超高頻射頻識別標簽靈敏度測試

EIRP和ERP

在諸多標準里面用等效單極子發射功率較多，但是也有用ERP的。ERP在2013年發布的國家電網公司標準里面是指等效偶極子天線發射功率。理想的偶極子天線增益是2.2左右，所以兩者就差了這么一個常量。

參數舉例

我們假設發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，當儀器發射頻率915MHz，功率PTx時，標簽接收到功率。

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

公式 11

假設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

公式 12

根據這兩個公式計算不同發射功率對應芯片和接收機接收到的功率：

表格3典型條件發射功率和標簽芯片接收功率對應關系

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。考慮到這些因素，假設不超過10dB影響，接收功率在-60dBm以上。

所以RFID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。

測試實例

筆者使用聚星儀器的第二代RFID綜合測試儀，在暗箱環境測試了2款超高頻標簽的靈敏度。其中一個被測標簽是EPC C1G2另一個是國標800/900MHz標簽。每一個標簽測試10遍，得到其重復精度。

(a)EPCUHF樣本標準差0.04dBm

(b) 國標樣本標準差0.07dBm

圖2兩種標簽的識別最小開啟功率

圖2展示了重復度測試的曲線。其中(a)是EPCglobalC1G2 UHF樣品標簽的識別功率，(b)是國標800/900M標簽樣品的識別功率。可以看到這組樣品中，國標標簽靈敏度優于EPC標簽，而我們發現國標標簽在臨界功率下能否啟動有更大隨機性，所以其標準差略大于EPC樣本標簽。總之，在這個實驗中展示了儀器重復度優于0.1dB的重復度。而通常低端用讀寫器芯片或類似技術組裝的測

試設備重復精度遠差于本儀器的性能，從而給計量準確性帶來較大問題。

在計量校準方面，國家計量院體系已經具備RFID測試儀校準方法和設施，同時也具備了天線增益測量的設備。筆者送檢4個RFID測試天線，測試其增益，并且和實驗室兩兩天線對射驗證，達到很高的一致性和重復精度。

總結

超高頻射頻識別標簽測試是通過高精度儀器和天線，在計量校準保證下實現的高精度可溯源測試。儀器通過空中接口指令與被測標簽應答，在較近的距離測試標簽識別、讀取、和寫入需要的入射最小功率，和標簽反射功率。然后根據這個最小工作功率計算標簽的等效單極子天線接收功率靈敏度、前向連接距離;根據功率靈敏度和反射功率計算反向連接距離。

對于測試條件和測量單位，EPCglobal和ISO有不同規定。EPCglobal采用等效功率和距離，ISO采用場強和反射雷達截面積變化率。前者更接近使用場景，后者更接近物理原理，但是兩者實際上都是相同物理量測量的推算結果，沒有優劣之分。

根據各項標準規范，標簽測試距離大多在1米以內，發射功率在0-30dBm，接收信號功率大多在-60dBm以上。

在測量儀器方面，高精度的儀器是基礎，精確計量和校準包括儀器射頻收發和天線增益是精度保障。目前高端儀器測量精度可達0.3dB，而重復度可優于0.1dB。

圖3聚星儀器RFID綜合測試儀和微波暗室測試現場