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物联网应用系列之三:频谱分析仪测NFC和RFID标签谐振频率

作者:angelazhang时间:2016-03-25

关于RFID标签

工作在13.56 MHz的RFID(Radio Frequency  Identification)和在此RFID基础上演变而来的NFC(Near Field Communication)都属于近场通讯,基于电磁场感应原理(如图1所示),利用无线电射频信号进行目标识别和通讯。读写距离是评估其系统性能的主要参数,而标签的谐振频率是影响该参数的关键因素之一。

13.56 MHzRFID无源标签在封装好后,只能采用非接触法测量其谐振频率。非接触法测量实质上是反射测量,通过测量反射参数S ,找到S最大负峰值对应的频率值,就是标签的谐振

 

简述

本文阐述如何使用Agilent N9322C测试 ISO/IEC 14443标准中13.56 MHz RFID 无源标签的谐振频率和其读卡器的工作频率。

图1: 一个典型的RFID系统 

 

使用N9322C频谱分析仪评测13.56 MHz NFC和RFID标签/阅读器的谐振频率。

N9322C是一台多功能的频谱仪,它提供内置跟踪源和内置桥选件,具有单端口反射测量功 能,可以测试反射系数(ρ)、回波损耗(Return Loss)和电压驻波比(VSWR)指标。

– 与网络分析仪或者阻抗分析相比较,N9322C不但具有单端口标量网络分析仪测试功能, 而且还具备频谱分析仪的功能,因此其性价比高。

– 与频谱分析仪加跟踪源和外置桥的测试方法相比较,由于测试连接简单、操作简便和采 用了OSL的校准方法,能够更好的消除系统误差,从而提高了测量的精度、测量结果的可靠性和重复性。

图2 :N9322C采用非接触法测量RFID标签的谐振频率

 

N9322C的测量RFID标签谐振频率的演示

– 在下面的演示中,被测件为遵循ISO/IEC 14443 Type A标准的读卡器和RFID无源标签, 由于没有13.56 MHz的测量环路天线,因此采用近场探头代替。

– 在下面的操作步骤中,[ ]对应前面板上硬按键名,{ }对应屏幕右边的软按键名

– 演示中使用到的仪表和配件包括:

–  N9322C 9 kHz至 7 GHz射频频谱分析仪,配有TG7跟踪信号发射器选件和RM7反射测量选件

–  N9311X-201 三合一(OSL)精密机械校准件

–  近场探头

–  13.56 MHz RFID标签

–  E5071C ENA 网络分析仪 (用来跟N9322C的测试结果对比)

 

步骤1. 设置测试参数

–  进入反射测量模式的按键序列:[Mode] -> {Reflection Measurement}

–  设置频率范围的按键序列:[Frequency] -> {Start Freq} -> [12] -> {MHz} ->[Stop Freq] -> [15] -> {GHz}

–  为了保证测量结果的准确性,选择Selected校准类型

 

步骤2. 校准N9322C

– 在操作界面按下{Calibrate}, 如图3所示, N9322C的图形化校准提示界面出现, 提示用 户依次连接N9322C机械校准件(N9311X-201)的OPEN, SHORT和LOAD校准件到其前 面板TG SOURCE端口完成校准, 校准完成后, 在其屏幕的左上角上有“Calibrated”提示 信息。

– 为了便于观察测量结果,设置其幅度显示刻度为2 dB/div的按键序列:[Amplitude]->{Scale/DIV} -> [2] -> {dB}

图3: N9322C图形化的校准提示界面

 

步骤3. 使用进场探头开始测试

– 把近场探头放置在RFID标签上方,如图4所示,距离大概1cm,另外一端先后连接到N9322C的TG Source端口和E5071C ENA的Port 1端口

– 使用Marker读取测量曲线的负峰值。N9322C和E5071C的测试结果如图5和图6所示。

图4:使用近场探头来发射和吸收电磁波

图5: N9322C的回波损耗测试结果

 图6:E5071C的回波损耗测试结果

 

– N9322C的测量结果如图5所示,其谐振频率为13.636957 MHz,回波损耗为3.73 dB

– E5071C的测量结果如图6所示,其谐振频率为13.62 MHz,回波损耗为3.4747 dB

– 可以看出这两个测试结果非常接近

 

总结

通过上面的测试流程介绍和对测试结果的对比,可以不难发现,N9322C不但具有频谱分析仪功能,而且还具有单端口反射测试功能, 因此, 对于13.56 MHz的NFC和RFID无源标签的谐振频率的评估测试,以及读卡器输出频率测量和功率测量,N9322C提供了一种操作简单方便,经济可行的测试方案。

 

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