和12的外端為終止端；連接臂13設于螺旋片結構1的中央，連接臂13的兩端分別與2條螺旋臂11和12的內端連接，連接臂13設有中心孔A，中心孔A的側邊設有饋電點。2條螺旋臂11和12的旋轉角度為450Q，即1.25圈。介電常數漸變的陶瓷基板由11層介電常數漸變的陶瓷材料層組成，陶瓷基板是邊長為35mm±lmm的正方形，第1層陶瓷陶瓷材料層的介電常數最好為20，厚度為1.0mm±0.05mm;第2層陶瓷基板的介電常數最好為22，厚度為0.2mm±0.01mm;第3層陶瓷基板的介電常數最好為24，厚度為0.2mm±0.01mm;第4層陶瓷基板的介電常數最好為26，厚度為0.2mm±0.01mm;第5層陶瓷基板的介電常數最好為28，厚度為0.2mm土0.01mm;第6層陶瓷基板的介電常數最好為30,厚度為0.2mmi0.01mm;第7層陶瓷基板的介電常數最好為28，厚度為0.2mm±0.01mm;第8層陶瓷基板的介電常數最好為26，厚度為0.2mm±0.01mm;第9層陶瓷基板的介電常數最好為24，厚度為0.2mm±0.01mm;第10層陶瓷基板的介電常數最好為24，厚度為0.2mmi0.01mm;第11層陶瓷基板的介電常數最好為20，厚度為1.0mm士0.05mm。光子帶隙結構設有3行3列共8片(4大4小)鍍銀片，標號為2128。其中第一行設有標號為2123的3片鍍銀片，第二行設有標號為2425的2片鍍銀片，第三行設有標號為2628的3片鍍銀片，行與行之間相互平行；第一列設有3片鍍銀片，第二列設有2片鍍銀片，第三列設有3片鍍銀片，列與列之間相互平行，每行中的各片鍍銀片之間相互平行，每列中的各片鍍銀片之間相互平行。光子帶隙結構的各鍍銀片的形狀為正方形。光子帶隙結構第一行左、右兩片鍍銀片的邊長最好為8mm±0.1mm，第一行中間的鍍銀片的邊長最好為4mm±0.1mm;第二行左、右兩片鍍銀片的邊長最好為4mm±0.1mm，第二行中間無鍍銀片；第三行左、右兩片鍍銀片的邊長最好為8mm士0.1mm,第三行中間的鍍銀片的邊長最好為4mm士0.1mm。光子帶隙結構第一行左邊鍍銀片的左邊沿與陶瓷基板左邊沿的距離最好為3.5mm±0.1mm，第一行右邊鍍銀片的右邊沿與陶瓷基板右邊沿的距離最好為3.5mm±0.1mm，第一行左、右兩片鍍銀片的上邊沿與陶瓷基板上邊沿的距離最好為3.5mm士0.1mm，第一行中間的鍍銀片的上邊沿與陶瓷基板上邊沿的距離最好為5.5mm±0.1mm，第一行左邊鍍銀片的右邊沿與中間鍍銀片的左邊沿的距離最好為4mm士0.1mm，第一行右邊鍍銀片的左邊沿與中間鍍銀片的右邊沿的距離最好為4mm±0.1mm。第二行左邊鍍銀片的左邊沿與陶瓷基板左邊沿的距離最好為5.5mm±0.1mm，第二行右邊鍍銀片的右邊沿與陶瓷基板右邊沿的距離最好為5.5mm±0.1mm，第二行左、右兩片鍍銀片的上邊沿與第一行左、右兩片鍍銀片的下邊沿的距離最好為4mm±0.1mm，第二行左、右兩片鍍銀片的下邊沿與第三行左、右兩片鍍銀片的上邊沿的距離最好為4mm±0.1mm。第三行左邊鍍銀片的左邊沿與陶瓷基板左邊沿的距離最好為3.5mm±0.1mm，第三行右邊鍍銀片的右邊沿與陶瓷基板右邊沿的距離最好為3.5mmi0.1mm，第三行左、右兩片鍍銀片的下邊沿與陶瓷基板下邊沿的距離最好為3.5mm士0.1mm，第三行中間的鍍銀片的下邊沿與陶瓷基板下邊沿的距離最好為5.5mm±0.1mm，第三行左邊鍍銀片的右邊沿與中間鍍銀片的左邊沿的距離最好為4mm±0.1mm，第三行右邊鍍銀片的左邊沿與中間鍍銀片的右邊沿的距離最好為4mm±0.1mm。參見表1，表1給出了本發(fā)明的制造加工誤差對天線特性的影響情況。表l<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>注1.表中數據已有一定冗余，各參數之間有一定關聯性，給出的是均衡特性，可根據需求特殊設計;2.需采用高性能微波低耗雙面鍍銀陶瓷基板，tgS<0.002。參見圖3，圖3給出了本發(fā)明實施例的回波損耗(Su)性能圖。從圖3可以看出，天線的工作頻帶覆蓋了0.5581.249GHz、1.3772.10GHz和2.102.636GHz，工作頻帶內的回波損耗都在一IOdB以下，三個工作頻帶內的最小回波損耗分別為一20.33dB、一18.35dB和一14.34dB。天線回波損耗(Su)性能在整個通頻帶內滿足要求，天線的絕對帶寬分別為0.691GHz、0.723GHz和0.536GHz，其相對帶寬分別為72.74%、42.53%和22.33%，遠優(yōu)于常規(guī)的微帶天線，可兼容射頻識別系統(tǒng)和3G系統(tǒng)移動終端，同時覆蓋0.9020.928GHz、1.922.17GHz和2.42.4835GHz這三個工作頻段。參見圖4，圖4中可見，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5，圖5中可見，天線主瓣在300。60。之間。將圖4與圖5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(Su)性能圖(參見圖3)可以看出，天線可兼容射頻識別系統(tǒng)和3G系統(tǒng)移動終端，同時覆蓋0.5581.249GHz、1.3772.10GHz和2.102.636GHz這三個工作頻段，達到了射頻識別(RFID)系統(tǒng)和3G系統(tǒng)移動終端對于天線的要求。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。權利要求1、三頻光子帶隙介電常數漸變陶瓷阿基米德螺旋天線，其特征在于設有雙面鍍銀陶瓷基板，陶瓷基板由至少1層介電常數漸變的陶瓷材料層構成，陶瓷基板的一面鍍銀層為阿基米德螺旋片結構，陶瓷基板的另一面鍍銀層為光子帶隙結構。2.如權利要求1所述的三頻光子帶隙介電常數漸變陶瓷阿基米德螺旋天線，其特征在于阿基米德螺旋片結構為旋渦狀的螺旋結構，旋渦狀的螺旋結構設有2條螺旋臂和1條連接臂。3.如權利要求2所述的三頻光子帶隙介電常數漸變陶瓷阿基米德螺旋天線，其特征在于2條螺旋臂為由內向外擴徑旋轉的螺旋臂，2條由內向外擴徑旋轉的螺旋臂的結構、尺寸、旋轉方向和旋轉角度均相同。4.如權利要求2所述的三頻光子帶隙介電常數漸變陶瓷阿基米德螺旋天線，其特征在于2條螺旋臂之間設有相位差，相位差為18(T。5.如權利要求2所述的三頻光子帶隙介電常數漸變陶瓷阿基米德螺旋天線，其特征在于2條螺旋臂的內端為起始端，2條螺旋臂的外端為終止端。6.如權利要求2所述的三頻光子帶隙介電常數漸變陶瓷阿基米德螺旋天線，其特征在于連接臂設于螺旋片結構的中央，連接臂的兩端分別與2條螺旋臂的起始端連接，連接臂設有中心孔，中心孔的側邊設有饋電點。7.如權利要求1所述的三頻光子帶隙介電常數漸變陶瓷阿基米德螺旋天線，其特征在于光子帶隙結構設有至少2行2列或至少4片鍍銀片，行與行之間相互平行，列與列之間相互平行。8.如權利要求l所述的三頻光子帶隙介電常數漸變陶瓷阿基米德螺旋天線，其特征在于陶瓷基板為矩形陶瓷基板，光子帶隙結構的各鍍銀片的形狀為矩形。9.如權利要求1所述的三頻光子帶隙介電常數漸變陶瓷阿基米德螺旋天線，其特征在于陶瓷基板由至少7層介電常數漸變的陶瓷材料層構成。10.如權利要求1所述的三頻光子帶隙介電常數漸變陶瓷阿基米德螺旋天線，其特征在于各層陶瓷材料層的介電常數呈等差直線性變化。全文摘要三頻光子帶隙介電常數漸變陶瓷阿基米德螺旋天線，涉及一種阿基米德螺旋天線，尤其是涉及一種三頻光子帶隙介電常數漸變陶瓷阿基米德螺旋天線。提供一種尺寸小、帶寬大、回波損耗低、能夠三頻段工作，且具有全向輻射特性的三頻光子帶隙介電常數漸變陶瓷阿基米德螺旋天線。設有雙面鍍銀陶瓷基板，陶瓷基板由至少1層介電常數漸變的陶瓷材料層構成，陶瓷基板的一面鍍銀層為阿基米德螺旋片結構，陶瓷基板的另一面鍍銀層為光子帶隙結構。文檔編號H01Q21/00GK101383446SQ20081007196公開日2009年3月11日申請日期2008年10月21日優(yōu)先權日2008年10月21日發(fā)明者周建華,李偉文,斌林,游佰強,熊兆賢,勇羅,鄭建森申請人:廈門大學