基于電子商務(wù)物流業(yè)務(wù)電子標(biāo)簽的雙頻分形天線研究

搭建開放場(chǎng)區(qū)測(cè)試系統(tǒng)， 測(cè)得天線在0.915 GHz和2.415 GHz時(shí)的方向圖如圖5（b），圖5（c）所示。天線低頻段E面方向圖有兩個(gè)瓣，一個(gè)在310°~60°之間，另一個(gè)在130°~230°之間，低頻段H 面方向圖全向覆蓋；天線高頻段E面方向圖有兩個(gè)瓣，一個(gè)在310°~75°之間，另一個(gè)在130°~250°之間；高頻段H面方向圖有兩個(gè)瓣，一個(gè)在 350°~100°之間，另一個(gè)在160°~270°之間。兩個(gè)瓣基本上覆蓋大部分角度，該天線在兩個(gè)工作頻段均具有全向輻射特性，但天線在高頻段輻射強(qiáng) 度不夠均勻，有一定的方向性。

4 2 階雙頻π型分形折疊偶極子天線的設(shè)計(jì)與制作

上節(jié)中設(shè)計(jì)的1階雙頻π型分形折疊偶極子天線基本滿足了設(shè)計(jì)要求，但在低頻段回波損耗最小值偏高； 在高頻段輻射強(qiáng)度不夠均勻，有一定的方向性，還需要進(jìn)一步改進(jìn)。構(gòu)成天線臂的π型分形折疊是一種線分形結(jié)構(gòu)，高階的線分形結(jié)構(gòu)具有更好的自相似特性，由其 組成的天線將具備更好的性能。因此在設(shè)計(jì)改進(jìn)型天線結(jié)構(gòu)時(shí)，使用2階π型分形折疊結(jié)構(gòu)來設(shè)計(jì)天線的折疊臂。2階π型分形折疊結(jié)構(gòu)由一條直線段經(jīng)過兩次π型 分形折疊變換得到，第一次變換得到如圖2所示的變形π型分形折疊結(jié)構(gòu)，再將其所有直線段依次迭代生成2階π型分形折線結(jié)構(gòu)。在設(shè)計(jì)中，使用FR4介質(zhì)板作 為天線的介質(zhì)基板。介質(zhì)板厚度為h = 1.5 mm,相對(duì)介電常數(shù)εr = 3.7 .天線尺寸為66 mm×45 mm.天線結(jié)構(gòu)如圖6所示。

天線整體可以看作是兩個(gè)分別工作在不同頻段的折疊偶極子天線的疊加。根據(jù)式（1）可得，工作在 0.902~0.928 GHz 頻段的天線臂總長(zhǎng)約為86 mm,由一個(gè)橫向臂和一個(gè)折疊臂相融合而成，橫向臂長(zhǎng)度為15.25 mm,折疊臂由一個(gè)原長(zhǎng)度為21 mm的直線段經(jīng)過兩次π型分形折疊變換得到；工作在2.4~2.483 5 GHz頻段的天線臂總長(zhǎng)約為32 mm,由一個(gè)橫向臂和一個(gè)折疊臂相融合而成，橫向臂長(zhǎng)度為3.25 mm,折疊臂由一個(gè)原長(zhǎng)度為9 mm的直線段經(jīng)過兩次π型分形折疊變換得到。在設(shè)計(jì)過程中，依然在天線輻射臂下方添加了鏡像補(bǔ)償結(jié)構(gòu)來改善天線性能。

根據(jù)上文所述設(shè)計(jì)方案，用腐蝕工藝制板法制作出了天線樣品，如圖7所示。

天線的回波損耗測(cè)量結(jié)果如圖8（a）所示，天線的低頻段諧振頻率在0.90 GHz 處，諧振頻率處的回波損耗S11 值（S11 最小值）為-21.42 dB,天線的工作帶寬為0.204 GHz;天線的高頻段諧振頻率在2.43 GHz處，諧振頻率處的回波損耗S11 值（S11 最小值）為-21.36 dB,天線的工作帶寬為0.241 GHz.

測(cè)得天線在0.90 GHz 和2.43 GHz 時(shí)的方向圖如圖8（b），圖8（c）所示。天線低頻段E 面方向圖有兩個(gè)瓣，一個(gè)在310°~50°之間，另一個(gè)在130°~240°之間，兩個(gè)瓣基本上覆蓋大部分角度，低頻段H面方向圖全向覆蓋；天線高頻段E 面方向圖有兩個(gè)瓣，一個(gè)在310°~70°之間，另一個(gè)在110°~230°之間，兩個(gè)瓣基本上覆蓋大部分角度，高頻段H面方向圖全向覆蓋。該天線在兩個(gè) 工作頻段均具有全向輻射特性。

5 結(jié)論

本文針對(duì)電子商務(wù)物流系統(tǒng)電子標(biāo)簽的天線雙頻工作及各個(gè)工作頻段性能平衡的要求，分別采用1階π型 分形折疊結(jié)構(gòu)和2階π型分形折疊結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)了兩款能夠雙頻帶工作的分形天線，用腐蝕工藝制板法制作了天線樣品，并對(duì)天線的回波損耗和方向圖特性進(jìn)行了測(cè) 試。測(cè)試結(jié)果顯示，兩款天線的回波損耗 （S11）值在兩個(gè)5 結(jié)論本文針對(duì)電子商務(wù)物流系統(tǒng)電子標(biāo)簽的天線雙頻工作及各個(gè)工作頻段性能平衡的要求，分別采用1階π型分形折疊結(jié)構(gòu)和2階π型分形折疊結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)了兩款能 夠雙頻帶工作的分形天線，用腐蝕工藝制板法制作了天線樣品，并對(duì)天線的回波損耗和方向圖特性進(jìn)行了測(cè)試。

測(cè)試結(jié)果顯示，兩款天線的回波損耗 （S11）值在兩個(gè)工作頻帶內(nèi)都在-10 dB 以下，天線完全覆蓋了0.902~0.928 GHz 和2.4~2.483 5 GHz 兩個(gè)工作頻段；兩款天線低頻段的工作帶寬都大于100 MHz,高頻段的工作帶寬應(yīng)都大于200 MHz;兩款天線在兩個(gè)工作頻段都具有全向輻射特性。1階π型分形天線在低頻段由于制作公差造成了天線輕度失配，回波損耗最小值偏高；在高頻段輻射強(qiáng)度不 夠均勻，有一定的方向性。作為改進(jìn)設(shè)計(jì)的2階π型分形天線解決了上述問題，在縮小天線尺寸的同時(shí)降低了天線低頻段的回波損耗最小值，且使天線在高頻段的輻 射強(qiáng)度分布更加均勻，全向輻射特性更好。該款天線完全實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)要求，在兩個(gè)工作頻段都有較好的性能，且工作性能平衡。