RFID干货专栏｜11 识别距离、灵敏度

RFID干货专栏概述

经过20多年的努力发展，超高频RFID技术已经成为物联网的核心技术之一，每年的出货量达到了200亿的级别。在这个过程中，中国逐步成为超高频RFID标签产品的主要生产国，在国家对物联网发展的大力支持下，行业应用和整个生态的发展十分迅猛。然而，至今国内还没有一本全面介绍超高频RFID技术的书籍。

为了填补这方面的空缺，甘泉老师花费数年之功，撰写的新书《物联网UHF RFID技术、产品及应用》正式出版发布，本书对UHF RFID最新的技术、产品与市场应用进行了系统性的阐述，干货满满！RFID世界网得到了甘泉老师独家授权，在RFID世界网公众号特设专栏，陆续发布本书内容。

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2.3.2正向识别距离与反向识别距离

通过2.3.1节的学习，读者应该已经掌握了Friis方程和雷达方程。以下通过几个例子来验证一下我们学的知识。

01、正向距离

定义阅读器发射的能量足够激活标签工作的距离为正向距离。

假如标签的接收灵敏度为-18dBm，阅读器天线发射功率为20dBm，标签天线增益为2dBi，读写器天线增益为8dBi，工作频率为f =915MHz，且假定此时标签芯片与天线完全匹配，极化效率100%，天线辐射效率为0.5，其工作距离根据式（2-14）可得：

计算可得不同类型增益的标签天线对标签激活距离的影响随阅读器天线增益变化的曲线如图2-52所示。无源反向散射超高频RFID系统的标签激活距离既与标签天线增益有关，也与阅读器天线增益有关。

图2-52 不同类型增益的标签天线对标签激活距离的影响随阅读器天线增益变化的曲线

天线的工作频率对系统的读取距离也有一定影响。通常，超高频RFID系统的工作频率为842.5MHz、868MHz、915MHz、922.5MHz、953.5MHz等，针对这些频率对应的工作波长分别为0.356m、0.346m、0.328m、0.325m、0.315m。

超高频RFID系统的识别距离与其工作波长成正比。通过使用较低的工作频率，即较大的工作波长，可以增大系统的识别距离。天线工作频率对识别距离的影响如图2-53所示，假定系统中标签天线增益为2dBi。图中曲线描述了工作频率分别为842.5MHz、915MHz、953.5MHz时系统识别距离随阅读器天线增益变化的情况。

图2-53天线的工作频率对系统的读取距离的影响

02、反向距离

定义阅读器可以解析标签反向散射的信号的最远距离为反向距离。

假设标签的接收灵敏度为-18dBm，标签的，阅读器的接收灵敏度为=-60dBm，阅读器天线发射功率为20dBm，标签天线增益为2dBi，读写器天线增益为4.5dBi，工作频率为f =915MHz，且假设此时阅读器芯片与天线完全匹配，极化效率100%，其工作距离根据式（2-21）可得：

若保持其它参数不变，只是更改，分别为

则反向距离的变化曲线如图2-54所示。

图2-54反向距离变化曲线图

2.3 超高频RFID系统的识别距离

2.3.3标签灵敏度、阅读器灵敏度与识别距离

2.3.2节讲解了识别距离主要受到两个参数的影响，分别是标签刚好能够从阅读器获取足够开启功率的最大距离（即标签激活距离）和阅读器能够检测到标签反向散射信号的最大距离，有效的识别距离取这两个距离的较小值。其实任何一个无源系统都是由两部分链路组成的，一部分是阅读器发给标签的能量将标签激活，另一部分是标签返回一个命令让阅读器“听到”，这个链路就算完成了，也就是我们常说的读到标签了。这里要注意的是，一定是标签先被激活，才会反向散射，阅读器才可能听到标签的“发言”，若标签没有被激活，也就不存在阅读器是否“听到”的问题了。

那到底是因为标签没有被激活引起的读取标签失败，还是因为阅读器“没有听到”标签呢？用专业术语表示为正向功率受限和反向阅读器灵敏度受限。这个受限与阅读器和标签的灵敏度有什么关系呢？这里通过两个例子解释。

图2-55中的两个图，分别代表高性能大功率阅读器和低性能小功率阅读器读取距离的差异。

图2-55（a）中标签灵敏度-10dBm，阅读器灵敏度-80dBm（两条虚线），正向能量和反向能量随距离的变化曲线（两条实线）。可以看到标签可以工作6m的距离，阅读器可以工作12m的距离，取最小值，其工作距离是6m，工作距离由正向距离决定，我们称之为正向受限或标签功率受限。

图2-55（b）中同理可以看出标签的灵敏度是-10dBm，而阅读器灵敏度-30dBm。那么正向距离为3m，反向距离为1.5m，其工作距离为1.5m，是工作距离由反向距离决定，我们称之为反向受限或阅读器灵敏度受限。

（a）正向受限                        （B）反向受限

图2-55高性能大功率阅读器和低性能小功率阅读器读取距离的差异

有很多阅读器在输出大功率的时候灵敏度急剧下降，最终导致工作距离大幅下降，反而没有低功率输出的时候距离远。在使用低性能阅读器需要增加工作距离时，最好的方法不是增大功率而是增大阅读器天线增益，增大天线增益可以增加工作距离而不影响系统的灵敏度。