超高頻射頻識(shí)別標(biāo)簽靈敏度測(cè)試

EIRP和ERP

在諸多標(biāo)準(zhǔn)里面用等效單極子發(fā)射功率較多，但是也有用ERP的。ERP在2013年發(fā)布的國(guó)家電網(wǎng)公司標(biāo)準(zhǔn)里面是指等效偶極子天線發(fā)射功率。理想的偶極子天線增益是2.2左右，所以兩者就差了這么一個(gè)常量。

參數(shù)舉例

我們假設(shè)發(fā)射和接收天線增益都是6dBi，測(cè)試距離1米，標(biāo)簽天線增益2dB，標(biāo)簽反射損耗5dB，當(dāng)儀器發(fā)射頻率915MHz，功率PTx時(shí)，標(biāo)簽接收到功率。

PTag=PTx+6-31.7+2=PTx-23.7

公式 11

假設(shè)標(biāo)簽反射功率是接收功率的1/3，大約-5dB。那么測(cè)試儀接收機(jī)接收到的功率如下：

PRx=PTag-5+2-31.7+6= PTag-28.7

公式 12

根據(jù)這兩個(gè)公式計(jì)算不同發(fā)射功率對(duì)應(yīng)芯片和接收機(jī)接收到的功率：

表格3典型條件發(fā)射功率和標(biāo)簽芯片接收功率對(duì)應(yīng)關(guān)系

也就是說(shuō)在較理想情況，1米距離測(cè)試超高頻標(biāo)簽接收到的標(biāo)簽反射功率比發(fā)射功率小大約62dB。目前最好的標(biāo)簽可以達(dá)到-18dBm左右的開(kāi)啟功率，所以，測(cè)試儀接收到的標(biāo)簽信號(hào)功率一般在-47.4dBm以上。實(shí)際情況下，由于標(biāo)簽天線設(shè)計(jì)，使得其增益小于2或者阻抗匹配帶來(lái)衰減，標(biāo)簽反射比-5dB小一些?？紤]到這些因素，假設(shè)不超過(guò)10dB影響，接收功率在-60dBm以上。

所以RFID標(biāo)簽靈敏度測(cè)試并不要求測(cè)試儀器像讀寫器那樣有極低的靈敏度，反而，測(cè)試精度和計(jì)量校準(zhǔn)是最關(guān)鍵的指標(biāo)。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，儀器是在保證量值傳遞的條件下精確測(cè)量的工具，比的是精度，不像被測(cè)標(biāo)簽比的是靈敏度和讀寫距離。

測(cè)試實(shí)例

筆者使用聚星儀器的第二代RFID綜合測(cè)試儀，在暗箱環(huán)境測(cè)試了2款超高頻標(biāo)簽的靈敏度。其中一個(gè)被測(cè)標(biāo)簽是EPC C1G2另一個(gè)是國(guó)標(biāo)800/900MHz標(biāo)簽。每一個(gè)標(biāo)簽測(cè)試10遍，得到其重復(fù)精度。

(a)EPCUHF樣本標(biāo)準(zhǔn)差0.04dBm

(b) 國(guó)標(biāo)樣本標(biāo)準(zhǔn)差0.07dBm

圖2兩種標(biāo)簽的識(shí)別最小開(kāi)啟功率

圖2展示了重復(fù)度測(cè)試的曲線。其中(a)是EPCglobalC1G2 UHF樣品標(biāo)簽的識(shí)別功率，(b)是國(guó)標(biāo)800/900M標(biāo)簽樣品的識(shí)別功率?？梢钥吹竭@組樣品中，國(guó)標(biāo)標(biāo)簽靈敏度優(yōu)于EPC標(biāo)簽，而我們發(fā)現(xiàn)國(guó)標(biāo)標(biāo)簽在臨界功率下能否啟動(dòng)有更大隨機(jī)性，所以其標(biāo)準(zhǔn)差略大于EPC樣本標(biāo)簽?？傊?，在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中展示了儀器重復(fù)度優(yōu)于0.1dB的重復(fù)度。而通常低端用讀寫器芯片或類似技術(shù)組裝的測(cè)

試設(shè)備重復(fù)精度遠(yuǎn)差于本儀器的性能，從而給計(jì)量準(zhǔn)確性帶來(lái)較大問(wèn)題。

在計(jì)量校準(zhǔn)方面，國(guó)家計(jì)量院體系已經(jīng)具備RFID測(cè)試儀校準(zhǔn)方法和設(shè)施，同時(shí)也具備了天線增益測(cè)量的設(shè)備。筆者送檢4個(gè)RFID測(cè)試天線，測(cè)試其增益，并且和實(shí)驗(yàn)室兩兩天線對(duì)射驗(yàn)證，達(dá)到很高的一致性和重復(fù)精度。

總結(jié)

超高頻射頻識(shí)別標(biāo)簽測(cè)試是通過(guò)高精度儀器和天線，在計(jì)量校準(zhǔn)保證下實(shí)現(xiàn)的高精度可溯源測(cè)試。儀器通過(guò)空中接口指令與被測(cè)標(biāo)簽應(yīng)答，在較近的距離測(cè)試標(biāo)簽識(shí)別、讀取、和寫入需要的入射最小功率，和標(biāo)簽反射功率。然后根據(jù)這個(gè)最小工作功率計(jì)算標(biāo)簽的等效單極子天線接收功率靈敏度、前向連接距離;根據(jù)功率靈敏度和反射功率計(jì)算反向連接距離。

對(duì)于測(cè)試條件和測(cè)量單位，EPCglobal和ISO有不同規(guī)定。EPCglobal采用等效功率和距離，ISO采用場(chǎng)強(qiáng)和反射雷達(dá)截面積變化率。前者更接近使用場(chǎng)景，后者更接近物理原理，但是兩者實(shí)際上都是相同物理量測(cè)量的推算結(jié)果，沒(méi)有優(yōu)劣之分。

根據(jù)各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，標(biāo)簽測(cè)試距離大多在1米以內(nèi)，發(fā)射功率在0-30dBm，接收信號(hào)功率大多在-60dBm以上。

在測(cè)量?jī)x器方面，高精度的儀器是基礎(chǔ)，精確計(jì)量和校準(zhǔn)包括儀器射頻收發(fā)和天線增益是精度保障。目前高端儀器測(cè)量精度可達(dá)0.3dB，而重復(fù)度可優(yōu)于0.1dB。

圖3聚星儀器RFID綜合測(cè)試儀和微波暗室測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)