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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 用于射頻識(shí)別系統(tǒng)的新型小型化分形微帶天線
- 小類：
- 信息技術(shù)
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡介：
- 射頻識(shí)別（RFID）技術(shù)是20世紀(jì)90年代開始興起的一種用射頻通信實(shí)現(xiàn)的非接觸式自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，將此技術(shù)與互聯(lián)網(wǎng)、通訊等技術(shù)相結(jié)合，可實(shí)現(xiàn)高效管理與運(yùn)作，降低成本?？梢灶A(yù)計(jì)RFID 技術(shù)將成為繼移動(dòng)通訊技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)之后又一項(xiàng)影響全球經(jīng)濟(jì)與人類生活的新一代技術(shù)。天線設(shè)計(jì)及制造技術(shù)是RFID的核心關(guān)鍵技術(shù)之一。 隨著RFID技術(shù)的發(fā)展，人們對RFID天線寬帶化、小型化提出了更高的要求，分形天線技術(shù)是滿足這一要求的有效方法。本項(xiàng)目將微波射頻領(lǐng)域最先進(jìn)的分形微帶天線設(shè)計(jì)技術(shù)與新型高性能陶瓷材料相結(jié)合，設(shè)計(jì)制作了一系列用于射頻識(shí)別系統(tǒng)的新型小型化分形微帶天線。我們擁有多項(xiàng)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，我們設(shè)計(jì)的分型天線可以通過形成工業(yè)化的產(chǎn)品來推廣，也可以通過轉(zhuǎn)讓自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)來進(jìn)行推廣，并獲得效益。
- 詳細(xì)介紹：
- 新型小型化分形微帶天線開發(fā)小組成員在研究過程中不斷進(jìn)行自主創(chuàng)新，采用分形貼片技術(shù)、鏡像補(bǔ)償技術(shù)、光子帶隙結(jié)構(gòu)、陶瓷基底材料等多種先進(jìn)的材料和技術(shù)相結(jié)合的方法，設(shè)計(jì)出一系列尺寸小、能夠多頻段工作、帶寬大、回波損耗較低且具有全向輻射特性的用于射頻識(shí)別系統(tǒng)的新型小型化分形微帶天線。 在課題研究過程中，我們及時(shí)地對科研成果進(jìn)行了總結(jié)和歸納，目前為止共發(fā)表了5篇相關(guān)論文（其中EI檢索3篇，EI待檢索2篇），申請了國家發(fā)明專利9項(xiàng)，均已公開。 我們設(shè)計(jì)的RFID分形微帶天線集中了分形天線和高性能微波陶瓷材料的優(yōu)點(diǎn)，與普通微帶天線相比具有特殊的優(yōu)勢 1.利用高介電常數(shù)的微波陶瓷材料有效的減小天線尺寸，將其控制在40mm×40mm以下，為普通微帶天線的20%～30%，能夠很好的滿足RFID標(biāo)簽對天線尺寸的要求； 2.天線帶寬大，回波損耗值低于-10dB的頻帶范圍達(dá)到0.25GHz以上，實(shí)現(xiàn)了雙頻工作，擴(kuò)大了單款天線的應(yīng)用范圍； 3.天線能夠在整個(gè)方位平面上提供均勻覆蓋； 4.天線抗干擾能力強(qiáng)，分形天線結(jié)構(gòu)整體與局部之間以及局部與局部之間都具有自相似性，這使得部分天線結(jié)構(gòu)被破壞時(shí)，天線整體仍然能夠保持輻射特性基本不變。 根據(jù)相關(guān)預(yù)測，RFID 標(biāo)簽技術(shù)將在未來2～5 年逐漸開始大規(guī)模應(yīng)用，2008年，RFID 標(biāo)簽僅在全球供應(yīng)鏈領(lǐng)域的市場需求達(dá)到40 億美元，其他所有需要統(tǒng)計(jì)、跟蹤的產(chǎn)品都離不開RFID。因此，利用領(lǐng)先技術(shù)設(shè)計(jì)的天線將起到?jīng)Q定性的作用，我們的項(xiàng)目擁有著廣闊的應(yīng)用前景。 我們的分形天線成本低廉。目前在實(shí)驗(yàn)室階段，一款分型天線樣品的加工制作成本不到10元。如果能實(shí)現(xiàn)工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)，成本還將降低，具有很高的推廣和應(yīng)用價(jià)值。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 作品設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路： 本作品將微波射頻領(lǐng)域最先進(jìn)的分形微帶天線設(shè)計(jì)技術(shù)與新型高性能陶瓷材料相結(jié)合，設(shè)計(jì)制作了用于射頻識(shí)別系統(tǒng)的新型小型化分形微帶天線。 本作品以分形天線結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為主，采用時(shí)域有限差分法結(jié)合快速多極子遺傳算法和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，以915MHz 、2.45GHz天線為例，結(jié)合陶瓷基底材料對分形天線結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，提出創(chuàng)新設(shè)計(jì)方案并實(shí)現(xiàn)小型化，歸納改進(jìn)方案對天線特性參數(shù)的影響規(guī)律。 技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)： 1.我們設(shè)計(jì)了新型分形RFID 天線的結(jié)構(gòu)參數(shù)，總結(jié)了天線各參數(shù)對天線輻射特性的影響 2.我們創(chuàng)造性地設(shè)計(jì)了多種分形PBG結(jié)構(gòu)，將傳統(tǒng)的分形貼片天線發(fā)展為復(fù)合分形天線 3.我們研究了天線與介質(zhì)環(huán)境的相互關(guān)系，分析對應(yīng)的電磁特性 4.我們研制出了適用于分形天線的高介電常數(shù)、低介質(zhì)損耗的微波陶瓷基板的制備技術(shù) 技術(shù)關(guān)鍵： 1.小尺寸、低成本天線的初步設(shè)計(jì)，分形結(jié)構(gòu)的幾何特征參數(shù)與電磁輻射特性之間的關(guān)系模型 2. 確定電介特性、分形結(jié)構(gòu)參數(shù)等因素對天線性能的具體影響 3. 天線中試數(shù)據(jù)的反饋及改進(jìn)，適用于不同背景的天線設(shè)計(jì) 主要技術(shù)指標(biāo)： 1.天線尺寸控制在40mm×40mm以下; 2.天線回波損耗值低于-10dB的頻帶范圍達(dá)到0.25GHz以上 3.天線具有全向輻射特性，增益0dB以上的角度范圍超過240度
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 射頻識(shí)別（RFID）技術(shù)是20世紀(jì)90年代開始興起的一種用射頻通信實(shí)現(xiàn)的非接觸式自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，將此技術(shù)與互聯(lián)網(wǎng)、通訊等技術(shù)相結(jié)合，可實(shí)現(xiàn)高效管理與運(yùn)作，降低成本?？梢灶A(yù)計(jì)RFID 技術(shù)將成為繼移動(dòng)通訊技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)之后又一項(xiàng)影響全球經(jīng)濟(jì)與人類生活的新一代技術(shù)。 天線設(shè)計(jì)及制造技術(shù)是RFID的核心關(guān)鍵技術(shù)之一。2006年6月國家發(fā)布的《中國射頻識(shí)別（RFID）技 術(shù)政策白皮書》特別強(qiáng)調(diào)了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的RFID 系列研究計(jì)劃，RFID 系列天線的開發(fā)在計(jì)劃中屬于核心技術(shù)之一。 隨著RFID技術(shù)的發(fā)展，人們對RFID天線寬帶化、小型化提出了更高的要求，分形天線技術(shù)是滿足這一要求的有效方法。分形幾何是通過迭代產(chǎn)生的具有自相似特性的幾何結(jié)構(gòu)，它的整體與局部之間以及局部與局部之間都具有自相似性，天線的分形設(shè)計(jì)是電磁理論與分形幾何學(xué)的融合。研究發(fā)現(xiàn)，與傳統(tǒng)天線相比，分形微帶天線具有小型化、寬頻帶、多頻工作、高輻射電阻、自加載等優(yōu)點(diǎn)，能夠很好的滿足RFID系統(tǒng)對天線的要求。
獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果
- 獲獎(jiǎng)情況： 2009年3月獲2008-2009年度某大學(xué)學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競賽二等獎(jiǎng)。 發(fā)表論文： 1.“A Novel Printed Folded Dipole Antenna Used for Modern RFID System ”, CHINACOM 2008, 25 Aug-27Aug 2008, Hangzhou, China, p 773-777, (EI檢索號(hào)：090111839590) 2.“A Ceramic Spiral Antenna used for Modern RFID System”, WICOM 2008, 12Oct-14Oct, 2008, Dalian, China, p 4678440, (EI檢索號(hào)：090111833419) 3.“A Novel Ceramic Fractal Antenna for Modern RFID System”, WICOM 2008, 12Oct-14Oct, 2008, Dalian, China, p 4678438, (EI檢索號(hào)：090111833417) 4.“A Dual-frequency Ceramic Spiral Antenna with Rectangle PBG Structure Array used for Modern RFID System”, ICWMMN 2008, 12Oct-15Oct, 2008, Beijing, China, on pages: 94-97 (EI待檢索, Inspec: 10323154)
作品所處階段
- 中試階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 工業(yè)化的產(chǎn)品生產(chǎn)、轉(zhuǎn)讓自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)
作品可展示的形式
- 實(shí)物、產(chǎn)品、現(xiàn)場演示、圖片、樣品
使用說明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢,適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測
- 我們設(shè)計(jì)的RFID分形天線適用于物流監(jiān)控、集裝箱管理、飛行器控制等系統(tǒng)，能夠同時(shí)覆蓋兩個(gè)常用的RFID頻段，只需在天線和RFID標(biāo)簽芯片間加入阻抗匹配電路即可實(shí)現(xiàn)信號(hào)的發(fā)射與接收 技術(shù)特點(diǎn)： 1.利用高介電常數(shù)的微波陶瓷材料有效的減小天線尺寸 2.天線帶寬大，工作頻帶達(dá)到0.25GHz以上，實(shí)現(xiàn)了雙頻工作 3.天線能夠在整個(gè)方位平面上提供均勻覆蓋 4.天線抗干擾能力強(qiáng) 前景分析： 2008年，RFID 標(biāo)簽在全球供應(yīng)鏈領(lǐng)域的市場需求達(dá)到40 億美元，所有需要統(tǒng)計(jì)、跟蹤的產(chǎn)品都離不開RFID。利用領(lǐng)先技術(shù)設(shè)計(jì)的天線將起到?jīng)Q定性的作用，我們的項(xiàng)目擁有著廣闊的應(yīng)用前景。 我們的分形天線成本低廉。目前在實(shí)驗(yàn)室階段，一款分型天線樣品的加工制作成本不到10元。在工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)中，成本還將降低，具有很高的推廣和應(yīng)用價(jià)值。我們的分型天線可以通過形成工業(yè)化的產(chǎn)品來推廣，也可以通過轉(zhuǎn)讓自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)來進(jìn)行推廣，并獲得效益。
同類課題研究水平概述
- 在國內(nèi)近百家的天線公司或工廠中，真正從事RFID 天線設(shè)計(jì)的單位很少，基礎(chǔ)非常薄弱，且多數(shù)是屬于沒有知識(shí)產(chǎn)權(quán)的OEM 產(chǎn)品。國外已經(jīng)研制出在RFID芯片上嵌入天線——片上天線，國內(nèi)在這方面基本處于空白狀態(tài)。近來國外一直致力于覆蓋各種頻率的復(fù)合天線、低成本標(biāo)簽天線和標(biāo)簽產(chǎn)品，用以滿足產(chǎn)品商品標(biāo)志等方面的要求，而針對UHF 和微波頻段，國內(nèi)的標(biāo)簽天線的形式、體積、成本方面差距明顯。 2006年6月國家發(fā)布的《中國射頻識(shí)別（RFID）技術(shù)政策白皮書》特別強(qiáng)調(diào)了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的RFID 系列研究計(jì)劃，2006年12 月的863 研究項(xiàng)目指南也對核心技術(shù)進(jìn)行了跟進(jìn)。其中，RFID 系列天線的開發(fā)在計(jì)劃中都屬于核心技術(shù)之一，國內(nèi)有實(shí)力的研究單位都開始了跟進(jìn)研究。在RFID 多頻段新型天線和低功耗天線的研制、標(biāo)簽天線受環(huán)境影響、測試技術(shù)等方面國內(nèi)目前還基本處于初級階段，國外相關(guān)研究目前也剛剛起步，這些方面的研究直接關(guān)系到RFID 系列產(chǎn)品的可靠性、小型化、集成化等關(guān)鍵性能參數(shù)，，也與進(jìn)一步的陣列智能化密切相關(guān)。 1975年，Mandelbrot首次引入了分形 (fractal)這一概念，1990年D.L.Jaggard提出了分形電動(dòng)力學(xué)(Fractal Electrodynamics)的概念，將分形幾何與電磁理論相結(jié)合, 用來解決一系列電磁輻射、傳播、散射等問題，分形天線正是分形電動(dòng)力學(xué)的眾多應(yīng)用之一。對分形天線的發(fā)展曾經(jīng)起過積極推動(dòng)作用的有賓夕法尼亞大學(xué)的Dwight Jaggard和賓夕法尼亞州立大學(xué)的DouglasWerner，他們很早就分析了分形天線及陣列的特性。國外研究分形天線的主要代表人物有美國的Nathan Cohen和西班牙的Carles PuenteBaliarda，他們分別創(chuàng)辦了Fractal Antenna Systems公司和Fractus S. A.公司，除了做研究之外他們主要是申請有關(guān)分形天線的專利和拓展分形天線的市場。美國的UCLA大學(xué)、西班牙的UPS大學(xué)、英國的Birmingham大學(xué)、New Mexico大學(xué)和Georgia技術(shù)學(xué)院等對分形天線也展開了大量的研究并取得了一定的成果。目前國內(nèi)的部分院校開展了分形天線單元的多頻特性、分形陣列天線綜合的研究工作，但是不論在分形天線的理論研究還是應(yīng)用方面都落后于國外。
