超高频射频识别标签灵敏度测试

超高频标签是指840M到960MHz无源射频识别标签。这个波段的标签起源自EPCglobal Class 1 Generation 2标准。 其中EPCglobal是电子产品编码标准组织，第一类第二代RFID标准经常也被缩写为C1G2。这个标准规定了超高频860M-960MHz范围的射频识别协议。这个协议的特点是通过微秒级的读写器-标签应答，和较科学的防碰撞机制，实现快速、几十米距离的标签读写。理想情况下每秒盘点标签可达两三百个，识读距离可以达到30米左右，曾经一度被热捧为下一代智能物流的标准。其后ISO组织接受这个标准，转为ISO 18000-6C标准。近年来我国也在这个技术上发展革新，推出了自有标准GB/T 29768，其频率规定在840-845MHz 和 920M-925MHz，避开了临近的GSM业务波段。

目前这些协议被统称为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。而这些热门协议产品的性能成为使用的关键。其中尤其是标签，处于竞争激烈的中心。射频识别标签单价较低，但是用量很大，对于设计制造就要求更高。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。本文着重介绍其中的方法理论和实践情况。

超高频射频标签灵敏度测试方法

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。

图1双天线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.

表格1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。ISO 18046-3规定最近测试距离。

其中，R是测试距离，L是发射天线最大边长(直径)。下面我们给出典型天线尺寸和典型频率下ISO对测试距离的要求。

表格2 ISO最短测试距离和天线尺寸、频率的关系

多种测试项目

正向连接距离

在标签灵敏度测试当中，大家经常听到询问标签读写距离。读写距离和标签灵敏度、标签反射功率有关，但是实际应用当中又和读写器性能有关。所以在测试中假设读写器用35dBm功率通过理想单极子天线发射，可以读写的距离。那么问题来了，超高频标签读写距离很远，是否要装备超大的射频暗室呢?非也。我们在上述远场条件测量标签最小工作功率，减去发射天线增益，得到等效单极子辐射功率EIRPTX然后根据空间传输衰减和距离平方成正比的原理，可以推算出读写距离：

正向连接距离(forward link range)啊啊也称为读取距离，取决于标签开启工作所需要的场强。

反向连接距离

标签反射的功率大小决定了读写器可以在多远读到，所以可从标签反射功率推算反向连接距离(reverse link range)。反向连接距离就是反射功率被天线增益5dBil、接收灵敏度-70dBm的阅读器识读的距离。EPCglobal标准[2]提供了计算方法，且结果通常大于正向连接距离。

其中，EIRPTx0是反向连接灵敏度需要的发射等效单极子功率，定义为正向连接灵敏度加2dB;PRx0是EIRPTx0发射条件下接收到的标签反射功率;GRx是接收天线增益。

不同标签工作模式的灵敏度

标签在被识读ID号、读取寄存器信息、写入寄存器信息的工作模式下需要消耗的功率不同，也就是这3个工作模式的灵敏度是不一样的。这也就有了识别、读取、写入灵敏度3个测试模式。上述工作最低功率、最小场强、前向和反向读取距离，都有这3中工作模式下的指标，且各不相同。