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透過鏈路預算分析了解UHF RFID標籤讀取距離_Passive UHF (RAIN) RFID Tag Performance in Link Budget

M700系列UHF RFID標籤晶片,其晶片靈敏度約是-23 dBm左右,本文將以Higgs 3晶片(約2010年上市產品)做為比較對象,以鏈路預算分析(Link Budget)方式來說明這兩款晶片在性能上(讀取距離)的差異。


目前各國對被動式UHF RFID應用所規範的最大輸出輻射功率並不一致,如以美國為例,UHF RFID讀寫器其最大允許輸出輻射功率為4W EIRP_36 dBi(包含天線的增益)。一般在應用時,使用者可以將讀寫器的輸出功率(Transmitted Power_Ptx)設定在30 dBm,然後外接一個6 dBi增益的天線(Antenna Gain_Gtx),或是將讀寫器的輸出功率設定在28 dBm,在外接一個8 dBi增益的天線。總之,讀寫器的輸出功率加上天線的增益(dBi)不可超過36 dBm,不然就違反美國的法規。


自由空間路徑損耗Free Space Path Loss (FSPL) ,顧名思義即RF訊號強度在自由空間裡會隨著傳播路徑增加而衰減,以下面圖表為例,在920MHz頻段 (該頻段預計將會是未來UHF RFID全球共用頻段),13公尺的自由空間路徑損耗為54 dB,26公尺的自由空間路徑損耗為60dB,自由空間路徑損耗可經由以下連結快速求出。


Power on Tag Forward (POTF)是指標籤的最小啟動功率,這個數值越小越好,也代表標籤的靈敏度越高。從Higgs 3和M700 Datasheet中得知,這兩款晶片的靈敏度 (Chip Sensitivity) 分別約是-17 dBm 和-23 dBm左右,假設標籤天線增益(Tag Antenna Gain_G)是1 dBi,晶片和標籤天線阻抗匹配未有任何損耗 (Impedance Mismatch: 0 dB),那麼Higgs 3的POTF則為 -18 dBm,M700則為-24 dBm。


Power on Tag Reverse (POTR)是指標籤被啟動後,在標籤處所反射的訊號大小,這個數值越大越好,如此,讀寫器才可以在越遠的距離下收到標籤返回的訊號。Backscatter Loss是指標籤的返向損耗,這個損耗越小越好,一般標籤天線設計其損耗大概會介於-3 dB至-20 dB。


大部分UHF RFID應用都使用同一個天線(Monostatic)進行訊號傳輸和訊號接收,因此Forward Path Loss 順向路徑損耗和Reverse Path Loss返向路徑損耗是一樣的,在此須留意的是,當讀寫器天線接收到標籤的返向訊號後,也會將其訊號放大,以本案為例,天線增益(Antenna Gain_Grx)為6 dBi,因此實際在讀寫器接收端(Backscattered Power_Prx)所接收到的訊號強度分別為-68dBm和-80dBm (Backscatter Loss: -3 dB),換句話,假設讀寫器的接收靈敏度未能達到-68dBm或是-80dBm,那麼,Higgs 3和M700標籤的讀取距離就會縮短。* -80 dBm = -26 dBm (POTR) - 60 dB (FSPL) + 6 dBi (Grx)



總結: 新一代UHF RFID晶片靈敏度不斷提升,這代表標籤可以在更遠的距離被啟動,但問題是標籤的反射訊號強度並未相對的提高,因此,讀寫器為了能在更遠的距離下偵測到標籤的反射訊號,其接收靈敏度就必須提升,如此才能真正的將標籤讀取距離拉長。若有其他疑問,歡迎聯繫本公司:



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