超高頻射頻識別標簽靈敏度測試

EIRP和ERP

在諸多標準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)布的國家電網(wǎng)公司標準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常量。

參數(shù)舉例

我們假設發(fā)射和接收天線增益都是6dBi，測試距離1米，標簽天線增益2dB，標簽反射損耗5dB，當儀器發(fā)射頻率915MHz，功率PTx時，標簽接收到功率。

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

公式 11

假設標簽反射功率是接收功率的1/3，大約-5dB。那么測試儀接收機接收到的功率如下：

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

公式 12

根據(jù)這兩個公式計算不同發(fā)射功率對應芯片和接收機接收到的功率：

表格3典型條件發(fā)射功率和標簽芯片接收功率對應關(guān)系

也就是說在較理想情況，1米距離測試超高頻標簽接收到的標簽反射功率比發(fā)射功率小大約62dB。目前最好的標簽可以達到-18dBm左右的開啟功率，所以，測試儀接收到的標簽信號功率一般在-47.4dBm以上。實際情況下，由于標簽天線設計，使得其增益小于2或者阻抗匹配帶來衰減，標簽反射比-5dB小一些。考慮到這些因素，假設不超過10dB影響，接收功率在-60dBm以上。

所以RFID標簽靈敏度測試并不要求測試儀器像讀寫器那樣有極低的靈敏度，反而，測試精度和計量校準是最關(guān)鍵的指標。簡單來說，儀器是在保證量值傳遞的條件下精確測量的工具，比的是精度，不像被測標簽比的是靈敏度和讀寫距離。

測試實例

筆者使用聚星儀器的第二代RFID綜合測試儀，在暗箱環(huán)境測試了2款超高頻標簽的靈敏度。其中一個被測標簽是EPC C1G2另一個是國標800/900MHz標簽。每一個標簽測試10遍，得到其重復精度。

(a)EPCUHF樣本標準差0.04dBm

(b) 國標樣本標準差0.07dBm

圖2兩種標簽的識別最小開啟功率

圖2展示了重復度測試的曲線。其中(a)是EPCglobalC1G2 UHF樣品標簽的識別功率，(b)是國標800/900M標簽樣品的識別功率?？梢钥吹竭@組樣品中，國標標簽靈敏度優(yōu)于EPC標簽，而我們發(fā)現(xiàn)國標標簽在臨界功率下能否啟動有更大隨機性，所以其標準差略大于EPC樣本標簽?？傊谶@個實驗中展示了儀器重復度優(yōu)于0.1dB的重復度。而通常低端用讀寫器芯片或類似技術(shù)組裝的測

試設備重復精度遠差于本儀器的性能，從而給計量準確性帶來較大問題。

在計量校準方面，國家計量院體系已經(jīng)具備RFID測試儀校準方法和設施，同時也具備了天線增益測量的設備。筆者送檢4個RFID測試天線，測試其增益，并且和實驗室兩兩天線對射驗證，達到很高的一致性和重復精度。

總結(jié)

超高頻射頻識別標簽測試是通過高精度儀器和天線，在計量校準保證下實現(xiàn)的高精度可溯源測試。儀器通過空中接口指令與被測標簽應答，在較近的距離測試標簽識別、讀取、和寫入需要的入射最小功率，和標簽反射功率。然后根據(jù)這個最小工作功率計算標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算反向連接距離。

對于測試條件和測量單位，EPCglobal和ISO有不同規(guī)定。EPCglobal采用等效功率和距離，ISO采用場強和反射雷達截面積變化率。前者更接近使用場景，后者更接近物理原理，但是兩者實際上都是相同物理量測量的推算結(jié)果，沒有優(yōu)劣之分。

根據(jù)各項標準規(guī)范，標簽測試距離大多在1米以內(nèi)，發(fā)射功率在0-30dBm，接收信號功率大多在-60dBm以上。

在測量儀器方面，高精度的儀器是基礎，精確計量和校準包括儀器射頻收發(fā)和天線增益是精度保障。目前高端儀器測量精度可達0.3dB，而重復度可優(yōu)于0.1dB。

圖3聚星儀器RFID綜合測試儀和微波暗室測試現(xiàn)場