实用篇 | 超高频无源RFID标签灵敏度如何测试?

2019-08-23

众所周知,中国、美国、日本、欧洲都有针对超高频无源标签的标准,国标GB、国军标GJB、ISO/IEC、EPC。这些协议被统称为800-900MHz超高频射频识别。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,其产品的性能成为使用的关键。但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。而这个标签灵敏度测试由于是非接触射频测量,又有各种技术问题需要克服。下面我们就着重介绍其中的方法理论和实践情况。



基本设置

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。


标签测试配置示意图

表示单位

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。


这两个测试结果看上去不同,但实际上都是通过测试仪发射功率计算来的。


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(dBm),GTx是发射天线增益(dB)。


ISO标签处场强计算公式:

其中,P是发射功率(W),G是发生天线增益,R是发生天线到标签距离(m)。这些公式的根本是自由空间传输损耗公式和天线增益定义推导而来。


计算和推算

单极子天线射频传输公式:

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。


自由空间传输损耗和距离、频率的关系


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。


超高频标签芯片老化测试

非易失性存储器是标签芯片中存储信息的重要部分,其最重要的两个可靠性测试是耐久和数据保持。鉴定试验要就对器件的全部单元按照规定的最大编程、擦除次数进行耐久试验,剩余单元则进行较少次数的循环。


超高频标签的读写灵敏度测试的主要误差来源线缆插损、环形器插损和匹配网络插损。通过超高频标签芯片的测试,目前我国芯片设计水平还与国际有一定差距的现状下针对标签芯片的测试方法专门制定标准很有必要,有利于促进我国标签芯片的整体进步。


(图文来源于网络,侵删)

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