干货分享:超高频rfid电子标签的灵敏度测试

2023-08-10 17:17:36 rfid电子标签生产厂家 336

   超高频rfid电子标签是指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。

   今天就给大家分享一下超高频标签灵敏度测试方法: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。

rfid电子标签

   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。

   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,GTx是发射天线增益(dB)。

   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。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。其中,R是测试距离,L是发射天线最大边长(直径)。

   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。

   正向连接距离也称为读取距离,取决于标签开启工作所需要的场强。标签反射的功率大小决定了读写器可以在多远读到,所

以可从标签反射功率推算反向连接距离(reverse link range)。反向连接距离就是反射功率被天线增益5dBil、接收灵敏度-70

dBm的阅读器识读的距离。EPCglobal标准[2]提供了计算方法,且结果通常大于正向连接距离。其中,EIRPTx0是反向连接灵

敏度需要的发射等效单极子功率,定义为正向连接灵敏度加2dB;PRx0是EIRPTx0发射条件下接收到的标签反射功率;GRx是接收

天线增益。

   标签在被识读ID号、读取寄存器信息、写入寄存器信息的工作模式下需要消耗的功率不同,也就是这3个工作模式的灵敏度是

不一样的。这也就有了识别、读取、写入灵敏度3个测试模式。上述工作最低功率、最小场强、前向和反向读取距离,都有这3

中工作模式下的指标,且各不相同。 

   参数举例:我们假设发射和接收天线增益都是6dBi,测试距离1米,标签天线增益2dB,标签反射损耗5dB,当仪器发射频率

915MHz,功率PTx时,标签接收到功率。PTag=PTx+6-31.7+2=PTx-23.7。假设标签反射功率是接收功率的1/3,大约-5dB。

那么测试仪接收机接收到的功率如下:PRx=PTag-5+2-31.7+6= PTag-28.7。根据这两个公式计算不同发射功率对应芯片和接

收机接收到的功率。也就是说在较理想情况,1米距离测试超高频标签接收到的标签反射功率比发射功率小大约62dB。目前最

好的标签可以达到-18dBm左右的开启功率,所以,测试仪接收到的标签信号功率一般在-47.4dBm以上。实际情况下,由于标

签天线设计,使得其增益小于2或者阻抗匹配带来衰减,标签反射比-5dB小一些。考虑到这些因素,假设不超过10dB影响,接

收功率在-60dBm以上。

   所以rfid电子标签灵敏度测试并不要求测试仪器像读写器那样有极低的灵敏度,反而,测试精度和计量校准是最关键的指标。

简单来说,仪器是在保证量值传递的条件下精确测量的工具,比的是精度,不像被测标签比的是灵敏度和读写距离。



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