无源标签射频识别基础第四部.PDF

无源标签射频识别基础：第四部 如何确定链路功耗预算 作者：Daniel M. Dobkin 这一部分讨论如何确定链路预算。 为了求解正向链路预算，我们需要知道下列参数： • 读卡器能发送多大功率？ • 作为与读卡器距离的函数，标签能接收多少功率？ • 打开标签需要多少功率？ • 标签解码读卡器信号需要多少功率？ 让我们依次分析每一个问题。 读卡器发射功率 通过把实用性与规则结合起来，可以设置读卡器的发射功率。大多数RFID设备 工作在由政府团体留出的、无需授权使用的频谱内，这些政府团体在管制无线 电通信设备业务上拥有一定的权限。例如，在美国，FCC容许工作在902-928 MHz 的设备无需许可就可以运营。然而，这些设备本身必须顺从确定的工作限制，为 的就是无需授权地使用。在此，跟我们有关的就是最大发射功率，FCC规定为不 能超过1W。尽管并不是所有的读卡器均发射1W的功率，但是，在一些应用中， 我们可能有意降低发射功率；在许多情形下，UHF读卡器将工作在法定的极限上。 因此，让我们假设发射总功率为1W。 路径损耗 传输到发射天线的功率与接收天线获得的功率之差被称为路径损耗。一般来说， 求解路径损耗需要了解一些关于天线工作的细节，而我们接下来将讨论相关的天 线测量以及术语。 然而，在着手以前，我们将采用尽可能最简单的方法，即假设发射天线在所有的 方向上以相同的功率密度辐射，即发射器是等方向性的。我们可以画出：辐射功 率在距离读卡器天线一个给定距离r的球面上是一致分布的。 这些功率当中有一些由标签天线所收集。显然，所接收的功率的大小应该与作用 于标签的功率密度成正比，而这个比例性参数必须以面积为单位来描述，常常被 称为标签天线的有效孔径(Ae)。因为在等方向性的情形下，在距离r处的功率密 度是发射功率P 与球面积之比，我们求得标签所接收的功率P 为： TX RX 图3.21 在球形表面上等方向性天线的辐射功率密度是一致的。 为了计算出所接收的功率，我们需要用到有效孔径的数字。推导这个孔径面积应 该是多少没有价值的，但是，推测围绕半波长的天线有效孔径似乎是合理(并且 是正确)的，这个有效孔径可能对应于在一侧上半波长周围的一个正方形。等方 向性天线的有效孔径(标签并不完全)的实际解答为： 利用有效孔径的数字，现在我们可以求解我们提出的等方向性链路的路径损耗的 估值。在 1米的距离处，球形表面具有12.6平方米的面积，因此，对于1W的发 射功率，我们求得[功率密度]大约为1(86)/(126,000) = 7 - 104 = 0.7 mW (-1.6 dBm)。因为我们以1W或30dBm开始计算，路径损耗大约为32dB。 因为面积与半径的平方成正比，我们可以非常方便地缩放路径损耗，特别是以 dB 为单位的情况下，对于 10 倍的距离，路径损耗会增加 20dB，也就是说，每增 加十倍距离，路径损耗相应地增加20dB。对于3倍的距离，仅仅不到10倍这个 距离的一半(路径损耗大约增加9.5dB)，因此，在3米处路径损耗大约为(32+9.5) ≈ 41 dB；而在10米处，路径损耗大约为(32+20) ≈ 52 dB。 标签要求的功率 标签天线要传输足够的功率以打开标签IC。我们将在第五章中更为详细地讨论 这个问题；现在，给出结果就足够了。现代标签IC当被读取时实际上消耗大约 10-30uW的功率就可以工作，而把新的数据写入标签存储器则需要更大的功率。 这个功率必须由整流电路供给，其效率大约为30%，这主要是因为使电流流过二 极管(见第五章)需要足够大的打开电压。 因此，