超高频射频识别标签灵敏度测试

EIRP和ERP

在诸多标准里面用等效单极子发射功率较多，但是也有用ERP的。ERP在2013年发布的国家电网公司标准里面是指等效偶极子天线发射功率。理想的偶极子天线增益是2.2左右，所以两者就差了这么一个常量。

参数举例

我们假设发射和接收天线增益都是6dBi，测试距离1米，标签天线增益2dB，标签反射损耗5dB，当仪器发射频率915MHz，功率PTx时，标签接收到功率。

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

公式 11

假设标签反射功率是接收功率的1/3，大约-5dB。那么测试仪接收机接收到的功率如下：

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

公式 12

根据这两个公式计算不同发射功率对应芯片和接收机接收到的功率：

表格3典型条件发射功率和标签芯片接收功率对应关系

也就是说在较理想情况，1米距离测试超高频标签接收到的标签反射功率比发射功率小大约62dB。目前最好的标签可以达到-18dBm左右的开启功率，所以，测试仪接收到的标签信号功率一般在-47.4dBm以上。实际情况下，由于标签天线设计，使得其增益小于2或者阻抗匹配带来衰减，标签反射比-5dB小一些。考虑到这些因素，假设不超过10dB影响，接收功率在-60dBm以上。

所以RFID标签灵敏度测试并不要求测试仪器像读写器那样有极低的灵敏度，反而，测试精度和计量校准是最关键的指标。简单来说，仪器是在保证量值传递的条件下精确测量的工具，比的是精度，不像被测标签比的是灵敏度和读写距离。

测试实例

笔者使用聚星仪器的第二代RFID综合测试仪，在暗箱环境测试了2款超高频标签的灵敏度。其中一个被测标签是EPC C1G2另一个是国标800/900MHz标签。每一个标签测试10遍，得到其重复精度。

(a)EPCUHF样本标准差0.04dBm

(b) 国标样本标准差0.07dBm

图2两种标签的识别最小开启功率

图2展示了重复度测试的曲线。其中(a)是EPCglobalC1G2 UHF样品标签的识别功率，(b)是国标800/900M标签样品的识别功率。可以看到这组样品中，国标标签灵敏度优于EPC标签，而我们发现国标标签在临界功率下能否启动有更大随机性，所以其标准差略大于EPC样本标签。总之，在这个实验中展示了仪器重复度优于0.1dB的重复度。而通常低端用读写器芯片或类似技术组装的测

试设备重复精度远差于本仪器的性能，从而给计量准确性带来较大问题。

在计量校准方面，国家计量院体系已经具备RFID测试仪校准方法和设施，同时也具备了天线增益测量的设备。笔者送检4个RFID测试天线，测试其增益，并且和实验室两两天线对射验证，达到很高的一致性和重复精度。

总结

超高频射频识别标签测试是通过高精度仪器和天线，在计量校准保证下实现的高精度可溯源测试。仪器通过空中接口指令与被测标签应答，在较近的距离测试标签识别、读取、和写入需要的入射最小功率，和标签反射功率。然后根据这个最小工作功率计算标签的等效单极子天线接收功率灵敏度、前向连接距离;根据功率灵敏度和反射功率计算反向连接距离。

对于测试条件和测量单位，EPCglobal和ISO有不同规定。EPCglobal采用等效功率和距离，ISO采用场强和反射雷达截面积变化率。前者更接近使用场景，后者更接近物理原理，但是两者实际上都是相同物理量测量的推算结果，没有优劣之分。

根据各项标准规范，标签测试距离大多在1米以内，发射功率在0-30dBm，接收信号功率大多在-60dBm以上。

在测量仪器方面，高精度的仪器是基础，精确计量和校准包括仪器射频收发和天线增益是精度保障。目前高端仪器测量精度可达0.3dB，而重复度可优于0.1dB。

图3聚星仪器RFID综合测试仪和微波暗室测试现场