CN109444547B - 基于二端口网络的rfid芯片阻抗测量方法及装置 - Google Patents

基于二端口网络的rfid芯片阻抗测量方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于二端口网络的RFID芯片阻抗测量方法及装置，RFID芯片阻抗测量方法包括如下步骤：制作二端口微带线电路板，其中，二端口微带线电路板包括直通微带线电路板以及与直通微带线电路板等长度的带被测物的微带线电路板；校准矢量网络分析仪；测试直通微带线电路板的S参数；测试带被测物的微带线电路板的S参数；基于直通微带线电路板的S参数得到针对直通微带线电路板的第一传输矩阵；基于带被测物的微带线电路板的S参数得到针对带被测物的微带线电路板的第二传输矩阵；基于第一传输矩阵以及第二传输矩阵，计算T矩阵；以及基于T矩阵，计算RFID芯片阻抗。本发明的RFID芯片阻抗测量方法的测量结果更精准，且算法相对简单。

Description

基于二端口网络的RFID芯片阻抗测量方法及装置
技术领域
本发明属于无线通信技术领域，涉及一种基于二端口网络的RFID芯片阻抗测量方法及装置。
背景技术
RFID芯片和天线阻抗共轭匹配时可以达到最远的读写距离，因此需要在设计天线之前首先测量出芯片阻抗，然后根据测量结果设计天线阻抗。通常有两种方法测试芯片阻抗，第一种为单端口网络去嵌入法，第二种为TRL去嵌入法。第一种为单端口网络去嵌入法，首先获得测试板的S参数，得到整体的S参数后，采用矩阵运算将测试板的S参数去除，此测试算法，可以采用经典的微波网络S参数进行推导，计算出芯片的阻抗值。第二种为TRL去嵌入法，首先测试直通，传输，反射，待测物板的S参数，再通过复杂的TRL算法将测试板的误差项进行修正，最后计算出待测芯片的阻抗。现有技术的问题在于：第一种单端口网络去嵌入法，测试端口是非对称的，而芯片端口是对称的，当非对称的端口直接连接对称的端口时，涉及到平衡-非平衡转化，造成结果不够准确。第二种TRL去嵌入法，需要制作四个校准电路板，在使用测试的四组S参数进行误差修正时，其算法本身过于复杂，对人员要求过高。
公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于二端口网络的RFID芯片阻抗测量方法，其能够从理论上避免了平衡-非平衡的转化问题，测量结果更精准。
本发明的另一目的在于提供一种基于二端口网络的RFID芯片阻抗测量装置。
为实现上述目的，本发明提供了一种基于二端口网络的RFID芯片阻抗测量方法，包括如下步骤：制作二端口微带线电路板，其中，二端口微带线电路板包括直通微带线电路板以及与直通微带线电路板等长度的带被测物的微带线电路板；校准矢量网络分析仪；测试直通微带线电路板的S参数；测试带被测物的微带线电路板的S参数；基于直通微带线电路板的S参数得到针对直通微带线电路板的第一传输矩阵；基于带被测物的微带线电路板的S参数得到针对带被测物的微带线电路板的第二传输矩阵；基于第一传输矩阵以及第二传输矩阵，计算T矩阵；以及基于T矩阵，计算RFID芯片阻抗。
在一优选实施方式中，其中，基于直通微带线电路板的S参数得到针对直通微带线电路板的第一传输矩阵是根据如下公式进行的：
Figure BDA0001876299390000021
其中，
Figure BDA0001876299390000022
是第一传输矩阵，S11、S12、S21以及S22是直通微带线电路板的S参数，Z0是微带线的特征阻抗。
在一优选实施方式中，基于带被测物的微带线电路板的S参数得到针对带被测物的微带线电路板的第二传输矩阵是根据如下公式进行的：
Figure BDA0001876299390000023
其中，
Figure BDA0001876299390000031
是第二传输矩阵，S′11、S′12、S′21以及S′22是带被测物的微带线电路板的S参数，Z0是微带线的特征阻抗。
在一优选实施方式中，基于第一传输矩阵以及第二传输矩阵，计算T矩阵是根据如下公式进行的：
Figure BDA0001876299390000033
在一优选实施方式中，基于T矩阵，计算RFID芯片阻抗是根据如下公式进行的：
Figure BDA0001876299390000032
本发明还提供了一种基于二端口网络的RFID芯片阻抗测量装置，包括：用于校准矢量网络分析仪的单元；用于测试直通微带线电路板的S参数的单元；用于测试带被测物的微带线电路板的S参数的单元；用于基于直通微带线电路板的S参数得到针对直通微带线电路板的第一传输矩阵的单元；用于基于带被测物的微带线电路板的S参数得到针对带被测物的微带线电路板的第二传输矩阵的单元；用于基于第一传输矩阵以及第二传输矩阵，计算T矩阵的单元；用于基于T矩阵，计算RFID芯片阻抗的单元；其中，直通微带线电路板以及带被测物的微带线电路板是被预先制作的，并且其中，带被测物的微带线电路板与直通微带线电路板长度相等。
在一优选实施方式中，其中，基于直通微带线电路板的S参数得到针对直通微带线电路板的第一传输矩阵是根据如下公式进行的：
Figure BDA0001876299390000041
其中，
Figure BDA0001876299390000042
是第一传输矩阵，S11、S12、S21以及S22是直通微带线电路板的S参数，Z0是微带线的特征阻抗。
在一优选实施方式中，基于带被测物的微带线电路板的S参数得到针对带被测物的微带线电路板的第二传输矩阵是根据如下公式进行的：
Figure BDA0001876299390000043
其中，
Figure BDA0001876299390000047
是第二传输矩阵，S′11、S′12、S′21以及S′22是带被测物的微带线电路板的S参数，Z0是微带线的特征阻抗。
在一优选实施方式中，基于第一传输矩阵以及第二传输矩阵，计算T矩阵是根据如下公式进行的：
Figure BDA0001876299390000045
在一优选实施方式中，基于T矩阵，计算RFID芯片阻抗是根据如下公式进行的：
Figure BDA0001876299390000046
与现有技术相比，本发明的基于二端口网络的RFID芯片阻抗测量方法及装置具有如下有益效果：与单端去嵌入法相比，本发明的技术从理论上避免了平衡-非平衡的转化问题，测量结果更精准。与TRL算法相比，本技术算法相对简单，对人员要求相对较低，方便理解，并且所需的微带电路板少于TRL，方便加工制作，显著提高了工作效率。
附图说明
图1是根据本发明的基于二端口网络的RFID芯片阻抗测量方法流程图；
图2是根据本发明的直通微带线电路板的结构示意图；
图3是根据本发明的带被测物的微带线电路板的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。
除非另有其它明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其它元件或其它组成部分。
如图1所示，本发明优选实施方式的基于二端口网络的RFID芯片阻抗测量方法包括如下步骤：
步骤101：制作二端口微带线电路板，其中，所述二端口微带线电路板包括直通微带线电路板以及与所述直通微带线电路板等长度的带被测物的微带线电路板；
步骤102：校准矢量网络分析仪；
步骤103：测试所述直通微带线电路板的S参数；
步骤104：测试所述带被测物的微带线电路板的S参数；
步骤105：基于所述直通微带线电路板的S参数得到针对所述直通微带线电路板的第一传输矩阵；
步骤106：基于所述带被测物的微带线电路板的S参数得到针对所述带被测物的微带线电路板的第二传输矩阵；
步骤107：基于所述第一传输矩阵以及所述第二传输矩阵，计算T矩阵；以及
步骤108：基于所述T矩阵，计算RFID芯片阻抗。
图2是根据本发明的直通微带线电路板的结构示意图；图3是根据本发明的带被测物的微带线电路板的结构示意图。如图2-3所示，直通微带线电路板包括微带线201，带被测物的微带线电路板包括微带线301和被测物体302。
在一优选实施方式中，其中，基于直通微带线电路板的S参数得到针对直通微带线电路板的第一传输矩阵是根据如下公式进行的：
Figure BDA0001876299390000061
其中，
Figure BDA0001876299390000062
是第一传输矩阵，S11、S12、S21以及S22是直通微带线电路板的S参数，Z0是微带线的特征阻抗。
在一优选实施方式中，基于带被测物的微带线电路板的S参数得到针对带被测物的微带线电路板的第二传输矩阵是根据如下公式进行的：
Figure BDA0001876299390000063
其中，
Figure BDA0001876299390000075
是第二传输矩阵，S′11、S′12、S′21以及S′22是带被测物的微带线电路板的S参数，Z0是微带线的特征阻抗。
在一优选实施方式中，基于第一传输矩阵以及第二传输矩阵，计算T矩阵是根据如下公式进行的：
Figure BDA0001876299390000072
在一优选实施方式中，基于T矩阵，计算RFID芯片阻抗是根据如下公式进行的：
Figure BDA0001876299390000073
本发明还提供了一种基于二端口网络的RFID芯片阻抗测量装置，包括：用于校准矢量网络分析仪的单元；用于测试直通微带线电路板的S参数的单元；用于测试带被测物的微带线电路板的S参数的单元；用于基于直通微带线电路板的S参数得到针对直通微带线电路板的第一传输矩阵的单元；用于基于带被测物的微带线电路板的S参数得到针对带被测物的微带线电路板的第二传输矩阵的单元；用于基于第一传输矩阵以及第二传输矩阵，计算T矩阵的单元；用于基于T矩阵，计算RFID芯片阻抗的单元；其中，直通微带线电路板以及带被测物的微带线电路板是被预先制作的，并且其中，带被测物的微带线电路板与直通微带线电路板长度相等。
在一优选实施方式中，其中，基于直通微带线电路板的S参数得到针对直通微带线电路板的第一传输矩阵是根据如下公式进行的：
Figure BDA0001876299390000074
其中，
Figure BDA0001876299390000081
是第一传输矩阵，S11、S12、S21以及S22是直通微带线电路板的S参数，Z0是微带线的特征阻抗。
在一优选实施方式中，基于带被测物的微带线电路板的S参数得到针对带被测物的微带线电路板的第二传输矩阵是根据如下公式进行的：
Figure BDA0001876299390000082
其中，
Figure BDA0001876299390000086
是第二传输矩阵，S′11、S′12、S′21以及S′22是带被测物的微带线电路板的S参数，Z0是微带线的特征阻抗。
在一优选实施方式中，基于第一传输矩阵以及第二传输矩阵，计算T矩阵是根据如下公式进行的：
Figure BDA0001876299390000084
在一优选实施方式中，基于T矩阵，计算RFID芯片阻抗是根据如下公式进行的：
Figure BDA0001876299390000085
综上所述，本发明的基于二端口网络的RFID芯片阻抗测量方法及装置，既解决了单端口网络去嵌入法中的平衡-非平衡转化问题，又解决了TRL去嵌入法算法过于复杂、对人员要求过高的问题。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。

Claims (8)

1.一种基于二端口网络的RFID芯片阻抗测量方法，其特征在于，所述基于二端口网络的RFID芯片阻抗测量方法包括如下步骤：
制作二端口微带线电路板，其中，所述二端口微带线电路板包括直通微带线电路板以及与所述直通微带线电路板等长度的带被测物的微带线电路板；
校准矢量网络分析仪；
测试所述直通微带线电路板的S参数；
测试所述带被测物的微带线电路板的S参数；
基于所述直通微带线电路板的S参数得到针对所述直通微带线电路板的第一传输矩阵；
基于所述带被测物的微带线电路板的S参数得到针对所述带被测物的微带线电路板的第二传输矩阵；
基于所述第一传输矩阵以及所述第二传输矩阵，计算T矩阵；以及
基于所述T矩阵，计算RFID芯片阻抗，
其中，基于所述直通微带线电路板的S参数得到针对所述直通微带线电路板的第一传输矩阵是根据如下公式进行的：
Figure FDA0002761990380000011
其中，
Figure FDA0002761990380000021
是第一传输矩阵，S11、S12、S21以及S22是所述直通微带线电路板的S参数，Z0是微带线的特征阻抗。
2.如权利要求1所述的基于二端口网络的RFID芯片阻抗测量方法，其特征在于，基于所述带被测物的微带线电路板的S参数得到针对所述带被测物的微带线电路板的第二传输矩阵是根据如下公式进行的：
Figure FDA0002761990380000022
其中，
Figure FDA0002761990380000023
是第二传输矩阵，S′11、S′12、S′21以及S′22是所述带被测物的微带线电路板的S参数，Z0是微带线的特征阻抗。
3.如权利要求2所述的基于二端口网络的RFID芯片阻抗测量方法，其特征在于，基于所述第一传输矩阵以及所述第二传输矩阵，计算T矩阵是根据如下公式进行的：
Figure FDA0002761990380000024
4.如权利要求3所述的基于二端口网络的RFID芯片阻抗测量方法，其特征在于：基于所述T矩阵，计算RFID芯片阻抗是根据如下公式进行的：
Figure FDA0002761990380000025
5.一种基于二端口网络的RFID芯片阻抗测量装置，其特征在于，所述基于二端口网络的RFID芯片阻抗测量装置包括：
用于校准矢量网络分析仪的单元；
用于测试直通微带线电路板的S参数的单元；
用于测试带被测物的微带线电路板的S参数的单元；
用于基于所述直通微带线电路板的S参数得到针对所述直通微带线电路板的第一传输矩阵的单元；
用于基于所述带被测物的微带线电路板的S参数得到针对所述带被测物的微带线电路板的第二传输矩阵的单元；
用于基于所述第一传输矩阵以及所述第二传输矩阵，计算T矩阵的单元；以及
用于基于所述T矩阵，计算RFID芯片阻抗的单元；
其中，所述直通微带线电路板以及所述带被测物的微带线电路板是被预先制作的，并且其中，所述带被测物的微带线电路板与所述直通微带线电路板长度相等，其中，基于所述直通微带线电路板的S参数得到针对所述直通微带线电路板的第一传输矩阵是根据如下公式进行的：
Figure FDA0002761990380000031
其中，
Figure FDA0002761990380000032
是第一传输矩阵，S11、S12、S21以及S22是所述直通微带线电路板的S参数，Z0是微带线的特征阻抗。
6.如权利要求5所述的基于二端口网络的RFID芯片阻抗测量装置，其特征在于，基于所述带被测物的微带线电路板的S参数得到针对所述带被测物的微带线电路板的第二传输矩阵是根据如下公式进行的：
Figure FDA0002761990380000041
其中，
Figure FDA0002761990380000042
是第二传输矩阵，S′11、S′12、S′21以及S′22是所述带被测物的微带线电路板的S参数，Z0是微带线的特征阻抗。
7.如权利要求6所述的基于二端口网络的RFID芯片阻抗测量装置，其特征在于，基于所述第一传输矩阵以及所述第二传输矩阵，计算T矩阵是根据如下公式进行的：
Figure FDA0002761990380000043
8.如权利要求7所述的基于二端口网络的RFID芯片阻抗测量装置，其特征在于，基于所述T矩阵，计算RFID芯片阻抗是根据如下公式进行的：
Figure FDA0002761990380000044
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