CN203085761U - 射频识别系统多频分形折叠偶极子天线 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种射频识别系统多频分形折叠偶极子天线。本实用新型的目的在于提供一种具有多频、带宽大特性的射频识别系统多频分形折叠偶极子天线，该偶极子天线包括基板和贴覆在基板上的偶极子天线辐射贴片，所述偶极子天线辐射贴片由相互对称的两条偶极子臂构成，两条偶极子臂上均设置有两个以上呈间隔排列的π型分形折叠臂；所述偶极子天线的基板上还设有镜像补偿贴片，该镜像补偿贴片位于所述偶极子天线辐射贴片下方，且与偶极子天线辐射贴片呈镜像对称。较之现有技术而言，本实用新型的优点在于：射频识别系统多频分形折叠偶极子天线具有良好的多频工作特性、带宽大、辐射特性好等特点，完全能够满足RFID系统对双频天线的要求。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种射频识别系统多频分形折叠偶极子天线。
背景技术
天线是一种将无线电收发信机的射频功率信号以电磁波的形式接收或辐射出去的器件，天线所形成的电磁场强度和有效作用范围决定了RFID系统的识别距离和范围，因此天线设计及制造技术是RFID的核心关键技术之一。
当前，国际上RFID系统两个常用工作频段的频率范围分别为0.902～0.928GHz和2.4～2.4835GHz，其带宽要求分别为26MHz和83.5MHz。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。
发明内容
本实用新型的目的在于提供一种具有多频、带宽大特性的射频识别系统多频分形折叠偶极子天线。
本实用新型的目的通过如下技术方案实现：一种射频识别系统多频分形折叠偶极子天线，该偶极子天线包括基板和贴覆在基板上的偶极子天线辐射贴片，所述偶极子天线辐射贴片由相互对称的两条偶极子臂构成，两条偶极子臂上均设置有两个以上呈间隔排列的π型分形折叠臂。
π型分形折叠臂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，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。多个分形折叠臂与偶极子臂上结合，可以形成多种不同的频率无线电波。
每个偶极子臂上的π型分形折叠臂为两个，位于同一偶极子臂上两个π型分形折叠臂的外形为一大一小，并且这两个π型分形折叠臂由大到小在偶极子臂上从外到内间隔排列。
所述π型分形折叠臂为至少2阶的π型分形折叠结构。
π型分形折叠结构是一种线式分形结构，如图1和2所示，其迭代构造过程如下：将一条一定长度的直线段分为三段，左右两段的长度为q，中间一段的长度为qh；分别在左右两段横向线段和中段横向线段间插入两段长度为qv的纵向线段，即构成一个横向比例系数mh＝qh/q，纵向比例系数mv＝qv/q的1阶π型折线。对1阶π型分形折线的所有直线段按照一定的mh和mv的值（为了避免出现线段交叉，需满足mh2<mh1,mv2<mv1）依次迭代生成了2阶π型分形折线。mh和mv取不同的值,可以得到不同的1阶和2阶π型分形折线。1阶π型折线的长度放大倍数
2阶π型折线的长度放大倍数
在相互对称的两条所述偶极子臂之间的对称中心线上还开设有断开间隙，在断开间隙的两侧设有天线馈电点。
所述偶极子天线的基板上还设有镜像补偿贴片，该镜像补偿贴片位于所述偶极子天线辐射贴片下方，且与偶极子天线辐射贴片呈镜像对称。
镜像补偿结构可以反射有源偶极子天线臂所激发的无线电波，使空间任一点的场都是天线直接激发的场与镜像补偿结构激发的二次场的叠加，提高天线的辐射性。
所述镜像补偿贴片与偶极子天线辐射贴片的距离为2mm。合理设置偶极子天线辐射贴片与“镜像补偿”结构之间的距离，可使镜像补偿结构上的电流与有源偶极子天线臂上的电流有相同或相近的相位。这时，空间任一点的场都是天线直接激发的场与镜像补偿结构激发的二次场的同相叠加，天线的辐射性能将得到较大的提高。
所述基板为FR4介质基板，其相对介电常数最好为3.7±10%。
所述基板的形状优选为矩形，尺寸最好是66mm±1mm×45mm±1mm，厚度为1.5mm±0.05mm。
所述偶极子臂的材质可以为铜、银、金或铝，优选为铜。
较之现有技术而言，本实用新型的优点在于：射频识别系统多频分形折叠偶极子天线具有良好的多频工作特性、带宽大、辐射特性好等特点。该款天线具备结构简单、制造工艺简单、成本低、全向辐射性能佳和易于集成等优点，完全能够满足RFID系统对双频天线的要求。
附图说明
图1是π型分形结构的1阶迭代生成方式。在图1中，（a）为mh=1,mv=1的1阶π型分形结构；（b）为mh=1,mv=2的1阶π型分形结构；（c）为mh=2,mv=1的1阶π型分形结构；（d）为mh=2,mv=2的1阶π型分形结构。
图2是图1中（d）mh=2,mv=2的1阶π型分形结构进行二次迭代而成的2阶π型分形结构，其中，mh2=1,mv2=1。
图3为本发明实施例的偶极子天线辐射贴片和镜像补偿贴片示意图及尺寸，其中，w1=15.25mm,w2=5.25mm,w3=3.5mm,w4=1.75mm,L1=3.25mm,L2=2.25mm,L3=1.5mm,L4=0.75mm。
图4为本发明实施例的回波损耗(S11)性能图，图中的横坐标表示频率Frequency(GHz)，纵坐标表示回波损耗强度The return loss.of the antenna(dB)。
图5为本发明实施例在0.90GHz时的方向图，其坐标为极坐标。
图6为本发明实施例在2.43GHz时方向图，其坐标为极坐标。
标号说明：1、基板；2、π型分形折叠臂；3、天线馈电点；4、镜像补偿贴片。
具体实施方式
下面结合说明书附图和实施例对本实用新型内容进行详细说明：
一种射频识别系统多频分形折叠偶极子天线，该偶极子天线包括基板1和贴覆在基板1上的偶极子天线辐射贴片，所述偶极子天线辐射贴片由相互对称的两条偶极子臂构成，两条偶极子臂上均设置有两个以上呈间隔排列的π型分形折叠臂2。
每个偶极子臂上的π型分形折叠臂2为两个，位于同一偶极子臂上两个π型分形折叠臂2的外形为一大一小，并且这两个π型分形折叠臂2由大到小在偶极子臂上从外到内间隔排列。
所述π型分形折叠臂2为至少2阶的π型分形折叠结构。
在相互对称的两条所述偶极子臂之间的对称中心线上还开设有断开间隙，断开间隙的两侧设有天线馈电点3。
所述偶极子天线的基板1上还设有镜像补偿贴片4，该镜像补偿贴片4位于所述偶极子天线辐射贴片下方，且与偶极子天线辐射贴片呈镜像对称。
所述镜像补偿贴片4与偶极子天线辐射贴片的距离为2mm。
所述基板1为FR4介质基板，其相对介电常数最好为3.7±10%。
所述基板1的形状优选为矩形，尺寸最好是66mm±1mm×45mm±1mm，厚度为1.5mm±0.05mm。
所述偶极子臂的材质可以为铜、银、金或铝，优选为铜。
下面给出本实用新型的一具体实施例：
参见图3，本实施例上设有偶极子天线辐射贴片的FR4基板，所述偶极子天线辐射贴片π型分形折叠形状的偶极子天线辐射贴片和“镜像补偿”结构。FR4基板的相对介电常数为3.7±10%。FR4基板的形状为矩形，尺寸是66mm±1mm×45mm±1mm，厚度为1.5mm±0.05mm。图3中偶极子天线辐射贴片由相同的左偶极子臂和右偶极子臂构成，分别为连接有两个呈2阶的π型分形折叠臂2的辐射贴片，呈对称分布。
左偶极子臂和右偶极子臂的对称中心线上设有断开间隙，断开间隙的两侧设有天线馈电点3。在偶极子天线辐射贴片的下方对称位置设有完全相同的“镜像补偿”结构，其尺寸大小与偶极子天线辐射贴片完全一致，二者间距为2mm。合理设置偶极子天线辐射贴片与“镜像补偿”结构之间的距离，可使镜像补偿结构上的电流与有源偶极子天线臂上的电流有相同或相近的相位。这时，空间任一点的场都是天线直接激发的场与镜像补偿结构激发的二次场的同相叠加，天线的辐射性能将得到较大的提高。
参见图4，图4给出了本发明实施例的回波损耗(S11)性能图。从图4可以看出，天线具有双频工作特性，天线的低频段谐振频率在0.90GHz处，谐振频率处的回波损耗S11值（S11最小值）为－21.42dB，天线的工作带宽为0.204GHz，其相对带宽为22.69%；天线的高频段谐振频率在2.43GHz处，谐振频率处的回波损耗S11值（S11最小值）为－21.36dB，天线的工作带宽为0.241GHz，其相对带宽为9.89%。天线的回波损耗(S11)值在两个工作频带内都在－10dB以下，天线完全覆盖了0.902～0.928GHz和2.4～2.4835GHz两个工作频段；天线低频段的工作带宽大于100MHz，高频段的工作带宽大于200MHz。
通过搭建开放场区测试系统，测得天线在0.90GHz和2.43GHz时的方向图如图5、图6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。
与用于射频识别（RFID）系统的常规微带天线比较，本发明具有以下突出的优点和显著的效果：天线具有良好的双频工作特性、带宽大、辐射特性好，天线的低频段谐振频率在0.90GHz处，谐振频率处的回波损耗S11值（S11最小值）为－21.42dB，天线的工作带宽为0.204GHz，其相对带宽为22.69%；天线的高频段谐振频率在2.43GHz处，谐振频率处的回波损耗S11值（S11最小值）为－21.36dB，天线的工作带宽为0.241GHz，其相对带宽为9.89%。天线的方向图测试结果显示天线具有良好的全向辐射特性。天线尺寸为常规微带天线尺寸的20%，完全可以将其放到RFID标签或读写器里。该款天线具备结构简单、制造工艺简单、成本低、全向辐射性能佳和易于集成等优点，完全能够满足RFID系统对双频天线的要求。
同理，对于需要射频识别更多频段的偶极子天线，可在偶极子天线的偶极子臂上增设多个π型分形折叠臂2来实现其较多频功能技术，且可根据所需的宽频大小调节π型分形折叠臂的折叠阶数来实现。
Claims (10)
1.一种射频识别系统多频分形折叠偶极子天线，其特征在于：该偶极子天线包括基板（1）和贴覆在基板（1）上的偶极子天线辐射贴片，所述偶极子天线辐射贴片由相互对称的两条偶极子臂构成，两条偶极子臂上均设置有两个以上呈间隔排列的π型分形折叠臂（2）。
2.根据权利要求1所述的射频识别系统多频分形折叠偶极子天线，其特征在于：每个偶极子臂上的π型分形折叠臂（2）为两个，位于同一偶极子臂上两个π型分形折叠臂（2）的外形为一大一小，并且这两个π型分形折叠臂（2）由大到小在偶极子臂上从外到内间隔排列。
3.根据权利要求1所述的射频识别系统多频分形折叠偶极子天线，其特征在于：所述π型分形折叠臂（2）为至少2阶的π型分形折叠结构。
4.根据权利要求1所述的射频识别系统多频分形折叠偶极子天线，其特征在于：在相互对称的两条所述偶极子臂之间的对称中心线上还开设有断开间隙，在断开间隙的两侧设有天线馈电点（3）。
5.根据权利要求1-4任意一项所述的射频识别系统多频分形折叠偶极子天线，其特征在于：所述偶极子天线的基板（1）上还设有镜像补偿贴片（4），该镜像补偿贴片（4）位于所述偶极子天线辐射贴片下方，且与偶极子天线辐射贴片呈镜像对称。
6.根据权利要求5所述的射频识别系统多频分形折叠偶极子天线，其特征在于：所述镜像补偿贴片（4）与偶极子天线辐射贴片的距离为2mm。
7.根据权利要求1所述的射频识别系统多频分形折叠偶极子天线，其特征在于：所述基板（1）为FR4介质基板。
8.根据权利要求7所述的射频识别系统多频分形折叠偶极子天线，其特征在于：所述FR4介质基板的相对介电常数最好为3.7±10%。
9.根据权利要求7所述的射频识别系统多频分形折叠偶极子天线，其特征在于：所述基板（1）的形状为矩形，尺寸是66mm±1mm×45mm±1mm，厚度为1.5mm±0.05mm。
10.根据权利要求1所述的射频识别系统多频分形折叠偶极子天线，其特征在于：所述偶极子臂的材质为铜、银、金或铝。
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