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专利号: 2020114166807
申请人: 西华大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 测量;测试
更新日期:2024-11-22
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于标签等效阻抗模型的无源射频标签测距方法,其特征在于,首先,建立无源射频标签等效阻抗模型,然后,基于无源射频标签等效阻抗模型进行无源射频标签内部参数测量,最后,在无源射频标签参数测量的基础上测量阅读器到无源射频标签的距离;

所述无源射频标签包括偶极子天线和无源射频标签芯片,偶极子天线与无源射频标签芯片采用单端口连接,偶极子天线连接到无源射频标签芯片的一对对角焊盘;

所述无源射频标签等效阻抗模型包括偶极子天线等效阻抗和无源射频标签芯片等效阻抗,无源射频标签偶极子天线的等效阻抗为Za,i=Ra+j2πfiL,式中,Ra为偶极子天线等效电阻值,fi为系统工作频率,L为偶极子天线等效电感值,无源射频标签芯片的等效阻抗为其中Rc为无源射频标签芯片等效电阻值,C为无源射频标签芯片等效电容值;

所述阅读器用于向无源射频标签发射固定功率的不同频率射频信号,提供给无源射频标签工作所需的能量以及控制、查询无源射频标签的指令,并且接收无源射频标签返回的信号,通过内部解调电路实现阅读器与无源射频标签间的信息解调和相位差值的测量;

所述基于无源射频标签等效阻抗模型进行无源射频标签内部参数测量,在于根据阅读器与无源射频标签的信号能量传输过程,推导出公式式中,λi为工作频率fi对应波长,di为阅读器与无源射频标签之间的最大阅读距离,所述最大阅读距离,是指无源射频标签芯片刚好获得阈值能量让回复信号被阅读器识别的距离;Pt,i为阅读器发射信号功率,K为常数,阅读器通过改变其发射频率fi,使得无源射频标签的偶极子天线、无源射频标签芯片的等效阻抗值发生改变,无源射频标签的传输系数发生改变,每次测量时,固定发射功率不变,测量当前频率fi下的阅读器和无源射频标签最大距离di,通过M次改变阅读器的发射频率,即可组成M个含未知参数的方程组,只要M大于等于未知参数个数5,即Ra、Rc、L、C以及式(1)中K共5个参数,就可以求得无源射频标签内部未知元件的参数值Ra、Rc、L、C,得到无源射频标签内部等效阻抗值;

所述在无源射频标签参数测量的基础上测量阅读器到无源射频标签的距离,是指利用阅读器接收的无源射频标签反射信号的相位差值Δφ0,j,包含了无源射频标签内部的相位延迟值Δφ1,j、阅读器的内部电气距离相位值Δφ2,j和阅读器与无源射频标签之间的往返路径相位值Δφ3,j,即:Δφ0,j=Δφ1,j+Δφ2,j+Δφ3,j (2)

所述Δφ0,j通过测量阅读器发送信号与接收到的无源射频标签反射信号的相位差得到;无源射频标签内部的相位延迟值Δφ1,j是频率为fj下信号在无源射频标签内部的相位延迟,根据求解的无源射频标签内部等效阻抗值,可求得频率为fj下信号在无源射频标签内部的相位延迟为式(3)中Xa,j=2πfjL,为无源射频标签偶极子天线等效电抗, 为无源射频标签芯片等效容抗,其中j=1,2;

所述阅读器的内部电气距离相位值Δφ2,j为频率为fj下,信号经过阅读器内部所经历的相位延迟值,可通过校准测量得到;最后将实际测量到相位差值Δφ0,j=Δφ1,j+Δφ2,j+Δφ3,j,减去无源射频标签内部相位延迟值Δφ1,j和阅读器内部电气距离对应相位值Δφ2,j,即可得到发射频率为fj信号下无源射频标签和阅读器之间的往返路径相位值Δφ3,j,Δφ3,j=Δφ0,j‑Δφ1,j‑Δφ2,j (4)

利用两个频率下的往返路径相位差Δφ=|Δφ3,1‑Δφ3,2|,根据公式计算出阅读器与无源射频标签之间的距离d,式(5)中c为光速,Δf为频差,即Δf=|f1‑f2|。