基于电子商务物流业务电子标签的双频分形天线研究

搭建开放场区测试系统， 测得天线在0.915 GHz和2.415 GHz时的方向图如图5（b），图5（c）所示。天线低频段E面方向图有两个瓣，一个在310°~60°之间，另一个在130°~230°之间，低频段H 面方向图全向覆盖；天线高频段E面方向图有两个瓣，一个在310°~75°之间，另一个在130°~250°之间；高频段H面方向图有两个瓣，一个在 350°~100°之间，另一个在160°~270°之间。两个瓣基本上覆盖大部分角度，该天线在两个工作频段均具有全向辐射特性，但天线在高频段辐射强 度不够均匀，有一定的方向性。

4 2 阶双频π型分形折叠偶极子天线的设计与制作

上节中设计的1阶双频π型分形折叠偶极子天线基本满足了设计要求，但在低频段回波损耗最小值偏高； 在高频段辐射强度不够均匀，有一定的方向性，还需要进一步改进。构成天线臂的π型分形折叠是一种线分形结构，高阶的线分形结构具有更好的自相似特性，由其 组成的天线将具备更好的性能。因此在设计改进型天线结构时，使用2阶π型分形折叠结构来设计天线的折叠臂。2阶π型分形折叠结构由一条直线段经过两次π型 分形折叠变换得到，第一次变换得到如图2所示的变形π型分形折叠结构，再将其所有直线段依次迭代生成2阶π型分形折线结构。在设计中，使用FR4介质板作 为天线的介质基板。介质板厚度为h = 1.5 mm,相对介电常数εr = 3.7 .天线尺寸为66 mm×45 mm.天线结构如图6所示。

天线整体可以看作是两个分别工作在不同频段的折叠偶极子天线的叠加。根据式（1）可得，工作在 0.902~0.928 GHz 频段的天线臂总长约为86 mm,由一个横向臂和一个折叠臂相融合而成，横向臂长度为15.25 mm,折叠臂由一个原长度为21 mm的直线段经过两次π型分形折叠变换得到；工作在2.4~2.483 5 GHz频段的天线臂总长约为32 mm,由一个横向臂和一个折叠臂相融合而成，横向臂长度为3.25 mm,折叠臂由一个原长度为9 mm的直线段经过两次π型分形折叠变换得到。在设计过程中，依然在天线辐射臂下方添加了镜像补偿结构来改善天线性能。

根据上文所述设计方案，用腐蚀工艺制板法制作出了天线样品，如图7所示。

天线的回波损耗测量结果如图8（a）所示，天线的低频段谐振频率在0.90 GHz 处，谐振频率处的回波损耗S11 值（S11 最小值）为-21.42 dB,天线的工作带宽为0.204 GHz;天线的高频段谐振频率在2.43 GHz处，谐振频率处的回波损耗S11 值（S11 最小值）为-21.36 dB,天线的工作带宽为0.241 GHz.

测得天线在0.90 GHz 和2.43 GHz 时的方向图如图8（b），图8（c）所示。天线低频段E 面方向图有两个瓣，一个在310°~50°之间，另一个在130°~240°之间，两个瓣基本上覆盖大部分角度，低频段H面方向图全向覆盖；天线高频段E 面方向图有两个瓣，一个在310°~70°之间，另一个在110°~230°之间，两个瓣基本上覆盖大部分角度，高频段H面方向图全向覆盖。该天线在两个 工作频段均具有全向辐射特性。

5 结论

本文针对电子商务物流系统电子标签的天线双频工作及各个工作频段性能平衡的要求，分别采用1阶π型 分形折叠结构和2阶π型分形折叠结构，设计了两款能够双频带工作的分形天线，用腐蚀工艺制板法制作了天线样品，并对天线的回波损耗和方向图特性进行了测 试。测试结果显示，两款天线的回波损耗 （S11）值在两个5 结论本文针对电子商务物流系统电子标签的天线双频工作及各个工作频段性能平衡的要求，分别采用1阶π型分形折叠结构和2阶π型分形折叠结构，设计了两款能 够双频带工作的分形天线，用腐蚀工艺制板法制作了天线样品，并对天线的回波损耗和方向图特性进行了测试。

测试结果显示，两款天线的回波损耗 （S11）值在两个工作频带内都在-10 dB 以下，天线完全覆盖了0.902~0.928 GHz 和2.4~2.483 5 GHz 两个工作频段；两款天线低频段的工作带宽都大于100 MHz,高频段的工作带宽应都大于200 MHz;两款天线在两个工作频段都具有全向辐射特性。1阶π型分形天线在低频段由于制作公差造成了天线轻度失配，回波损耗最小值偏高；在高频段辐射强度不 够均匀，有一定的方向性。作为改进设计的2阶π型分形天线解决了上述问题，在缩小天线尺寸的同时降低了天线低频段的回波损耗最小值，且使天线在高频段的辐 射强度分布更加均匀，全向辐射特性更好。该款天线完全实现了设计要求，在两个工作频段都有较好的性能，且工作性能平衡。