超高频射频识别标签灵敏度的测试方法及解决
方案
超高频标签是指 840M 到 960MHz 无源射频识别标签。
这个波段的标签起源自 EPCglobal Class 1 Generation 2 标准。
其中 EPCglobal 是电子产品编码标准组织， 第一类第二代 RFID 标 准 经 常 也 被 缩 写 为 C1G2 。 这 个 标 准 规 定 了 超 高 频
860M-960MHz 范围的射频识别协议。 这个协议的特点是通过 微秒级的读写器-标签应答，和较科学的防碰撞机制，实现快
速、几十米距离的标签读写。理想情况下每秒盘点标签可达
两三百个，识读距离可以达到 30 米左右，曾经一度被热捧
为下一代智能物流的标准。其后 ISO 组织接受这个标准，转
为 ISO 18000-6C 标准。 近年来我国也在这个技术上发展革新， 推出了自有标准 GB/T 29768，其频率规定在 840-845MHz 和
920M-925MHz ，避开了临近的 GSM 业务波段。
目前这些协议被统称为 800-900MHz 超高频射频识别。
而这些协议都继承了高速应答，快速盘点，读写距离较远的
特点。而这些热门协议产品的性能成为使用的关键。其中尤 其是标签，处于竞争激烈的中心。射频识别标签单价较低， 但是用量很大，对于设计制造就要求更高。由于标签设计技 术和生产工艺的缺陷和不稳定，就必须由性能测试来把关。
而这个标签灵敏度测试由于是非接触射频测量，又有各
种技术问题需要克服。本文着重介绍其中的方法理论和实践
情况。
超高频射频标签灵敏度测试方法
基本设置
超高频标签测试往往在微波暗箱或暗室进行，也可以在
半暗室和干扰较小的野外场地进行。但是由于超高频标签的
频率较高，波长只有 1/3 米左右，对暗室尺寸要求不太高，
经济比较容易承受。关于标签测试的物理设置，有双天线和
单天线两种主要方法。为了最大性能，EPCglobal、ISO 倡导
了双天线法。这个方法采用一对左右圆极化天线，一发一收，
达到最大收发隔离，使得测试系统可以用高功率发射，高灵 敏度接收，从而应对更差灵敏度的标签。为了方便起见，也 有用环行器将双天线合并为收发双工的单天线配置，由于天
线反射特性，总体系统性能低于双天线配置。
图 1 双天线标签测试配置示意图
表示单位
标签灵敏度通常可以用功率或场强表示。EPCglobal 比较
实用，采用了 RIPTUT，亦即标签接收到的单极子辐射功率。
用通俗的话讲，就是标签刚好可以工作的射频场强用理想单
极子天线接收到的功率。它的单位是 dBm。
ISO 测试用场强表示，也就是使得标签正常工作的最小
场强。它的单位是 V/m。
这两个测试结果看上去不同，但实际上都是通过测试仪
发射功率计算来的。
EPCglobal 标签接收单极子功率计算公式：
RIP=EIRP-PL 公式 1 EIRP=P+GTx 公式 2
其中 EIRP 是仪器发射等效单极子辐射功率(dBm)，PL 是
仪器发射天线到标签的自由空间传输损耗(dB)， 是发射天线 P
输入功率(dBm)，GTx 是发射天线增益(dB)。
其中 PRx 是接收功率，PTx 是发生功率，Ae 是天线等效
孔径面积，R 是收发天线距离。这个公式描述了理想单极子
天线间远场传输损耗和距离的关系。下面我们给出几个典型
样本频点，在典型测试距离上的自由空间传输损耗，单位是
dB.
要注意的，上述是远场球面波模型下推算的，收发距离
太近会使得计算结果偏离。EPCglobal 规定在 0.8-1 米距离。
ISO 18046-3 规定最近测试距离。
其中，R 是测试距离，L 是发射天线最大边长(直径)。下
面我们给出典型天线尺寸和典型频率下 ISO 对测试距离的要
求。
多种测试项目
正向连接距离
在标签灵敏度测试当中，大家经常听到询问标签读写距
离。读写距离和标签灵敏度、标签反射功率有关，但是实际 应用当中又和读写器性能有关。所以在测试中假设读写器用
35dBm 功率通过理想单极子天线发射，可以读写的距离。那
么问题来了，超高频标签读写距离很远，是否要装备超大的
射频暗室呢?非也。我们在上述远场条件测量标签最小工作
功率，减去发射天线增益，得到等效单极子辐射功率 EIRPTX
然后根据空间传输衰减和距离平方成正比的原理，可以推算
出读写距离：
正向连接距离(forward link range)啊啊也称为读取距离，
取决于标签开启工作所需要的场强。
反向连接距离
标签反射的功率大小决定了读写器可以在多远读到，所
以可从标签反射功率推算反向连接距离(reverse link range)。
反向连接距离就是反射功率被天线增益 5dBil、接收灵敏度 -70dBm 的阅读器识读的距离。EPCglobal 标准[2]提供了计算
方法，且结果通常大于正向连接距离。
其中， EIRPTx0 是反向连接灵敏度需要的发射等效单极子
功率，定义为正向连接灵敏度加 2dB;PRx0 是 EIRPTx0 发射条
件下接收到的标签反射功率;GRx 是接收天线增益。
不同标签工作模式的灵敏度
标签在被识读 ID 号、读取寄存器信息、写入寄存器信息
的工作模式下需要消耗的功率不同，也就是这 3 个工作模式
的灵敏度是不一样的。这也就有了识别、读取、写入灵敏度
3 个测试模式。上述工作最低功率、最小场强、前向和反向
读取距离，都有这 3 中工作模式下的指标，且各不相同。
EIRP 和 ERP
在诸多标准里面用等效单极子发射功率较多，但是也有
用 ERP 的。 在 2013 年发布的国家电网公司标准里面是指 ERP
等效偶极子天线发射功率。理想的偶极子天线增益是 2.2 左
右，所以两者就差了这么一个常量。
参数举例
我们假设发射和接收天线增益都是 6dBi， 测试距离 1 米，
标签天线增益 2dB，标签反射损耗 5dB，当仪器发射频率
915MHz，功率 PTx 时，标签接收到功率。
PTag=PTx+6-31.7+2=PTx-23.7
公式 11
假设标签反射功率是接收功率的 1/3，大约-5dB。那么
测试仪接收机接收到的功率如下：
PRx=PTag-5+2-31.7+6= PTag-28.7
公式 12 根据这两个公式计算不同发射功率对应芯
片和接收机接收到的功率：
也就是说在较理想情况，1 米距离测试超高频标签接收
到的标签反射功率比发射功率小大约 62dB。 目前最好的标签 可以达到-18dBm 左右的开启功率，所以，测试仪接收到的标 签信号功率一般在-47.4dBm 以上。实际情况下，由于标签天 线设计，使得其增益小于 2 或者阻抗匹配带来衰减，标签反
射比-5dB 小一些。 考虑到这些因素， 假设不超过 10dB 影响，
接收功率在-60dBm 以上。
所以 RFID 标签灵敏度测试并不要求测试仪器像读写器
那样有极低的灵敏度，反而，测试精度和计量校准是最关键
的指标。简单来说，仪器是在保证量值传递的条件下精确测 量的工具，比的是精度，不像被测标签比的是灵敏度和读写
距离。
测试实例
笔者使用聚星仪器的第二代 RFID 综合测试仪， 暗箱环 在
境测试了 2 款超高频标签的灵敏度。 中一个被测标签是 EPC 其
C1G2 另一个是国标 800/900MHz 标签。每一个标签测试 10
遍，得到其重复精度。
(a)EPCUHF 样本标准差<0.04dBm
(b) 国标样本标准差<0.07dBm
图 2 两种标签的识别最小开启功率
图 2 展示了重复度测试的曲线。 其中(a)是 EPCglobalC1G2 UHF 样品标签的识别功率，(b)是国标 800/900M 标签样品的 识别功率。可以看到这组样品中，国标标签灵敏度优于 EPC
标签，而我们发现国标标签在临界功率下能否启动有更大随
机性，所以其标准差略大于 EPC 样本标签。总之，在这个实
验中展示了仪器重复度优于 0.1dB 的重复度。而通常低端用
读写器芯片或类似技术组装的测
试设备重复精度远差于本仪器的性能，从而给计量准确
性带来较大问题。
在计量校准方面， 国家计量院体系已经具备 RFID 测试仪
校准方法和设施，同时也具备了天线增益测量的设备。笔者
送检 4 个 RFID 测试天线，测试其增益，并且和实验室两两天
线对射验证，达到很高的一致性和重复精度。
总结
超高频射频识别标签测试是通过高精度仪器和天线，在
计量校准保证下实现的高精度可溯源测试。仪器通过空中接 口指令与被测标签应答，在较近的距离测试标签识别、读取、 和写入需要的入射最小功率，和标签反射功率。然后根据这
个最小工作功率计算标签的等效单极子天线接收功率灵敏
度、 前向连接距离;根据功率灵敏度和反射功率计算反向连接
距离。
对于测试条件和测量单位， EPCglobal 和 ISO 有不同规定。
EPCglobal 采用等效功率和距离，ISO 采用场强和反射雷达截
面积变化率。前者更接近使用场景，后者更接近物理原理，
但是两者实际上都是相同物理量测量的推算结果，没有优劣
之分。
根据各项标准规范，标签测试距离大多在 1 米以内，发
射功率在 0-30dBm，接收信号功率大多在-60dBm 以上。
在测量仪器方面，高精度的仪器是基础，精确计量和校
准包括仪器射频收发和天线增益是精度保障。目前高端仪器
测量精度可达 0.3dB，而重复度可优于 0.1dB。1 |
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