干貨分享：超高頻rfid電子標簽的靈敏度測試

   超高頻rfid電子標簽是指840M到960MHz無源射頻識別標簽。這個波段的標簽起源自EPCglobal Class 1 Generation 2標

準。 其中EPCglobal是電子產(chǎn)品編碼標準組織，第一類第二代RFID標準經(jīng)常也被縮寫為C1G2。這個標準規(guī)定了超高頻860M

-960MHz范圍的射頻識別協(xié)議。這個協(xié)議的特點是通過微秒級的讀寫器-標簽應(yīng)答，和較科學(xué)的防碰撞機制，實現(xiàn)快速、幾

十米距離的標簽讀寫。理想情況下每秒盤點標簽可達兩三百個，識讀距離可以達到30米左右，曾經(jīng)一度被熱捧為下一代智能

物流的標準。其后ISO組織接受這個標準，轉(zhuǎn)為ISO 18000-6C標準。近年來我國也在這個技術(shù)上發(fā)展革新，推出了自有標準

GB/T 29768，其頻率規(guī)定在840-845MHz 和 920M-925MHz，避開了臨近的GSM業(yè)務(wù)波段。目前這些協(xié)議被統(tǒng)稱為800-

900MHz超高頻射頻別。而這些協(xié)議都繼承了高速應(yīng)答，快速盤點，讀寫距離較遠的特點。而這些熱門協(xié)議產(chǎn)品的性能成為

使用的關(guān)鍵。其中尤其是標簽，處于競爭激烈的中心。射頻識別標簽單價較低，但是用量很大，對于設(shè)計制造就要求更高。

由于標簽設(shè)計技術(shù)和生產(chǎn)工藝的缺陷和不穩(wěn)定，就必須由性能測試來把關(guān)。

   今天就給大家分享一下超高頻標簽靈敏度測試方法：超高頻標簽測試往往在微波暗箱或暗室進行，也可以在半暗室和干擾

較小的野外場地進行。但是由于超高頻標簽的頻率較高，波長只有1/3米左右，對暗室尺寸要求不太高，經(jīng)濟比較容易承受。

關(guān)于標簽測試的物理設(shè)置，有雙天線和單天線兩種主要方法。為了最大性能，EPCglobal、ISO倡導(dǎo)了雙天線法。這個方法

采用一對左右圓極化天線，一發(fā)一收，達到最大收發(fā)隔離，使得測試系統(tǒng)可以用高功率發(fā)射，高靈敏度接收，從而應(yīng)對更差

靈敏度的標簽。為了方便起見，也有用環(huán)行器將雙天線合并為收發(fā)雙工的單天線配置，由于天線反射特性，總體系統(tǒng)性能低

于雙天線配置。

   標簽靈敏度通常可以用功率或場強表示。EPCglobal比較實用，采用了RIPTUT，亦即標簽接收到的單極子輻射功率。用通

俗的話講，就是標簽剛好可以工作的射頻場強用理想單極子天線接收到的功率。它的單位是dBm。ISO測試用場強表示，也

就是使得標簽正常工作的最小場強。它的單位是V/m。

   EPCglobal標簽接收單極子功率計算公式：RIP=EIRP-PL 公式 1；EIRP=P+GTx 公式 2。

   其中EIRP是儀器發(fā)射等效單極子輻射功率(dBm)，PL是儀器發(fā)射天線到標簽的自由空間傳輸損耗(dB)，P是發(fā)射天線輸入功

率，GTx是發(fā)射天線增益(dB)。

   其中PRx是接收功率，PTx是發(fā)生功率，Ae是天線等效孔徑面積，R是收發(fā)天線距離。這個公式描述了理想單極子天線間遠

場傳輸損耗和距離的關(guān)系。下面我們給出幾個典型樣本頻點，在典型測試距離上的自由空間傳輸損耗，單位是dB。要注意的，

上述是遠場球面波模型下推算的，收發(fā)距離太近會使得計算結(jié)果偏離。EPCglobal規(guī)定在0.8-1米距離。ISO 18046-3規(guī)定最

近測試距離。其中，R是測試距離，L是發(fā)射天線最大邊長(直徑)。

   在標簽靈敏度測試當中，大家經(jīng)常聽到詢問標簽讀寫距離。讀寫距離和標簽靈敏度、標簽反射功率有關(guān)，但是實際應(yīng)用當

中又和讀寫器性能有關(guān)。所以在測試中假設(shè)讀寫器用35dBm功率通過理想單極子天線發(fā)射，可以讀寫的距離。那么問題來了，

超高頻標簽讀寫距離很遠，是否要裝備超大的射頻暗室呢?非也。我們在上述遠場條件測量標簽最小工作功率，減去發(fā)射天線

增益，得到等效單極子輻射功率EIRPTX然后根據(jù)空間傳輸衰減和距離平方成正比的原理，可以推算出讀寫距離。

   正向連接距離也稱為讀取距離，取決于標簽開啟工作所需要的場強。標簽反射的功率大小決定了讀寫器可以在多遠讀到，所

以可從標簽反射功率推算反向連接距離(reverse link range)。反向連接距離就是反射功率被天線增益5dBil、接收靈敏度-70

dBm的閱讀器識讀的距離。EPCglobal標準[2]提供了計算方法，且結(jié)果通常大于正向連接距離。其中，EIRPTx0是反向連接靈

敏度需要的發(fā)射等效單極子功率，定義為正向連接靈敏度加2dB;PRx0是EIRPTx0發(fā)射條件下接收到的標簽反射功率;GRx是接收

天線增益。

   標簽在被識讀ID號、讀取寄存器信息、寫入寄存器信息的工作模式下需要消耗的功率不同，也就是這3個工作模式的靈敏度是

不一樣的。這也就有了識別、讀取、寫入靈敏度3個測試模式。上述工作最低功率、最小場強、前向和反向讀取距離，都有這3

中工作模式下的指標，且各不相同。 

   參數(shù)舉例：我們假設(shè)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。假設(shè)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。根據(jù)這兩個公式計算不同發(fā)射功率對應(yīng)芯片和接

收機接收到的功率。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(shè)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?？紤]到這些因素，假設(shè)不超過10dB影響，接

收功率在-60dBm以上。

   所以rfid電子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。