本文針對RFID系統雙頻工作的要求，設計了兩款能夠雙頻帶工作的π型分形折疊偶極子天線，使其能夠同時覆蓋現代電子商務物流RFID 系統常用的兩個工作頻段：0.902~0.928 GHz和2.4~2.483 5 GHz,且在兩個工作頻段都有較好的性能，分別仿真并測試了兩款天線的回波損耗和方向圖特性。

0 引言

電子商務作為一個新的業務形態正逐步成為商業的主流，電子商務企業開展業務過程中市場營銷和推廣活 動面對的是全網用戶，龐大的客戶群會在活動的短時間內同時產生大量的物流需求。在2012年淘寶雙11節的促銷活動中，當日產生8 000多萬單的快件，而目前我國整個物流行業單日運力之和僅有1 600萬~2 000萬單左右，沒有更加科技化和自動化手段支持的物流系統無法滿足電子商務物流業務的需求，無法有效支撐網絡經濟的發展。借助電子標簽技術的現代化電子 商務物流揀貨系統需要逐步建設和推廣。自動化的電子標簽揀貨系統一般包括主機、控制器、電子標簽、系統軟件、數據庫、機械設備等，通過系統化的統一服務， 可以大幅度地提高分揀效率，減少誤撿率，從而提高電子商務物流的整體效率。

電子標簽即射頻識別（RFID）技術是20 世紀90 年代開始興起的一種用射頻通信實現的非接觸式自動識別技術。與傳統的自動識別系統如條形碼相比，RFID技術具有很多優勢：可以定向或不定向的遠距離讀取或寫入數據，無需保持識別的目標可見，可以透過外部非屏蔽材料讀 取數據，可以在復雜環境下工作，可以同時處理多個電子標簽，可以儲存的信息量較大等等。天線是一種將無線電收發信機的射頻功率信號以電磁波的形式接收或輻 射出去的器件，天線所形成的電磁場強度和有效作用范圍決定了RFID 系統的識別距離和范圍，因此天線設計及制造技術是RFID的核心關鍵技術之一。

1 雙頻RFID系統對天線的要求

當前，國際上RFID 系統兩個常用工作頻段的頻率范圍分別為0.902~0.928 GHz 和2.4~2.483 5 GHz,其帶寬要求分別為26 MHz和83.5 MHz.由于傳統的天線只能工作在單一的頻段范圍內，應用傳統天線的RFID 標簽只能被工作在某一頻率上的讀寫設備所讀取，若更換不同頻率的讀寫設備，則標簽失效，這限制了RFID 系統的應用范圍。而應用了雙頻天線的RFID 標簽使問題變得簡單，它可以被工作在兩個頻段的讀寫設備識別，具有良好的頻率兼容性?，F有的雙頻RFID天線兩個工作頻段的性能常出現不平衡，呈現“一主 一從”的輻射特性，天線在兩個工作頻段的回波損耗和帶寬有較大差異，限制了雙頻RFID天線的應用。

一款性能良好的雙頻RFID 天線，必須能夠同時覆蓋現代RFID系統兩個常用工作頻段：0.902~0.928 GHz和2.4~2.483 5 GHz,且在兩個工作頻段都有較好的性能，天線 的 回 波 損 耗 （S11） 值 在 兩 個 工 作 頻 帶 內 都 應在-10 dB以下，低頻段的回波損耗最小值應小于-20 dB,工作帶寬應大于100 MHz;高頻段的回波損耗最小值應小于-20 dB,工作帶寬應大于200 MHz;天線在兩個工作頻段都應有全向輻射特性。

2 π型分形折疊結構簡介

分形天線是把天線輻射結構設計為分形結構的天線，其整體與局部以及局部和局部之間都具有自相似性，多層次的自相似性使得分形天線上的射頻電流得到均勻分布，因此天線具備寬頻工作特性。

π型分形結構是一種線式分形結構，其迭代構造過程如下：將一條一定長度的直線段分為三段，分別在左 右兩段橫向線段和中段橫向線段間插入兩段縱向線段，即構成一個1 階π型折線。對1 階π型分形折線的所有直線段依次進行π型分形折疊，則生成了2 階π型分形折線，如圖1所示。

3 1 階雙頻π型分形折疊偶極子天線的設計與制作

在遠距離耦合的RFID 應用系統中，最常用的是偶極子天線。典型的偶極子天線由兩段同樣粗細和等長的直導線排成一條直線構成。為了縮小天線的尺寸，使之可以放進RFID 標簽或讀寫器中，采用π型分形折疊技術對偶極子天線臂進行了改進設計。

在設計中，在一個偶極子天線的橫向臂上添加兩個折疊臂。折疊臂的形狀為變形π型分形折疊結構，如圖 2所示。使用FR4介質板作為天線的介質基板。介質板厚度為h = 1.5 mm,相對介電常數εr = 3.7.天線的結構示意圖如圖3所示，天線尺寸為95 mm×40 mm.

　　在忽略天線粗細的橫向影響下，偶極子天線設計可以取天線臂的長度為λ/4 的整數倍。在設計中，為了使偶極子天線有更大的帶寬和更好的輻射特性，采用了全波偶極子天線的設計方案。偶極子天線臂需滿足以下條件：