如上所述,标签电路调制RCS的值是通过使用晶体管在开关模式中进行操作的,换句话说就是在“开/关”的基础上。因此当天线发生不匹配问题时,利用方波信号(带或不带负载波)产生一个频谱,其中包括位于载波频率任意一边的边带,可以代表调制信号的边带。
所以,通过标签再辐射的信号以及表示传输数据的信号中的大部分能量就在这些边带上,这也是转换信号的功率产生的地方。因此,如果严格地保持RCS的理论上的形式(包含伴随的载有返回功率的测量值),会发现它很难恢复信号。此外,为了使RFID可以在13.56MHz(ISO 14443和15693)运行,可以通过转变曼彻斯特副载波编码(SCM)或者BPSK的调制方式,来尝试避免使用不便处理的载波信号,去放大和调制非常弱的回波信号。
一个测量ΔRCS的方法的例子如下。
回到我们的主题,可以通过使用如图3.14所示的测试装置来获得Δσes(通常称为ΔRCS)的值,在图3.14中一个基站发送/传输一个恒定的各向同性的功率PbEIRP=PcondGantbs。在距离基站r1的范围内,由基站辐射的同时在标签中体现出来的功率通量密度为
PstagEIRP表示通过标签再辐射的总功率EIRP,这是当回波被幅值为h的方波信号调制后的标签阻抗调制时发生的。这是分析成傅里叶级数的常规方法,即
这表明,产生这个函数的第一个谐波的振幅比方波信号的初始值h大4/π(1.27左右)。此外,假设这个方波信号产生了UHF/SHF载波的振幅调制模型,则调制支持的信号会产生两条再辐射边带。
图3.14 测量ΔRCS的方法
提出以下概念:
1)Umax是标签动态调制的最大振幅;
2)Umin是标签动态调制的最小振幅;
3)Ub是标签没有动态调制时载波的振幅;
4)Uc是由方波组成信号的所有振幅总和。
可以写成下式:
1)Umax=Uc+2Uh
2)Umin=Uc-2Uh
当执行100%AM(ASK)时,Umin=0。
如果现在通过识别真正的方波信号Uh的第一个谐波,并调用其第一个谐波Us,l来简化了问题,则可以通过傅里叶分析得出
Uh=Us,1×π/4
如果把这个值带入下面两个等式,可以得到
Umax=Uc+2Us,1×π/4
Umin=Uc-2Us,1×π/4
当Umin等于0在100%ASK类型时,可以组合最后的两个等式并给出
Umax=Us,1×π
这个基于电压的描述也可以通过功率来重新改写(功率与电压的平方成比例)。这需要一种关系:通过标签再辐射(任何被接收器接收到的)的功率Pmax相当于Umax等于
Pmax=Ps,1×π2(www.daowen.com)
式中,Ps,1是包含在第一个边带中的、通过标签再辐射的功率,这个功率约是纯静态调制标签阻抗的预期功率的十倍,条件是反馈信号只能被探测器探测,探测器分析孔径由窄宽带来确保只有由于振幅信号产生的边带可以被观察到。图3.15提出了通过标签频谱再辐射的观点,该标签是常规方波信号调制的结果。
图3.15 再辐射功率频谱的例子
如果只考虑包含在频谱的一次谐波中的再辐射功率Ps,1,该功率作为一个等效各向同性传播源的后向散射信号,Precept的一部分Ps,1tagEIRP将会在具有Gantrecept增益的接收机中恢复,该接收机位于距离r2处,根据Friis等式,得
因此,
定义,标签的RCS的变化量——ΔRCS,代表转发功率和入射功率通量密度之间的比例为
组合上述等式,最后可以获得
Pcond是基站的传导的功率,Gantbs是基站发射天线的增益,得
Pbseirp=PcondGant bs
式中,r1是标签和基站发射天线之间的距离;r2是标签和测量接收机天线之间的距离;Gantrecept是测量接收器接收天线的增益;Precept是在频谱第一边带中接收和测量的功率;λ是载波的波长。
应用最后一个公式来测量Precept的值,可以找到能运用在实例中的Δσes的值。
注意:建议的所有这些测量方法都已经被接受为ΔRCS的测量基础,通过了ISO 18047-6中题为UHF RFID“一致性测试”的测试。
通过这些信息,该实例中作为包含在转换信号一次谐波中的功率函数Δσes的值,如图3.16所示。
图3.16 测量和计算Δσes的值的示例
如上所示,随着接近基站,Δσes的值变得难以确定。读者可能会问“难到什么程度?”。图3.17展示了一些“不好的例子”。
需要注意的是该图有以下两个重要的情况:
1)水平轴上的数字根据标签操作的最大距离而逐渐变化,这个最大距离用xa百分情况来表示;
2)该图所示的为Δσesmin的值,须与ISO 18000-6的标准相符合。
图3.17 在商业标签中测量Δσes的值的实例
为完成这个目标,应当谨记,由于标签调节器的存在,能够确保弱场(远距离)区域及强场(近距离)区域都能正确操作,所以返回调制指数也将依赖于上面提到的距离,也因此,这个并不像确保ΔRCS的最小值那样简单。
因此,UHF与SHF基站的开发人员已经熟悉了信号放大、选择和处理的所有方法。
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