UHF RFID標(biāo)簽天線測試--實(shí)際測試

1、UHF RFID標(biāo)簽的測試讀寫器發(fā)射的射頻信號最大幅度的被標(biāo)簽接收，即標(biāo)簽天線與芯片阻抗?jié)M足共軛匹配，因此UHF頻段的RFID芯片阻抗值直接決定了標(biāo)簽天線的設(shè)計(jì)；超高頻的標(biāo)簽天線直接和芯片相連，標(biāo)簽天線一般為復(fù)數(shù)阻抗，因此，標(biāo)簽天線無法直接與網(wǎng)分的標(biāo)準(zhǔn)接頭直連進(jìn)行測試。標(biāo)簽天線的阻抗測量方法探討與傳統(tǒng)的同軸線饋電的天線不同，超高頻RFID標(biāo)簽天線直接與標(biāo)簽芯片相連。因此，標(biāo)簽天線無法直接接上測試儀器的標(biāo)準(zhǔn)接頭進(jìn)行測量。由于標(biāo)簽天線一般都是復(fù)數(shù)阻抗，無法采用50Q和70Q的標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)分的端口進(jìn)行反射系數(shù)測量測量。以外，對于偶極子類型的標(biāo)簽天線，測試接頭接近天線時(shí)，會對標(biāo)簽天線的阻抗、輻射效率及方向圖

2、產(chǎn)生影響。目前最常用的標(biāo)簽天線阻抗測試方法有：鏡像法、巴倫測試法和測量線法。鏡像法測量鏡像法主要針對對稱型的偶極子標(biāo)簽天線，根據(jù)鏡像法理論，一個(gè)靠近純導(dǎo)電地平面的單極子的輸入阻抗為相應(yīng)偶極子輸入阻抗的一半。因此，可以在純導(dǎo)電平面上測量偶極子標(biāo)簽天線的一半來計(jì)算整個(gè)標(biāo)簽天線的阻抗。如圖4.3所示的對稱偶極子標(biāo)簽天線為例，可以將天線的一半放在一塊很大的金屬平板上，用SMA接頭穿過金屬平板對標(biāo)簽天線進(jìn)行饋電。測量時(shí)，網(wǎng)分直接連接到SMA接頭即可。測量圖如圖4.4所示。測量所得的單極子天線的阻抗乘以2即偶極子標(biāo)簽天線的輸入阻抗。圖4.3偶極子標(biāo)簽天線圖4.4鏡像法測量示范當(dāng)然，由于網(wǎng)分只校準(zhǔn)到其接口的

3、輸出端面，對于采用SMA接頭導(dǎo)致增加的相位變化，需要通過計(jì)算或仿真進(jìn)行校正。實(shí)際上，對稱結(jié)構(gòu)的標(biāo)簽偶極子標(biāo)簽天線的E面和H面也為對稱型分布，在仿真時(shí)可以節(jié)省CPU計(jì)算的時(shí)間和內(nèi)存消耗量，因此設(shè)計(jì)天線時(shí)，盡可能設(shè)計(jì)為對稱結(jié)構(gòu)的標(biāo)簽天線。一方面方便仿真；另一方面也便于天線的測量40。巴倫法測量彎折偶極子天線如圖4.5所示，其屬于平衡饋電天線，其測試架測試原理圖如圖4.6所示。如果用同軸電纜饋電，還需要在天線和電纜間加入平衡/不平衡轉(zhuǎn)換器巴倫。目前的巴倫設(shè)計(jì)也考慮了阻抗匹配問題，但是一般只為實(shí)部變換，如從80歐轉(zhuǎn)為50歐等。標(biāo)簽天線的阻抗存在較大的虛部，所以巴倫之前要加一個(gè)阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)，把天線的阻抗

4、轉(zhuǎn)化為50歐，從而實(shí)現(xiàn)對標(biāo)簽天線的準(zhǔn)確測試。圖4.5彎折偶極子天線圖4.6測試原理圖測試架由平衡/不平衡轉(zhuǎn)換器和阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)組成。整個(gè)測試架主要采用相同介質(zhì)底板；巴倫采用共面波導(dǎo)；匹配網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)以共面帶線為基礎(chǔ)，采用雙短截線結(jié)構(gòu)12。天線的輸入阻抗未知，為設(shè)計(jì)增加了難度，所以首先測量出天線的輸入阻抗，仿真阻抗值作為參考。將標(biāo)簽天線與平衡/不平衡轉(zhuǎn)換器部分進(jìn)行相連，通過網(wǎng)分測量出天線連接平衡/不平衡轉(zhuǎn)換器時(shí)的S參數(shù)或阻抗特性，對測量的結(jié)果反推出標(biāo)簽天線的實(shí)際輸入阻抗。反推計(jì)算的前提是已知平衡/不平衡轉(zhuǎn)換器的等效電路。通過平衡/不平衡轉(zhuǎn)換器的仿真，得到其反射和插入損耗，建立等效電路模型，使得在所需的

5、頻段內(nèi)等效電路可以很好地取代平衡/不平衡轉(zhuǎn)換器。通過對巴倫部分仿真計(jì)算，得到其S參數(shù)。根據(jù)S參數(shù)，采用ADS軟件對平衡/不平衡轉(zhuǎn)換器進(jìn)行參數(shù)提取，得出相應(yīng)頻段的等效電路。對標(biāo)簽天線和巴倫直接相連的結(jié)構(gòu)進(jìn)行測量，得到其S參數(shù)或輸入阻抗，經(jīng)過反推計(jì)算出標(biāo)簽天線的阻抗22。測量線法由于測量法具有成本低、原理清晰、易于入門等優(yōu)勢，因而被廣泛采用。第一個(gè)電壓波節(jié)點(diǎn)與負(fù)載的距離，沿線分布的最大電壓和最小電壓，天線的輸入阻抗為： （4.13）式中是測量線特性阻抗，為傳輸線上的電壓駐波比，是測量線上的波長。測量法雖然簡單，易實(shí)現(xiàn)，但是它的測量精度不高。另外，它測量時(shí)工作人員的技術(shù)要求也比較高。雙端口測試架測量

6、法圖4.7所示為一個(gè)典型的非對稱平衡偶極子天線，兩臂的長度不等，激勵(lì)不同。正反端口帶有正反電壓，各自連接到天線的終端。如圖4.8所示。驅(qū)動(dòng)電壓分成V1和V2被天線上的分布電流干擾，因此，每個(gè)天線輻射端和這個(gè)平面被視為一個(gè)端口，如圖4.9所示。天線被同等為一個(gè)雙端口網(wǎng)絡(luò)，如圖4.10所示，天線能夠直接連接到網(wǎng)絡(luò)分析儀的雙端口上，借助S參數(shù)描述其特性。 圖4.7非對稱平衡偶極子天線 圖4.8V1和V2被天線上分布電流干擾圖4.9天線同等為一個(gè)雙端口網(wǎng)絡(luò)圖4.10天線直連網(wǎng)絡(luò)分析儀根據(jù)S參數(shù)方法論，正常的天線阻抗如下表示： (4.14)基于Z參數(shù)的定義端口的電壓和電流： (4.15) (4.16)式中,差電壓為(4.17)則阻抗為 (4.18) (4.19)式中為其特性阻抗，,則上式可被簡化成 （4.2