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超高频射频识别标签灵敏度的测试方法及解决方案(图文)

时间:2018-12-21 14:59:50来源:电子发烧友 作者:电子爱好者 点击:
超高频标签是指840M到960MHz无源射频识别标签。这个波段的标签起源自EPCglobal Class 1 Generation 2标准。 其中EPCglobal是电子产品编码标准组织,第一类第二代RFID标准经

超高频标签是指840M到960MHz无源射频识别标签。这个波段的标签起源自EPCglobal Class 1 Generation 2标准。 其中EPCglobal是电子产品编码标准组织,第一类第二代RFID标准经常也被缩写为C1G2。这个标准规定了超高频860M-960MHz范围的射频识别协议。这个协议的特点是通过微秒级的读写器-标签应答,和较科学的防碰撞机制,实现快速、几十米距离的标签读写。理想情况下每秒盘点标签可达两三百个,识读距离可以达到30米左右,曾经一度被热捧为下一代智能物流的标准。其后ISO组织接受这个标准,转为ISO 18000-6C标准。近年来我国也在这个技术上发展革新,推出了自有标准GB/T 29768,其频率规定在840-845MHz 和 920M-925MHz,避开了临近的GSM业务波段。

目前这些协议被统称为800-900MHz超高频射频识别。而这些协议都继承了高速应答,快速盘点,读写距离较远的特点。而这些热门协议产品的性能成为使用的关键。其中尤其是标签,处于竞争激烈的中心。射频识别标签单价较低,但是用量很大,对于设计制造就要求更高。由于标签设计技术和生产工艺的缺陷和不稳定,就必须由性能测试来把关。

而这个标签灵敏度测试由于是非接触射频测量,又有各种技术问题需要克服。本文着重介绍其中的方法理论和实践情况。

超高频射频标签灵敏度测试方法

基本设置

超高频标签测试往往在微波暗箱或暗室进行,也可以在半暗室和干扰较小的野外场地进行。但是由于超高频标签的频率较高,波长只有1/3米左右,对暗室尺寸要求不太高,经济比较容易承受。关于标签测试的物理设置,有双天线和单天线两种主要方法。为了最大性能,EPCglobal、ISO倡导了双天线法。这个方法采用一对左右圆极化天线,一发一收,达到最大收发隔离,使得测试系统可以用高功率发射,高灵敏度接收,从而应对更差灵敏度的标签。为了方便起见,也有用环行器将双天线合并为收发双工的单天线配置,由于天线反射特性,总体系统性能低于双天线配置。

超高频射频识别标签灵敏度的测试方法及解决方案

图1双天线标签测试配置示意图

表示单位

标签灵敏度通常可以用功率或场强表示。EPCglobal比较实用,采用了RIPTUT,亦即标签接收到的单极子辐射功率。用通俗的话讲,就是标签刚好可以工作的射频场强用理想单极子天线接收到的功率。它的单位是dBm。

ISO测试用场强表示,也就是使得标签正常工作的最小场强。它的单位是V/m。

这两个测试结果看上去不同,但实际上都是通过测试仪发射功率计算来的。

EPCglobal标签接收单极子功率计算公式:

RIP=EIRP-PL 公式 1

EIRP=P+GTx 公式 2

其中EIRP是仪器发射等效单极子辐射功率(dBm),PL是仪器发射天线到标签的自由空间传输损耗(dB),P是发射天线输入功率(dBm),GTx是发射天线增益(dB)。

超高频射频识别标签灵敏度的测试方法及解决方案

其中PRx是接收功率,PTx是发生功率,Ae是天线等效孔径面积,R是收发天线距离。这个公式描述了理想单极子天线间远场传输损耗和距离的关系。下面我们给出几个典型样本频点,在典型测试距离上的自由空间传输损耗,单位是dB.

超高频射频识别标签灵敏度的测试方法及解决方案

要注意的,上述是远场球面波模型下推算的,收发距离太近会使得计算结果偏离。EPCglobal规定在0.8-1米距离。ISO 18046-3规定最近测试距离。

超高频射频识别标签灵敏度的测试方法及解决方案

其中,R是测试距离,L是发射天线最大边长(直径)。下面我们给出典型天线尺寸和典型频率下ISO对测试距离的要求。

超高频射频识别标签灵敏度的测试方法及解决方案










多种测试项目

正向连接距离

在标签灵敏度测试当中,大家经常听到询问标签读写距离。读写距离和标签灵敏度、标签反射功率有关,但是实际应用当中又和读写器性能有关。所以在测试中假设读写器用35dBm功率通过理想单极子天线发射,可以读写的距离。那么问题来了,超高频标签读写距离很远,是否要装备超大的射频暗室呢?非也。我们在上述远场条件测量标签最小工作功率,减去发射天线增益,得到等效单极子辐射功率EIRPTX然后根据空间传输衰减和距离平方成正比的原理,可以推算出读写距离:w w w . d z i u u . c o m

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