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限制超高頻電子標籤讀取距離之因素(一): 順向連結 & 逆向連結


影響超高頻電子標籤UHF RFID Tag之讀取距離Read Range因素眾多且複雜,譬如外在環境干擾、讀取器輸出功率大小、天線種類、天線架設方式和數量、標籤貼附方式、標籤相互間的干擾等等,如排除上述之因素,單就電子標籤性能Tag Performance與讀取器之關係,限制標籤讀距大致可歸類為順向連結Forward Link與逆向連結Reverse Link兩種原因。


順向連結 Forward Link 順向連結探討的就是在一特定工作頻率下,電子標籤的靈敏度Tag Sensitivity或是電子標籤最低啟動功率Tag Minimum Turn-On Power or Threshold Power的大小, 靈敏度較高的電子標籤所需要的啟動功率較低,因此,在一固定讀取器輸出功率下,靈敏度較高的電子標籤可在距離較遠的地方被啟動,影響電子標籤靈敏度原因包括: RFID Tag晶片靈敏度Chip Sensitivity、晶片阻抗Chip lmpedance和標籤天線阻抗Tag Antenna lmpedance是否匹配Matching、標籤天線大小Tag Antenna Size等。


逆向連結 Reverse Link 而逆向連結所要探討就是電子標籤反向散射信號功率強度大小Tag Backscattered Signal Strength,反向散射功率高的電子標籤可將其信號傳遞較遠,因此,當讀取器A啟動一電子標籤後,如該電子標籤反向散射信號功率夠強,那麼該電子標籤可被另一距離更遠的讀取器B所讀取,影響標籤反向散射功率強度原因包括: 標籤天線設計Tag Antenna Design,標籤天線大小等。此外,讀取器之接收靈敏度Reader Sensitivity也是左右電子標籤反向散射信號是否可被讀取重要因素。

目前市場所販售的標準UHF lnlay 或 Tag,其讀取距離大部份都是受限於順向連結,換句話說,這些電子標籤的靈敏度都不夠高。但對於較小型的電子標籤而言(譬如: 尺寸小於50(L)x10(W)x4(H)mm),其讀取距離就容易受到逆向連結所限制,這是因為小型電子標籤天線工作效益較低,導致其反向散射信號強度變小。

以下,我們將以實際量測案例來說明順向連結和逆向連結:

  • 量測工具: Tagformance lite + Tag Designer Suite

  • 待測 Tag: FR4 金屬標籤 (Dimensions: 50x10x4 mm)

  • 量測環境: 辦公室

  • Measurement Type: Backscatter_Link Budget

  • Frequency: 900 MHz

  • Power Step: 0.1 dB

  • Output Power: 4 W EIRP (TX Power: 29 dBm, Antenna Gain: 7 dBi)

當讀取器接收靈敏度RX Sensitivity是 -70 dBm 時,系統量測出逆向連結(紅線)的 margin高出順向連結(黃線)約6dB ,Tag讀取距離為4.8公尺,因此,限制本Tag讀距的主要原因就是順向連結Forward Link。換言之,該Tag可被另一距離更遠的同型讀取器讀取之,這是因為Tag在距離讀取器天線4.8公尺處被啟動後,其反向散射信號回到讀取器天線處的強度還有約6 dB多餘能量可傳遞信號。


當讀取器接收靈敏度RX Sensitivity降為 -55 dBm 時,系統量測出順向連結(黃線)的 margin高出逆向連結(紅線)約5.8 dB ,且Tag 最遠讀取距離縮短為2.5公尺,因此,我們可說限制本Tag 讀取距離主要原因是逆向連結Reverse Link。換言之,該讀取器天線其實是可以啟動比2.5公尺還遠的同型Tag (有多餘5.8 dB margin),但因讀取器接收靈敏度不夠高,無法收到反向散射信號,所以讀取距離就被拉下來。


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