CN102880885B - 无源标签后向散射参数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后向散射参数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、接收天线、平面形隔离板；测试架及其上的无源标签；读写器；频谱仪；确定后向散射参数的计算机；读写天线和接收天线位于隔离板两侧，最大辐射方向指向无源标签中心；隔离板隔离二者的信号；无源标签中心与天线垂足在同一水平面内；无源标签与读写天线中心在水平面的距离读写器将入射信号送到读写天线发射，并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；频谱仪将接收天线所接收的后向散射信号的功率发送到计算机。本发明能测试无源标签的后向散射参数。
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后向散射参数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。
无源标签的后向散射参数(如后向反射信号的功率、后向散射面积等)是无源标签的重要性能指标，其与无源标签中标签天线的设计、芯片的性能、制作工艺的稳定性、工作频率等有着很大的关系，对无源标签的后向散射参数进行测试，可以为设计和生产无源标签提供理论数据，有效提高在无源标签这些方面的设计水平，提升无源标签的质量和生产一致性。但是，目前还没有对无源标签的后向散射参数进行测试的技术。
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后向散射参数的测试系统和测试方法，能测试无源标签的后向散射参数。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种无源标签后向散射参数的测试系统，该系统包括：天线架；测试架；位于所述天线架上的读写天线、接收天线、平面形的隔离板；位于所述测试架上的所述无源标签；读写器；频谱仪；分析确定出所述后向散射参数的计算机；其中，
所述读写天线和所述接收天线分别位于所述隔离板的两侧，二者中心之间的连线与所述隔离板相垂直，垂足为天线垂足，且二者在所述隔离板上的投影均在所述隔离板的边缘以内；所述读写天线和接收天线二者的最大辐射方向均指向所述无源标签的中心；所述读写天线、隔离板和接收天线均可沿所述天线架上下移动；
所述无源标签的中心与所述天线垂足在同一水平面内，且所述无源标签中标签天线的最大辐射方向在该水平面内；
所述无源标签的中心与所述读写天线的中心在水平面内的距离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，以将其接收的后向散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后向散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，由于读写天线和接收天线分别位于隔离板的两侧，二者中心之间的连线与隔离板相垂直，且二者在隔离板上的投影均在隔离板的边缘以内，因此，隔离板能对读写天线和接收天线各自收发的电磁波信号进行有效隔离，防止相互干扰，保证测试的准确进行。由于读写器与读写天线、计算机分别相连，接收天线与频谱仪、计算机分别相连，因而读写器可将入射信号传输到读写天线进行发射，从读写天线收集其接收的无源标签发出的反射信号，并将入射信号的频率和功率、收集的反射信号的功率对应实时发送到计算机，频谱仪可将接收天线所接收的后向散射信号的功率发送到计算机，这样，计算机对入射信号的功率和后向散射信号的功率进行分析，即可确定无源标签的后向散射参数。可见，本发明能实现对无源标签的后向散射参数的测试。
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，其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围绕所述转动轴同步转动。
进一步，所述测试架由介电常数为2的非金属材料制成；
所述隔离板、天线架由介电常数为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、接收天线、隔离板、无源标签、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、接收天线、隔离板、无源标签、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；
所述读写天线和所述接收天线在所述天线架上的高度h均满足h＞4D。
进一步，所述隔离板在水平面内，所述读写天线和所述接收天线分别位于所述隔离板的上下两侧；
或，
所述隔离板在竖直面内，所述读写天线和所述接收天线分别位于所述隔离板的左右两侧。
进一步，所述读写天线的中心和所述接收天线的中心到所述天线垂足的距离相等。
进一步，所述读写天线为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后向散射参数的测试方法，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的中心在水平面内的距离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，所述计算机确定该反射信号对应的入射信号的功率PR min，以及所述频谱仪发送的该时刻的所述后向散射信号的功率PLSC min；
步骤4：所述计算机根据PR min和PLSC min，确定所述无源标签的后向反射信号的功率Pσ；
步骤5：计算机判断所述待测频段内的所有预定频率是否已被遍历，如果是，则执行步骤6，否则，控制所述读写器切换所述入射信号的频率，返回执行所述步骤2；
步骤6：测试结束。
进一步，所述步骤4中所述计算机根据PR min和PLSC min确定Pσ的方法为：所述计算机根据计算得到Pσ，其中，f为所述入射信号的当前频率，c为光速，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。
进一步，在所述步骤3之后，在所述步骤5之前，该方法还包括步骤4-1：所述计算机根据确定所述无源标签的后向散射面积σ；其中，f为所述入射信号的当前频率，c为光速，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，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，在所述步骤5之前，该方法还包括步骤4-2：所述计算机根据确定在所述读写天线或接收天线处的后向散射信号的功率密度SR；其中，f为所述入射信号的当前频率，c为光速，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。
进一步，在所述步骤3之后，在所述步骤5之前，该方法还包括步骤4-3：所述计算机根据确定所述读写器接收到的后向散射信号的功率PLSR；其中，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，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，在所述步骤5之前，还包括步骤4-4：所述计算机根据确定在所述读写天线发射的信号的功率为其最大发射功率EIRPmax且R为最大下行读写距离RL max时所述读写器接收到的后向散射信号的功率其中，f为所述入射信号的当前频率，c为光速，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，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，所述步骤4-4还包括：所述计算机根据确定在与所述无源标签的中心的距离为RL max处的后向散射信号的电场强度
进一步，在所述步骤3之后，在所述步骤5之前，还包括步骤4-5：所述计算机根据确定所述无源标签的最小后向散射电场强度ER min；其中，f为所述入射信号的当前频率，c为光速，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。
进一步，在所述步骤3之后，在所述步骤5之前，还包括步骤4-6：所述计算机根据确定在所述读写天线发射的信号的功率为其最大发射功率EIRPmax时所述无源标签的最大实际工作距离RR max；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，所述测试系统还包括与所述计算机相连的转台，其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围绕所述转动轴同步转动；则在所述步骤5的判断结果为是之后，在执行所述步骤6之前，该方法还包括：
步骤5-1：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围绕所述转动轴同步转动所述角度间隔；返回所述步骤1；
步骤5-2：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，则返回所述步骤5-1执行。
附图说明
图1为本发明提供的无源标签后向散射参数的测试系统的一个实施例的侧视结构图；
图2为本发明提供的无源标签后向散射参数的测试系统的另一个实施例的俯视结构图；
图3为本发明提供的无源标签后向散射参数的测试方法的一个实施例流程图。
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1为本发明提供的无源标签后向散射参数的测试系统的一个实施例的侧视结构图，图2为本发明提供的无源标签后向散射参数的测试系统的另一个实施例的俯视结构图。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(Ultra HighFrequency，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和图2所示，该系统包括：天线架104；测试架106；位于天线架104上的读写天线101、接收天线102、平面形的隔离板103；位于测试架106上的无源标签105；读写器109；频谱仪108；根据接收自读写器109和频谱仪108的数据，分析确定出后向散射参数的计算机110；其中，
读写天线101和接收天线102分别位于隔离板103的两侧，如图1实施例所示，隔离板103在水平面内，读写天线101和接收天线102分别位于隔离板103的上下两侧，该实施例中，只需用一个天线架104即可满足需求；如图2实施例所示，隔离板103在竖直面内，读写天线101和接收天线102分别位于隔离板103的左右两侧(即读写天线101的中心和接收天线102的中心之间的连线是水平的)，该实施例中，读写天线101、隔离板103和接收天线102分别位于一个天线架104上，即天线架104的数量为三个。当然，除了图1和图2两实施例所示的位置之外，隔离板103、读写天线101和接收天线102还可以有其他的位置，例如，隔离板103倾斜放置(既不在水平面内也不在竖直面内，与二者各有一大小为锐角的夹角)，而读写天线101和接收天线102分别位于其两侧，且二者中心之间的连线与隔离板103相垂直，该连线为一与竖直线有大小为锐角的夹角的直线，该实施例中的天线架104的数量可以为一个，也可以为两个或三个。本发明对天线架104的数量不做限制，只要能满足本发明所述测试系统的结构的需要，都在本发明的保护范围之内。
读写天线101的中心和接收天线102的中心之间的连线与隔离板103相垂直，垂足在本发明中称为天线垂足，且二者在隔离板103上的投影均在隔离板103的边缘以内。这意味着隔离板将读写天线和接收天线所收发的电磁波信号完全隔离开来，使二者互不影响，从而保证测试的准确性。
读写天线101和接收天线102二者的最大辐射方向均指向无源标签105的中心，这意味着读写天线的中心与接收天线的中心相对于无源标签的中心与天线垂足之间的连线而言是轴对称的，这样，电磁波在读写天线和无源标签之间传输的距离与其在接收天线和无源标签之间传输的距离是相等的；读写天线101、隔离板103和接收天线102均可沿天线架104上下移动，这保证了本系统可以随时调整读写天线101、隔离板103和接收天线102在竖直方向的位置，使三者的位置能符合本发明设定的结构。
无源标签105的中心与天线垂足在同一水平面内，二者的连线在图1和图2中的标号均为107，其为一水平面内的直线。无源标签105中标签天线的最大辐射方向在上述的水平面内。
无源标签105的中心与读写天线101(或接收天线102)的中心在水平面内的距离R满足其中，D为读写天线101的最大直径，λ为读写天线101发射的电磁波信号的波长。较佳的，读写天线101的中心和接收天线102的中心到天线垂足的距离相等。因此，本发明中的R远大于读写天线中心和接收天线中心之间的距离，因而读写天线的中心(或接收天线的中心)与无源标签的中心之间的距离近似认为是R，实验证明，这种近似关系对本发明的测试精度的影响是微乎其微的，完全可以忽略不计。
读写器109与读写天线101相连，以将入射信号传输到读写天线101进行发射，并从读写天线101收集其接收的无源标签105发出的反射信号；读写器109与计算机110相连，以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相对应，实时发送到计算机110。另外，读写器109的工作还受计算机110的控制，受控制的工作内容可以为读写器产生入射信号的时间间隔、切换入射信号的频率、等待预订的时间长度再产生入射信号等。
接收天线102与频谱仪108相连，以将其接收的后向散射信号发送到频谱仪108。这里的后向散射信号指的是读写天线发射的入射信号被无源标签反射后被接收天线所接收到的部分，该后向散射信号的功率相对于原入射信号而言要小得多，本发明在接收天线和读写天线之间设置了隔离板来屏蔽两个天线之间的相互影响，有利于提高本发明的测试准确性。
频谱仪108与计算机110相连，以将接收天线102所接收的后向散射信号的功率发送到计算机110。本发明中，频谱仪是一种可以捕捉电磁波的瞬时信号并能记录、存储、显示该信号的设备。
计算机110对读写器109和频谱仪108所发送的数据进行分析，即可获得无源标签的各后向散射参数。
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。
可见，本发明中，由于读写天线和接收天线分别位于隔离板的两侧，二者中心之间的连线与隔离板相垂直，且二者在隔离板上的投影均在隔离板的边缘以内，因此，隔离板能对读写天线和接收天线各自收发的电磁波信号进行有效隔离，防止相互干扰，保证测试的准确进行。由于读写器与读写天线、计算机分别相连，接收天线与频谱仪、计算机分别相连，因而读写器可将入射信号传输到读写天线进行发射，从读写天线收集其接收的无源标签发出的反射信号，并将入射信号的频率和功率、收集的反射信号的功率对应实时发送到计算机，频谱仪可将接收天线所接收的后向散射信号的功率发送到计算机，这样，计算机对入射信号的功率和后向散射信号的功率进行分析，即可确定无源标签的后向散射参数。可见，本发明能实现对无源标签的后向散射参数的测试。
如图1和图2所示，该系统还包括与计算机110相连的转台111，该转台111具有可以转动的旋转部分和固定不动的固定部分，其中的旋转部分可在计算机110的控制下转动；
测试架106安装于转台111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114(该标注如图1所示，由于图2为俯视图，故未对转动轴进行标注)发生转动，进而带动无源标签105围绕转动轴114同步转动。
这样，在计算机110的控制下，转台111的旋转部分可带动测试架106、进而带动无源标签105围绕同一个转动轴114转动，且转动的角度大小也可以由计算机110来控制，因而本发明可测试无源标签105在与读写天线101成不同入射角度(或与接收天线102成不同散射角度)时的后向散射参数。
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：测试架106由介电常数为2的非金属材料(如聚四氟)制成，隔离板103、天线架104由介电常数为3的非金属材料制成，转台111的外壳由介电常数为3的非金属材料制成，且其旋转部分与测试架106的连接位置由介电常数为3的非金属材料包裹，上述介电常数为3的非金属材料可以为ABS塑料、硬胶木等材料。
如图1和图2所示，天线架104、测试架106、读写天线101、接收天线102、隔离板103、无源标签105、转台111位于同一个测试区域112内，而读写器109、计算机110和频谱仪108则位于该测试区域112之外的控制区域113内。其中，测试区域112的特点是内部的电磁干扰很少，这有利于保证测试的准确性和精度。例如，该测试区域112可以为一暗室，则读写器、计算机和频谱仪位于该暗室之外的控制区域内，这里的暗室包括对入射信号、反射信号以及后向散射信号的影响都最小的主墙，可将无源标签105置于该主墙处，从而进一步降低环境对于该测试所用到的各种电磁波信号的干扰。此外，测试区域112还可以为一空旷的测试场地，则读写器、计算机和频谱仪位于该空旷测试场地之外的控制区域内，这种情况下，图1所示的读写天线101和接收天线102在天线架104上的高度h均应满足h＞4D，即读写天线101和接收天线102中的任一个在天线架104上的高度(或称其在地面以上的高度)均应大于4D。
本发明对读写天线和接收天线的种类并不做出太多限制，例如，读写天线101可以为在待测频段内的增益和最大辐射方向均已知的微带天线或喇叭天线，接收天线102也可以为在待测频段内的增益和最大辐射方向均已知的微带天线或喇叭天线。
同样，本发明对于读写天线101和接收天线102的极化方式也不做出太多限制，例如，读写天线101可以为线极化天线，也可以为圆极化天线，接收天线102既可以为线极化天线，也可以为圆极化天线。不过无源标签105的标签天线则一定为线极化天线。
基于上述的测试系统，可以提出多种无源标签后向散射参数的测试方法，图3为其中之一的流程图。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的中心在水平面内的距离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。在上述的测试系统中，读写天线的中心可以与无源标签的中心在同一水平面内，也可以不在同一水平面内，因而读写天线的中心与无源标签的中心之间的连线可以为水平线，也可以不是水平线。这里的R指的是无源标签的中心与读写天线的中心在水平面内的距离，如果这两个中心不在同一水平面内，则R指的是二者之间的连线在水平面内的分量的长度。在上述的测试系统中，无源标签的中心与天线垂足在同一水平面内，因此，这里的R可以认为是天线垂足与无源标签的中心之间的距离。从另一个角度来说，由于读写天线的中心与接收天线的中心之间的连线长度与R相比可以忽略不计，因此，这里的R可以近似认为等于读写天线的中心与无源标签的中心之间的距离。
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，在本发明涉及的电磁波信号在UHF波段范围时，这里的λ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R，使其满足
由于在步骤305中可能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中以增大或减小的方式来切换入射信号的频率。
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，将逐渐改变(增大或减小)入射信号的功率PR，从而在步骤303中确定反射信号的功率为0时该反射信号所对应的入射信号的功率PR的值PR min，以及频谱仪发送的该时刻的后向散射信号的功率PLSC min。
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，计算机确定该反射信号对应的入射信号的功率PR min，以及频谱仪发送的该时刻的后向散射信号的功率PLSC min。
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功率增大的反射信号，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PR min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。
接收天线能实时地接收无源标签向后散射的后向散射信号，并将其送到频谱仪进行存储和显示。当计算机判断反射信号的功率为0的转变时刻到达时，可通知频谱仪将该时刻后向散射信号的功率PLSC min发送来，从而确定PLSC min。
步骤304：计算机根据PR min和PLSC min，确定无源标签的后向反射信号的功率Pσ。
该步骤的实现方法多种多样，例如，计算机可根据来计算得到Pσ，其中的f为入射信号的当前频率，c为光速，根据公式即可得到入射信号的波长λ，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。
步骤305：计算机判断待测频段内的所有预定频率是否已被遍历，如果是，则执行步骤306，否则，执行步骤307。
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，然后返回执行步骤302，进而依次执行步骤303、305和本步骤。
本步骤的判断结果为否时，待测频段内的所有预定频率尚未全部被切换到，这时应使计算机控制读写器继续切换入射信号的频率，返回重新执行步骤302至本步骤，直至待测频段内的所有预定频率均被切换到为止，此时，本步骤的判断结果为是，则转到步骤306执行。
步骤306：测试结束。
步骤307：计算机控制读写器切换入射信号的频率，返回执行步骤302。
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预定频率的密度大一些。
如图1、2所示，计算机110与读写器109相连，计算机110可控制读写器109的工作。本步骤即在该结构的基础上执行，由计算机110来控制读写器109，使其切换所产生的入射信号的频率至一尚未被切换到过的预定频率。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。
上述的测试方法基于本发明所提供的测试系统，提供了一种测试无源标签的后向反射信号的功率Pσ的方法。除了能测试Pσ之外，本发明还可以测试其他的后向散射参数，例如无源标签的后向散射面积σ、读写天线或接收天线处的后向散射信号的功率密度SR、读写器接收到的后向散射信号的功率PLSR等。
本发明中，用f表示入射信号的当前频率，c表示光速(定值)，GC表示接收天线的增益，LC表示接收天线与频谱仪之间的线缆损耗，GR表示读写天线的增益，LR表示读写器与读写天线之间的线缆损耗。测试其他后向散射参数的具体方法如下：
在步骤303之后，在步骤305之前，该方法还包括步骤304-1：计算机根据来确定无源标签的后向散射面积σ。
在步骤303之后，在步骤305之前，该方法还包括步骤304-2：计算机根据确定在读写天线或接收天线处的后向散射信号的功率密度SR。由于本发明提供的测试系统中，读写天线和接收天线分别位于隔离板的两侧，二者中心的连线与隔离板垂直，天线垂足到读写天线的中心的距离与其到接收天线的中心的距离相等，且读写天线和接收天线二者的最大辐射方向均指向无源标签的中心，因而读写天线与接收天线二者的中心相对于隔离板而言是轴对称的，这两个中心到无源标签的中心的距离是相等的，即电磁波信号在读写天线的中心和无源标签的中心之间传输的距离与其在接收天线的中心和无源标签的中心之间传输的距离是相同的，这样，步骤304-2所确定的SR既是读写天线处的后向散射信号的功率密度，又是接收天线处的后向散射信号的功率密度。
在步骤303之后，在步骤305之前，该方法还包括步骤304-3：计算机根据来确定读写器接收到的后向散射信号的功率PLSR。
在步骤303之后，在步骤305之前，还包括步骤304-4：计算机根据来确定在读写天线发射的信号的功率为其最大发射功率EIRPmax且R为最大下行读写距离RL max时读写器接收到的后向散射信号的功率该步骤中，EIRPmax指的是国家标准规定的读写天线发射的信号的最大发射功率，RL max指的是从读写天线的中心到无源标签的中心的最大下行读写距离，因而通过本发明提供的测试系统，R只需满足的条件，即可确定读写天线处于其最大发射功率且R等于RL max的情况下读写器所接收到的后向散射信号的功率
步骤304-4还可以包括：计算机根据确定在与无源标签的中心的距离为RL max处的后向散射信号的电场强度
这里，无源标签的中心可以看作一个点，与该点的距离为RL max的点的集合为一球面，而无源标签的中心是其标签天线的最大辐射方向的中心，因而该步骤中确定的后向散射信号的电场强度为的点的集合为上述球面处于标签天线的最大辐射方向上的部分点。
在步骤303之后，在步骤305之前，还可以包括步骤304-5：计算机根据来确定无源标签的最小后向散射电场强度ER min。
当读写天线以EIRPmax的功率来发射信号时，在整个测试系统能正常工作(即读写器、读写天线与无源标签所构成的RFID系统能正常收发信号)的前提下，无源标签的中心与读写天线的中心之间的距离可以达到其最大值(即无源标签的最大实际工作距离)RR max，本发明还可以确定RR max，具体方法如下：在步骤303之后，在步骤305之前，还包括步骤304-6：计算机根据确定在读写天线发射的信号的功率为其最大发射功率EIRPmax时无源标签的最大实际工作距离RRmax。这里的RR max反映了读写器、读写天线和无源标签组成的RFID系统的一种工作极限，即读写天线以其最大发射功率向空间发射信号，而读写天线的中心与无源标签的中心之间的距离为其最大值RR max，这种情况下，该RFID系统恰好能够正常工作，即读写天线接收自无源标签的信号的强度恰好能保证读写器可以识别该信号，无论读写天线发射信号的功率有一点下降，还是读写天线的中心与无源标签的中心之间的距离有一点增加，该RFID系统均不能正常工作。
本发明对上述的步骤304、304-1、304-2、304-3、304-4、304-5、304-6的执行先后顺序不做限制，这几个步骤可以同步执行，也可以先后执行，均在本发明的保护范围之内。
可见，利用本发明所提供的测试系统，可以对无源标签的Pσ、σ、SR、PLSR、ER min、RR max等多个后向散射参数进行测试，从而为设计和生产无源标签提供理论数据，有效提高在无源标签这些方面的设计水平，提升无源标签的质量和生产一致性。
由于本发明提供的测试系统包括与计算机相连的转台，其旋转部分可在计算机的控制下转动；测试架安装于转台的旋转部分上，可在旋转部分的带动下围绕竖直方向的转动轴发生转动，进而带动无源标签围绕转动轴同步转动；则在步骤305的判断结果为是之后，在执行步骤306之前，该方法还可以包括：
步骤305-1：计算机控制旋转部分转动一角度间隔，带动测试架围绕转动轴转动角度间隔，进而带动无源标签围绕转动轴同步转动角度间隔；返回步骤301。
上述的包括步骤304-1、304-2、304-3、304-4、304-5、304-6在内的步骤301-307提供的测试无源标签的后向散射参数的方法，是在无源标签与读写天线(或接收天线)成一固定角度的情况进行的，本发明还可以在无源标签与读写天线(或接收天线)成多个不同角度的情况下测试无源标签的后向散射参数，获得无源标签更多的性能参数信息，为改进设计、提高质量提供依据。
本步骤中，转台的旋转部分与测试架、无源标签是同步转动的，转过的角度大小是相同的。该步骤中的角度间隔在0°-180°范围内，可以根据测试要求进行选择。
步骤305-2：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，则返回步骤305-1执行。
0°-180°的角度范围虽然是一个有限区间，但其包含的角度的数量是无限的，因而本发明需要在测试之前确定一个预定角度的有限集合，使计算机在遍历该集合之后，停止测试，从而使本发明提供的测试方法是可结束的。
该步骤的判断结果如果为是，则执行步骤306，结束测试过程。
由此可见，本发明具有以下优点：
(1)本发明中，由于读写天线和接收天线分别位于隔离板的两侧，二者中心之间的连线与隔离板相垂直，且二者在隔离板上的投影均在隔离板的边缘以内，因此，隔离板能对读写天线和接收天线各自收发的电磁波信号进行有效隔离，防止相互干扰，保证测试的准确进行。由于读写器与读写天线、计算机分别相连，接收天线与频谱仪、计算机分别相连，因而读写器可将入射信号传输到读写天线进行发射，从读写天线收集其接收的无源标签发出的反射信号，并将入射信号的频率和功率、收集的反射信号的功率对应实时发送到计算机，频谱仪可将接收天线所接收的后向散射信号的功率发送到计算机，这样，计算机对入射信号的功率和后向散射信号的功率进行分析，即可确定无源标签的后向散射参数。可见，本发明能实现对无源标签的后向散射参数的测试。
(2)利用本发明所提供的测试系统，可以对无源标签的Pσ、σ、SR、PLSR、ER min、RR max等多个后向散射参数进行测试，从而为设计和生产无源标签提供理论数据，有效提高在无源标签这些方面的设计水平，提升无源标签的质量和生产一致性。
(3)本发明可以在无源标签与读写天线(或接收天线)成多个不同角度的情况下测试无源标签的后向散射参数，获得无源标签更多的性能参数信息，为改进设计、提高质量提供依据。
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 (17)
1.一种无源标签后向散射参数的测试系统，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、接收天线、平面形的隔离板；位于所述测试架上的所述无源标签；读写器；频谱仪；分析确定出所述后向散射参数的计算机；其中，
所述读写天线和所述接收天线分别位于所述隔离板的两侧，二者中心之间的连线与所述隔离板相垂直，垂足为天线垂足，且二者在所述隔离板上的投影均在所述隔离板的边缘以内；所述读写天线和接收天线二者的最大辐射方向均指向所述无源标签的中心；所述读写天线、隔离板和接收天线均可沿所述天线架上下移动；
所述无源标签的中心与所述天线垂足在同一水平面内，且所述无源标签中标签天线的最大辐射方向在该水平面内；
所述无源标签的中心与所述读写天线的中心在水平面内的距离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，以将其接收的后向散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后向散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，其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，所述测试架由介电常数为2的非金属材料制成；
所述隔离板、天线架由介电常数为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、接收天线、隔离板、无源标签、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；
所述读写天线和所述接收天线在所述天线架上的高度h均满足h>4D。
5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述隔离板在水平面内，所述读写天线和所述接收天线分别位于所述隔离板的上下两侧；
或，
所述隔离板在竖直面内，所述读写天线和所述接收天线分别位于所述隔离板的左右两侧。
6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述读写天线的中心和所述接收天线的中心到所述天线垂足的距离相等。
7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述读写天线为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。
8.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。
9.一种无源标签后向散射参数的测试方法，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的中心在水平面内的距离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，所述计算机确定该反射信号对应的入射信号的功率PR min,以及所述频谱仪发送的该时刻的所述后向散射信号的功率PLSC min；
步骤4：所述计算机根据PR min和PLSC min，确定所述无源标签的后向反射信号的功率Pσ；
步骤5：计算机判断所述待测频段内的所有预定频率是否已被遍历，如果是，则执行步骤6，否则，控制所述读写器切换所述入射信号的频率，返回执行所述步骤2；
步骤6：测试结束。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述步骤4中所述计算机根据PR min和PLSC min确定Pσ的方法为：所述计算机根据计算得到Pσ，其中，f为所述入射信号的当前频率，c为光速，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。
11.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，在所述步骤3之后，在所述步骤5之前，该方法还包括步骤4-1：所述计算机根据确定所述无源标签的后向散射面积σ；其中，f为所述入射信号的当前频率，c为光速，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，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。
12.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，在所述步骤3之后，在所述步骤5之前，该方法还包括步骤4-2：所述计算机根据确定在所述读写天线或接收天线处的后向散射信号的功率密度SR；其中，f为所述入射信号的当前频率，c为光速，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。
13.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，在所述步骤3之后，在所述步骤5之前，该方法还包括步骤4-3：所述计算机根据确定所述读写器接收到的后向散射信号的功率PLSR；其中，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，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。
14.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，在所述步骤3之后，在所述步骤5之前，还包括步骤4-4：所述计算机根据确定在所述读写天线发射的信号的功率为其最大发射功率EIRPmax且R为最大下行读写距离RL max时所述读写器接收到的后向散射信号的功率；其中，f为所述入射信号的当前频率，c为光速，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，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。
15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述步骤4-4还包括：所述计算机根据确定在与所述无源标签的中心的距离为 RL max处的后向散射信号的电场强度。
16.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，在所述步骤3之后，在所述步骤5之前，还包括步骤4-5：所述计算机根据确定所述无源标签的最小后向散射电场强度ER min；其中，f为所述入射信号的当前频率，c为光速，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。
17.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，在所述步骤3之后，在所述步骤5之前，还包括步骤4-6：所述计算机根据确定在所述读写天线发射的信号的功率为其最大发射功率EIRPmax时所述无源标签的最大实际工作距离RR max；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。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |