CN102880884B - 一种无源标签的测试系统和测试方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种无源标签的测试系统和测试方法。该系统包括：天线架及其上的读写天线；测试架及其上的平面形隔离板与其两侧的无源标签、接收天线；无源标签发出的信号受隔离板的屏蔽不能影响接收天线；无源标签、隔离板、接收天线的最大辐射方向均可与读写天线的最大辐射方向在同一平面内；无源标签与读写天线在水平面内的距离R满足读写器将入射信号传输到读写天线发射，并从读写天线收集其接收的无源标签发出的反射信号；读写器将其传输的入射信号的频率和功率、其收集的反射信号的功率对应实时发送到计算机；接收天线将其接收的入射信号发送到频谱仪，频谱仪将其功率送到计算机。本发明能降低对于测试场地的大小的要求。
Description
技术领域
本发明涉及无源标签测试领域，特别是涉及一种无源标签的测试系统和测试方法。
背景技术
无线射频识别(RFID)技术是一种在物流、防伪、制造、运输、零售、国防等方面得到广泛应用的通信技术，其基本工作原理为：读写器生成电磁波形式的入射信号，将其通过读写天线以一定功率向无源标签发射，无源标签的标签天线接收该信号，并将其发送到无源标签中的芯片，该芯片依靠标签天线送来的信号的能量对该信号进行处理，并将处理后得到的反射信号通过标签天线发射出去，反射信号被读写天线接收后送回读写器。
无源标签的工作频率高，可读写距离长，无需外部电源，且制造成本低，因而RFID系统得到了广泛应用，其中的无源标签数量巨大，其性能决定了RFID系统的应用效果，因而对无源标签性能指标的测试时RFID技术中重要的内容之一。
现有的无源标签测试系统的结构如图1所示。无源标签103和接收天线104位于读写天线101的两侧，二者与读写天线101的距离相等，且读写天线101的最大辐射方向可以分别与无源标签103的标签天线的最大辐射方向、接收天线104的最大辐射方向在同一水平面内。读写器102与读写天线101相连。该测试系统的工作原理如下：读写器102通过读写天线101分别向无源标签103发射相同频率和相同功率的电磁波信号，无源标签103对该电磁波信号进行处理后发出反射信号，读写天线101接收该反射信号并将其送回读写器102，读写器102可以将该反射信号的一些特征(如频率、功率、数据等)送到处理器105(如计算机、FPGA、MCU等)进行处理，处理器105同时还处理接收天线104所接收的电磁波信号，通过分析上述读写器102和接收天线104送来的信息，处理器105就可以获得无源标签103的性能指标。
如图1所示，由于读写天线101的最大辐射方向的限制，以及尽可能减少无源标签103的反射信号对于接收天线104的影响的需要，无源标签103和接收天线104要位于读写天线101的两侧，图1所示的无源标签103的中心与接收天线104的中心之间的距离R约为10米，这样，该测试系统对于测试场地的大小的要求比较高。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种无源标签的测试系统和测试方法，能降低对于测试场地的大小的要求。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种无源标签的测试系统，该系统包括：天线架；测试架；位于所述天线架上的读写天线；位于所述测试架上的所述无源标签、隔离板、接收天线；读写器；频谱仪；计算机；其中，
所述隔离板为平面形，其位于水平面内；所述无源标签和所述接收天线位于所述隔离板的两侧，且二者中心之间的连线与所述隔离板相垂直；所述无源标签和所述接收天线在所述隔离板上的投影均在所述隔离板的边缘以内；所述无源标签、隔离板和接收天线可沿所述测试架移动；
所述读写天线和所述接收天线的最大辐射方向均在水平面内，且所述测试架的高度与所述天线架的高度相配合，使所述无源标签的中心、所述隔离板、所述接收天线的最大辐射方向均可与所述读写天线的最大辐射方向在同一水平面内；
所述无源标签的中心与读写天线在水平面内的距离R满足其中，D为所述读写天线的最大直径，λ为所述读写天线发射的电磁波信号的波长；
所述读写器与所述读写天线相连，以将入射信号传输到所述读写天线进行发射，并从所述读写天线收集其接收的所述无源标签发出的反射信号；所述读写器与所述计算机相连，以将其传输的所述入射信号的频率和功率、其收集的所述反射信号的功率相对应，实时发送到所述计算机，并受所述计算机的控制；
所述接收天线与所述频谱仪相连，以将其接收的所述入射信号发送到所述频谱仪；所述频谱仪与所述计算机相连，以将所述接收天线所接收的所述入射信号的功率发送到所述计算机。
本发明的有益效果是：本发明中，由于在无源标签和接收天线之间设置了用于隔离电磁波的隔离板，二者中心的连线与隔离板平面相垂直，且二者在平面形隔离板上的投影均在隔离板的边缘以内，因此，隔离板能将无源标签所发出的反射信号全部屏蔽掉，使接收天线完全不受无源标签的影响，这样，本发明就可以使无源标签和接收天线同时位于同一测试架上，而将读写天线设置在天线架上，无源标签的中心(或接收天线)与读写天线在水平面内的距离R满足即可，该测试系统所需的测试场地的大小可比现有技术减少一半以上，从而降低了对于测试场地的大小的要求。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进：
进一步，还包括与所述计算机相连的转台；所述转台的旋转部分可在所述计算机的控制下转动；
所述测试架安装于所述转台的旋转部分上，可在所述旋转部分的带动下围绕竖直方向的转动轴发生转动，进而带动所述无源标签、隔离板和接收天线都围绕所述转动轴同步转动。
进一步，所述无源标签通过介电常数为2的非金属材料制成的标签支撑架连接在所述测试架上；
所述接收天线通过介电常数为3的非金属材料制成的天线支撑架连接在所述测试架上；
所述隔离板、测试架由介电常数为3的非金属材料制成；
所述转台的外壳由介电常数为3的非金属材料制成，且其旋转部分与所述测试架的连接位置由介电常数为3的非金属材料包裹。
进一步，所述天线架、测试架、读写天线、无源标签、隔离板、接收天线、转台位于同一暗室内，所述读写器、计算机和频谱仪位于该暗室之外的控制区域内；
所述暗室包括对所述入射信号、反射信号影响最小的主墙；所述无源标签位于所述主墙处。
进一步，所述天线架、测试架、读写天线、无源标签、隔离板、接收天线、转台位于同一空旷测试场地内，所述读写器、计算机和频谱仪位于该空旷测试场地之外的控制区域内；
所述读写天线在所述天线架上的高度h＞4D。
进一步，所述读写天线为在待测频段内的增益和最大辐射方向已知的微带天线或喇叭天线；
所述接收天线为在所述待测频段内的增益和最大辐射方向已知的微带天线或喇叭天线。
进一步，所述读写天线为线极化天线或圆极化天线；
所述接收天线为线极化天线或圆极化天线。
另外，本发明还提供了一种无源标签的测试方法，该方法基于上述的测试系统；该方法包括：
步骤1：确定所述无源标签的中心与读写天线在水平面内的距离R；所述读写器将入射信号的频率确定为待测频段内的基准频率；
步骤2：所述读写器从基准功率起，逐渐改变入射信号的功率，将所述入射信号传输到所述读写天线进行发射，并从所述读写天线收集其接收的所述无源标签发出的与每个功率的入射信号相对应的反射信号；所述读写器将每个所述入射信号的频率及功率PR、其收集的相应反射信号的功率对应实时发送到所述计算机；
步骤3：当所述反射信号的功率为0时，所述计算机根据该反射信号对应的入射信号的功率PRmin，确定所述无源标签在该频率下的最小工作电场强度EL；计算机控制所述读写器切换所述入射信号的频率，重新执行所述步骤2，直至所述待测频段内的所有预定频率均被切换到为止。
进一步，所述读写天线和接收天线均为线极化天线；则所述步骤3中确定所述无源标签在该频率下的最小工作电场强度EL的方法为：根据计算得到所述无源标签在该频率下的最小工作电场强度EL，其中，GR为所述读写天线的增益，LR为所述读写器与所述读写天线之间的线缆损耗。
进一步，所述读写天线和接收天线均为圆极化天线；则所述步骤3中确定所述无源标签在该频率下的最小工作电场强度EL的方法为：根据计算得到所述无源标签在该频率下的最小工作电场强度EL，其中，GR为所述读写天线的增益，LR为所述读写器与所述读写天线之间的线缆损耗。
进一步，在所述步骤3之后，还包括：
步骤4：确定所有预定频率所对应的EL中的最小值ELmin，进而根据确定与ELmin相对应的所述入射信号的功率PRmin-min；
步骤5-1：根据计算得到当所述读写天线发射的信号的功率为已知的最大发射功率EIRPmax时的最大下行读写距离PLmax；其中，EIRPmin＝PRmin-minGRLR，GR为所述读写天线的增益，LR为所述读写器与所述读写天线之间的线缆损耗。
进一步，所述无源标签包括相连的标签天线和芯片；
所述步骤4还包括：确定与ELmin相对应的所述入射信号的频率fmin；
在所述步骤4之后，该方法还包括步骤5-2：根据确定所述标签天线的增益GL与所述芯片的连接损耗系数LL之乘积GLLL；其中，c为光速，Pin为所述芯片的接收灵敏度参数。
进一步，在所述步骤5-2之后，还包括：
步骤6-2：根据确定所述无源标签的最小安全工作距离RLX；其中，Pinmax为所述芯片的最大输入信号强度。
进一步，所述步骤3在所述计算机根据该反射信号对应的PRmin确定EL之后，在所述计算机控制所述读写器切换所述入射信号的频率之前，还包括步骤3-1：所述接收天线接收所述读写天线所发射的信号，并将其发送到所述频谱仪；所述频谱仪将该信号的功率PLSC发送到所述计算机；所述计算机根据计算得到所述读写器传输所述入射信号的验证功率其中，c为光速，GR为所述读写天线的增益，LR为所述读写器与所述读写天线之间的线缆损耗，GC为所述接收天线的增益，LC为所述接收天线与所述频谱仪之间的线缆损耗，f为所述读写器传输的所述入射信号的频率；
在所述步骤3-1之后，该方法还包括步骤4-1：所述计算机判断与PRmin是否相等，如果是，则输出所述测试系统工作正常的信息，否则，输出所述测试系统不能正常工作的信息。
进一步，所述测试系统还包括与所述计算机相连的转台；所述转台的旋转部分可在所述计算机的控制下转动；所述测试架安装于所述转台的旋转部分上，可在所述旋转部分的带动下围绕竖直方向的转动轴发生转动，进而带动所述无源标签、隔离板和接收天线都围绕所述转动轴同步转动；则在所述步骤3之后，该方法还包括：
步骤4-2-1：所述计算机控制所述旋转部分转动一角度间隔，带动所述测试架围绕所述转动轴转动所述角度间隔，进而带动所述无源标签、隔离板和接收天线都围绕所述转动轴同步转动所述角度间隔；重新依次执行所述步骤1至步骤3；
步骤4-2-2：所述计算机判断其控制所述旋转部分转动到达过的角度是否已遍历0°-180°范围内所有的预定角度，如果为否，则返回执行所述步骤4-2-1。
进一步，在所述步骤4-2-2的判断结果为是之后，该方法还包括步骤4-2-3：所述计算机确定当所述入射信号的频率为特定频率时所述标签天线的3dB功率角，其中，所述标签天线的3dB功率角为PRmin达到其最小值PRmin-1时所述标签天线所在的角度与PRmin达到2PRmin-1时所述标签天线所在的角度之间的夹角。
附图说明
图1为现有技术提供的无源标签的测试系统的结构图；
图2为本发明提供的无源标签的测试系统的结构图；
图3为本发明提供的无源标签的测试方法的一个实施例的流程图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
图2为本发明提供的无源标签的测试系统的结构图，该测试系统可用于在任意频段内工作的无源标签的性能测试，例如UHF(UltraHighFrequency，特高频)频段等。由于该系统对于测试频段并没有具体的限制，因而本发明将其统称为待测频段，该待测频段由若干个预定频率组成，第一个被使用的预定频率称为基准频率。
如图1所示，该系统包括：天线架202；测试架207；位于天线架202上的读写天线201；位于测试架207上的无源标签204、隔离板205、接收天线206；读写器203；频谱仪209；计算机210；其中，
隔离板205为平面形，其位于水平面内；无源标签204和接收天线206位于隔离板205的两侧，图2所示的无源标签204位于隔离板205上方而接收天线206位于隔离板205下方的位置关系仅为本发明的一个实施例，无源标签204也可以位于隔离板205的下方，同时，接收天线206也可以位于隔离板205的上方。另外，无源标签204和接收天线206也可以不是竖直上下的位置关系，例如二者的中心在同一水平线上，或者在一倾斜线(即不是水平线也不是竖直线的关系)上，总之，只要无源标签204的中心和接收天线206的中心的连线在垂直于读写天线的最大辐射方向的平面内，即在本发明的保护范围之内。
值得指出的是，本发明中，读写天线的中心指的是读写天线的相位中心，即其方向图中最大辐射方向的中心点。同样，接收天线的中心指的也是其相位中心，无源标签的中心指的是无源标签中的标签天线的相位中心。
本发明中，无源标签204和接收天线206二者中心之间的连线与隔离板205相垂直，无源标签204和接收天线206在隔离板205上的投影均在隔离板205的边缘以内，这意味着隔离板205的面积要大于无源标签204和接收天线206，且能完全遮挡无源标签204发出的反射信号，使接收天线206不受该反射信号的影响。
另外，无源标签204、隔离板205和接收天线206可沿测试架207移动，以保证三者的位置关系能满足本发明的要求。读写天线201和接收天线206的最大辐射方向均在水平面内，且测试架207的高度与天线架202的高度相配合，使无源标签204的中心、隔离板205、接收天线206的最大辐射方向均可与读写天线201的最大辐射方向在同一水平面211内。
无源标签204的中心(或接收天线206)与读写天线201在水平面内的距离R满足其中，D为读写天线201的最大直径，λ为读写天线201发射的电磁波信号的波长，其与该电磁波信号的频率f之间具有如下关系：c＝λf，其中，c为光速，是一个确定值。这决定了天线架202与测试架207之间的距离比R略大即可，因此，本发明提供的该测试系统所需要的测试场地的大小要比现有技术小一半以上。
读写器203与读写天线201相连，以将入射信号传输到读写天线201进行发射，并从读写天线201收集其接收的无源标签204发出的反射信号。这里，读写器203是产生入射信号的装置，其能决定入射信号的频率f、功率PR、调制方式、所包含的数据信息等，其通过线缆将该入射信号传输到读写天线进行发射，在该过程中，入射信号的功率由于受到线缆的损耗而减小，还受到读写天线201的增益而放大，最终由读写天线201所发射的信号的功率EIRP与读写器203所确定的入射信号的功率PR之间有一定的数量关系，即EIRP＝PRGRLR，其中，GR为读写天线201的增益，LR为读写器203与读写天线201之间的线缆损耗。无源标签204包括标签天线和芯片，读写天线201所发射的功率为EIRP的信号在空气中经过距离为R的传输(期间有一定的功率损耗)后被标签天线所接收，标签天线对其功率以增益GL进行放大后送到芯片，在该传输过程中信号的功率有大小为LL的损耗，芯片对送来的信号进行处理后又将得到的反射信号送到标签天线，标签天线对经过LL损耗的反射信号提供GL的增益发射出去，该信号作为上述的无源标签204发出的反射信号经过距离为R的空气传输后，被读写天线201接收，并送到读写器。
读写器203与计算机210相连，以将其传输的入射信号的频率f和功率PR、其收集的反射信号的功率相对应，实时发送到计算机210，从而由计算机210对这些数据进行分析，从而获得无源标签204的各项性能指标，并进而判断无源标签204的设计是否符合要求，例如，判断无源标签204的工作频率是否在待测频段内(如中国规定的840MHz-845MHz以及920MHz-925MHz范围内，美国规定的902MHz-928MHz范围内等)，判断无源标签204的最佳工作频率(即灵敏度最高的工作频率)是否符合规定，无源标签的生产是否符合一致性指标等。
另外，读写器203还受计算机210的控制，受控制的内容可以为读写器203产生入射信号的时间间隔、切换入射信号的频率、等待特定时间再产生入射信号等。
接收天线206与频谱仪209相连，以将其接收的入射信号(频率未变，但功率方面经过了读写器203到读写天线201的线缆损耗LR、读写天线的增益GR、在距离为R的空气中传输的过程中的损耗以及接收天线206的增益GC)发送到频谱仪209；频谱仪209与计算机210相连，以将接收天线206所接收的入射信号的功率发送到计算机210。
由此可见，本发明中，由于在无源标签和接收天线之间设置了用于隔离电磁波的隔离板，二者中心的连线与隔离板平面相垂直，且二者在平面形隔离板上的投影均在隔离板的边缘以内，因此，隔离板能将无源标签所发出的反射信号全部屏蔽掉，使接收天线完全不受无源标签的影响，这样，本发明就可以使无源标签和接收天线同时位于同一测试架上，而将读写天线设置在天线架上，无源标签的中心(或接收天线)与读写天线在水平面内的距离R满足即可，该测试系统所需的测试场地的大小可比现有技术减少一半以上(R可以不超过3米)，从而降低了对于测试场地的大小的要求。
如图2所示，该系统还包括与计算机210相连的转台208；转台208具有旋转部分和固定部分，其旋转部分可在计算机210的控制下转动；
测试架207安装于转台208的旋转部分上，可在旋转部分的带动下围绕竖直方向的转动轴212发生转动，进而带动无源标签204、隔离板205和接收天线206都围绕转动轴212同步转动，这样，无源标签204和接收天线206就可与读写天线201由其最大辐射方向所发出的信号成不同的入射方向，从而测得无源标签204各方向(0°-180°以内)的性能指标，从而更加全面的了解无源标签204的性能。
为了保证各辅助设备(如转台、天线架、测试架等)不对空间传输的电磁波造成影响，本发明还对辅助设备的材料做了一定的限制，或对辅助设备进行了电磁隔离防护，例如：无源标签通过介电常数为2的非金属材料(如聚四氟)制成的标签支撑架连接在测试架上，接收天线通过介电常数为3的非金属材料(如ABS塑料、硬胶木等)制成的天线支撑架连接在测试架上；隔离板、测试架由介电常数为3的非金属材料(如ABS塑料、硬胶木等)制成；转台的外壳由介电常数为3的非金属材料(如ABS塑料、硬胶木等)制成，且其旋转部分与测试架的连接位置由介电常数为3的非金属材料(如ABS塑料、硬胶木等)包裹。
如图2所示，该测试系统中，天线架202、测试架207、读写天线201、无源标签204、隔离板205、接收天线206、转台208位于测试区域213内，该测试区域213可以为同一暗室，也可以为一空旷的测试场地，本发明中，读写器203、计算机210和频谱仪209位于该测试区域(如暗室、空旷测试场地)213之外的控制区域214内。这有利于进可能地排除对于测试区域213的电磁干扰，提高测试的准确性。
如测试区域213为一暗室，而暗室包括对入射信号、反射信号等电磁波信号影响最小的主墙，本发明可将无源标签204置于主墙处(如在其中心位置)，从而进一步降低电磁干扰的影响。
如测试区域213为一空旷的测试场地，则读写天线201在天线架202上的高度(在天线架202的最底端位于地面上的情况下，该高度可理解为读写天线201在地面之上的高度)h应满足h＞4D。
本发明对于读写天线201和接收天线206的类型要求不高，例如，读写天线可以为在待测频段内的增益和最大辐射方向已知的微带天线，也可以为在待测频段内的增益和最大辐射方向已知的喇叭天线，同样，接收天线也可以为在待测频段内的增益和最大辐射方向已知的微带天线或喇叭天线。
同样，本发明对于读写天线201和接收天线206的极化方式的要求也不高，例如，读写天线201可以为线极化天线或圆极化天线，接收天线206也可以为线极化天线或圆极化天线。不过无源标签204的标签天线则一定为线极化天线。
基于上述的无源标签的测试系统，可以提出多种无源标签的测试方法。图3为本发明提供的无源标签的测试方法的一个实施例的流程图，如图3所示，该方法包括：
步骤301：确定无源标签的中心与读写天线在水平面内的距离R；读写器将入射信号的频率确定为待测频段内的基准频率。
这里，确定R的方法可以为测量，例如用直尺、游标卡尺等工具来测量。本发明中的读写天线可以与无源标签的中心在同一竖直面内，因而R也可以为接收天线与读写天线在水平面内的距离。
在测得R之后，该步骤还可以包括一个判断步骤，即判断R是否满足其中，D为读写天线的最大直径(即读写天线发射面内任意两点间的最大距离)，λ为读写天线发射的电磁波信号的波长，例如，如果本发明涉及的待测频段为UHF波段，这样这里的λ就在0.1米至1米范围内。如果该判断步骤的判断结果为是，则读写器可以设置入射信号的频率，如果判断结果为否，则需要重新设置测试系统中无源标签的中心(或接收天线)与读写天线在水平面内的距离R，使其满足
由于在步骤305中需要切换入射信号的频率，因此，本步骤中的基准频率指的是读写器在测试系统的结构已确定的情况下所产生的入射信号的频率的最初值，从该基准频率起，读写器可在步骤305中增大或减小入射信号的频率。
步骤302：读写器从基准功率起，逐渐改变入射信号的功率，将入射信号传输到读写天线进行发射，并从读写天线收集其接收的无源标签发出的与每个功率的入射信号相对应的反射信号；读写器将每个入射信号的频率及功率PR、其收集的相应反射信号的功率对应实时发送到计算机。
本步骤中的基准功率指的是读写器在测试系统的结构已确定的情况下所产生的入射信号的功率的最初值。本步骤中，读写器从基准功率起，逐渐改变(增大或减小)入射信号的功率，从而在步骤303中确定反射信号的功率为0时所对应的入射信号的功率PR的值PRmin。
本步骤中，读写器将其产生的频率为f、功率为PR的入射信号传输到读写天线发射的过程中，信号的频率不变，而功率会受到传输通道(如线缆)的损耗LR、读写天线的增益GR的影响而发生一定的变化，读写天线所发射的信号的功率EIRP满足定量关系式EIRP＝PRGRLR。无源标签包括相连的标签天线和芯片，标签天线对其接收或发送的信号的增益为GL，标签天线与芯片之间的线路对其中传输的信号的损耗为LL。频率为f、功率为EIRP的信号在从读写天线传输到无源标签的过程中，功率会因受到空气的损耗而降低，该信号由标签天线接收后，被其送至芯片进行处理，处理后得到的反射信号由芯片送至标签芯片输出，该信号经过空气信道的传输到达读写天线，由被其送至读写器。这就是从读写器产生频率为f、功率为PR的一个入射信号到其收集到与该入射信号相对应的反射信号的过程，该过程可随着入射信号功率的改变而重复若干次，因而本步骤中读写器向计算机实时发送的入射信号的频率、功率及其对应的反射信号的功率也就为若干组。
步骤303：当反射信号的功率为0时，计算机根据该反射信号对应的入射信号的功率PRmin，确定无源标签在该频率下的最小工作电场强度EL。
本步骤中的反射信号的功率为0时，指的是这样一个特定的转变时刻：在步骤302中入射信号的功率从基准功率起逐渐减小的过程中，反射信号的功率由大于0转变为等于0的时刻，或者在步骤302中入射信号的功率从基准功率起逐渐增大的过程中，反射信号的功率由等于0转变为大于0的时刻。该时刻不应被笼统地按照字面理解为反射信号的功率为0的任一时刻。
在本发明中所述的反射信号的功率为0的转变时刻，无源标签达到这样一种工作的极限状况：如果入射信号的功率从此时的值起逐渐增大，则无源标签将在接收到的信号的能量支持下发出反射信号，且该反射信号能被读写天线正常接收和送至读写器；如果入射信号的功率从此时的值起逐渐减小，则无源标签即使能够发出反射信号，该反射信号的功率也不足以被读写天线正常接收或送至读写器。也就是说，该时刻读写器所产生的入射信号的功率PRmin为保证无源标签正常工作且其发出的反射信号能被读写器收到的最小功率。
计算机利用PRmin即可确定无源标签在该频率下的最小工作电场强度EL，由于标签天线的极化方式总是线极化方式，因而上述EL确定的方法随着读写天线、接收天线的极化方式的不同而有所不同。例如，在读写天线和接收天线均为线极化天线的情况下，本步骤中确定无源标签在该频率下的最小工作电场强度EL的方法为：根据计算得到无源标签在该频率下的最小工作电场强度EL；在读写天线和接收天线均为圆极化天线的情况下，本步骤中确定无源标签在该频率下的最小工作电场强度EL的方法为：根据计算得到无源标签在该频率下的最小工作电场强度EL，其中，GR为读写天线的增益，LR为读写器与读写天线之间的线缆损耗。上述两种方法中的GR均为读写天线的增益，LR均为读写器与读写天线之间的线缆损耗。
步骤304：判断待测频段内的所有预定频率是否均被切换到，如果是，则执行步骤306，否则，执行步骤305。
待测频段虽然是一个封闭的频段，但该频段内的频率数量却是无限的，因而本发明需要设定有限个预定频率，使读写器所产生的入射信号的频率只能在这有限个预定频率中变化，而不能无限切换，从而保证测试的可实现性。同时，这些预定频率的选择也必须有代表性，以保证测试的完整性和有效性，不能遗漏重要的数据。选取方法可以为：在无源标签的正常工作频率点周围选取的预定频率的密度比远离其正常工作频率点的密度大一些。
如果本步骤的判断结果为是，则意味着待测频段内所有预定频率均已被切换到，则该测试可以结束，如果判断结果为否，则应继续切换入射信号的频率，重新执行步骤302、303和本步骤。
步骤305：计算机控制读写器切换入射信号的频率，并返回执行步骤302。
如图2所示，计算机210与读写器203相连，计算机210可控制读写器203的工作。本步骤即在该结构的基础上执行，由计算机210来控制读写器203，使其改变所产生的入射信号的频率。本步骤中的切换可以为增大，也可以为减小，只要保证切换到的频率在待测频段范围内，就在本发明的保护范围内。
步骤304的判断结果为否时执行本步骤，可以在待测频段内的所有预定频率尚未全部被切换到时，使计算机控制读写器切换入射信号的频率，返回重新执行步骤302，进而重新顺次执行步骤303和步骤304，直至待测频段内的所有预定频率均被切换到为止，由步骤304的判断结果为是转到步骤306执行。
步骤306：测试结束。
在步骤304的判断结果为是之后，在执行步骤306之前，该测试方法还可以包括步骤4：确定所有预定频率所对应的EL中的最小值ELmin，进而根据确定与ELmin相对应的入射信号的功率PRmin-min。由于上述的测试方法在步骤305中不断切换入射信号的频率，从而在步骤303中获得了无源标签在所有预定频率下的EL，而且这些EL是不同的，因此，该步骤可以从中确定最小值ELmin，进而根据来确定与ELmin相对应的入射信号的功率PRmin-min。由于步骤302中将入射信号的频率、功率以及反射信号的功率对应实时发送到计算机，因而本步骤还可以确定出与ELmin相对应的入射信号的频率fmin和反射信号的功率。
在上述的步骤4之后，该测试方法还可以包括步骤5-1：根据计算得到当读写天线发射的信号的功率为已知的最大发射功率EIRPmax时的最大下行读写距离RLmax；其中，EIRPmin＝PRmin-minGRLR，GR为上述的读写天线的增益，LR为上述的读写器与读写天线之间的线缆损耗。
无源标签包括相连的标签天线和芯片，步骤4还可以包括确定与ELmin相对应的入射信号的频率fmin；则在步骤4之后，该测试方法还可以包括步骤5-2：根据来确定标签天线的增益GL与芯片的连接损耗系数LL之乘积GLLL；其中，c为光速，为一定值，Pin为芯片的接收灵敏度参数，可由无源标签的生产厂家提供。
在步骤5-2之后，该测试方法还可以包括步骤6-2：根据来确定无源标签的最小安全工作距离RLY；其中，Pinmax为芯片的最大输入信号强度，也可以由无源标签的生产厂家提供。
本发明中，步骤303之后，在步骤305之前，该测试方法还可以包括步骤304-1：接收天线接收读写天线所发射的信号，并将其发送到频谱仪；频谱仪将该信号的功率PLSC发送到计算机；计算机根据计算得到读写器传输入射信号的验证功率其中，c为光速，GR为读写天线的增益，LR为读写器与读写天线之间的线缆损耗，GC为接收天线的增益，LC为接收天线与频谱仪之间的线缆损耗，f为此时读写器传输的入射信号的频率。
本发明不限制步骤304-1与步骤304的执行顺序，即二者可以同时执行，也可以先执行步骤304再执行步骤304-1，或反过来，先执行步骤304-1再执行步骤304。
这样，在步骤304-1之后，该方法还包括步骤4-1：计算机判断与PRmin是否相等，如果是，则输出测试系统工作正常的信息，否则，输出测试系统不能正常工作的信息。
这里，与PRmin在理论上是相等的，因而如果步骤4-1的判断结果为二者相等，则意味着该测试方法所利用的测试系统符合图2所示的结构，即测试系统的搭建是没有问题的，可以继续基于该系统进行完整、全面的测试工作，测试结果也是准确可靠的，如果步骤4-1的判断结果为二者不相等，则说明该测试方法所利用的测试系统不符合图2所示的结构，需要进行修正，使其符合图2所示的结构，如不及时修正测试系统的结构，测得的结果将因不准确而无法使用。由此可见，本发明除了可以利用图2所示的测试系统进行无源标签的性能测试之外，还可以进行系统准确性的自我验证，从而充分保证测试的准确、可靠进行。
图2所示的测试系统包括与计算机210相连的转台208，该转台208包括可以旋转的旋转部分和固定不动的固定部分，其中，转台208的旋转部分可在计算机210的控制下转动；测试架207安装于转台208的旋转部分上，可在旋转部分的带动下围绕竖直方向的转动轴212发生转动，进而带动无源标签204、隔离板205和接收天线206都围绕转动轴212同步转动；则在步骤304的判断结果为是之后，在步骤306之前，该方法还包括：
步骤4-2-1：计算机控制旋转部分转动一角度间隔，使其带动测试架围绕转动轴转动，转动的角度大小也为上述的角度间隔，进而由测试架带动无源标签、隔离板和接收天线都围绕转动轴同步转动，转动的角度大小也为上述的角度间隔；然后返回执行步骤301，进而依次执行步骤302至步骤304，在步骤304的判断结果为否的情况下执行步骤305并返回步骤302，在步骤304的判断结果为是的情况下，执行步骤4-2-2。
该步骤中的角度间隔为预定的角度间隔。步骤4-2-2的执行可能引起本步骤的重新执行，在重新执行本步骤时，本步骤所述的角度间隔的大小可以不同。
步骤4-2-2：计算机判断其控制旋转部分转动到达过的角度是否已遍历0°-180°范围内所有的预定角度，如果为否，则返回执行步骤4-2-1。
0°-180°虽然是封闭的角度范围，但该范围内的角度数量仍是无限的，因此，为了保证测试的可结束性，本发明可以在0°-180°范围内选取若干个有代表性的角度间隔，计算机通过遍历这些角度间隔的方式来控制转台的旋转部分的转动，从而使无源标签、隔离板和接收天线处于与读取天线的最大辐射方向成不同入射角度的位置，进而测试无源标签在不同入射角度时的性能，这大大提高了测试的全面性。
在步骤4-2-2的判断结果为是之后，该方法还包括步骤4-2-3：计算机确定当入射信号的频率为特定频率时标签天线的3dB功率角，其中，标签天线的3dB功率角为PRmin达到其最小值PRmin-1时标签天线所在的角度(相对于某个预先设定的0°角位置的角度值)与PRmin达到2PRmin-1时标签天线所在的角度之间的夹角。
步骤4-2-3中的特定频率可以为步骤304中所述的所有预定频率中的任一个。
由于步骤4-2-1和4-2-2遍历了预先设定的若干个(多于1个)角度间隔，从而使无源标签的标签天线的最大辐射方向相对读写天线的最大辐射方向具有多个不同的入射角度，因此，在每个特定频率下，无源标签就具有多个步骤303所述的PRmin，这些PRmin中的最小值即为步骤4-2-3所述的PRmin-1，其对应着无源标签的某个特定位置，在该特定位置，无源标签的标签天线相对于某个预先设定的0°角位置就有一个角度值(记为α)。同时，也必然存在这样的两个位置，当标签天线处于其中的任一位置时，步骤303所述的PRmin达到PRmin-1的两倍，即为2PRmin-1，这两个位置相对于预先设定的0°角位置的角度值分别为β和γ，则可将α与β之间的夹角或α与γ之间的夹角(二者一般是相等的)称为标签天线的3dB功率角。
本发明可以确定标签天线的3dB功率角，从而确定无源标签的最佳入射角度范围，即在其标签天线的3dB功率角范围内的入射信号，均可以被灵敏地接收，在该范围之外的入射信号，则接收的灵敏度较低。
通过以上分析可以看出，本发明可以确定无源标签在各频率下的最小工作电场强度EL，根据EL的最小值ELmin来确定与ELmin相对应的入射信号的功率PRmin-min，进而计算得到无源标签的最大下行读写距离RLmax，还可以确定标签天线的3dB功率角，另外，本发明还可以对测试系统的工作是否正常进行验证，因此，本发明能够对无源标签的多个性能指标进行测试，并且该测试是全面的、准确的和可验证的。
由此可见，本发明具有以下优点：
(1)本发明中，由于在无源标签和接收天线之间设置了用于隔离电磁波的隔离板，二者中心的连线与隔离板平面相垂直，且二者在平面形隔离板上的投影均在隔离板的边缘以内，因此，隔离板能将无源标签所发出的反射信号全部屏蔽掉，使接收天线完全不受无源标签的影响，这样，本发明就可以使无源标签和接收天线同时位于同一测试架上，而将读写天线设置在天线架上，无源标签的中心(或接收天线)与读写天线在水平面内的距离R满足即可，该测试系统所需的测试场地的大小可比现有技术减少一半以上，从而降低了对于测试场地的大小的要求。
(2)本发明中，由于测试架安装在转台上，其上设置的无源标签、隔离板和接收天线可在计算机控制的转台带动下发生转动，因此，无源标签和接收天线可与读写天线由其最大辐射方向所发出的信号成不同的入射方向，从而测得无源标签各方向的性能指标，从而更加全面的了解无源标签的性能。
(3)本发明除了可以利用测试系统进行无源标签的性能测试之外，还可以利用该系统进行准确性的自我验证，从而充分保证测试的准确、可靠进行。
(4)本发明在0°-180°范围内选取若干个有代表性的角度间隔，计算机通过遍历这些角度间隔的方式来控制转台的旋转部分的转动，从而使无源标签、隔离板和接收天线处于与读取天线的最大辐射方向成不同入射角度的位置，进而测试无源标签在不同入射角度时的性能，这大大提高了测试的全面性。
(5)本发明可以确定无源标签在各频率下的最小工作电场强度EL，根据EL的最小值ELmin来确定与ELmin相对应的入射信号的功率PRmin-min，进而计算得到无源标签的最大下行读写距离RLmax，还可以确定标签天线的3dB功率角，另外，本发明还可以对测试系统的工作是否正常进行验证，因此，本发明能够对无源标签的多个性能指标进行测试，并且该测试是全面的、准确的和可验证的。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (15)
1.一种无源标签的测试系统，其特征在于，该系统包括：天线架；测试架；位于所述天线架上的读写天线；位于所述测试架上的所述无源标签、隔离板、接收天线；读写器；频谱仪；计算机；其中，
所述隔离板为平面形，其位于水平面内；所述无源标签和所述接收天线位于所述隔离板的两侧，且二者中心之间的连线与所述隔离板相垂直；所述无源标签和所述接收天线在所述隔离板上的投影均在所述隔离板的边缘以内；所述无源标签、隔离板和接收天线可沿所述测试架移动；
所述读写天线和所述接收天线的最大辐射方向均在水平面内，且所述测试架的高度与所述天线架的高度相配合，使所述无源标签的中心、所述隔离板、所述接收天线的最大辐射方向均可与所述读写天线的最大辐射方向在同一水平面内；
所述无源标签的中心与读写天线在水平面内的距离R满足其中，D为所述读写天线的最大直径，λ为所述读写天线发射的电磁波信号的波长；
所述读写器与所述读写天线相连，以将入射信号传输到所述读写天线进行发射，并从所述读写天线收集其接收的所述无源标签发出的反射信号；所述读写器与所述计算机相连，以将其传输的所述入射信号的频率和功率、其收集的所述反射信号的功率相对应，实时发送到所述计算机，并受所述计算机的控制；
所述接收天线与所述频谱仪相连，以将其接收的所述入射信号发送到所述频谱仪；所述频谱仪与所述计算机相连，以将所述接收天线所接收的所述入射信号的功率发送到所述计算机。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括与所述计算机相连的转台；所述转台的旋转部分可在所述计算机的控制下转动；
所述测试架安装于所述转台的旋转部分上，可在所述旋转部分的带动下围绕竖直方向的转动轴发生转动，进而带动所述无源标签、隔离板和接收天线都围绕所述转动轴同步转动。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述无源标签通过介电常数为2的非金属材料制成的标签支撑架连接在所述测试架上；
所述接收天线通过介电常数为3的非金属材料制成的天线支撑架连接在所述测试架上；
所述隔离板、测试架由介电常数为3的非金属材料制成；
所述转台的外壳由介电常数为3的非金属材料制成，且其旋转部分与所述测试架的连接位置由介电常数为3的非金属材料包裹。
4.根据权利要求2或3所述的系统，其特征在于，所述天线架、测试架、读写天线、无源标签、隔离板、接收天线、转台位于同一空旷测试场地内，所述读写器、计算机和频谱仪位于该空旷测试场地之外的控制区域内；
所述读写天线在所述天线架上的高度h>4D。
5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述读写天线为在待测频段内的增益和最大辐射方向已知的微带天线或喇叭天线；
所述接收天线为在所述待测频段内的增益和最大辐射方向已知的微带天线或喇叭天线。
6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述读写天线为线极化天线或圆极化天线；
所述接收天线为线极化天线或圆极化天线。
7.一种无源标签的测试方法，该方法基于权利要求1所述的测试系统；其特征在于，该方法包括：
步骤1：确定所述无源标签的中心与读写天线在水平面内的距离R；所述读写器将入射信号的频率确定为待测频段内的基准频率；
步骤2：所述读写器从基准功率起，逐渐改变入射信号的功率，将所述入射信号传输到所述读写天线进行发射，并从所述读写天线收集其接收的所述无源标签发出的与每个功率的入射信号相对应的反射信号；所述读写器将每个所述入射信号的频率及功率PR、其收集的相应反射信号的功率对应实时发送到所述计算机；
步骤3：当所述反射信号的功率为0时，所述计算机根据该反射信号对应的入射信号的功率PRmin,确定所述无源标签在该频率下的最小工作电场强度EL；计算机控制所述读写器切换所述入射信号的频率，重新执行所述步骤2，直至所述待测频段内的所有预定频率均被切换到为止。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述读写天线和接收天线均为线极化天线；则所述步骤3中确定所述无源标签在该频率下的最小工作电场强度EL的方法为：根据计算得到所述无源标签在该频率下的最小工作电场强度EL，其中，GR为所述读写天线的增益，LR为所述读写器与所述读写天线之间的线缆损耗。
9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述读写天线和接收天线均为圆极化天线；则所述步骤3中确定所述无源标签在该频率下的最小工作电场强度EL的方法为：根据计算得到所述无源标签在该频率下的最小工作电场强度EL，其中，GR为所述读写天线的增益，LR为所述读写器与所述读写天线之间的线缆损耗。
10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，在所述步骤3之后，还包括：
步骤4：确定所有预定频率所对应的EL中的最小值ELmin，进而根据确定与ELmin相对应的所述入射信号的功率PRmin-min；
步骤5-1：根据计算得到当所述读写天线发射的信号的功率为已知的最大发射功率EIRPmax时的最大下行读写距离RLmax；其中，EIRPmin＝PRmin-minGRLR，GR为所述读写天线的增益，LR为所述读写器与所述读写天线之间的线缆损耗。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述无源标签包括相连的标签天线和芯片；
所述步骤4还包括：确定与ELmin相对应的所述入射信号的频率fmin；
在所述步骤4之后，该方法还包括步骤5-2：根据确定所述标签天线的增益GL与所述芯片的连接损耗系数LL之乘积GLLL；其中，c为光速，Pin为所述芯片的接收灵敏度参数。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，在所述步骤5-2之后，还包括：
步骤6-2：根据确定所述无源标签的最小安全工作距离RLX；其中，Pinmax为所述芯片的最大输入信号强度。
13.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述步骤3在所述计算机根据该反射信号对应的PRmin确定EL之后，在所述计算机控制所述读写器切换所述入射信号的频率之前，还包括步骤3-1：所述接收天线接收所述读写天线所发射的信号，并将其发送到所述频谱仪；所述频谱仪将该信号的功率PLSC发送到所述计算机；所述计算机根据计算得到所述读写器传输所述入射信号的验证功率P′Rmin；其中，c为光速，GR为所述读写天线的增益，LR为所述读写器与所述读写天线之间的线缆损耗，GC为所述接收天线的增益，LC为所述接收天线与所述频谱仪之间的线缆损耗，f为所述读写器传输的所述入射信号的频率；
在所述步骤3-1之后，该方法还包括步骤4-1：所述计算机判断P′Rmin与PRmin是否相等，如果是，则输出所述测试系统工作正常的信息，否则，输出所述测试系统不能正常工作的信息。
14.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述测试系统还包括与所述计算机相连的转台；所述转台的旋转部分可在所述计算机的控制下转动；所述测试架安装于所述转台的旋转部分上，可在所述旋转部分的带动下围绕竖直方向的转动轴发生转动，进而带动所述无源标签、隔离板和接收天线都围绕所述转动轴同步转动；则在所述步骤3之后，该方法还包括：
步骤4-2-1：所述计算机控制所述旋转部分转动一角度间隔，带动所述测试架围绕所述转动轴转动所述角度间隔，进而带动所述无源标签、隔离板和接收天线都围绕所述转动轴同步转动所述角度间隔；重新依次执行所述步骤1至步骤3；
步骤4-2-2：所述计算机判断其控制所述旋转部分转动到达过的角度是否已遍历0°-180°范围内所有的预定角度，如果为否，则返回执行所述步骤4-2-1。
15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，在所述步骤4-2-2的判断结果为是之后，该方法还包括步骤4-2-3：所述计算机确定当所述入射信号的频率为特定频率时所述标签天线的3dB功率角，其中，所述标签天线的3dB功率角为PRmin达到其最小值PRmin-1时所述标签天线所在的角度与PRmin达到2PRmin-1时所述标签天线所在的角度之间的夹角。
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