測(cè)試UHF RFID天線的方向圖和增益的方法

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

天線方向圖，又叫輻射方向圖、遠(yuǎn)場(chǎng)方向圖。所謂天線方向圖，是指在離天線一定距離處，輻射場(chǎng)的相對(duì)場(chǎng)強(qiáng)隨方向變化的圖形，通常采用通過天線最大輻射方向上的兩個(gè)相互垂直的平面方向圖來表示，天線方向圖是衡量天線性能的重要圖形;天線增益則是天線把輸入功率(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(nèi)產(chǎn)生信號(hào)能力的大小。本文介紹了如何利用芬蘭的標(biāo)簽性能測(cè)試儀來測(cè)試超高頻RFID讀寫器天線的方向圖和增益。

1、測(cè)試中使用的系統(tǒng)和組件

測(cè)試中會(huì)用到芬蘭的超高頻標(biāo)簽性能測(cè)試主機(jī)，標(biāo)簽設(shè)計(jì)套件軟件包，金標(biāo)簽(讀寫器性能測(cè)試系統(tǒng)中的連接標(biāo)簽)，大型RFID測(cè)試暗箱以及轉(zhuǎn)臺(tái)系統(tǒng)。

2、測(cè)試天線的方向圖

這里用芬蘭的超高頻標(biāo)簽性能測(cè)試儀配合金標(biāo)簽來測(cè)試天線的方向圖，首先將金標(biāo)簽連接在超高頻天線的端口，讓芬蘭的超高頻天線作為金標(biāo)簽的天線來工作，如下圖所示：

測(cè)試環(huán)境是大型RFID測(cè)試暗箱以及轉(zhuǎn)臺(tái)系統(tǒng)，將金標(biāo)簽與超高頻天線連接好后，放在暗箱里的轉(zhuǎn)臺(tái)上，標(biāo)簽性能測(cè)試儀配合暗箱中的轉(zhuǎn)臺(tái)旋轉(zhuǎn)，再通過標(biāo)簽設(shè)計(jì)套件軟件包即可全自動(dòng)化測(cè)試，如下圖所示：

3、測(cè)試天線增益

用這種方法來測(cè)試天線的增益要知道芬蘭參考標(biāo)簽和平板天線的詳細(xì)參數(shù)指標(biāo)，軟件方面用標(biāo)簽設(shè)計(jì)套件軟件包中的閾值測(cè)試功能，閾值測(cè)試功能中會(huì)用到讀寫器發(fā)射功率閾值，即讀寫器發(fā)多大的功率能夠激活標(biāo)簽;還要用到激活標(biāo)簽的功率閾值，即標(biāo)簽處的功率也就是標(biāo)簽激活靈敏度。在相同的環(huán)境下用標(biāo)簽性能測(cè)試儀配合芬蘭的平板天線和被測(cè)天線來測(cè)試標(biāo)簽激活靈敏度和讀寫器發(fā)射功率閾值，發(fā)射功率的閾值會(huì)因?yàn)椴煌奶炀€增益而測(cè)試結(jié)果不同，通過這種差別可以計(jì)算出被測(cè)天線的增益。

測(cè)試流程：首先用標(biāo)簽性能測(cè)試儀和芬蘭的天線搭建一個(gè)系統(tǒng)，用這個(gè)系統(tǒng)來做測(cè)試，再用參考標(biāo)簽驗(yàn)證這個(gè)系統(tǒng)的正確性，如何驗(yàn)證呢?即測(cè)試芬蘭參考標(biāo)簽的靈敏度功率閾值，然后導(dǎo)入?yún)⒖紭?biāo)簽的曲線(點(diǎn)擊綠色標(biāo)簽的按鈕)，差值小于1dB即驗(yàn)證通過。再用被測(cè)天線代替芬蘭的天線，其他的連接不變。這時(shí)再用被測(cè)天線來測(cè)試參考標(biāo)簽的閾值。

根據(jù)芬蘭天線的增益、用芬蘭天線測(cè)試參考標(biāo)簽的結(jié)果以及用被測(cè)天線測(cè)試參考標(biāo)簽的結(jié)果，來計(jì)算被測(cè)天線的增益，每一頻點(diǎn)下的增益計(jì)算公式如下：

G2 = G1 + Pt1 – Pt2

這里，G2是被測(cè)天線的增益，單位dB;

G1是芬蘭天線的增益，單位dB，詳見附件1;

Pt1是用芬蘭天線來測(cè)試參考標(biāo)簽的發(fā)射功率閾值，單位是dBm;

Pt2是用被測(cè)天線來測(cè)試參考標(biāo)簽的發(fā)射功率閾值，單位是dBm。

附錄1-芬蘭天線指標(biāo)

4、結(jié)論

通過芬蘭Voyantic公司的超高頻標(biāo)簽性能測(cè)試儀配合測(cè)試軟件、暗箱、轉(zhuǎn)臺(tái)等可以完成天線的方向圖測(cè)試以及天線的增益測(cè)試，操作簡(jiǎn)單，準(zhǔn)確度高。