超高頻射頻識(shí)別標(biāo)簽靈敏度的測(cè)試方法及解決方案(圖文)
超高頻標(biāo)簽是指840M到960MHz無(wú)源射頻識(shí)別標(biāo)簽。這個(gè)波段的標(biāo)簽起源自EPCglobal Class 1 Generation 2標(biāo)準(zhǔn)。 其中EPCglobal是電子產(chǎn)品編碼標(biāo)準(zhǔn)組織，第一類第二代RFID標(biāo)準(zhǔn)經(jīng)常也被縮寫為C1G2。這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了超高頻860M-960MHz范圍的射頻識(shí)別協(xié)議。這個(gè)協(xié)議的特點(diǎn)是通過(guò)微秒級(jí)的讀寫器-標(biāo)簽應(yīng)答，和較科學(xué)的防碰撞機(jī)制，實(shí)現(xiàn)快速、幾十米距離的標(biāo)簽讀寫。理想情況下每秒盤點(diǎn)標(biāo)簽可達(dá)兩三百個(gè)，識(shí)讀距離可以達(dá)到30米左右，曾經(jīng)一度被熱捧為下一代智能物流的標(biāo)準(zhǔn)。其后ISO組織接受這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，轉(zhuǎn)為ISO 18000-6C標(biāo)準(zhǔn)。近年來(lái)我國(guó)也在這個(gè)技術(shù)上發(fā)展革新，推出了自有標(biāo)準(zhǔn)GB/T 29768，其頻率規(guī)定在840-845MHz 和 920M-925MHz，避開了臨近的GSM業(yè)務(wù)波段。
目前這些協(xié)議被統(tǒng)稱為800-900MHz超高頻射頻識(shí)別。而這些協(xié)議都繼承了高速應(yīng)答，快速盤點(diǎn)，讀寫距離較遠(yuǎn)的特點(diǎn)。而這些熱門協(xié)議產(chǎn)品的性能成為使用的關(guān)鍵。其中尤其是標(biāo)簽，處于競(jìng)爭(zhēng)激烈的中心。射頻識(shí)別標(biāo)簽單價(jià)較低，但是用量很大，對(duì)于設(shè)計(jì)制造就要求更高。由于標(biāo)簽設(shè)計(jì)技術(shù)和生產(chǎn)工藝的缺陷和不穩(wěn)定，就必須由性能測(cè)試來(lái)把關(guān)。
而這個(gè)標(biāo)簽靈敏度測(cè)試由于是非接觸射頻測(cè)量，又有各種技術(shù)問(wèn)題需要克服。本文著重介紹其中的方法理論和實(shí)踐情況。
超高頻射頻標(biāo)簽靈敏度測(cè)試方法
基本設(shè)置
超高頻標(biāo)簽測(cè)試往往在微波暗箱或暗室進(jìn)行，也可以在半暗室和干擾較小的野外場(chǎng)地進(jìn)行。但是由于超高頻標(biāo)簽的頻率較高，波長(zhǎng)只有1/3米左右，對(duì)暗室尺寸要求不太高，經(jīng)濟(jì)比較容易承受。關(guān)于標(biāo)簽測(cè)試的物理設(shè)置，有雙天線和單天線兩種主要方法。為了最大性能，EPCglobal、ISO倡導(dǎo)了雙天線法。這個(gè)方法采用一對(duì)左右圓極化天線，一發(fā)一收，達(dá)到最大收發(fā)隔離，使得測(cè)試系統(tǒng)可以用高功率發(fā)射，高靈敏度接收，從而應(yīng)對(duì)更差靈敏度的標(biāo)簽。為了方便起見，也有用環(huán)行器將雙天線合并為收發(fā)雙工的單天線配置，由于天線反射特性，總體系統(tǒng)性能低于雙天線配置。
圖1雙天線標(biāo)簽測(cè)試配置示意圖
表示單位
標(biāo)簽靈敏度通常可以用功率或場(chǎng)強(qiáng)表示。EPCglobal比較實(shí)用，采用了RIPTUT，亦即標(biāo)簽接收到的單極子輻射功率。用通俗的話講，就是標(biāo)簽剛好可以工作的射頻場(chǎng)強(qiáng)用理想單極子天線接收到的功率。它的單位是dBm。
ISO測(cè)試用場(chǎng)強(qiáng)表示，也就是使得標(biāo)簽正常工作的最小場(chǎng)強(qiáng)。它的單位是V/m。
這兩個(gè)測(cè)試結(jié)果看上去不同，但實(shí)際上都是通過(guò)測(cè)試儀發(fā)射功率計(jì)算來(lái)的。
EPCglobal標(biāo)簽接收單極子功率計(jì)算公式：
RIP=EIRP-PL 公式 1
EIRP=P+GTx 公式 2
其中EIRP是儀器發(fā)射等效單極子輻射功率(dBm)，PL是儀器發(fā)射天線到標(biāo)簽的自由空間傳輸損耗(dB)，P是發(fā)射天線輸入功率(dBm)，GTx是發(fā)射天線增益(dB)。
其中PRx是接收功率，PTx是發(fā)生功率，Ae是天線等效孔徑面積，R是收發(fā)天線距離。這個(gè)公式描述了理想單極子天線間遠(yuǎn)場(chǎng)傳輸損耗和距離的關(guān)系。下面我們給出幾個(gè)典型樣本頻點(diǎn)，在典型測(cè)試距離上的自由空間傳輸損耗，單位是dB.
要注意的，上述是遠(yuǎn)場(chǎng)球面波模型下推算的，收發(fā)距離太近會(huì)使得計(jì)算結(jié)果偏離。EPCglobal規(guī)定在0.8-1米距離。ISO 18046-3規(guī)定最近測(cè)試距離。
其中，R是測(cè)試距離，L是發(fā)射天線最大邊長(zhǎng)(直徑)。下面我們給出典型天線尺寸和典型頻率下ISO對(duì)測(cè)試距離的要求。
多種測(cè)試項(xiàng)目
正向連接距離
在標(biāo)簽靈敏度測(cè)試當(dāng)中，大家經(jīng)常聽到詢問(wèn)標(biāo)簽讀寫距離。讀寫距離和標(biāo)簽靈敏度、標(biāo)簽反射功率有關(guān)，但是實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中又和讀寫器性能有關(guān)。所以在測(cè)試中假設(shè)讀寫器用35dBm功率通過(guò)理想單極子天線發(fā)射，可以讀寫的距離。那么問(wèn)題來(lái)了，超高頻標(biāo)簽讀寫距離很遠(yuǎn)，是否要裝備超大的射頻暗室呢?非也。我們?cè)谏鲜鲞h(yuǎn)場(chǎng)條件測(cè)量標(biāo)簽最小工作功率，減去發(fā)射天線增益，得到等效單極子輻射功率EIRPTX然后根據(jù)空間傳輸衰減和距離平方成正比的原理，可以推算出讀寫距離：容－源－電－子－網(wǎng)－為你提供技術(shù)支持
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