专利名称：一种rfid标签介质影响的基准测试系统及方法
技术领域：
本发明涉及射频识别技术的测试领域技术领域，尤其涉及一种对RFID标签介质 影响进行测试的系统及方法。
背景技术：
RFID全称为射频识别(Radio Frequency Identif ication)，是一种利用射频技 术实现的非接触式自动识别技术。RFID标签具有体积小、读写速度快、形状多样、使用寿命 长、可重复使用、存储容量大、能穿透非导电性材料等特点，结合RFID读写器可以实现多目 标识别和移动目标识别，进一步通过与互联网技术的结合还可以实现全球范围内物品的跟 踪与信息的共享。RFID技术应用于物流、制造、公共信息服务等行业，可大幅提高管理与运 作效率，降低成本。RFID技术目前已经成为IT领域的热点，众多机构和企业都在大力推广这种技术。 随着RFID技术飞速发展，相关产品的生产厂家逐渐增多，RFID标签的品种也已经上升到数 百种，并且还在不断推出新的产品。为了在繁多的RFID标签中选择最能够满足使用者需求 的产品，就需要对RFID产品的性能指标进行专门的测试，由于不同RFID应用的场景不同， 标签介质也会有很大变化，因此RFID标签介质影响是RFID标签产品的重要性能指标之一。 RFID标签介质影响是指对于同一款电子标签，由于应用介质不同而造成的标签性能差异， 这种差异体现为标签反向散射信号变化，包括增强和减弱。由于RFID标签会受到其它介质影响从而产生谐振频率漂移，因此RFID标签的性 能与其周围的介质材料有关。理论研究已验证了 2. 45GHz的RFID标签天线受环境影响情 况，塑料瓶水、玻璃瓶水、金属罐头瓶水均改变了标签天线的谐振频率，同时介质与标签天 线之间的距离也是一个关键因素，介质距离标签天线越近，对标签天线的谐振频率影响越 大。在距离小于5cm时，塑料瓶水和玻璃瓶水均导致天线的谐振频率向低端偏移；而金属罐 头瓶水在0. 3cm以内严重影响天线的匹配性能，导致天线不工作，当距离逐渐增加时，天线 的匹配性逐渐改善，距离超过3cm时，天线的谐振频率向高端偏移；当介质距离天线的位置 超过5cm时，对天线性能影响不大。为了尽量降低应用中RFID标签周围的介质对天线谐振 频率的影响，有必要测量每一款RFID标签产品的介质影响程度以获得该产品在不同介质、 不同距离下的性能表现。基准测试的目的是通过设计合理的测试方法、测试流程和测试工具对一类测试对 象的某项性能指标进行测试，并且保证测试取得的结果是可比较的、可重复的。使用基准测 试方法对RFID标签介质影响进行测试，不仅可以通过观测RFID标签反向散射信号的变化 以评价该测试标签对于不同基底材料和不同间距下的工作状态，还可以利用RFID标签介 质影响测试的结果，指导使用者在RFID部署前即根据应用环境中介质材料的特点选择更 加友好和能量转换效率更高的RFID标签。
发明内容
本发明所述一种RFID标签介质影响的基准测试系统及方法，其目的是为使用者 提供一种简单、明确、有效的自动化测试工具和基准测试方法，用以在标准测试环境下快速 评价一款RFID标签在不同介质材料和不同间距情况下所产生的性能差异，从而为使用者 设备选型和应用部署提供决策参考。本发明所述一种RFID标签介质影响的基准测试系统及方法，实现在输入能量相 同的情况下，待测标签与不同基底的介质材料间距一定距离时量测介质与间距对待测标签 谐振频率的影响，其原理是在理想空间中为待测标签更换各种基底的介质材料，并改变待 测标签与基底材料之间的间距，从而观测待测标签反向散射信号的变化以评价待测标签对 于不同基底材料和不同间距下的工作状态。为达成所述目的，本发明的第一方面，提供一种测量RFID标签介质影响的基准测 试系统，包括测试控制器、频谱分析仪、矢量信号发生器、发射天线、接收天线、发射天线支 架、接收天线支架、统一尺寸的基底介质材料、基底板支架，以及用来确定待测标签与基底 介质材料之间间距的聚苯乙烯块，其中发射天线、接收天线、发射天线支架、接收天线支架、 基底板支架置于标准测试环境中，发射天线固定于发射天线支架上，发射天线与矢量信号 发生器通过射频馈线连接，用于感应待测标签；接收天线固定于接收天线支架上，接收天线 与频谱分析仪通过射频馈线连接，用于接收待测标签响应；基底介质材料固定于基底板支 架上；待测标签通过聚苯乙烯块与基底介质材料相连，聚苯乙烯 块用来确定待测标签与基 底介质材料之间间距，发射天线、接收天线、待测标签和基底介质材料位于同一中心线上， 测试控制器通过局域网分别与矢量信号发生器和频谱分析仪相连，用于发送测试命令和接 收待测标签反向散射信号，从而获得待测标签反向散射信号变化；基准测试过程中，固定 发射天线与基底板支架之间的距离，矢量信号发生器输出激励待测标签产生响应的模拟信 号，通过改变基底介质材料的种类和聚苯乙烯块的长度，在频谱分析仪上观测在不同介质 和不同间距的情况下获取待测标签反向散射信号强度，并与参照值作对比，以所得到百分 比作为介质对待测标签性能影响评价依据。其中所述标准测试环境是所在环境的温度、湿度、光照度和电磁干扰度在一组测 试中均能够保持稳定，并且测试中除与不同长度的聚苯乙烯块相连的基底板支架位置以及 操作者的所在位置外都保持固定。其中所述用来确定待测标签与基底介质材料之间间距的聚苯乙烯块是利用射频 信号对聚苯乙烯材料的穿透性实现控制待测标签和基底介质板之间的距离，不同的距离采 用不同长度的聚苯乙烯块。其中所述基底介质材料是尺寸相同的一种或一种以上的纸板、木材、玻璃、塑料、 金属组成的基底介质材料。其中所述发射天线、接收天线、待测标签、基底介质材料位于同一中心线上是为 保证测试结果的可重复性，发射天线、接收天线、待测标签的几何中心、基底介质材料的几 何中心应距离地面等高，且待测标签和接收天线均位于发射天线辐射场的峰值平面矢量法 线方向上。其中所述待测标签反向散射信号变化是在不同的基底介质材料情况下，所测得 待测标签反向散射信号与不加基底介质材料时空气中待测标签反向散射信号之间的对比，即得到的测试结果以一个百分比来表示，这个百分比既可以大于100%，表 示介质对待测标 签的影响为增强作用，也可以小于100%，表示介质对待测标签的影响为减弱作用。为达成所述目的，本发明的第二方面，提供一种使用所述测量RFID标签介质影响 的基准测试系统的测量RFID标签介质影响的基准测试方法，固定发射天线与基底板支架 之间的距离，矢量信号发生器输出激励待测标签产生响应的模拟信号，通过改变基底介质 材料的种类和聚苯乙烯块的长度，在频谱分析仪上观测在不同介质和不同间距的情况下获 取待测标签反向散射信号强度，并与参照值作对比，以所得到百分比作为介质对待测标签 性能影响评价依据；具体步骤如下步骤S1 首先将待测标签放置于基底板支架的顶部，设定发射天线与待测标签之 间的距离为dt，接收天线与待测标签之间的距离为火；步骤S2 设定矢量信号发生器的发射频率为&，发射天线端的输出功率为所在地 区允许等效全向辐射功率(EIRP)的上限；步骤S3:设定频谱分析仪的中心频率与矢量信号发生器的当前发射频率一致，并 开启频率模板触发功能；步骤S4 在没有基底介质材料的情况下，测试控制器1驱动矢量信号发生器输出 模拟激励待测标签产生响应信号的标准读写器查询(QUERY)命令信号；步骤S5 对频谱分析仪捕获的时域信号进行解调分析，获取待测标签反向散射信 号BSS测量值，并测量值记录为BSS,ef ；步骤S6 选取一种基底介质材料；步骤S7 待测标签位置保持不变，取一种长度的聚苯乙烯块，聚苯乙烯块的一端 与待测标签连接，聚苯乙烯块的另一端与基底介质材料连接，将基底介质材料固定于基底 板支架上，并保持发射天线、接收天线、待测标签、基底介质材料位于同一中心线上；步骤S8 测试控制器1驱动矢量信号发生器输出模拟激励待测标签产生响应信号 的标准读写器查询命令信号；步骤S9 对频谱分析仪捕获的时域信号进行解调分析，获取此时待测标签反向散 射信号BSS测量值，并计算反向散射信号BSS与测量值BSS&的比值，测试控制器记录此时 的介质类型，间距大小和反向散射信号比值；步骤S10 更换另一种长度的聚苯乙烯块，重复步骤7至步骤9步过程，直至遍历 测试中所有长度的聚苯乙烯块；步骤S11 更换另一种基底介质材料，重复步骤6至步骤10步过程，直至遍历测试 中所有类型的基底介质材料，获得每款待测标签在某种介质材料不同间距下的影响程度。本发明的有益效果是1)使用本发明所述的RFID标签介质影响的基准测试方法，可以将不同介质在不 同间距下对RFID标签天线的谐振频率影响评价问题转化为可测量的标签反向散射信号变 化从而进行科学评估。2)本发明所使用百分比形式表达的反向散射信号变化指标直观明了，更便于使用 者对比分析，可以快速明确介质和间距对标签性能的影响效果。3)本发明并不限定介质类型和间距大小，可以根据实际应用需求对介质类型和间距 大小进行灵活组合配置，同时聚苯乙烯材料成本低廉且使用方便，这增强测试方法的适用性。
4)本发明所述的RFID标签介质影响的基准测试系统，为实现基准测试方法的流程提供了一套自动化的测试工具，从而保证测试在任何时间、任何地点、任何人的操作下， 只要满足标准测试环境要求和测试参数要求，结果都是可重复的、可比较的。
图1为本发明提供的RFID标签介质影响的基准测试系统示意图。图2为本发明提供的RFID标签介质影响的基准测试方法流程图。图3为本发明提供的RFID标签介质影响的基准测试方法测试结果可视化分析图。主要元件说明1 测试控制器7 接收天线支架2 频谱分析仪8 基底介质材料3 矢量信号发生器 9 基底板支架4 发射天线10 聚苯乙烯块5 接收天线11 待测标签6 发射天线支架
具体实施例方式为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照 附图，对本发明进一步详细说明。如图1所示，图1为本发明提供的测量RFID标签介质影响的基准测试系统示意 图，其中包括测试控制器1、频谱分析仪2、矢量信号发生器3、发射天线4、接收天线5、发射 天线支架6、接收天线支架7、统一尺寸的基底介质材料8、基底板支架9，用来确定待测标签 与基底介质材料之间间距的聚苯乙烯块10，以及测试对象为待测标签11，其中发射天线4、 接收天线5、发射天线支架6、接收天线支架7、基底板支架9置于标准测试环境中，发射天线 4固定于发射天线支架6上，发射天线4与矢量信号发生器3通过射频馈线连接，用于感应 待测标签11 ；接收天线5固定于接收天线支架7上，接收天线5与频谱分析仪2通过射频 馈线连接，用于接收待测标签11的响应；统一尺寸的基底介质材料8固定于基底板支架9 上；待测标签11通过聚苯乙烯块10与基底介质材料8相连，聚苯乙烯块10用来确定待测 标签11与基底介质材料8之间的间距；发射天线4、接收天线5、待测标签11和基底介质材 料8位于同一中心线上，测试控制器1通过局域网分别与矢量信号发生器3和频谱分析仪2 相连，用于发送测试命令和接收待测标签11的反向散射信号，从而获得待测标签反向散射 信号变化，基准测试过程中，固定发射天线4与基底板支架9之间的距离，矢量信号发生器 3输出激励待测标签11产生响应的模拟信号，通过改变基底介质材料8的种类和聚苯乙烯 块10的长度，在频谱分析仪2上观测在不同介质和不同间距的情况下获取待测标签11反 向散射信号强度，并与参照值作对比，以所得到百分比作为介质对待测标签11性能影响评 价依据。所述测试控制器1可由PC机实现。待测标签11为RFID标签。在本发明的一个实施例中，发射天线支架6、接收天线支架7、基底板支架9均是由 聚氯乙烯材料制成高度为1. 4米的管材，外裹吸波材料，固定于长6米、宽3米、高3米的半 电波暗室的水平地面上。发射天线4选用高增益双脊喇叭天线，并通过夹具固定在发射天线支架6的顶端，其几何中心的水平高度距离地面为1.5米，接收天线7选用偶极子天线， 通过夹具固定在接收天线支架7的顶端，其几何中心的水平高度距离地面也为1. 5米。基 底介质材料8包括尺寸统一为60X60cm的纸板、木材、玻璃、塑料、金属，并以空气作为参 考，基底介质材料8两侧边线中心开孔以便在基底板支架9上固定，基底介质材料8的几何 中心与待测标签11的几何中心的水平高度距离地面均为1. 5米，聚苯乙烯块9的长度分别 为lcm、2cm、5cm和10cm。待测标签11和接收天线5均位于发射天线4辐射场的峰值平面 矢量法线方向上，发射天线4与待测标签11之间的距离为50cm，接收天线5与待测标签11 之间的距离为10cm，接收天线5位于发射天线4和待测标签11之间。这样可保证待测标 签11应置于发射天线4的远场区，有效利用电波暗室中的静区，避免电磁波的多径反射对 测试结果的影响；尽量降低待测标签11到接收天线5之间的路径损耗，使接收信号的信噪 比更大；避免金属介质的接收天线5与待测标签11距离过近影响测试结果。为了使测试结果具有可重复性，就需要保证测试过程中的环境参数保持稳定，即 需要一个标准测试环境。所谓标准测试环境的地点，可以是全电波暗室、半电波暗室，也可 以是开放空间。在本发明的实施例中，选择半电波暗室进行测试，能够有效屏蔽外界的电磁 干扰，并且在一组完整的测试中，所在环境的温度均保持在23士3°C，湿度在30 50%，光 照度在低亮度条件。由于测试中半电波暗室内只有不同长度的聚苯乙烯块10相连的基底 板支架9的机械位置有所变化，并且在本实施例中，频谱分析仪2和矢量信号发生器3置于 电波暗室外部，其射频接口和电源接口通过位于电波暗室墙上的光纤波导管与暗室内的发 射天线4与接收天线5相连，这样仪器的接口发出的电磁辐射就不会对电波暗室内的电磁 环境造成改变。因此可以认为，本实施例中的环境参数均能够保持稳定，可以作为标准测试 环境进行测试。如图2所示，图2为本发明提供的使用测量RFID标签介质影响的基准测试系统的 RFID标签介质影响的基准测试方法流程图。作为本发明的一个实施例，该方法包括以下步 骤步骤201 首先将待测标签11放置于基底板支架9的顶部，设定发射天线4与待 测标签11之间的距离为dt，此时dt = 0. 5米，接收天线5与待测标签11之间的距离为d,， 此时4 = 0. 1米；距离dt及4并不限于此举例，距离dt及4的具体数值不再赘述。步骤202 设定矢量信号发生器3的发射频率为&，此时& = 920MHz，发射天线4 端的输出功率为所在地区允许EIRP的上限；发射频率&并不限于此举例，发射频率&的具 体数值不再赘述。步骤203 设定频谱分析仪2的中心频率与矢量信号发生器3的当前发射频率一 致，并开启频谱分析仪2中的频率模板触发功能；步骤204 在没有基底介质材料8的情况下(基底介质为空气)，测试控制器1驱 动矢量信号发生器3输出模拟激励待测标签11产生响应信号的标准读写器QUERY(查询) 命令信号；标准读写器QUERY(查询)命令信号是依据待测标签11所对应的产品标准中确 定的，本实施例中待测标签11为IS018000-6C标签。步骤205 对频谱分析仪2捕获的时域信号进行解调分析，获取待测标签11反向 散射信号BSS的测量值BSS,ef，并由测试控制器1记录测量值BSS,ef ；步骤206 在木板、木材、玻璃、塑料、金属中选取一种基底介质材料8 ；
步骤207 待测标签11位置保持不变，在长度分别为lcm、2cm、5cm和IOcm的聚苯乙烯块10中选取一种，聚苯乙烯块10的一端与待测标签11连接，聚苯乙烯块10的另一端 与基底介质材料8连接，将基底介质材料8固定于基底板支架9上，并保持发射天线4、接收 天线5、待测标签11和基底介质材料8位于在同一中心线上；步骤208 测试控制器1驱动矢量信号发生器3输出模拟激励待测标签11产生响 应信号的标准读写器QUERY (查询)命令信号；步骤209 对频谱分析仪2捕获的时域信号进行解调分析，测试控制器1获取此时 待测标签11反向散射信号BSS的测量值BSSref,并计算反向散射信号BSS与BSS&的比值， 测试控制器1记录此时的介质类型，间距大小和反向散射信号比值；步骤210 将聚苯乙烯块10替换为另一种长度类型，重复进行步骤207至步骤 209，直至遍历所有长度的聚苯乙烯块10 ；步骤211 将基底介质材料8替换为另一种材料，重复进行步骤206至步骤210，直 至遍历所有类型的介质，获得每款待测标签11在某种介质材料不同间距下的影响程度。利用上述测试方法与系统，对多款待测标签11产品测试完毕后，便可获得每款产 品在某种介质材料不同间距下的影响程度，如图3(a)所示，也可得到每款产品在某个间距 下不同介质材料的影响程度，如图3(b)所示，还可得到多款产品在某种介质材料的某个间 距下的影响程度，如图3(c)所示。测试结果有助于使用者了解产品与基底介质材料8间的 友好性，还可以用于评估待测标签11与不友好的基底介质材料间距多大时才可以获得满 意的识读效果。上面描述是用于实现本发明及其实施例，本发明的范围不应由该描述来限定，本 领域的技术人员应该理解，在不脱离本发明的范围的任何修改或局部替换，均属于本发明 权利要求来限定的范围。
权利要求
一种测量RFID标签介质影响的基准测试系统，其特征在于包括测试控制器、频谱分析仪、矢量信号发生器、发射天线、接收天线、发射天线支架、接收天线支架、统一尺寸的基底介质材料、基底板支架，以及用来确定待测标签与基底介质材料之间间距的聚苯乙烯块，其中发射天线、接收天线、发射天线支架、接收天线支架、基底板支架置于标准测试环境中，发射天线固定于发射天线支架上，发射天线与矢量信号发生器通过射频馈线连接，用于感应待测标签；接收天线固定于接收天线支架上，接收天线与频谱分析仪通过射频馈线连接，用于接收待测标签响应；基底介质材料固定于基底板支架上；待测标签通过聚苯乙烯块与基底介质材料相连，聚苯乙烯块用来确定待测标签与基底介质材料之间间距，发射天线、接收天线、待测标签和基底介质材料位于同一中心线上，测试控制器通过局域网分别与矢量信号发生器和频谱分析仪相连，用于发送测试命令和接收待测标签反向散射信号，从而获得待测标签反向散射信号变化；基准测试过程中，固定发射天线与基底板支架之间的距离，矢量信号发生器输出激励待测标签产生响应的模拟信号，通过改变基底介质材料的种类和聚苯乙烯块的长度，在频谱分析仪上观测在不同介质和不同间距的情况下获取待测标签反向散射信号强度，并与参照值作对比，以所得到百分比作为介质对标签性能影响评价依据。
2.根据权利要求1所述的测量RFID标签介质影响的基准测试系统，其特征在于所述 标准测试环境是所在环境的温度、湿度、光照度和电磁干扰度在一组测试中均能够保持稳 定，并且测试中除与不同长度的聚苯乙烯块相连的基底板支架位置以及操作者的所在位置 外都保持固定。
3.根据权利要求1所述的测量RFID标签介质影响的基准测试系统，其特征在于所述 用来确定待测标签与基底介质材料之间间距的聚苯乙烯块是利用射频信号对聚苯乙烯材 料的穿透性实现控制待测标签和基底介质板之间的距离，不同的距离采用不同长度的聚苯 乙烯块。
4.根据权利要求1所述的测量RFID标签介质影响的基准测试系统，其特征在于所述 基底介质材料是尺寸相同的一种或一种以上的纸板、木材、玻璃、塑料、金属组成的基底介 质材料。
5.根据权利要求1所述的测量RFID标签介质影响的基准测试系统，其特征在于所述 发射天线、接收天线、待测标签、基底介质材料位于同一中心线上是为保证测试结果的可重 复性，发射天线、接收天线、待测标签的几何中心、基底介质材料的几何中心应距离地面等 高，且待测标签和接收天线均位于发射天线辐射场的峰值平面矢量法线方向上。
6.根据权利要求1所述的测量RFID标签介质影响的基准测试系统，其特征在于所 述待测标签反向散射信号变化是在不同的基底介质材料情况下，所测得待测标签反向散射 信号与不加基底介质材料时空气中待测标签反向散射信号之间的对比，即得到的测试结果 以一个百分比来表示，这个百分比既可以大于100%，表示介质对待测标签的影响为增强作 用，也可以小于100%，表示介质对待测标签的影响为减弱作用。
7.一种使用权利要求1所述测量RFID标签介质影响的基准测试系统的测量RFID标签 介质影响的基准测试方法，其特征在于，固定发射天线与基底板支架之间的距离，矢量信号 发生器输出激励待测标签产生响应的模拟信号，通过改变基底介质材料的种类和聚苯乙烯 块的长度，在频谱分析仪上观测在不同介质和不同间距的情况下获取待测标签反向散射信号强度，并与参照值作对比，以所得到百分比作为介质对待测标签性能影响评价依据；具体 步骤如下步骤S1 首先将待测标签放置于基底板支架的顶部，设定发射天线与待测标签之间的 距离，接收天线与待测标签之间的距离；步骤S2:设定矢量信号发生器的发射频率，发射天线端的输出功率为所在地区允许等 效全向辐射功率的上限；步骤S3 设定频谱分析仪的中心频率与矢量信号发生器的当前发射频率一致，并开启 频率模板触发功能；步骤S4 在没有基底介质材料的情况下，测试控制器驱动矢量信号发生器输出模拟激 励待测标签产生响应信号的标准读写器查询命令信号；步骤S5 对频谱分析仪捕获的时域信号进行解调分析，获取待测标签反向散射信号测 量值，并测量值记录为BSSref ；步骤S6 选取一种基底介质材料；步骤S7 待测标签位置保持不变，取一种长度的聚苯乙烯块，聚苯乙烯块的一端与待 测标签连接，聚苯乙烯块的另一端与基底介质材料连接，将基底介质材料固定于基底板支 架上，并保持发射天线、接收天线、待测标签、基底介质材料位于同一中心线上；步骤S8 测试控制器驱动矢量信号发生器输出模拟激励待测标签产生响应信号的标 准读写器查询命令信号；步骤S9 对频谱分析仪捕获的时域信号进行解调分析，获取此时待测标签反向散射信 号的测量值，并计算反向散射信号与测量值的比值，测试控制器记录此时的介质类型，间距 大小和反向散射信号比值；步骤S10 更换另一种长度的聚苯乙烯块，重复步骤7至步骤9步过程，直至遍历测试 中所有长度的聚苯乙烯块；步骤S11 更换另一种基底介质材料，重复步骤6至步骤10步过程，直至遍历测试中所 有类型的基底介质材料，获得每款待测标签在某种介质材料不同间距下的影响程度。
全文摘要
本发明公开了一种RFID标签介质影响的基准测试系统及方法，由测试控制器、频谱分析仪、矢量信号发生器、发射天线、接收天线、发射天线支架、接收天线支架、基底介质材料、基底板支架，以及用来确定待测标签与基底介质材料之间间距的聚苯乙烯块组成，在输入能量相同的情况下，通过测量待测标签与不同基底介质材料间距若干确定距离时标签反向散射信号的变化来评价该测试标签对于不同基底材料和不同间距下的工作状态。利用该测试系统与方法，可以指导使用者在RFID部署前即根据应用环境中介质材料的特点选择更加友好和能量转换效率更高的RFID标签，进而为使用者提供一种简单、明确、有效的RFID自动化测试工具和基准测试方法。
文档编号G06K19/067GK101833034SQ201010185459
公开日2010年9月15日 申请日期2010年5月28日 优先权日2010年5月28日
发明者关强, 刘禹 申请人:中国科学院自动化研究所