RFID标签天线阻抗测量方法

本次简单介绍UHF和HF频段的阻抗测量方法

1.RFID工作频段

  • 目前RFID产品的工作频率有低频、高频和超高频，不同频段的RFID产品会有不同的特性，应用领域也不同。
  • 低频（工作频率从125kHz到134kHz）
  • 高频（工作频率为13.56MHz）
  • 超高频（工作频率为433MHz，860MHz到960MHz）
  • 微波（工作频率为2.45GHz、5.8GHz）

2.UHF标签天线阻抗测量方法介绍

1.巴伦测试法
  • 一般的标签天线如偶极子天线，都属于平衡馈电天线。如果直接利用矢量网络分析仪的同轴线馈电，那么在用该方法测量时，需要在天线和同轴线间连接一个巴伦（平衡/不平衡转换器）。
  • 目前巴伦的设计也考虑了阻抗变换的问题，但一般只是阻抗实部的变换，针对标签天线本身具备较大阻抗虚部的问题，还需要在巴伦与天线之间加入一个阻抗匹配网络，将天线的阻抗变换为 50Ω，巴伦两端的特性阻抗均为 50Ω，然后巴伦直接通过同轴线连接到矢网仪，从而实现标签天线的阻抗测量。
  • 缺点：巴伦的工作带宽都较小，且其精确度取决于巴伦的理想程度。
2.镜像法
  • 根据镜像理论，靠近接地面的单极子天线的输入电阻是对应偶极子天线输入阻抗的一半。因此，采用测量偶极子天线的一半的输入阻抗来实现整个阻抗的测量。
  • 将偶极子天线的一半置于一块大的金属板上，SMA 接头通过金属板对天线馈电，其内芯连接天线，SMA接头的外壳与金属板相连。以弯折偶极子天线为例，其测试示意图如图 所示，这样测量出的阻抗为整个偶极子天线输入阻抗的一半。
  • 优点：镜像法测试对测试设备的要求相对较低。
  • 缺点：测试精度一般，要求天线是绝对的对称结构，并且要求天线基材能够起到一定的支撑作用使天线保持形状；测量精度受到地平面尺寸的影响。
3.双端口S参数法
  • 采用双端口Ｓ参数法测量阻抗的原理为：假设在天线的对称中心存在虚拟金属地，驱动电压分解为V1和V2，同时没有受到天线分布电流的影响，将偶极子天线的右臂和虚拟地看成端口１，左臂与虚拟地之间看成端口2。通过测量这个两端口网络的[S]矩阵，就可以得出阻抗[Z]矩阵的所有项。
  • 优点：该方法对平衡和非平衡标签天线的阻抗测试都适用，且数据较为准确。
  • 缺点：天线阻抗需要经过复杂的计算得出，不够直观。

3.UHF标签天线阻抗测量方法步骤

1.镜像法测量步骤
  1. 取一块大的金属板模拟地，与SMA接头地相连，取天线的一半与SMA馈相连
  2. 网分电延迟校准，接入网分，通过Smith原图得原天线阻抗的一半（左图为测试结果，右图为仿真结果）

    可以看到测量的阻抗实部和仿真比较接近，测量的虚部偏小
  3. 误差分析
    ·金属地不够大
    ·没有在暗室测量，容易受到周围环境干扰
2.双端口S参数法测量步骤
  1. 用两根同轴线共地，同时接入网分校准电延时
  2. 将同轴线两个馈接入天线，测量双端口S参数，记录S参数的实部和虚部
  3. 通过公式计算得出阻抗
  4. 误差分析
    ·周围环境会对测量结果造成不易预测的干扰
    ·在测量过程中，大多数情况是将天线放在泡沫板上，对背面接触的介质敏感，会有影响。
    ·柔性cable线容易弯折，产生影响。

3.HF标签天线阻抗测量方法

  1. 用两根漆包线缠绕，然后两根漆包线分别接SMA的馈和地，接入网分校准电延时
  2. 两根漆包线接分别接线圈两端，接入网分通过Smith圆图读出电感量
  3. 通过Smith原图读出线圈电感量，与仿真数据对比


    可以看到测试结果在13.56MHz处的电感量基本与仿真符合