[發明專利]一種基于標簽等效阻抗模型的無源射頻標簽測距技術

有效

• 申請號: 202011416680.7
• 申請日: 2020-12-07
• 公開（公告）號: CN112649784B
• 公開（公告）日: 2023-07-04
• 發明（設計）人: 黃勇;任江蘭
• 申請（專利權）人: 西華大學
• 主分類號: G01S1/02
• 分類號: G01S1/02;G01B7/14;G06K17/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種基于標簽等效阻抗模型的無源射頻標簽測距方法，其特征在于，首先，建立無源射頻標簽等效阻抗模型，然后，基于無源射頻標簽等效阻抗模型進行無源射頻標簽內部參數測量，最后，在無源射頻標簽參數測量的基礎上測量閱讀器到無源射頻標簽的距離；

所述無源射頻標簽包括偶極子天線和無源射頻標簽芯片，偶極子天線與無源射頻標簽芯片采用單端口連接，偶極子天線連接到無源射頻標簽芯片的一對對角焊盤；

所述無源射頻標簽等效阻抗模型包括偶極子天線等效阻抗和無源射頻標簽芯片等效阻抗，無源射頻標簽偶極子天線的等效阻抗為Z_a,i＝R_a+j2πf_iL，式中，R_a為偶極子天線等效電阻值，f_i為系統工作頻率，L為偶極子天線等效電感值，無源射頻標簽芯片的等效阻抗為其中R_c為無源射頻標簽芯片等效電阻值，C為無源射頻標簽芯片等效電容值；

所述閱讀器用于向無源射頻標簽發射固定功率的不同頻率射頻信號，提供給無源射頻標簽工作所需的能量以及控制、查詢無源射頻標簽的指令，并且接收無源射頻標簽返回的信號，通過內部解調電路實現閱讀器與無源射頻標簽間的信息解調和相位差值的測量；

所述基于無源射頻標簽等效阻抗模型進行無源射頻標簽內部參數測量，在于根據閱讀器與無源射頻標簽的信號能量傳輸過程，推導出公式

式中，λ_i為工作頻率f_i對應波長，d_i為閱讀器與無源射頻標簽之間的最大閱讀距離，所述最大閱讀距離，是指無源射頻標簽芯片剛好獲得閾值能量讓回復信號被閱讀器識別的距離；P_t,i為閱讀器發射信號功率，K為常數，閱讀器通過改變其發射頻率f_i，使得無源射頻標簽的偶極子天線、無源射頻標簽芯片的等效阻抗值發生改變，無源射頻標簽的傳輸系數發生改變，每次測量時，固定發射功率不變，測量當前頻率f_i下的閱讀器和無源射頻標簽最大距離d_i，通過M次改變閱讀器的發射頻率，即可組成M個含未知參數的方程組，只要M大于等于未知參數個數5，即R_a、R_c、L、C以及式(1)中K共5個參數，就可以求得無源射頻標簽內部未知元件的參數值R_a、R_c、L、C，得到無源射頻標簽內部等效阻抗值；

所述在無源射頻標簽參數測量的基礎上測量閱讀器到無源射頻標簽的距離，是指利用閱讀器接收的無源射頻標簽反射信號的相位差值Δφ_0,j，包含了無源射頻標簽內部的相位延遲值Δφ_1,j、閱讀器的內部電氣距離相位值Δφ_2,j和閱讀器與無源射頻標簽之間的往返路徑相位值Δφ_3,j，即：

Δφ_0,j＝Δφ_1,j+Δφ_2,j+Δφ_3,j?(2)

所述Δφ_0,j通過測量閱讀器發送信號與接收到的無源射頻標簽反射信號的相位差得到；無源射頻標簽內部的相位延遲值Δφ_1,j是頻率為f_j下信號在無源射頻標簽內部的相位延遲，根據求解的無源射頻標簽內部等效阻抗值，可求得頻率為f_j下信號在無源射頻標簽內部的相位延遲為

式(3)中X_a,j＝2πf_jL，為無源射頻標簽偶極子天線等效電抗，為無源射頻標簽芯片等效容抗，其中j＝1，2；

所述閱讀器的內部電氣距離相位值Δφ_2,j為頻率為f_j下，信號經過閱讀器內部所經歷的相位延遲值，可通過校準測量得到；最后將實際測量到相位差值Δφ_0,j＝Δφ_1,j+Δφ_2,j+Δφ_3,j，減去無源射頻標簽內部相位延遲值Δφ_1,j和閱讀器內部電氣距離對應相位值Δφ_2,j，即可得到發射頻率為f_j信號下無源射頻標簽和閱讀器之間的往返路徑相位值Δφ_3,j，

Δφ_3,j＝Δφ_0,j-Δφ_1,j-Δφ_2,j?(4)

利用兩個頻率下的往返路徑相位差Δφ＝|Δφ_3,1-Δφ_3,2|，根據公式

計算出閱讀器與無源射頻標簽之間的距離d，式(5)中c為光速，Δf為頻差，即Δf＝|f₁-f₂|。