一种ＲＦＩＤ标签工作电平的基准测试系统及方法技术方案

本发明专利技术为一种ＲＦＩＤ标签工作电平的基准测试系统及方法，包括待测标签支架、收发及参考天线支架、收发及参考天线置于标准测试环境内；环形器、频谱分析仪、ＲＦＩＤ信号发生器、功率计置于标准测试环境外；方法是将ＲＦＩＤ标签芯片和天线看作整体，用电磁波在自由空间的传播公式，通过参考和收发天线测量ＲＦＩＤ标签系统的输入和输出电平，推算能够激活ＲＦＩＤ标签工作的最小电平，再对ＲＦＩＤ标签的理论读取距离评估。通过对决定ＲＦＩＤ标签性能的重要指标之一的ＲＦＩＤ标签功耗进行科学、可重复、可比较的非接触测量，解决现有技术指标不明确、测试结果误差大的问题，为使用者根据不同应用需求选择ＲＦＩＤ标签产品提供辅助决策依据。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及射频识别技术的测试领域
，尤其涉及一种RFID标签工作电平的基准测试系统及方法。
技术介绍
RFID全称为射频识别(Radio Frequency Identification)，是一种利用射频技术实现的非接触式自动识别技术。RFID标签具有体积小、读写速度快、形状多样、使用寿命长、可重复使用、存储容量大、能穿透非导电性材料等特点，结合RFID读写器可以实现多目标识别和移动目标识别，进一步通过与互联网技术的结合还可以实现全球范围内物品的跟踪与信息的共享。RFID技术应用于物流、制造、公共信息服务等行业，可大幅提高管理与运作效率，降低成本。 RFID技术目前已经成为IT领域的热点，众多机构和企业都在大力推广这种技术。随着RFID技术飞速发展，相关产品的生产厂家逐渐增多，RFID标签的品种也已经上升到数百种，并且还在不断推出新的产品。为了在繁多的RFID标签中选择最能够满足使用者需求的产品，就需要对RFID产品的性能指标进行专门的测试，RFID标签功耗即是RFID标签产品的重要性能指标之一。RFID标签功耗是指将RFID标签芯片和标签天线看作一个系统，测量激活RFID标签工作的最小发射功率电平，并以此测量值作为RFID标签理论读取距离的衡量指标。激活RFID标签工作的最小发射功率电平越小，就表示RFID标签内部的功耗越低，当读写器发射功率一定时，该款RFID标签的理论读取距离就会更远。 众所周知，RFID标签由标签芯片和标签天线两个主要部分构成，通过导电胶工艺粘接形成一个整体。为了提高RFID标签的整体性能表现，特别是RFID标签的读取距离，就必须有效降低标签芯片的功耗和提高标签天线的阻抗匹配性。其中，RFID标签天线在专业化设计及大规模化加工的基础上，可以保持比较好的阻抗匹配性。因此，在相同环境条件下，RFID标签的读取距离主要与RFID标签芯片的功耗有关，功耗越小，理论读取距离越远。对RFID标签芯片功耗的直接测量是一个比较困难的过程。通常在芯片生产商开发过程中，会在晶圆(wafer)上专门留出测试触点，使用探针测量输入和输出的电压和电流值就可以计算出芯片的功耗。但是在晶圆切割成毫米级的RFID标签芯片后，就很难再用探针接触芯片的引脚；进一步将RFID标签芯片和标签天线封装在一起之后，就没有外部触点可供直接测量，因此只能采用替代方案进行间接测量。对于一个RFID标签整体而言，外部输入RFID标签的能量应该与RFID标签消耗的能量及RFID标签反向散射对外输出的能量之和相等。在相同外界环境参数和相同谐振频率上，RFID标签消耗的能量可以认为是相等的，因此如能测量出外部输入RFID标签的能量以及RFID标签反向散射对外输出的能量，则可以间接计算出RFID标签消耗的能量，即RFID标签工作电平，以上测试过程一般可称为RFID标签工作电平的基准测试。 基准测试的目的是通过设计合理的测试方法、测试流程和测试工具对一类测试对象的某项性能指标进行测试，并且保证测试取得的结果是可比较的、可重复的。使用基准测试方法对RFID标签的工作电平进行测试，不仅可以得到一款RFID标签产品的工作电平相对值，还可以通过和其它RFID标签产品的工作电平相比较，从而给出不同款RFID标签理论读取距离的排名，挑选出最符合使用者需求的产品。 目前已有的对电子产品进行功耗测试的技术方案中，包括对移动终端功耗的测试系统、对电池充电效果及电子产品功耗测试的方法和装置、对USB设备功耗测试的装置等，但以上技术方案均需要同被测设备进行物理连接，难以实现对RFID标签的功耗测试。为了在非接触的条件下测量RFID标签的最小开启电平，EPCglobal Inc.在2008年7月21日发布的Static Test Method for Applied Tag PerformanceTesting(Rev 1.9.5)中提出了一种替代测试方法，使用读取率作为判断是否达到RFID标签的最小开启电平的测试参数，即不断降低读写器的发射功率，并计算读取成功次数与总读取次数的比值。当该比值小于0. 5时，使用偶极子天线替换待测试RFID标签，并将此时偶极子天线的读数作为RFID标签的最小工作电平。使用这种方法进行测试具有两个缺点一是使用读取率作为评价指标的科学性不是很强，因为即使读取率低于0. 5， RFID标签仍有机会反向散射能量，并不能说明此时就是RFID标签的最小工作电平；二是测试过程相对复杂，在使用偶极子天线替换待测试RFID标签时，会由于设备精度、人为操作等产生较大的误差，在实际操作中表现为测试结果的可重复性较差。 因此，目前急需一种新的RFID标签工作电平的基准测试方法和测试系统，能够更加科学的、可重复的对RFID标签的功耗以及理论读取距离进行评估。
技术实现思路
为了解决现有技术的问题，本专利技术是目的是要求能够更加科学的、可重复的对RFID标签的功耗以及理论读取距离进行评估，为此而提供一种新的RFID标签工作电平的基准测试系统和测试方法。 本专利技术所述一种RFID标签工作电平的基准测试系统及方法，其目的是对决定RFID标签性能的重要指标之一——RFID标签功耗进行科学的、可重复的、可比较的非接触测量，解决当前技术方案中技术指标不明确、测试结果误差大的问题，从而为使用者根据不同应用需求选择RFID标签产品提供辅助决策依据。本专利技术所述一种RFID标签工作电平的基准测试系统及方法，其原理是将RFID标签芯片和天线看作一个整体系统，利用电磁波在自由空间的传播公式，通过参考天线和收发天线分别测量RFID标签系统的输入电平和输出电平，从而推算出能够激活RFID标签工作的最小电平，并利用这个指标对RFID标签的理论读取距离进行评估。 为了达成所述目的，本专利技术的一种RFID标签工作电平的基准测试系统，包括标准测试环境、待测标签支架、收发天线支架、参考天线支架、收发天线、环形器、频谱分析仪、RFID信号发生器、参考天线和功率计，其中待测标签支架、收发天线支架、参考天线支架、收发天线、参考天线置于标准测试环境内，环形器、频谱分析仪、RFID信号发生器、功率计置于标准测试环境外，收发天线与环行器、参考天线与功率计分别通过射频馈线相连，环行器单向传递RFID信号发生器发来的射频信号至收发天线，并将收发天线传回的射频信号单向传递到频谱分析仪，收发天线垂直固定在收发天线支架上方，参考天线垂直固定于参考天线支架上方，收发天线、参考天线的辐射面几何中心位置的延长线交于待测标签支架的顶点，并且收发天线到参考天线与收发天线到待测标签支架的顶点的水平距离相等。 所述待测标签支架、收发天线支架和参考天线支架均采用传导率低且介电常数小于1.5的材料制成。 所述收发天线，是在测试带宽范围内E平面和H平面方向图均左右对称的线性极化宽带全向天线。 所述参考天线，是增益在10dBi以上的标准增益喇叭天线，在测试带宽范围内，参考天线的增益基本保持不变。 所述频谱分析仪，是能够记录并显示无线信号瞬时波形的仪器。 所述RFID信号发生器，是指能够以预设频率和预设功率发射RFID读写器信号的仪器。 所述功率计，是能够测量某个预设频点在一段时间内的最大功率的仪器。 所述环形器、频谱分析仪本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种ＲＦＩＤ标签工作电平的基准测试系统，其特征在于：包括标准测试环境（１）、待测标签支架（２）、收发天线支架（３）、参考天线支架（４）、收发天线（５）、环形器（６）、频谱分析仪（７）、ＲＦＩＤ信号发生器（８）、参考天线（９）和功率计（１０），其中：待测标签支架（２）、收发天线支架（３）、参考天线支架（４）、收发天线（５）、参考天线（９）置于标准测试环境内（１）；环形器（６）、频谱分析仪（７）、ＲＦＩＤ信号发生器（８）、功率计（１０）置于标准测试环境外；收发天线（５）与环行器（６）、参考天线（９）与功率计（１０）分别通过射频馈线相连；环行器（６）与ＲＦＩＤ信号发生器（８）相连，环行器（６）单向传递ＲＦＩＤ信号发生器（８）发来的射频信号至收发天线（５）；环行器（６）与频谱分析仪（７）相连，将收发天线（５）传回的射频信号单向传递到频谱分析仪（７）；收发天线（５）垂直固定在收发天线支架（３）上方，参考天线（９）垂直固定于参考天线支架（３）上方，收发天线（５）、参考天线（９）的辐射面几何中心位置的延长线交于待测标签支架（２）的顶点，并且收发天线（５）到参考天线（９）与收发天线（５）到待测标签支架（２）的顶点的水平距离相等。...

【技术特征摘要】
一种RFID标签工作电平的基准测试系统，其特征在于包括标准测试环境(1)、待测标签支架(2)、收发天线支架(3)、参考天线支架(4)、收发天线(5)、环形器(6)、频谱分析仪(7)、RFID信号发生器(8)、参考天线(9)和功率计(10)，其中待测标签支架(2)、收发天线支架(3)、参考天线支架(4)、收发天线(5)、参考天线(9)置于标准测试环境内(1)；环形器(6)、频谱分析仪(7)、RFID信号发生器(8)、功率计(10)置于标准测试环境外；收发天线(5)与环行器(6)、参考天线(9)与功率计(10)分别通过射频馈线相连；环行器(6)与RFID信号发生器(8)相连，环行器(6)单向传递RFID信号发生器(8)发来的射频信号至收发天线(5)；环行器(6)与频谱分析仪(7)相连，将收发天线(5)传回的射频信号单向传递到频谱分析仪(7)；收发天线(5)垂直固定在收发天线支架(3)上方，参考天线(9)垂直固定于参考天线支架(3)上方，收发天线(5)、参考天线(9)的辐射面几何中心位置的延长线交于待测标签支架(2)的顶点，并且收发天线(5)到参考天线(9)与收发天线(5)到待测标签支架(2)的顶点的水平距离相等。2. 根据权利要求1所述的RFID标签工作电平的基准测试系统，其特征在于所述待测标签支架(2)、收发天线支架(3)和参考天线支架(4)采用传导率低且介电常数小于1. 5的材料。3. 根据权利要求1所述的RFID标签工作电平的基准测试系统，其特征在于所述收发天线(5)，是在测试带宽范围内E平面和H平面方向图为左右对称的线性极化宽带全向天线。4. 根据权利要求1所述的RFID标签工作电平的基准测试系统，其特征在于所述参考天线(9)，是增益在10dBi以上的标准增益喇叭天线，在测试带宽范围内，参考天线的增益基本保持不变。5. 根据权利要求1所述的RFID标签工作电平的基准测试系统，其特征在于所述频谱分析仪(7)是能够记录并显示无线信号瞬时波形的仪器。6. 根据权利要求1所述的RFID标签工作电平的基准测试系统，其特征在于所述RFID信号发生器(8)是能够以预设频率和预设功率发射RFID读写器信号的仪器。7. 根据权利要求1所述的RFID标签工作电平的基准测试系统，其特征在于所述功率计(10)是能够测量某个预设频点在一段时间内的最大功率的仪器。8. 根据权利要求1所述的RFID标签工作电平的基准测试系统，其特征在于所述环形器(6)、频...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘禹，关强，赵健，曾隽芳，
申请(专利权)人：中国科学院自动化研究所，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]