CN101750552B - 一种rfid标签天线一致性的基准测试系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种RFID标签天线一致性的基准测试系统及方法，由水平导轨、导轨滑块、滑块控制器、待测标签支架、天线支架、测试天线、RFID信号仿真器、控制台组成，通过测量同一款RFID标签的若干样本在不同参考距离点下的接收信号强度值而得到一组关于距离——接收信号强度的曲线，并通过统计多个样本的标准差之和来评估RFID标签在加工过程中产生的一致性及稳定性问题，从而为使用者提供一种简单、明确、有效的RFID自动化测试工具和基准测试方法。

Description

一种RFID标签天线一致性的基准测试系统及方法

技术领域

本发明涉及射频识别技术的测试领域技术领域，尤其涉及一种对RFID标签天线的一致性进行测试的系统及方法。

背景技术

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标签天线的一致性即是RFID标签产品的重要性能指标之一。RFID标签天线一致性是指对于同一款电子标签，由于制造工艺、加工精度等因素造成的不同样本之间的电磁性能差异性，差异性越小，则一致性越强。

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，标签芯片通常是由超大规模集成电路设计而成，定型后的产品功耗和阻抗都具有比较好的一致性。标签天线的阻抗匹配性虽然是在设计时主要考虑的内容之一，但是在加工过程中，由于天线的基材配比、腐蚀、喷涂等工艺的限制，还是可能出现同款标签天线设计加工出的标签天线产品在基材介电常数、尺寸、厚度等参数出现细微的差异，使得加工出的标签天线与设计阻抗不符；此外，在封装过程中，由于封装工艺和封装设备的精度所限，导电胶的用量不一也会影响RFID标签的整体阻抗。以上因素汇总在一起就会影响RFID标签的整体性能表现。由于标签天线是造成该影响的主导因素，因此，对RFID标签在加工过程中产生的一致性及稳定性问题的基准测试可以通称为RFID标签天线一致性基准测试。

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标签天线的一致性进行测试，不仅可以直接得到一款RFID标签产品的一致性偏差，还可以通过和其它RFID标签产品的一致性偏差相比较，挑选出最符合使用者需求的产品。

目前已有的RFID产品性能测试案例中，包括对RFID标签在物品上的粘贴位置的测试，以及测试成卷RFID标签的工作状态等，但是对RFID标签天线的一致性进行基准测试，仍属于尚未被关注的领域之一。

发明内容

为了解决对RFID标签天线的一致性进行高效测试的技术急需的问题，本发明的目的是为使用者提供一种简单、明确、有效的自动化测试工具和基准测试方法，用以在标准测试环境下快速评价一款RFID标签所表现出的天线一致性及RFID标签整体的电磁性能稳定性，从而为使用者设备选型提供决策参考，为此，本发明提供一种RFID标签天线一致性的基准测试系统及方法。

为达成所述目的，本发明提供的RFID标签天线一致性的基准测试系统，包括水平导轨、导轨滑块、滑块控制器、待测标签支架、天线支架、测试天线、RFID信号仿真器、控制台，其中水平导轨置于标准测试环境的水平地面上，导轨滑块与水平导轨机械相连，由滑块控制器通过预先设定的程序驱动导轨滑块沿着导轨方向运动，滑块控制器与控制台通过数据线连接，待测标签支架置于导轨滑块上方，测试天线通过天线支架固定于水平导轨的一端，与RFID信号仿真器通过射频馈线相连，用于发送和接收RFID射频信号，RFID信号仿真器与控制台通过数据线相连，发送测试数据并在控制台上汇总计算及图形化显示测试结果。

为达成所述目的，本发明提供的RFID标签天线一致性的基准测试方法，包括以下步骤：

步骤(1)：在一组使用同一集成电路芯片及相同天线设计加工的RFID标签中随机抽取N个(N≥10)作为测试样本，称为待测标签{T₀，T₁，…，T_N}，首先将待测标签T₀放置于待测标签支架的顶部；

步骤(2)：通过滑块控制器驱动导轨滑块移动到初始位置，使待测标签支架和天线支架之间的距离为初始距离d₀；

步骤(3)：打开RFID信号仿真器，以固定频率、固定功率发射RFID读写器询问指令(QUERY)，并记录待测标签返回信号的接收信号强度；

步骤(4)：RFID信号仿真器将该接收信号强度数据发送至控制台存储；

步骤(5)：控制台向滑块控制器发出指令，驱动导轨滑块向水平导轨远端移动Δd的距离，并重复第步骤(3)～步骤(5)，直到导轨滑块已经运动到水平导轨最远端的位置，此时待测标签支架和天线支架之间的距离为最终距离d_f；

步骤(6)：控制台将接收到的一组距离——接收信号强度数据绘制为曲线，其中横坐标为距离，范围从d₀至d_f，以Δd为刻度单位，纵坐标为接收信号强度值，曲线显示在控制台的显示界面上；

步骤(7)：将待测标签替换为下一个测试样本，重复进行步骤(2)至步骤(6)，直至所有待测标签测试完毕；

步骤(8)：在控制台上计算每个测试距离下N个待测标签接收信号强度值的平均值和样本标准差；

步骤(9)：在控制台上计算样本标准差之和，表示该组RFID标签天线一致性的基准测试结果，样本标准差之和越小，表示RFID标签天线的一致性程度越好，RFID标签的性能越稳定。

本发明所述的RFID标签天线一致性的基准测试系统及方法，其原理是通过测量同一款RFID标签的若干样本在不同参考距离点下的接收信号强度值而得到一组关于距离——接收信号强度的曲线，并通过统计多个样本的标准差之和来评估RFID标签在加工过程中产生的一致性及稳定性问题。在相同的环境条件和参数条件下，对不同款RFID标签进行多组测试并将各组测试样本标准差之和进行排序，还可以对多款RFID标签的天线一致性进行对比，样本标准差之和越大，则该款RFID标签的天线一致性越差。

本发明的有益效果是：

1)使用本发明所述的RFID标签天线一致性的基准测试方法，可以将RFID标签在加工过程中产生的一致性及稳定性问题转化为可测量的接收信号强度样本标准差从而进行科学评估，为使用者提供了一种简单、明确、有效的基准测试方法；

2)本发明所述的RFID标签天线一致性的基准测试系统，为实现基准测试方法的流程提供了一套自动化的测试工具，从而保证测试在任何时间、任何地点、任何人的操作下，只要满足标准测试环境要求和测试参数要求，结果都是可重复的、可比较的。

附图说明

图1为本发明提供的RFID标签天线一致性的基准测试系统示意图，其中1为水平导轨、2为导轨滑块、3为滑块控制器、4为待测标签支架、5为天线支架、6为测试天线、7为RFID信号仿真器、8为控制台。

图2为本发明提供的RFID标签天线一致性的基准测试方法流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。

如图1所示，图1为本发明提供的RFID标签天线一致性的基准测试系统示意图，其中包括水平导轨1、导轨滑块2、滑块控制器3、待测标签支架4、天线支架5、测试天线6、RFID信号仿真器7、控制台8，其中水平导轨1置于标准测试环境的水平地面上，导轨滑块2与水平导轨1机械相连，由滑块控制器3通过预先设定的程序驱动导轨滑块2沿着导轨方向运动，滑块控制器3与控制台8通过数据线连接，待测标签支架4置于导轨滑块2上方，测试天线6通过天线支架5固定于水平导轨1的一端，与RFID信号仿真器7通过射频馈线相连，用于发送和接收RFID射频信号，RFID信号仿真器7与控制台8通过数据线相连，发送测试数据并在控制台8上汇总计算及图形化显示测试结果。所述标准测试环境，是所在环境的温度、湿度、光照度和电磁干扰度在一组测试中均能够保持稳定，并且测试中除导轨滑块2和待测标签支架4外的其它设备以及操作者的所在位置都保持固定。所述导轨滑块2与水平导轨1机械相连，是导轨滑块2在静止时与水平导轨1直接接触，运动时通过电力、磁力、摩擦力作用而使导轨滑块2与水平导轨1之间发生相对位移的机械结构。所述待测标签支架4置于导轨滑块2上方，其待测标签支架4顶部用于放置待测标签，并且待测标签支架4顶部与测试天线6的几何中心连线与水平导轨1平行，保持在同一高度位置。

在本发明的一个实施例中，水平导轨1的总长为4.6米，其中导轨滑块2可以移动的区间长度为4米，放置于长6米，宽3米，高3米的半电波暗室的水平地面上，导轨滑块2通过齿轮齿条方式与水平导轨1相连，滑块控制器3由单片机实现，用以驱动导轨滑块2上的步进电机正向或反向工作，进而使导轨滑块2在水平导轨1上水平移动所需要的行程。构成滑块控制器3的单片机与构成控制台8的便携式电脑通过RS-232接口相连，由便携式电脑控制导轨滑块2移动的时间和方向。待测标签支架4和天线支架5均是由聚苯乙烯材料制成高度为1.4米的管材，外裹吸波材料，分别插入水平导轨1一端和导轨滑块2上的固定孔中，待测标签支架4的顶端水平高度距离地面为1.5米。测试天线6通过夹具固定在天线支架5的顶端，其几何中心的水平高度距离地面也为1.5米。RFID信号仿真器7由Indy R1000开发板实现，与测试天线6通过同轴射频电缆连接，与控制台8通过USB数据传输线连接。

为了使测试结果具有可重复性，就需要保证测试过程中的环境参数保持稳定，即需要一个标准测试环境。所谓标准测试环境的地点，可以是全电波暗室、半电波暗室，也可以是开放空间。在本发明的实施例中，选择半电波暗室进行测试，能够有效屏蔽外界的电磁干扰，并且在一组完整的测试中，所在环境的温度均保持在23±3℃，湿度在30～50％，光照度在低亮度条件。由于测试中半电波暗室内只有导轨滑块2和待测标签支架4的位置发生改变，但是待测标签支架4的材料选择可以有效降低其对电磁信号的反射、散射和吸收作用，待测标签支架4的高度也使导轨滑块2上的步进电机带来的工频电磁白噪声干扰对1.5米高度的待测标签影响可以忽略。并且，在本实施例中，滑块控制器3、RFID信号仿真器7、控制台8和操作者的所在位置都在半电波暗室之外，其对测试结果的影响也可以忽略不记。因此可以认为，本实施例中的环境参数均能够保持稳定，可以作为标准测试环境进行测试。

如图2所示，图2为本发明提供的RFID标签天线一致性的基准测试方法流程图。作为本发明的一个实施例，该方法包括以下步骤：

步骤201：在一组使用同一集成电路芯片及相同天线设计加工的RFID标签中随机抽取N个(N≥10)作为测试样本，在本实施例中取N＝10，称为待测标签{T₀，T₁，…，T₁₀}，首先将待测标签T₀放置于待测标签支架4的顶部，所述待测标签放置于待测标签支架的顶部，是指待测标签的几何中心与测试天线的几何中心连线和待测标签垂直相交于待测标签的几何中心位置；

步骤202：通过滑块控制器3驱动导轨滑块2移动到初始位置，使待测标签支架和天线支架之间的距离为初始距离d₀，此时d₀＝0.4米；

步骤203：打开RFID信号仿真器7，以固定频率f＝922MHz、固定功率P_TX＝20dBm发射RFID读写器询问指令(QUERY)，并记录待测标签返回信号的接收信号强度；

步骤204：RFID信号仿真器7将该接收信号强度数据发送至控制台8存储；

步骤205：控制台8向滑块控制器3发出指令，驱动导轨滑块2向水平导轨1远端移动Δd＝0.1米的距离，并重复步骤203～205，直到导轨滑块2已经运动到水平导轨1最远端的位置，此时待测标签支架4和天线支架5之间的距离为最终距离d_f＝4米，共有37个测试点；

步骤206：控制台8将接收到的一组37个距离——接收信号强度数据绘制为曲线，其中横坐标为距离，范围从0.4米至4米，以0.1米为刻度单位，纵坐标为接收信号强度值，曲线显示在控制台8的显示界面上；

步骤207：将待测标签替换为下一个测试样本T₁，重复进行步骤202～206，直至将全部待测标签{T₀，T₁，…，T₁₀}测试完毕；

步骤208：在控制台8上计算37个测试点下10个待测标签接收信号强度值的平均值 ${\mathrm{RSSI}}_{m-\mathrm{average}}=\frac{\underset{i=1}{\overset{10}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{RSSI}}_{m-i}}{10}$ (其中m为测试点编号，m＝1，2，…，37，i为测试样本编号，i＝1，2，…，10)和样本标准差 ${\mathrm{\δ}}_m=\sqrt{\frac{\underset{i=1}{\overset{10}{\mathrm{\Σ}}}{({\mathrm{RSSI}}_{m-i}-{\mathrm{RSSI}}_{m-\mathrm{average}})}^2}{10-1}};$

步骤209：在控制台8上计算全部样本标准差之和 $\mathrm{\δ}=\underset{m=1}{\overset{37}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\δ}}_m,$ 表示该组RFID标签天线一致性的基准测试结果，样本标准差之和δ越小，表示RFID标签天线的一致性程度越好，RFID标签的性能越稳定，举例来说，假设一款RFID标签A的天线一致性的基准测试结果δ_A＝16.42，另一款RFID标签B的天线一致性的基准测试结果δ_B＝32.81，则基准测试的结论可以描述为：RFID标签A的天线一致性程度高于RFID标签B的天线一致性程度，RFID标签天线A具有更高的稳定性。

上面描述是用于实现本发明及其实施例，本发明的范围不应由该描述来限定，本领域的技术人员应该理解，在不脱离本发明的范围的任何修改或局部替换，均属于本发明权利要求来限定的范围。

Claims (5)

1.一种RFID标签天线一致性的基准测试方法，其特征在于：利用由水平导轨(1)、导轨滑块(2)、滑块控制器(3)、待测标签支架(4)、天线支架(5)、测试天线(6)、RFID信号仿真器(7)、控制台(8)组成的RFID标签天线一致性的基准测试的系统，将水平导轨(1)置于标准测试环境的水平地面上，导轨滑块(2)与水平导轨(1)机械相连，由滑块控制器(3)通过预先设定的程序驱动导轨滑块(2)沿着导轨方向运动，滑块控制器(3)与控制台(8)通过数据线连接，待测标签支架(4)置于导轨滑块(2)上方，测试天线(6)通过天线支架(5)固定于水平导轨(1)的一端，与RFID信号仿真器(7)通过射频馈线相连，用于发送和接收RFID射频信号，RFID信号仿真器(7)与控制台(8)通过数据线相连，发送测试数据并在控制台(8)上汇总计算及图形化显示测试结果；所述方法实现RFID标签天线一致性的基准测试的步骤如下所述：

步骤(1)：在一组使用同一集成电路芯片及相同天线设计加工的RFID标签中随机抽取N个，N≥10，作为测试样本，称为待测标签{T₁，T₂，…，T_N}，首先将待测标签T₁放置于待测标签支架的顶部；

步骤(2)：通过滑块控制器驱动导轨滑块移动到初始位置，使待测标签支架和天线支架之间的距离为初始距离d₀；

步骤(3)：打开RFID信号仿真器，以固定频率、固定功率发射RFID读写器询问指令，并记录待测标签返回信号的接收信号强度；

步骤(4)：RFID信号仿真器将该接收信号强度数据发送至控制台存储；

步骤(5)：控制台向滑块控制器发出指令，驱动导轨滑块向水平导轨远端移动Δd的距离，并重复第(3)～(5)步，直到导轨滑块已经运动到水平导轨最远端的位置，此时待测标签支架和天线支架之间的距离为最终距离d_f；

步骤(6)：控制台将接收到的一组距离——接收信号强度数据绘制为曲线，其中横坐标为距离，范围从d₀至d_f，以Δd为刻度单位，纵坐标为接收信号强度值，曲线显示在控制台的显示界面上；

步骤(7)：将待测标签替换为下一个测试样本，重复进行第(2)～(6)步，直至所有待测标签测试完毕；

步骤(8)：在控制台上计算每个测试距离下N个待测标签接收信号强度值的平均值和样本标准差；

步骤(9)：在控制台上计算样本标准差之和，表示该组RFID标签天线一致性的基准测试结果，样本标准差之和越小，表示RFID标签天线的一致性程度越好，RFID标签的性能越稳定。

2.根据权利要求1所述的RFID标签天线一致性的基准测试方法，其特征在于：所述标准测试环境是所在环境的温度、湿度、光照度和电磁干扰度在一组测试中能够保持稳定，并且测试中除导轨滑块(2)和待测标签支架(4)外的设备以及操作者的所在位置都保持固定。

3.根据权利要求1所述的RFID标签天线一致性的基准测试方法，其特征在于：所述导轨滑块(2)与水平导轨(1)机械相连，是导轨滑块(2)在静止时与水平导轨(1)直接接触，运动时通过电力、磁力、摩擦力作用而使导轨滑块(2)与水平导轨(1)之间发生相对位移的机械结构。

4.根据权利要求1所述的RFID标签天线一致性的基准测试方法，其特征在于：所述待测标签支架(4)置于导轨滑块(2)上方，其待测标签支架(4)顶部用于放置待测标签，并且待测标签支架(4)顶部与测试天线(6)的几何中心连线与水平导轨(1)平行，保持在同一高度位置。

5.根据权利要求1所述的RFID标签天线一致性的基准测试方法，其特征在于：所述待测标签放置于待测标签支架的顶部，是待测标签的几何中心与测试天线的几何中心连线和待测标签垂直相交于待测标签的几何中心位置。

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