CN103516444B - 一种无源射频识别系统设备接收性能测试装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无源射频识别系统设备接收性能测试装置，以解决利用外加信号源进行接收性能灵敏度测试需要进行时钟同步的问题。该装置包括：信号接收模块，接收无源被测设备发射的射频信号并输出；信号生成模块，根据所述射频信号生成性能测试所需的测试信号；信号传送模块，将测试信号传送给所述无源被测设备，由所述无源被测设备确定最小接收功率。通过本发明无需进行时钟同步，实现过程简单，并提高了性能测试的准确性。

Description

一种无源射频识别系统设备接收性能测试装置

技术领域

本发明涉及射频识别技术领域，尤其涉及一种无源射频识别系统设备接收性能测试装置。

背景技术

射频识别（RFID，Radio Frequency Identify）是一种非接触式的自动识别技术，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系统包括电子标签和阅读器。电子标签与阅读器之间通过耦合元件实现射频信号的无接触耦合，在耦合通道内，根据时序关系，实现能量的传递、数据的交换。依据电子标签供电方式的不同，电子标签可以分为有源标签和无源标签两种，有源标签内装有电池，无源标签没有内装电池，依靠标签天线接收到的电波能量来给标签提供能量。

利用无源标签进行通信的无源RFID系统中，标签与阅读器进行通信时，阅读器需要前向发送射频载波给标签供电，标签通过反向散射将信息发送给阅读器。因此在阅读器接收标签的反向信号时，阅读器前向发送的射频载波会泄漏到阅读器反向接收的部分。由于标签反向散射回来的信号强度远远小于前向发送的载波信号强度，实际的系统中信号强度差达到90dB以上，而泄漏到接收电路的信号幅度较大，即使增加泄漏对消功能，信号幅度也只能达到-20dBm，并且实际应用中天线驻波会随着环境的变化而变化，标签通过控制天线负载阻抗情况来改变散射信号的功率或者相位，对阅读器发射的载波进行调制后反向散射给阅读器，使阅读器接收到的标签反向散射信号是与阅读器本振信号完全同频的ASK（幅度调制）或者PSK（相位调制）调制信号。目前相当多的无源RFID阅读器的接收电路中采用零中频接收方案，对接收到的调制信号先进行解调，然后进行基带信号的放大。因此，无源RFID阅读器的接收电路只能对阅读器发射或者标签散射的信号接收并分析，并不能对阅读器进行接收性能的测试。

阅读器的接收性能是无源RFID系统性能中最基本、最重要的指标，因此，无源RFID系统进行通信的过程中需要对接收端设备进行灵敏度测试。传统方式中进行设备接收性能的测试，即进行无源设备接收灵敏度测试，通常是采用一个外部信号源作为发射源模拟发射机，根据系统的通信方式进行相同的频谱设定和调制方式并发送数据包，然后直接或间接发送到被测设备，被测设备对信号进行解调解码等接收信号处理。在误码率或者误帧率不超过某个指定的值时，最小的接收功率为接收灵敏度。

然而采用上述外加信号源进行灵敏度测试的方法，一方面，由于信号源的信号与阅读器信号之间有频差，并且RFID系统中的基带信号速率较低，信号源信号和阅读器信号之间的频差会恶化解调后的基带信号质量，从而影响接收性能测试的准确性。另一方面，使用外部信号源发射信号模拟标签反向散射信号，需要进行时钟同步。

发明内容

本发明的目的是提供一种无源射频识别系统接收性能测试装置，以解决现有技术中利用外部信号源进行接收性能灵敏度测试时，需要进行时钟同步，实现过程复杂，测试准确性不高的问题。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

本发明提供一种无源射频识别系统设备接收性能测试装置，该装置包括：

信号接收模块，用于接收无源被测设备发射的射频信号并输出；

信号生成模块，用于根据所述信号接收模块输出的所述射频信号生成性能测试所需的测试信号；

信号传送模块，用于将所述信号生成模块生成的测试信号传送给所述无源被测设备，由所述无源被测设备确定最小接收功率。

本发明提供的无源射频识别系统设备性能测试装置进行设备接收性能灵敏度测试时，由于利用无源被测设备发射的射频信号生成性能测试所需的测试信号，实现外部信号源的功能，无需进行时钟同步，实现过程简单，并提高了性能测试的准确性。

附图说明

图1为本发明实施例一提供的无源RFID系统设备接收性能测试的装置构成示意图；

图2为本发明实施例二提供的无源RFID系统设备接收性能测试的装置构成示意图；

图3为本发明实施例三提供的无源RFID系统设备接收性能测试的装置构成示意图。

具体实施方式

本发明提供了一种无源射频识别RFID系统设备接收性能的测试装置，该装置中，直接利用无源被测设备发射的射频信号生成性能测试所需的测试信号，利用该测试信号进行接收性能灵敏的测试，无需进行时钟同步。

本发明实施例一提供的无源RFID系统设备接收性能的测试装置结构示意图如图1所示，该装置包括：

信号接收模块10，用于接收无源被测设备发射的射频信号并输出。

信号生成模块11，用于根据所述信号接收模块输出的所述射频信号生成性能测试所需的测试信号。

信号传送模块12，用于将所述信号生成模块生成的测试信号传送给所述无源被测设备，由所述无源被测设备确定最小接收功率。

本发明实施例提供的上述无源RFID系统设备性能测试装置，直接利用无源被测设备发射的射频信号生成性能测试所需的测试信号，实现外部信号源的功能，因此，利用该装置进行设备接收性能灵敏度测试时无需进行时钟同步，实现过程简单，并且无需外加信号源，成本低廉。

本发明实施例二对上述实施例一提供的无源RFID设备接收性能测试装置的构成做更为详细的说明，该测试装置的构成示意图如图2所示。

信号接收模块10包括环形器101，环形器101的输入口接收无源被测设备发送的射频信号，并通过环形器101的输出口将该射频信号输出。

信号接收模块10中还可以设置衰减器对环形器101输出的射频信号进行功率衰减，使输出的射频信号功率更为接近灵敏测试所需的功率。优选的，本发明实施例中以具有信号隔离、分离和混合功能的定向耦合器为例进行说明。环形器101输出口输出的射频信号可以直接输入到定向耦合器102中进行信号的衰减，并且定向耦合器102的可以外接具有显示数值功能的仪器103，通过该仪器显示定向耦合器102耦合到的各部分射频信号的功率值。进一步的，定向耦合器102还需要外接负载104，用于吸收定向耦合器102的输出信号完成阻抗匹配。

优选的，可以在所述信号接收模块与所述信号生成模块之间设置一环形器13用于当后级电路驻波特性不好时，隔离所述信号生成模块反向散射的测试信号发射到环形器101中。

本发明实施例中，信号生成模块11包括数字电路110、电平转换电路111、射频开关112和调制子模块113，通过射频开关调制射频信号，具体的：

通过所述数字电路110生成性能测试所需测试信号对应的调制信号，并输入至所述电平转换电路；优选的可以通过FPGA（Field－Programmable GateArray，即现场可编程门阵列）生成所需的调制信号，该调制信号优选方形波。

电平转换电路111，根据所述调制信号进行高低电平的转换，将转换后的高低电平输入至所述射频开关112的控制端；

射频开关112，根据所述控制端的高低电平进行通断切换；射频开关的切换速度需要保证调制后波形的信号质量。

调制子模块113，根据所述射频开关112的通断状态将接收到的射频信号调制为测试信号。

优选的，上述生成测试信号的方法中，由于直接将射频信号调制为所需的测试信号，可以在射频信号传送至信号生成模块之前再次进行衰减处理，使调制出的测试信号功率更接近所需的接收功率，因此，本发明实施例中可以在环形器13与信号生成模块12之间连接一衰减器14。

信号模块11生成测试信号以后，将该测试信号输入至信号传送模块12，通过该信号传送模块12将该测试信号传送至无源被测设备，由无源被测设备对接收到的测试信号进行解调处理，并最终确定最小接收功率。优选的，测试信号可以通过信号接收模块10中的环形器101传送至无源被测设备，此时环形器101是右旋的，可以隔离接收到的发射信号和测试信号，并保证收发同频和双工。

优选的，由于生成的测试信号功率仍然比较高，因此为了提高测试准确性，可以再次对生成的测试信号进行功率的衰减，并控制接收功率的范围。

优选的，本发明实施例中传送模块12可以包括衰减器120和功率控制子模块121，具体的：

所述衰减器120，用于对所述信号生成模块生成的测试信号进行功率衰减，并将衰减后的测试信号输入至所述功率控制子模块121；

功率控制子模块121，用于控制接收到的所述衰减后的测试信号的功率值大于所述信号生成模块11反向散射的测试信号的功率值。

优选的，可以通过数控衰减器进行信号功率的控制，将信号功率控制在满足信号接收功率的动态范围内，该动态范围是根据整个环路的衰减以及无源被测设备发射的功率所决定的，但需要将功率控制子模块121输出的信号功率远远大于生成模块11反向散射信号的功率值。

假设环行器101的隔离度为A，定向耦合器102的耦合度为C，衰减器14的衰减为D1，衰减器120的衰减为D2，数控衰减器的最小衰减插损一般很小，可以忽略不计，最大衰减为Y。那么从无源被测设备到信号生成模块11的插损为C+D1，调制信号从信号生成模块11反向散射到环形器101的衰减为D1+C+A，从信号生成模块11经过传送模块12到环形器101的衰减为D2+Y，需要D1+C+A远远大于D2+Y。

数控衰减器的动态决定了无源被测设备接收功率的可调范围，为了保证测试的动态范围足够，可以使用多个数控衰减器来完成。

本发明实施例提供的上述无源RFID接收性能灵敏度测试的方法，通过耦合无源被测设备的信号进行调制衰减，提高了超高频无源射频识别接收设备的灵敏度测试准确性。并且本发明实施例中利用无源被测设备的发射信号生成测试信号，相比外加信号源进行灵敏度测试的方法具有结构简单，成本低的优点，并且避免了进行时钟同步时相位误差导致的测试结果不准确的缺陷。

本发明实施例三中提供的无源RFID系统设备接收性能测试装置中，利用现有无源RFID系统中标签芯片发射的应答信号作为所需的测试信号。优选的，本发明实施例中可以在信号生成模块11中设置环形器114，通过环形器114将所述射频信号发送给所述无源射频识别系统的标签芯片，并接收所述标签芯片对所述射频信号进行调制后反向散射的应答信号，将所述应答信号作为所述测试信号。因此，本发明实施例提供的无源RFID系统设备接收性能测试装置中可以包括实施例二中所提供的除生成模块以外的其他各部分，在此不再赘述，具体的本发明实施例中提供的无源RFID系统设备接收性能测试装置构成示意图如图3所示。

采用标签芯片与环形器生成测试信号的方式，无源被测设备需按照RFID协议发射清点信号，清点信号通过环形器114发送给所述无源射频识别系统的标签芯片，标签芯片反向散射生成应答信号后，通过环形器114输入到信号传送模块，该环形器114一方面可以隔离无源被测设备发射的清点信号与标签的应答信号，另一方面也避免了经过天线进行信号收发的不稳定性。

采用上述标签芯片与环形器进行测试信号生成的方式中，由于标签芯片的阻抗很高，可以达到几百欧，所以需要匹配电路完成电路的阻抗匹配。并且，标签芯片一般都存在启动功率的问题，所以输入标签芯片的功率最好大于-10dBm，从而保证标签芯片可以正常工作。

本发明实施例提供的上述利用环形器与标签芯片生成测试信号的无源RFID系统设备接收性能测试装置，通过将标签芯片反向散射射频信号的应答信号作为测试信号，仅需要在原有系统中添加一环形器，具有结构简单，实现简易的优点。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种无源射频识别系统设备接收性能测试装置，其特征在于，该装置包括：

信号接收模块，用于接收无源被测设备发射的射频信号并输出；

信号生成模块，用于根据所述信号接收模块输出的所述射频信号生成性能测试所需的测试信号；

信号传送模块，用于将所述信号生成模块生成的测试信号传送给所述无源被测设备，由所述无源被测设备确定最小接收功率；

其中，所述信号生成模块包括数字电路、电平转换电路、射频开关和调制子模块，具体的：

所述数字电路，用于生成性能测试所需测试信号对应的调制信号，并输入至所述电平转换电路；

所述电平转换电路，用于根据所述调制信号进行高低电平的转换，将转换后的高低电平输入至所述射频开关的控制端；

所述射频开关，用于根据所述控制端的高低电平进行通断切换；

所述调制子模块，用于根据所述射频开关的通断状态将接收的所述射频信号调制为测试信号。

2.如权利要求1所述的测试装置，其特征在于，所述信号生成模块包括：

第一环形器，用于将所述射频信号发送给所述无源射频识别系统的标签芯片，并接收所述标签芯片对所述射频信号进行调制后反向散射的应答信号，将所述应答信号作为所述测试信号。

3.如权利要求1或2所述的测试装置，其特征在于，所述信号接收模块包括第二环形器，具体的：

所述第二环形器与所述无源被测设备连接，用于接收并输出所述射频信号。

4.如权利要求3所述的测试装置，其特征在于，所述第二环形器还用于接收并输出所述信号传送模块传送的测试信号。

5.如权利要求3所述的测试装置，其特征在于，所述信号接收模块还包括一第一衰减器，具体的：

所述第一衰减器设置于所述第二环形器与所述信号生成模块之间，用于隔离所述射频信号的反射。

6.如权利要求5所述的测试装置，其特征在于，所述第一衰减器为定向耦合器。

7.如权利要求6所述的测试装置，其特征在于，所述定向耦合器外接具有显示数值功能的仪器，所述仪器用于显示所述定向耦合器耦合到的各部分射频信号的功率值。

8.如权利要求1所述的测试装置，其特征在于，该测试装置还包括第三环形器，具体的：

所述第三环形器设置于所述信号接收模块与所述信号生成模块之间，用于隔离所述信号生成模块反向散射的测试信号。

9.如权利要求1所述的测试装置，其特征在于，所述信号传送模块包括第二衰减器与功率控制子模块，具体的：

所述第二衰减器，用于对所述信号生成模块生成的测试信号进行功率衰减，并将衰减后的测试信号输入至所述功率控制子模块；

功率控制子模块，用于控制接收到的所述衰减后的测试信号的功率值大于所述信号生成模块反向散射的测试信号的功率值。

10.如权利要求9所述的测试装置，其特征在于，所述功率控制子模块包括至少一个数控衰减器，具体的：

所述至少一个数控衰减器将所述功率控制子模块接收的测试信号功率值控制在满足信号接收功率的动态范围内。