双频分形天线论文关于用于电子商务物流业务电子标签的双频分形天线论文范文参考资料

双频分形天线论文关于用于电子商务物流业务电子标签的双频分形天线论文范文参考资料 摘 要： 电子标签（RFID）依托射频通信技术实现非接触式自动识别，在电子商务的物流业务上被广泛的应用。天线在RFID系统中具有重要的地位，天线设计及制造技术是RFID的核心关键技术之一。针对RFID系统双频工作的要求，设计了两款能够双频带工作的型分形折叠偶极子天线，使其能够同时覆盖现代电子商务物流RFID系统常用的两个工作频段：0.9020.928 GHz和2.42.483 5 GHz，且在两个工作频段都有较好的性能，分别仿真并测试了两款天线的回波损耗和方向图特性。 关键词： 射频识别； 双频天线； 分形天线； 型分形结构； 折叠偶极子天线 1004?373X（xx）17?0085?04 0 引 言 电子商务作为一个新的业务形态正逐步成为商业的主流，电子商务企业开展业务过程中市场营销和推广活动面对的是全网用户，庞大的客户群会在活动的短时间内同时产生大量的物流需求。在xx年淘宝双11节的促销活动中，当日产生8 000多万单的快件，而目前我国整个物流行业单日运力之和仅有1 600万2 000万单左右，没有更加科技化和自动化手段支持的物流系统无法满足电子商务物流业务的需求，无法有效支撑网络经济的发展。借助电子标签技术的现代化电子商务物流拣货系统需要逐步建设和推广。自动化的电子标签拣货系统一般包括主机、制约器、电子标签、系统软件、数据库、机械设备等，通过系统化的统一服务，可以大幅度地提高分拣效率，减少误捡率，从而提高电子商务物流的整体效率。 1 双频RFID系统对天线的要求 当前，国际上RFID系统两个常用工作频段的频率范围分别为0.9020.928 GHz和2.42.483 5 GHz，其带宽要求分别为6?726 MHz和83.5 MHz。由于传统的天线只能工作在单一的频段范围内，应用传统天线的RFID标签只能被工作在某一频率上的读写设备所读取，若更换不同频率的读写设备，则标签失效，这限制了RFID系统的应用范围。而应用了双频天线的RFID标签使理由变得简单，它可以被工作在两个频段的读写设备识别，具有良好的频率兼容性。现有的双频RFID天线两个工作频段的性能常出现不平衡，呈现“一主一从”的辐射特性，天线在两个工作频段的回波损耗和带宽有较大差异，限制了双频RFID天线的应用。 一款性能良好的双频RFID天线，必须能够同时覆盖现代RFID系统两个常用工作频段：0.9020.928 GHz和2.42.483 5 GHz，且在两个工作频段都有较好的性能，天线的回波损耗S11值在两个工作频带内都应在-10 dB以下，低频段的回波损耗最小值应小于-20 dB，工作带宽应大于100 MHz；高频段的回波损耗最小值应小于-20 dB，工作带宽应大于200 MHz；天线在两个工作频段都应有全向辐射特性。 2 型分形折叠结构简介 分形天线是把天线辐射结构设计为分形结构的天线，其整体与局部以及局部和局部之间都具有自相似性8?9，多层次的自相似性使得分形天线上的射频电流得到均匀分布，因此天线具备宽频工作特性。 型分形结构是一种线式分形结构，其迭代构造过程如下：将一条一定长度的直线段分为三段，分别在左右两段横向线段和中段横向线段间插入两段纵向线段，即构成一个1 阶型折线。对1 阶型分形折线的所有直线段依次进行型分形折叠，则生成了2阶型分形折线，如图1所示。 3 1阶双频型分形折叠偶极子天线的设计与制作 在远距离耦合的RFID应用系统中，最常用的是偶极子天线。典型的偶极子天线由两段同样粗细和等长的直导线排成一条直线构成10。为了缩小天线的尺寸，使之可以放进RFID标签或读写器中，采用型分形折叠技术对偶极子天线臂进行了改善设计。 4 2阶双频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，还需要进一步改善。构成天线臂的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。因此在设计改善型天线结构时，使用2阶型分形折叠结构来设计天线的折叠臂。2阶型分形折叠结构由一条直线段经过两次型分形折叠变换得到，第一次变换得到如图2所示的变形型分形折叠结构，再将其所有直线段依次迭代生成2阶型分形折线结构。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=1.5mm，相对介电常数r=3.7。天线尺寸为66 mm45 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0.9020.928 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的直线段经过两次型分形折叠变换得到；工作在2.42.483 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31050之间，另一个在130240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31070之间，另一个在110230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阶型分形折叠结构和2阶型分形折叠结构，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0.9020.928 GHz和2.42.483 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。作为改善设计