CN202120290U - 一种无源标签的测试系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种无源标签的测试系统。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。本实用新型能降低对于测试场地的大小的要求。

Description

一种无源标签的测试系统

技术领域

本实用新型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。

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

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种无源标签的测试系统，能降低对于测试场地的大小的要求。

本实用新型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。

本实用新型的有益效果是：本实用新型中，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，本实用新型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，本实用新型还可以做如下改进：

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。

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为本实用新型提供的无源标签的测试系统的结构图。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本实用新型，并非用于限定本实用新型的范围。

图2为本实用新型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(Ultra High Frequency，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，因而本实用新型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实用新型的一个实施例，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，即在本实用新型的保护范围之内。

值得指出的是，本实用新型中，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。

本实用新型中，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实用新型的要求。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，本实用新型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P_R、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P_R之间有一定的数量关系，即EIRP＝P_RG_RL_R，其中，G_R为读写天线201的增益，L_R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G_L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L_L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L_L损耗的反射信号提供G_L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P_R、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L_R、读写天线的增益G_R、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G_C)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，本实用新型中，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，本实用新型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，本实用新型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，本实用新型中，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，本实用新型可将无源标签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。

本实用新型对于读写天线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，本实用新型对于读写天线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。从而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，本实用新型具有以下优点：

(1)本实用新型中，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，本实用新型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)本实用新型中，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)本实用新型除了可以利用测试系统进行无源标签的性能测试之外，还可以利用频谱仪对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)利用本实用新型，可在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。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

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。

5.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。

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。

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。

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