CN202513936U - 射频标签的测试装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种射频标签的测试装置，该装置包括：信号处理单元、天线、定向耦合器以及被测射频标签，定向耦合器用于隔离信号，天线用于接收和发送信号，其中，信号处理单元包括：中频信号处理模块、上变频模块和下变频模块，中频信号处理模块根据预定规则生成数字基带信号，并将数字基带信号转换为中频模拟信号，上变频模块将中频模拟信号转换为预定射频信号，射频标签根据接收的预定射频信号生成反馈射频信号，下变频模块将接收的反馈射频信号转换为中频模拟信号，中频信号处理模块将中频模拟信号转换为中频数字信号，并根据中频数字信号检测被测射频标签性能。通过本实用新型，可以提高射频标签测试的有效性和稳定性。

Description

射频标签的测试装置

技术领域

本实用新型涉及射频识别技术领域，具体地，涉及一种射频标签的测试装置。

背景技术

传统的电能计量设备大多采用非接触式IC卡技术实现，但是随着射频识别(Radio Frequency Identification，简称为RFID)技术的发展，将射频识别技术应用于电能计量设备已成为电能计量设备发展的趋势。

而随着射频识别电能计量设备的广泛应用，RFID检测技术是RFID应用的关键技术之一。RFID测试技术分为：针对设备性能的RFID系统测试、及针对应用效果的RFID应用测试。其中，RFID系统测试是为了确保RFID项目的成功实施，通过第三方测试机构对RFID标签、读写器、天线、中间件等。RFID应用测试则是在现场部署前利用现场环境对系统的构架和设备性能进行的验证性测试，以验证系统设备受到环境因素影响的显著性，并根据环境对RFID系统进行优化，降低RFID部署的实施风险，测试对象是环境因素影响下的RFID系统。对于电能计量设备用RFID标签，主要需要进行RFID系统测试。

尽管目前已有不少针对RFID设备的测试方法，但是大多在测试原理、测试方法、测试系统和数据处理等方面存在不足，造成这些测试方法的使用范围具有很大的局限性，难以获得广泛的认可。

也就是说，目前的RFID设备的测试技术存在有效性和稳定性差的问题。

实用新型内容

本实用新型实施例的主要目的在于提供一种射频标签的测试装置，以解决现有技术中的RFID设备的测试技术有效性和稳定性差的问题。

为了实现上述目的，本实用新型实施例提供一种射频标签的测试装置，所述装置包括：信号处理单元、天线、定向耦合器以及被测射频标签，信号处理单元与所述定向耦合器连接，所述定向耦合器与所述天线连接，所述天线与所述被测射频标签进行信号通信，所述定向耦合器用于隔离信号，所述天线用于接收和发送信号，其中，所述信号处理单元包括：中频信号处理模块、上变频模块和下变频模块，所述中频信号处理模块根据预定规则生成数字基带信号，并将所述数字基带信号转换为中频模拟信号，所述上变频模块将所述中频模拟信号转换为预定射频信号，所述射频标签根据接收的所述预定射频信号生成反馈射频信号，所述下变频模块将接收的所述反馈射频信号转换为中频模拟信号，所述中频信号处理模块将所述中频模拟信号转换中频数字信号，并根据所述中频数字信号检测被测射频标签性能。

具体地，所述的中频信号处理模块包括：D/A变换器、A/D变换器以及数字信号处理子模块，其中，所述数字信号处理子模块用于根据预定规则生成数字基带信号、以及根据所述中频数字信号检测所述被测射频标签性能。

上述数字信号处理子单元包括：参考时钟、波形存储电路、中心数字逻辑处理电路、鉴相器和输入输出接口，其中，所述的参考时钟、波形存储电路分别与所述的中心数字逻辑处理电路连接，所述的中心数字逻辑处理电路与所述的鉴相器连接，所述的鉴相器与所述的输入输出接口连接，所述输入输出接口接收所述中频数字信号并发送至所述鉴相器进行信号相位识别，所述鉴相器对所述中频数字信号进行数字码元信息位识别并输出第一信号到所述中心数字逻辑处理电路，所述中心数字逻辑处理电路判断所述第一信号是否准确，并将判断结果输出到所述波形存储电路，以根据所述判断结果检测所述被测射频标签的性能；

所述中心数字逻辑处理电路从所述波形存储电路中获取预定发生波形的数字信息，生成第二信号并发送到所述鉴相器调整所述第二信号相位，并将调整后的输出信号输出到所述输入输出接口模块形成所述数字基带信号。

上述的装置还包括：一维直线导轨，所述天线与所述被测射频标签设置在所述一维直线导轨上，所述一维直线导轨上控制所述天线和被测射频标签之间的距离。

该一维直线导轨为可编程控制一维直线导轨。

上述的装置还包括：滑块，设置在所述一维直线导轨上，所述被测射频标签设置在所述滑块上。

上述的天线和被测射频标签设置于全电波暗室中。

上述的天线为全向喇叭口天线。

借助上述技术方案至少之一，通过上变频模块将中频模拟信号转换为多种频段的射频信号，能够模拟出不同频率、不同协议的RFID读写器信号用于测试射频标签，从而可以提高射频标签测试的有效性和稳定性。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是根据本实用新型实施例的射频标签测试装置的结构框图；

图2是根据本实用新型实施例的信号处理单元1的结构框图；

图3是根据本实用新型实施例的中频信号处理模块11的结构框图；

图4是根据本实用新型实施例的数字信号处理子单元的结构框图；

图5是根据本实用新型实施例的射频标签测试装置的示意图；

图6是根据本实用新型实施例的测试装置的测试流程图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

由于现有技术中的RFID设备的测试技术在有效性和稳定性上都较差，因此需要设计一种专门针对电能计量设备用射频识别标签的测试方案，基于此，本实用新型实施例提供一种射频标签的测试装置，以解决上述问题。以下结合附图对本实用新型进行详细说明。

图1是根据本实用新型实施例的射频标签测试装置的结构框图，如图1所示，该装置包括：信号处理单元1、天线2、定向耦合器3以及被测射频标签4，信号处理单元与定向耦合器连接，定向耦合器与天线连接，天线与被测射频标签进行信号通信，定向耦合器用于隔离信号，天线用于接收和发送信号。

如图2所示，信号处理单元1包括：中频信号处理模块11、上变频模块12和下变频模块13，中频信号处理模块根据预定规则生成数字基带信号，并将数字基带信号转换为中频模拟信号发送给上变频模块，上变频模块将中频模拟信号转换为预定射频信号并发送给定向耦合器，定向耦合器将预定射频信号发送给天线，并由天线将该预定射频信号发送给射频标签，射频标签根据接收的预定射频信号生成反馈射频信号并发送给天线，经由定向耦合器后，下变频模块接收反馈射频信号，并将反馈射频信号转换为中频模拟信号，然后该中频模拟信号由中频信号处理模块转换为中频数字信号，中频信号处理模块再根据中频数字信号检测被测射频标签性能。

由于上变频模块可以将中频模拟信号转换为多种频段的射频信号，因此，该测试装置能够模拟出不同频率、不同协议的RFID读写器信号用于测试射频标签，从而可以提高射频标签测试的有效性和稳定性。

如图3所示，中频信号处理模块11具体包括：D/A变换器111、A/D变换器112以及数字信号处理子模块113，其中，数字信号处理子模块用于根据预定规则生成数字基带信号、以及根据中频数字信号检测被测射频标签性能。

如图4所示，数字信号处理子单元113包括：输入输出接口模块1131、鉴相器模块1132、中心数字逻辑处理电路1133、参考时钟单元1134、波形存储电路1135，其中，参考时钟、波形存储电路分别与中心数字逻辑处理电路连接，中心数字逻辑处理电路与鉴相器连接，鉴相器与输入输出接口连接。

数字信号处理子单元的工作原理是：输入输出接口接收中频数字信号并发送至鉴相器进行信号相位识别，鉴相器对中频数字信号进行数字码元信息位识别并输出第一信号到中心数字逻辑处理电路，中心数字逻辑处理电路判断第一信号是否准确，并将判断结果输出到波形存储电路，以根据判断结果检测被测射频标签的性能。同时，中心数字逻辑处理电路从波形存储电路中获取预定发生波形的数字信息，生成第二信号并发送到鉴相器调整第二信号相位，并将调整后的输出信号输出到输入输出接口模块形成数字基带信号。

在实际操作中，数字信号处理子单元采用大规模集成电路和嵌入式设计，上述参考时钟单元提供波形发生和数字信号处理所需的基准时钟脉冲；波形存储电路采用FLASH-ROM非易失性存储器设计，用于保存预定发生波形的数字信息；鉴相器模块用于对输入信号的相位特征进行判断，识别输入信号码型，同时根据基准时钟调整输出信号相位；中心数字逻辑处理电路是数字信号处理子单元的核心，控制波形发生，并对输入信号进行识别，判读信号是否准确；输入输出接口模块用于转换数字波形信号的频率和幅值，实现对外连接。

在实际操作中，模拟信号先通过中频信号处理模块产生符合标准编码和调制规则的数字基带信号，再将该信号通过D/A变换器转换为中频模拟信号，最后通过上变频模块(上变频器)将中频信号变频到指定的射频信号。这种方法的优势在于可以通过优化配置实现不同的信号格式、编码方式、调制方式的信号，采用的上变频器可将中频信号变频到几百kHz到几GHz的射频信号，涵盖了从高频到超高频的RFID常用频段，上变频器的具体频率选取可以根据实际测试情况而定。从而，该测试装置可以模拟出不同频率、不同协议的RFID读写器信号用来测试射频标签。

优选地，上述的天线为全向喇叭口天线，采用全向喇叭口天线可以更有效地进行信号的发送和接收，有益于测试结果的准确性和有效性。

上述装置还包括一维直线导轨，天线与被测射频标签设置在一维直线导轨上，一维直线导轨上控制天线和被测射频标签之间的距离。在具体实施时，一维直线导轨可以为可编程控制一维直线导轨。

在一维直线导轨可以设置滑块，被测射频标签设置在该滑块上。

在测试不同环境中的性能时，测试场地可以选为全电波暗室或开阔场。例如，如图5所示，将天线和被测射频标签设置于全电波暗室中。其中，信号处理单元包括：上下变频模块、中频收发器、AD转换模块、DA转换模块、调制解调模块、数字信号处理子单元以及基准时钟。

图6是测试装置的测试流程图，如图6所示，该流程包括：

步骤601，设定信号处理单元转换信号的发射频率；

步骤602，设定信号处理单元接收信号的中心频率，与当前发射频率一致；

步骤603，一维直线导轨上的滑块运动到初始位置，即，射频标签位于初始位置；

步骤604，输出模拟的读写器Query信号，用于激励RFID标签产生响应信号；

步骤605，对接收的来自射频标签的反馈信号进行解调分析；

步骤606，记录标签反向散射信号强度；

步骤607，滑块运动到下一位置；

步骤608，判断滑块是否超出预设的运动范围，如果否，则进行步骤604，否则，测试结束。

以下以ISO/IEC 18000-6C标准为例，给出具体的测试步骤：

(一)标签灵敏度测试

1.识别磁场强度阈值

测试的目的是确定识别标签的磁场强度的阈值电平。标签需要能量工作，能量由磁场提供。识别磁场强度阈值HTHR Identification是允许识别标签的最小电场强度。测试步骤如下：

①上变频模块的发射频率设置为要求的工作频率(860MHz～960MHz，5MHz步进)；

②发射信号的能量应设置为低于识别磁场强度阈值，如-40dB；

③标签放置在测试环境中；

④用信号处理单元持续地发送一个Inventory命令，幅度应在每次发送后增加，直到标签返回完整的UII(Unique Item ID)(UII响应用测试天线测试)；

⑤检查数据传输(标签响应应该符合ISO/IEC 18000-6C)；

⑥标签从测试环境中移去，并在标签位置放入校准线圈；

⑦用校准线圈电压计算识别磁场强度阈值HTHR Identification；

对所有标签进行测试，识别磁场强度阈值应是所有标签测试的磁场强度H的最大值。

2.读磁场强度阈值

测试目的是确定允许标签读的磁场强度阈值水平。为了成功地读到标签数据，命令需要正确地传输，提供足够的能量读取标签。读磁场强度阈值HTHRRead是允许标签读的最小磁场强度。测试步骤如下：

在一个固定的频率上，产生的磁场强度从0变化直到读取一块用户存储区成为可能。应该在第一块和最后一块存储区上用单块命令进行读取。在此之前，所有的用户存储区应该用同样的数量的1和0统一分布排列(即用4个字节0x5A、0x3C、0x0F、0xF0表示的二进制位填充所有存储区)。

①上变频模块的发射频率设置为要求的工作频率(860MHz～960MHz，5MHz步进)；

②发射信号的能量设置为低于识别磁场强度阈值，如-40dB；

③标签放置在测试环境中；

④用信号处理单元持续地发送一个读命令，幅度应在每次发送后增加，直到标签返回完整的UII(Unique Item ID)；

⑤检查数据传输(标签响应应该符合ISO/IEC 18000-6C)；

⑥标签从测试环境中移去，并在标签位置放入校准线圈；

⑦用校准线圈电压计算识别磁场强度阈值HTHR Read；

对所有标签进行测试，读磁场强度阈值应是所有标签测试的磁场强度H的最大值。

3.写磁场强度阈值

测试目的是确定允许标签写的磁场强度阈值水平。为了成功地向标签写入数据，在访问存储区是需要提供足够的能量。写磁场强度阈值HTHR Write是允许标签写的最小磁场强度。测试步骤如下：

①上变频模块的发射频率设置为要求的工作频率(860MHz～960MHz，5MHz步进)；

②发射信号的能量应设置为低于识别磁场强度阈值，如-40dB；

③标签放置在测试环境中；

④唯一确定一个标签，用信号处理单元持续地发送写入UII存储区的第一个可写字的命令，幅度应该在每次发送后增加，直到标签返回响应；

⑤标签从测试环境中移去，并在标签位置放入校准线圈；

⑥用校准线圈电压计算识别磁场强度阈值HTHR Write；

对所有的标签进行测试。写磁场强度阈值应是所有标签测试的磁场强度H的最大值。

(二)标签在不同距离时标签的射频性能测试

测试过程中，改变的参数只有测试标签与发射天线之间的距离，即测试的输入自变量为一维直线导轨滑块的相对运行距离distance。初始值为距离发射天线30cm的位置，输出因变量是测试标签的BSS(反向散射强度)测量值。

测试流程可以参考图5，测试步骤如下：

①上变频模块的发射频率设置为要求的工作频率(860MHz～960MHz)；

②下变频模块的接收中心频率与上变频模块相同；

③通过设置一维直线导轨滑块的位置设置射频标签的位置；

④发送Qurey信号，激活射频标签产生响应；

⑤检查数据传输(标签响应应该符合ISO/IEC 18000-6C)；

⑥如反射信号符合标准，记录标签的反向散射信号强度。

⑦移动一维直线导轨滑块的位置，重复步骤④到⑥，直到超出导轨的滑动范围。

通过上述测试装置的测试，能够对射频标签的应用层协议、编码规则以及应用场景等性能进行快速、有效、智能的测试。

综上所述，本实用新型实施例的测试装置，能够模拟和接收不同协议、不同频率的射频信号，通过搭建不同的测试环境，使其能够实现在不同介质、不同材料、不同磁场、不同速度、不同距离、不同障碍等条件下的射频标签性能测试，并能够实现射频标签灵敏度、应用层协议、编码规则等性能测试，提高了测试结果的稳定性和有效性。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分步骤可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，比如ROM/RAM、磁碟、光盘等。

以上所述的具体实施例，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施例而已，并不用于限定本实用新型的保护范围，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、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 (8)

1.一种射频标签的测试装置，其特征在于，所述的装置包括：信号处理单元、天线、定向耦合器以及被测射频标签，

信号处理单元与所述定向耦合器连接，所述定向耦合器与所述天线连接，所述定向耦合器用于隔离信号，所述天线用于接收和发送信号，所述天线与所述被测射频标签进行信号通信，其中，

所述信号处理单元包括：中频信号处理模块、上变频模块和下变频模块，

所述中频信号处理模块根据预定规则生成数字基带信号，并将所述数字基带信号转换为中频模拟信号，所述上变频模块将所述中频模拟信号转换为预定射频信号，所述射频标签根据接收的所述预定射频信号生成反馈射频信号，所述下变频模块将接收的所述反馈射频信号转换为中频模拟信号，所述中频信号处理模块将所述中频模拟信号转换为中频数字信号，并根据所述中频数字信号检测被测射频标签性能。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述的中频信号处理模块包括：

D/A变换器、A/D变换器以及数字信号处理子模块，其中，所述数字信号处理子模块用于根据预定规则生成数字基带信号、以及根据所述中频数字信号检测所述被测射频标签性能。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述数字信号处理子单元包括：参考时钟、波形存储电路、中心数字逻辑处理电路、鉴相器和输入输出接口，其中，

所述的参考时钟、波形存储电路分别与所述的中心数字逻辑处理电路连接，所述的中心数字逻辑处理电路与所述的鉴相器连接，所述的鉴相器与所述的输入输出接口连接，

所述输入输出接口接收所述中频数字信号并发送至所述鉴相器进行信号相位识别，所述鉴相器对所述中频数字信号进行数字码元信息位识别并输出第一信号到所述中心数字逻辑处理电路，所述中心数字逻辑处理电路判断所述第一信号是否准确，并将判断结果输出到所述波形存储电路，以根据所述判断结果检测所述被测射频标签的性能；

所述中心数字逻辑处理电路从所述波形存储电路中获取预定发生波形的数字信息，生成第二信号并发送到所述鉴相器调整所述第二信号相位，并将调整后的输出信号输出到所述输入输出接口模块形成所述数字基带信号。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述的装置还包括：

一维直线导轨，所述天线与所述被测射频标签设置在所述一维直线导轨上，所述一维直线导轨上控制所述天线和被测射频标签之间的距离。

5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述的一维直线导轨为可编程控制一维直线导轨。

6.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述的装置还包括：滑块，设置在所述一维直线导轨上，所述被测射频标签设置在所述滑块上。

7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述的天线和被测射频标签设置于全电波暗室中。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的装置，其特征在于，所述的天线为全向喇叭口天线。

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