測試UHF RFID天線的方向圖和增益的方法

人們都對5G網絡懷有無限愿景：比如借助更高的網絡容量和更快的速度，醫(yī)生可以為患者進行遠程診斷。同時物聯(lián)網(IoT)時代接入網絡的設備將會大幅增長，促使智能樓宇和智慧城市成為現(xiàn)實。

天線方向圖，又叫輻射方向圖、遠場方向圖。所謂天線方向圖，是指在離天線一定距離處，輻射場的相對場強隨方向變化的圖形，通常采用通過天線最大輻射方向上的兩個相互垂直的平面方向圖來表示，天線方向圖是衡量天線性能的重要圖形;天線增益則是天線把輸入功率(能量)集中輻射的程度，從通信角度講，就是在某個方向上和范圍內產生信號能力的大小。本文介紹了如何利用芬蘭的標簽性能測試儀來測試超高頻RFID讀寫器天線的方向圖和增益。

1、測試中使用的系統(tǒng)和組件

測試中會用到芬蘭的超高頻標簽性能測試主機，標簽設計套件軟件包，金標簽(讀寫器性能測試系統(tǒng)中的連接標簽)，大型RFID測試暗箱以及轉臺系統(tǒng)。

2、測試天線的方向圖

這里用芬蘭的超高頻標簽性能測試儀配合金標簽來測試天線的方向圖，首先將金標簽連接在超高頻天線的端口，讓芬蘭的超高頻天線作為金標簽的天線來工作，如下圖所示：

測試環(huán)境是大型RFID測試暗箱以及轉臺系統(tǒng)，將金標簽與超高頻天線連接好后，放在暗箱里的轉臺上，標簽性能測試儀配合暗箱中的轉臺旋轉，再通過標簽設計套件軟件包即可全自動化測試，如下圖所示：

3、測試天線增益

用這種方法來測試天線的增益要知道芬蘭參考標簽和平板天線的詳細參數(shù)指標，軟件方面用標簽設計套件軟件包中的閾值測試功能，閾值測試功能中會用到讀寫器發(fā)射功率閾值，即讀寫器發(fā)多大的功率能夠激活標簽;還要用到激活標簽的功率閾值，即標簽處的功率也就是標簽激活靈敏度。在相同的環(huán)境下用標簽性能測試儀配合芬蘭的平板天線和被測天線來測試標簽激活靈敏度和讀寫器發(fā)射功率閾值，發(fā)射功率的閾值會因為不同的天線增益而測試結果不同，通過這種差別可以計算出被測天線的增益。

測試流程：首先用標簽性能測試儀和芬蘭的天線搭建一個系統(tǒng)，用這個系統(tǒng)來做測試，再用參考標簽驗證這個系統(tǒng)的正確性，如何驗證呢?即測試芬蘭參考標簽的靈敏度功率閾值，然后導入參考標簽的曲線(點擊綠色標簽的按鈕)，差值小于1dB即驗證通過。再用被測天線代替芬蘭的天線，其他的連接不變。這時再用被測天線來測試參考標簽的閾值。

根據芬蘭天線的增益、用芬蘭天線測試參考標簽的結果以及用被測天線測試參考標簽的結果，來計算被測天線的增益，每一頻點下的增益計算公式如下：

G2 = G1 + Pt1 – Pt2

這里，G2是被測天線的增益，單位dB;

G1是芬蘭天線的增益，單位dB，詳見附件1;

Pt1是用芬蘭天線來測試參考標簽的發(fā)射功率閾值，單位是dBm;

Pt2是用被測天線來測試參考標簽的發(fā)射功率閾值，單位是dBm。

附錄1-芬蘭天線指標

4、結論

通過芬蘭Voyantic公司的超高頻標簽性能測試儀配合測試軟件、暗箱、轉臺等可以完成天線的方向圖測試以及天線的增益測試，操作簡單，準確度高。