一種新型加載Sierpinski墊片天線的設(shè)計(jì)
摘要:提出一種新型分形結(jié)構(gòu)加載的Sierpinski墊片天線。該天線采用新型加載技術(shù)并充分利用了此新型結(jié)構(gòu)的空間自填充能力。結(jié)果表明,此新型分形結(jié)構(gòu)加載的Sierpinski墊片天線比Koch分形加載更能縮減天線的尺寸,并且能降低諧振頻率,具有寬頻帶特性,可以實(shí)現(xiàn) Sierpinski分形天線的小型化、多頻段特性。
關(guān)鍵詞:Sierpinski墊片天線;RFID;寬頻帶;小型化
0 引言
射頻識(shí)別(Radio Frequency Identification,RFID)是20世紀(jì)90年代興起的一項(xiàng)自動(dòng)識(shí)別技術(shù)。該技術(shù)利用無(wú)接觸方式獲取目標(biāo)信息,并與目標(biāo)信息進(jìn)行雙向通信。由于其無(wú)接觸的工作特性,它被稱為第三代自動(dòng)識(shí)別技術(shù)。一個(gè)自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)有兩個(gè)部分組成:讀寫器和電子標(biāo)簽。天線在讀寫器和電子標(biāo)簽中間擔(dān)當(dāng)著十分重要的作用,它是兩者之間實(shí)現(xiàn)非接觸雙向通信必不可少的器件。天線被用來(lái)發(fā)射和接收信號(hào),并且擔(dān)當(dāng)著電子標(biāo)簽芯片中耦合能量的重要作用。所以電子標(biāo)簽天線設(shè)計(jì)的好壞直接影響著系統(tǒng)的工作距離以及使用范圍。
在RFID系統(tǒng)應(yīng)用中,電子標(biāo)簽天線需要附著在需要識(shí)別的物體上,作為識(shí)別物品的身份象征,并且由于被識(shí)別物體的多樣性,人們對(duì)電子標(biāo)簽天線提出了更高的要求,主要體現(xiàn)在寬頻帶、小型化、便于安裝和攜帶,同時(shí)要求天線有高的效率。天線設(shè)計(jì)很大程度依賴天線的頻率,有些類型的天線具有很寬的帶寬,如螺旋天線。這種天線從某種意義上來(lái)說(shuō)是分形天線的自相似性具體化,分形天線的自相似性對(duì)于電子標(biāo)簽天線的設(shè)計(jì)具有具有重要意義。
分形天線是一種新型天線,它將分形幾何應(yīng)用于天線,完全不同于傳統(tǒng)意義上的歐式幾何天線。分形結(jié)構(gòu)的高度空間自填充特性可以轉(zhuǎn)變?yōu)榉中翁炀€的小型化特征,例如Koch分形天線、Hilbert分形天線、Minkinski分形天線等。分形結(jié)構(gòu)的自相似性可以轉(zhuǎn)變?yōu)榉中翁炀€的多頻段特性,典型的有 Sierpinski分形天線。
本文提出了一種新型分形天線加載的Sierpinski墊片天線,與傳統(tǒng)天線相比,此天線充分利用了新型分形結(jié)構(gòu)的高度自填充性以及Sierpinski分形天線的的多頻段特性,從而實(shí)現(xiàn)了一種新型的小型化、多頻段分形天線。
1 分形結(jié)構(gòu)的幾何描述和天線生成
分形結(jié)構(gòu)的天線構(gòu)造形式很多,本文采用兩點(diǎn)格式法進(jìn)行構(gòu)造新型分形天線。先定義一個(gè)初始元和一個(gè)生成元,初始元給定了分形圖形的框架,生成元給定了新型分形天線的構(gòu)造方法。此新型分形天線的初始元和生成元如圖1所示。
圖1中符號(hào)的上標(biāo)代表迭代次數(shù),下標(biāo)代表坐標(biāo)點(diǎn)。選?。?br />
式中:k=1/4為分形凹入的寬度。
由分形理論可以知道,該新型分型結(jié)構(gòu)的分形維數(shù)D取決于以下方程:
通過(guò)1階生成元的迭代過(guò)程,可以進(jìn)行再次迭代得到2階及3階生成元。雖然此新型分形曲線具有與Koch分形結(jié)構(gòu)相同的迭代特性以及空間填充特性,但是分形迭代在實(shí)際中不可能無(wú)限制的迭代下去,研究發(fā)現(xiàn),此新型曲線在降低諧振頻率上有一個(gè)極限值,一般在5階以上性能就不明顯了,這里稱之為分形極限。同時(shí),由于現(xiàn)代制造工藝的限制,一般分型天線都在5階以下。
此新型分形曲線同Koch分形曲線有很多相似之處,1階新型分形曲線比1階Koch曲線長(zhǎng)30.18%,2階新型分形曲線比同階的Koch曲線長(zhǎng)1.44 倍,而且具有分形天線的特性。由此可以說(shuō)明,此分形天線具有比Koch分形結(jié)構(gòu)更強(qiáng)的自填充能力,用在天線設(shè)計(jì)中可以實(shí)現(xiàn)更長(zhǎng)的電流有效路徑,從而降低諧振頻率,實(shí)現(xiàn)天線的小型化。
評(píng)論