CN103091556A - 一种电子标签匹配阻抗的测量方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电子标签匹配阻抗的测量方法及系统。其中，电子标签匹配阻抗的测量方法包括：将读写器、同轴导线、测试探针、电子标签芯片依次相连，找到所述读写器能够支持所述电子标签芯片工作的最小输出功率P0；将矢量网络分析仪、经过校准的所述同轴导线、经过校准的所述测试探针、所述电子标签芯片依次相连，设置所述矢量网络分析仪的输出功率为P0，通过测量获得第四回波反射值；对所述第四回波反射值进行处理，得到所述电子标签芯片的匹配阻抗。本发明的电子标签匹配阻抗的测量方法及系统,能够获得电子标签芯片在灵敏度极限时的阻抗值，从而简化电子标签的天线设计，节约设计时间和成本，提高设计精度。

Description

一种电子标签匹配阻抗的测量方法及系统

技术领域

本发明涉及测量领域，尤其涉及一种电子标签匹配阻抗的测量方法及系统。

背景技术

RFID（Radio Frequency Identification，射频识别）是一种非接触式的自动识别技术，它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据，识别工作无须人工干预，可工作于各种恶劣环境。RFID可识别高速运动物体并可同时识别多个电子标签，操作快捷方便。 

RFID系统是一种简单的无线系统，只有两个基本器件，该系统用于控制、检测和跟踪物体。

RFID系统按具体应用中工作频点的不同分为低频LF、高频HF、超高频UHF、微波MW，相对应的代表性频率分别为低频135KHz以下、高频13.56MHz、超高频860MHz-960MHz、微波2.4GHz、5.8GHz。

RFID系统由一个读写器（也可以称为询问器）和很多电子标签（也可以称为应答器）组成。电子标签Tag由耦合元件及芯片组成，每个电子标签具有唯一的电子编码，附着在物体上标识目标对象；读写器Reader是读取(有时还可以写入)电子标签信息的设备，可设计为手持式或固定式；电子标签Tag和读写器Reader都具有天线Antenna，天线Antenna用于在电子标签和读写器间传递射频信号。

电子标签由电子标签芯片和电子标签天线构成，电子标签芯片与电子标签天线的匹配情况决定了电子标签的工作性能。也就是说，电子标签芯片与电子标签天线匹配与否是非常重要的，这就需要明确获得电子标签芯片的阻抗。然而电子标签芯片的阻抗根据其获得的能量不同而发生变化，这样就要求寻找到电子标签灵敏度极限时对应的阻抗进行匹配。而现有技术中，没有一种通过获得精确的电子标签芯片在灵敏度极限时的阻抗进行天线设计，都是通过制作几十款甚至上百款不同阻抗的天线来找到一款合适的天线，这样带来的问题是需要经过大量的测试，并且耗费大量天线材料，同样浪费很多的时间，并且在设计下一种应用的天线时又要花费上述的工作。

如果能够获得电子标签芯片在灵敏度极限时的阻抗值，则可以大大简化电子标签的天线设计，节约设计的时间和成本，并且能够提高天线设计的精度。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种电子标签匹配阻抗的测量方法及系统,简化电子标签的天线设计，节约设计时间和成本，提高设计精度。

为解决上述技术问题，本发明提出了一种电子标签匹配阻抗的测量方法，包括：

将读写器、同轴导线、测试探针、电子标签芯片依次相连，找到所述读写器能够支持所述电子标签芯片工作的最小输出功率P0；

将矢量网络分析仪、经过校准的所述同轴导线、经过校准的所述测试探针、所述电子标签芯片依次相连，设置所述矢量网络分析仪的输出功率为P0，通过测量获得第四回波反射值；

对所述第四回波反射值进行处理，得到所述电子标签芯片的匹配阻抗。

进一步地，上述方法还可具有以下特点，所述同轴导线通过如下方式校准：

将矢量网络分析仪与同轴导线校准件相连，设置矢量网络分析仪的输出功率为P0，用同轴导线校准件进行校准。

进一步地，上述方法还可具有以下特点，所述测试探针通过如下方式校准：

将矢量网络分析仪、经过校准的所述同轴导线、所述测试探针、探针校准件依次相连，设置矢量网络分析仪的输出功率为P0，通过测量获得此时探针校准件分别在开路、短路、50欧负载时的第三开路回波反射值、第三短路回波反射值、第三负载回波反射值。

进一步地，上述方法还可具有以下特点，还包括：

将矢量网络分析仪、经过校准的所述同轴导线、所述测试探针、所述电子标签芯片依次相连，设置矢量网络分析仪的输出功率为P0，通过测量获得此时的第一回波反射值；

将矢量网络分析仪、经过校准的所述同轴导线、所述测试探针依次相连，设置矢量网络分析仪的输出功率为P0，通过测量获得此时的第二回波反射值；

通过对第一回波反射值、第二回波反射值、第三开路回波反射值、第三短路回波反射值、第三负载回波反射值进行处理，获得同轴导线和测试探针的衰减值L；

用所述最小允许输出功率P0减去所述衰减值L，即得到所述电子标签芯片的灵敏度。

为解决上述技术问题，本发明还提出了一种电子标签匹配阻抗的测量系统，包括读写器、同轴导线、测试探针、矢量网络分析仪、同轴导线校准件和探针校准件,其中:

所述读写器,用于与所述同轴导线、所述测试探针和电子标签芯片依次连接,测量能够支持所述电子标签芯片工作的最小输出功率P0;

所述同轴导线校准件,用于对所述同轴导线进行校准;

所述探针校准件,用于对所述探针进行校准;

所述矢量网络分析仪, 用于输出功率为P0的射频信号,以及与经过校准的所述同轴导线、经过校准的所述测试探针和电子标签芯片依次连接, 以测量第四回波反射值,对该第四回波反射值进行处理即得到所述电子标签芯片的匹配阻抗。

本发明的电子标签匹配阻抗的测量方法及系统, 能够获得电子标签芯片在灵敏度极限时的阻抗值，从而简化电子标签的天线设计，节约设计时间和成本，提高设计精度。

附图说明

图1为读写器测试电子标签芯片的连接关系示意图；

图2为矢量网络分析仪与同轴导线校准件的连接关系示意图；

图3为矢量网络分析仪测试电子标签芯片的连接关系示意图；

图4为矢量网络分析仪与探针校准件的连接关系示意图。

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。

这里通过一个具体实施例来说明本发明的电子标签匹配阻抗的测量方法。本实施例中，电子标签匹配阻抗的测量方法可以包括如下步骤：

第一步，将读写器、同轴导线、测试探针、电子标签芯片依次相连，找到读写器的最小允许输出功率P0；

最小允许输出功率P0是指能够支持电子标签芯片工作的读写器的最小输出功率。

第一步中，同轴导线、测试探针都是没有经过校准的。

图1为读写器测试电子标签芯片的连接关系示意图。如图1所示，RFID读写器、同轴导线、测试探针、电子标签芯片依次相连。

其中，RFID读写器为高精度宽输出范围的超高频UHF频段 RFID读写器，该RFID读写器可以控制输出功率步进0.1dB，且该RFID读写器输出功率从-20dBm到30dBm可调，灵敏度很高，可以接收电子标签芯片返回的微弱信息。

其中，同轴导线为低损耗稳定性高的50欧姆高频同轴导线。

其中，测试探针为高频探针，且测试探针的参数已知。因为电子标签芯片面积非常小，无法用其他器械直接连接测试，所以选择用测试探针测试，测试探针针尖大小约为30微米。

按照图1所示的连接关系进行连接后，通过逐步减小读写器的输出功率，获得电子标签芯片可以工作的最小输出功率P0，即上述的最小允许输出功率。

第二步，对同轴导线进行校准；

图2为矢量网络分析仪与同轴导线校准件的连接关系示意图。如图2所示， 将矢量网络分析仪与同轴导线校准件相连，设置矢量网络分析仪的输出功率为P0，用同轴导线校准件对同轴导线进行校准，同轴导线的校准键有三个，分别是开路、短路、50欧匹配。

第三步，将矢量网络分析仪、经过校准的同轴导线、测试探针、电子标签芯片依次相连，设置矢量网络分析仪的输出功率为P0，通过测量获得此时的回波反射值S11_1，S11_1代表由经过校准的同轴导线、未经校准的测试探针、电子标签芯片三者组成的系统的共同的回波反射值；

第三步中，同轴导线是经过校准的，测试探针是没有经过校准的。

图3为矢量网络分析仪测试电子标签芯片的连接关系示意图。按照图3所示的连接关系进行连接后， 设置矢量网络分析仪输出功率为P0，然后通过测量获得此时的回波反射值S11_1。

第四步，将矢量网络分析仪、经过校准的同轴导线、未经校准的测试探针依次相连，设置矢量网络分析仪的输出功率为P0，通过测量获得此时的回波反射值S11_2, S11_2代表由经过校准的同轴导线、未经校准的测试探针二者组成的系统的共同的回波反射值；

图4为矢量网络分析仪与探针校准件的连接关系示意图。

第五步，将矢量网络分析仪、经过校准的同轴导线、未经校准的测试探针、探针校准件依次相连，设置矢量网络分析仪的输出功率为P0，通过测量获得此时探针校准件分别在开路、短路、50欧负载时的回波反射值S11_3_open、S11_3_short、S11_3_load ；

此时，矢量网络分析仪已经校准到了探针校准件之后。

第六步，将矢量网络分析仪、经过校准的同轴导线、经过校准的测试探针、电子标签芯片依次相连，设置矢量网络分析仪的输出功率为P0，通过测量获得此时的回波反射值S11_4, S11_4代表电子标签芯片的回波反射值；

由于同轴导线和测试探针都已经过校准，因此电子标签芯片所在的位置点为标准空载，此时连接上电子标签芯片后所测得的回波反射数据排除了同轴导线和测试探针的干扰，是电子标签芯片的真实回波反射值。

第七步，对第5步所得的S11_4进行处理，将S11_4转换为用实部加虚部的方式表示的表达式，该表达式即是电子标签芯片在灵敏度极限值时的阻抗，即电子标签芯片的匹配阻抗。

第八步，通过对S11_1、S11_2、S11_3_open、S11_3_short、S11_3_load进行处理，获得同轴导线和测试探针的衰减值L；

第九步，用读写器的最小允许输出功率P0减去衰减值L，即得到电子标签芯片的灵敏度。

通过本发明的电子标签匹配阻抗的测量方法，能够获得电子标签芯片在灵敏度极限时的阻抗值，这使得在进行电子标签芯片的天线设计时，不需要象现有技术那样用不同阻抗的天线一一进行测试，从而可以大大简化电子标签的天线设计，节约设计时间和成本，并且能够提高设计的精度。

本发明还提出了一种电子标签匹配阻抗的测量系统。该电子标签匹配阻抗的测量系统可以包括读写器、同轴导线、测试探针、矢量网络分析仪、同轴导线校准件和探针校准件。其中，读写器用于与同轴导线、测试探针和电子标签芯片依次连接,测量能够支持电子标签芯片工作的最小输出功率P0。同轴导线校准件用于对同轴导线进行校准。探针校准件用于对探针进行校准。矢量网络分析仪,用于输出功率为P0的射频信号,以及与经过校准的同轴导线、经过校准的测试探针和电子标签芯片依次连接, 以测量第四回波反射值,对该第四回波反射值进行处理即得到电子标签芯片的匹配阻抗。

可以使用该电子标签匹配阻抗的测量系统来执行前述的电子标签匹配阻抗的测量方法，获得电子标签芯片在灵敏度极限时的阻抗值，从而简化电子标签的天线设计，节约设计时间和成本，提高设计精度。

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 (5)

1.一种电子标签匹配阻抗的测量方法，其特征在于，包括：

将读写器、同轴导线、测试探针、电子标签芯片依次相连，找到所述读写器能够支持所述电子标签芯片工作的最小输出功率P0；

将矢量网络分析仪、经过校准的所述同轴导线、经过校准的所述测试探针、所述电子标签芯片依次相连，设置所述矢量网络分析仪的输出功率为P0，通过测量获得第四回波反射值；

对所述第四回波反射值进行处理，得到所述电子标签芯片的匹配阻抗。

2.根据权利要求1所述的电子标签匹配阻抗的测量方法，其特征在于，所述同轴导线通过如下方式校准：

   将矢量网络分析仪与同轴导线校准件相连，设置矢量网络分析仪的输出功率为P0，用同轴导线校准件进行校准。

3.根据权利要求1所述的电子标签匹配阻抗的测量方法，其特征在于，所述测试探针通过如下方式校准：

    将矢量网络分析仪、经过校准的所述同轴导线、所述测试探针、探针校准件依次相连，设置矢量网络分析仪的输出功率为P0，通过测量获得此时探针校准件分别在开路、短路、50欧负载时的第三开路回波反射值、第三短路回波反射值、第三负载回波反射值。

4.根据权利要求3所述的电子标签匹配阻抗的测量方法，其特征在于，还包括：

将矢量网络分析仪、经过校准的所述同轴导线、所述测试探针、所述电子标签芯片依次相连，设置矢量网络分析仪的输出功率为P0，通过测量获得此时的第一回波反射值；

将矢量网络分析仪、经过校准的所述同轴导线、所述测试探针依次相连，设置矢量网络分析仪的输出功率为P0，通过测量获得此时的第二回波反射值；

通过对第一回波反射值、第二回波反射值、第三开路回波反射值、第三短路回波反射值、第三负载回波反射值进行处理，获得同轴导线和测试探针的衰减值L；

用所述最小允许输出功率P0减去所述衰减值L，即得到所述电子标签芯片的灵敏度。

5.一种电子标签匹配阻抗的测量系统，其特征在于，包括读写器、同轴导线、测试探针、矢量网络分析仪、同轴导线校准件和探针校准件,其中:

所述读写器,用于与所述同轴导线、所述测试探针和电子标签芯片依次连接,测量能够支持所述电子标签芯片工作的最小输出功率P0;

所述同轴导线校准件,用于对所述同轴导线进行校准;

所述探针校准件,用于对所述探针进行校准;

所述矢量网络分析仪, 用于输出功率为P0的射频信号,以及与经过校准的所述同轴导线、经过校准的所述测试探针和电子标签芯片依次连接, 以测量第四回波反射值,对该第四回波反射值进行处理即得到所述电子标签芯片的匹配阻抗。

Images