一種新型加載Sierpinski墊片天線(xiàn)的設計

摘要：提出一種新型分形結構加載的Sierpinski墊片天線(xiàn)。該天線(xiàn)采用新型加載技術(shù)并充分利用了此新型結構的空間自填充能力。結果表明，此新型分形結構加載的Sierpinski墊片天線(xiàn)比Koch分形加載更能縮減天線(xiàn)的尺寸，并且能降低諧振頻率，具有寬頻帶特性，可以實(shí)現 Sierpinski分形天線(xiàn)的小型化、多頻段特性。
關(guān)鍵詞：Sierpinski墊片天線(xiàn)；RFID；寬頻帶；小型化

0 引言
射頻識別(Radio Frequency Identification，RFID)是20世紀90年代興起的一項自動(dòng)識別技術(shù)。該技術(shù)利用無(wú)接觸方式獲取目標信息，并與目標信息進(jìn)行雙向通信。由于其無(wú)接觸的工作特性，它被稱(chēng)為第三代自動(dòng)識別技術(shù)。一個(gè)自動(dòng)識別系統有兩個(gè)部分組成：讀寫(xiě)器和電子標簽。天線(xiàn)在讀寫(xiě)器和電子標簽中間擔當著(zhù)十分重要的作用，它是兩者之間實(shí)現非接觸雙向通信必不可少的器件。天線(xiàn)被用來(lái)發(fā)射和接收信號，并且擔當著(zhù)電子標簽芯片中耦合能量的重要作用。所以電子標簽天線(xiàn)設計的好壞直接影響著(zhù)系統的工作距離以及使用范圍。
在RFID系統應用中，電子標簽天線(xiàn)需要附著(zhù)在需要識別的物體上，作為識別物品的身份象征，并且由于被識別物體的多樣性，人們對電子標簽天線(xiàn)提出了更高的要求，主要體現在寬頻帶、小型化、便于安裝和攜帶，同時(shí)要求天線(xiàn)有高的效率。天線(xiàn)設計很大程度依賴(lài)天線(xiàn)的頻率，有些類(lèi)型的天線(xiàn)具有很寬的帶寬，如螺旋天線(xiàn)。這種天線(xiàn)從某種意義上來(lái)說(shuō)是分形天線(xiàn)的自相似性具體化，分形天線(xiàn)的自相似性對于電子標簽天線(xiàn)的設計具有具有重要意義。
分形天線(xiàn)是一種新型天線(xiàn)，它將分形幾何應用于天線(xiàn)，完全不同于傳統意義上的歐式幾何天線(xiàn)。分形結構的高度空間自填充特性可以轉變?yōu)榉中翁炀€(xiàn)的小型化特征，例如Koch分形天線(xiàn)、Hilbert分形天線(xiàn)、Minkinski分形天線(xiàn)等。分形結構的自相似性可以轉變?yōu)榉中翁炀€(xiàn)的多頻段特性，典型的有 Sierpinski分形天線(xiàn)。
本文提出了一種新型分形天線(xiàn)加載的Sierpinski墊片天線(xiàn)，與傳統天線(xiàn)相比，此天線(xiàn)充分利用了新型分形結構的高度自填充性以及Sierpinski分形天線(xiàn)的的多頻段特性，從而實(shí)現了一種新型的小型化、多頻段分形天線(xiàn)。

1 分形結構的幾何描述和天線(xiàn)生成
分形結構的天線(xiàn)構造形式很多，本文采用兩點(diǎn)格式法進(jìn)行構造新型分形天線(xiàn)。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(xiàn)的構造方法。此新型分形天線(xiàn)的初始元和生成元如圖1所示。


圖1中符號的上標代表迭代次數，下標代表坐標點(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，該新型分型結構的分形維數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(xiàn)具有與Koch分形結構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，此新型曲線(xiàn)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(chēng)之為分形極限。同時(shí)，由于現代制造工藝的限制，一般分型天線(xiàn)都在5階以下。
此新型分形曲線(xiàn)同Koch分形曲線(xiàn)有很多相似之處，1階新型分形曲線(xiàn)比1階Koch曲線(xiàn)長(cháng)30．18％，2階新型分形曲線(xiàn)比同階的Koch曲線(xiàn)長(cháng)1．44 倍，而且具有分形天線(xiàn)的特性。由此可以說(shuō)明，此分形天線(xiàn)具有比Koch分形結構更強的自填充能力，用在天線(xiàn)設計中可以實(shí)現更長(cháng)的電流有效路徑，從而降低諧振頻率，實(shí)現天線(xiàn)的小型化。