基于分形结构的RFID标签天线的设计与分析【开题报告】

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1、开题报告基于分形结构的RFID标签天线的设计与分析专业：电子信息工程一、综述本课题国内外研究动态，说明选题的依据和意义1.分形结构天线国内外研究现状“分形”的概念是由名为Mandelbrot的一个法国数学家于1973年在《自然界中分形几何》一书中首次提出的[1]，“分形”这个名词即拉丁文的破碎(fractal)。分形几何就是研究无限复杂而具有特定意义下的自相似图形和结构的几何学，自相似就是局部的形态与整体形态的相似，分形具有两大特征:自相似性和空间填充性(分数维)。分数维将维数从整数拓展为分数，从而突破了一般拓扑集维数为整数的界限。Mandelbrot提出分形最

2、初是为了描述自然界中传统Eucild几何学所不能描述的复杂无规则的自然现象，随后分形理论的应用扩展到了科学研究和工程中的各个领域。1990年D.L.Jaggard提出了分形电动力学的概念[2]，它将分形几何与电磁理论相结合，可以用来解决一系列电磁辐射、传播、散射等问题，而分形天线正是分形电动力学的众多应用之一。所谓分形天线，是指几何属性上具有分形特征的天线。它是分形电动力学的众多应用之一。天线与阵列的分形设计是电磁理论与分形几何学的融合，如我们熟悉的螺旋天线和对数周期天线等一类频率无关天线都是分形天线，它已经存在多年，但直到分形技术应用后，它的性能才得以充分的理

3、解。世界上第一个分形天线是由美国科学家NathaCohen[3，4]于1988年完成的，而对分形天线进行系统的研究是从1995年8月发表他的第一篇有关分形天线方面的文章开始的。随后，国际上很多大学和科研机构开始对分形天线进行研究。对分形天线的发展曾经起过积极推动作用的有宾夕法尼亚大学的DwightJaggard[5]和宾夕法尼亚州立大学的DouglasWerner[6，7]，他们很早就分析了分形天线及阵列的特性。从应用上来看，早在1999年，摩托罗拉公司就推出了sierpinski毯式结构的微带天线，用于手机。国外的分形天线公司也有不少，比较著名的有两个。西班牙

4、的FRACTUSComPany(OptimizedAntennasforWirelessDeviees)由CarlesPuenteBaliardal[8，10]建立于1998年，专门从事各种分形天线的研究与生产，是第一家拥有分形天线专利的公司，到目前为止共拥有37项专利。产品涉及手机天线、基站天线、蓝牙天线、无线局域网、RFID及军品等。另外，美国的FraetalAntennasystemInc.也是一家专门从事分形天线开发生产的公司，它于1995年由NathanCohen建立，它的产品范围从数据、无线通信到远程信息处理和RFID，并且被美国的军队广泛采用。此外

5、，美国的Massachusetts分形天线系统公司研制出了Comcyl(共形通讯柱)天线，能用于双频蜂窝通讯。可以看出，分形天线在国外的应用相当广泛，而且已经取得了巨大的商业价值，但是在国内的应用还处于萌芽状态。也有学者在做一些应用方面的探索，但一直没有商用的产品出现。当前，分形天线的研究己不仅仅是对分形结构的单一的研究，而是发展成为分形技术与众多新技术相结合的形式。J.SPetko等人就对分形的随机生成算法和遗传算法的结合进行了诸多研究[11，12]。结果表明，虽然随机分形的结构有可能非常复杂，但是其初始元和用于迭代的生成因子却有可能比较单一，这就使得应用遗传

6、算法这种自适应的全局优化算法成为了可能，并且非常的有效。电磁带隙结构(EBG)的出现使得人们可以对某个频带内的电磁波进行屏蔽，而将这种周期性的结构适当的引入分形天线的设计可以有效的解决分形微带天线的表面波问题以及增强天线的辐射特性，文献[13]便利用EBG结构形成的高阻表面对这方面的应用做了一些探讨。微机电系统是一门多学科相互交叉和渗透而形成的一门新型学科，它以微电子技术为基础，目前在很多方面都得到了广泛的应用。而将分形天线的设计与可以工作在RF频段的微机电系统相结合，可以对天线的一些相关参数进行选择，从而实现对天线的工作频带，辐射方向等特性的灵活的控制，这种天

7、线一般称之为可重构分形天线。文献[14]便详细的介绍了这种可重构分形天线的设计、制作和测试过程。2.课题研究背景依据及意义近年来，随着无线通信技术的飞速发展，人们对通信设备宽带化、小型化提出了更高的要求。天线作为辐射和接收电磁波的单元，自然是通信系统中必不可少的重要组成部分，与电子设备的发展趋势相适应，天线面临着小型化、宽带化的严峻挑战。天线的小型化技术一直是天线设计中的一个重点。由于天线尺寸减小后，其辐射电阻也随之减小，其输入阻抗的虚部增大，使得天线很难与传输线匹配。通常为改善天线的输入阻抗特性，一般需要对天线进行加载。传统的天线都是建立在欧几里德空间之上的，

8、占据了一定的空间，不利于