測試UHF RFID天線(xiàn)的方向圖和增益的方法

人們都對5G網(wǎng)絡(luò )懷有無(wú)限愿景：比如借助更高的網(wǎng)絡(luò )容量和更快的速度，醫生可以為患者進(jìn)行遠程診斷。同時(shí)物聯(lián)網(wǎng)(IoT)時(shí)代接入網(wǎng)絡(luò )的設備將會(huì )大幅增長(cháng)，促使智能樓宇和智慧城市成為現實(shí)。

天線(xiàn)方向圖，又叫輻射方向圖、遠場(chǎng)方向圖。所謂天線(xiàn)方向圖，是指在離天線(xiàn)一定距離處，輻射場(chǎng)的相對場(chǎng)強隨方向變化的圖形，通常采用通過(guò)天線(xiàn)最大輻射方向上的兩個(gè)相互垂直的平面方向圖來(lái)表示，天線(xiàn)方向圖是衡量天線(xiàn)性能的重要圖形;天線(xiàn)增益則是天線(xiàn)把輸入功率(能量)集中輻射的程度，從通信角度講，就是在某個(gè)方向上和范圍內產(chǎn)生信號能力的大小。本文介紹了如何利用芬蘭的標簽性能測試儀來(lái)測試超高頻RFID讀寫(xiě)器天線(xiàn)的方向圖和增益。

1、測試中使用的系統和組件

測試中會(huì )用到芬蘭的超高頻標簽性能測試主機，標簽設計套件軟件包，金標簽(讀寫(xiě)器性能測試系統中的連接標簽)，大型RFID測試暗箱以及轉臺系統。

2、測試天線(xiàn)的方向圖

這里用芬蘭的超高頻標簽性能測試儀配合金標簽來(lái)測試天線(xiàn)的方向圖，首先將金標簽連接在超高頻天線(xiàn)的端口，讓芬蘭的超高頻天線(xiàn)作為金標簽的天線(xiàn)來(lái)工作，如下圖所示：

測試環(huán)境是大型RFID測試暗箱以及轉臺系統，將金標簽與超高頻天線(xiàn)連接好后，放在暗箱里的轉臺上，標簽性能測試儀配合暗箱中的轉臺旋轉，再通過(guò)標簽設計套件軟件包即可全自動(dòng)化測試，如下圖所示：

3、測試天線(xiàn)增益

用這種方法來(lái)測試天線(xiàn)的增益要知道芬蘭參考標簽和平板天線(xiàn)的詳細參數指標，軟件方面用標簽設計套件軟件包中的閾值測試功能，閾值測試功能中會(huì )用到讀寫(xiě)器發(fā)射功率閾值，即讀寫(xiě)器發(fā)多大的功率能夠激活標簽;還要用到激活標簽的功率閾值，即標簽處的功率也就是標簽激活靈敏度。在相同的環(huán)境下用標簽性能測試儀配合芬蘭的平板天線(xiàn)和被測天線(xiàn)來(lái)測試標簽激活靈敏度和讀寫(xiě)器發(fā)射功率閾值，發(fā)射功率的閾值會(huì )因為不同的天線(xiàn)增益而測試結果不同，通過(guò)這種差別可以計算出被測天線(xiàn)的增益。

測試流程：首先用標簽性能測試儀和芬蘭的天線(xiàn)搭建一個(gè)系統，用這個(gè)系統來(lái)做測試，再用參考標簽驗證這個(gè)系統的正確性，如何驗證呢?即測試芬蘭參考標簽的靈敏度功率閾值，然后導入參考標簽的曲線(xiàn)(點(diǎn)擊綠色標簽的按鈕)，差值小于1dB即驗證通過(guò)。再用被測天線(xiàn)代替芬蘭的天線(xiàn)，其他的連接不變。這時(shí)再用被測天線(xiàn)來(lái)測試參考標簽的閾值。

根據芬蘭天線(xiàn)的增益、用芬蘭天線(xiàn)測試參考標簽的結果以及用被測天線(xiàn)測試參考標簽的結果，來(lái)計算被測天線(xiàn)的增益，每一頻點(diǎn)下的增益計算公式如下：

G2 = G1 + Pt1 – Pt2

這里，G2是被測天線(xiàn)的增益，單位dB;

G1是芬蘭天線(xiàn)的增益，單位dB，詳見(jiàn)附件1;

Pt1是用芬蘭天線(xiàn)來(lái)測試參考標簽的發(fā)射功率閾值，單位是dBm;

Pt2是用被測天線(xiàn)來(lái)測試參考標簽的發(fā)射功率閾值，單位是dBm。

附錄1-芬蘭天線(xiàn)指標

4、結論

通過(guò)芬蘭Voyantic公司的超高頻標簽性能測試儀配合測試軟件、暗箱、轉臺等可以完成天線(xiàn)的方向圖測試以及天線(xiàn)的增益測試，操作簡(jiǎn)單，準確度高。