你的位置:首页 > EMC安规 > 正文

暗室、RFID、基站天线的种类和相关知识

发布时间:2019-05-16 责任编辑:xueqi

【导读】暗室又称电波暗室,有的暗室又被称为微波暗室、无反射室等。RFID是Radio Frequency Identification的缩写,即射频识别,俗称电子标签。基站天线是移动通信系统的重要组成部分,直接关系到移动通信网络的覆盖范围和服务质量。
 
 
暗室知识
 
一、简述
 
暗室又称电波暗室,有的暗室又被称为微波暗室、无反射室等。
 
暗室的作用就是防止外来电磁波的干扰,使测量活动不受外界电磁环境的影响,防止测试信号向外辐射形成干扰源,污染电磁环境,对其它电子设备造成干扰。
 
建造一个电波暗室需要考虑的因素很多,各公司、企业或检测机构具体情况千差万别,因此建造的电波暗室也各不相同。那么建造电波暗室应主要考虑哪些因素呢?
 
二、根据用途设计电波暗室
 
一般电波暗室可分为:电磁兼容测试电波暗室和天线测试电波暗室。
 
1、 电磁兼容测试电波暗室主要替代开阔场,是进行电磁兼容测试的场所,按标准要求一般设计为半电波暗室,暗室除地面外其它五面粘贴吸波材料,地面为反射金属板。其特点是频率范围宽,国际标准一般规定频率范围为30MHz~1GHz目前大多都做到30MHz~18GHz,军用标准频率范围为30MHz~40GHz,主要指标有:屏蔽效能、场地均匀性,归一化场地衰减和传输损耗等。电磁兼容测试电波暗室又分为3米法、10米法和5米法标准电波暗室,各公司、企业或检测机构可根据自己的资金情况、可利用土地面积、常用测试对象尺寸,选择适合的电波暗室,没有必要照抄其他单位模式。
 
2、 天线测试电波暗室模拟的是自由空间电磁环境,电波暗室六面体全部粘贴吸波材料,在主反射区粘贴比其它区域吸波性能更优质的吸波材料。适合在电波暗室内测试的天线一般都在微波频段,所以天线测试电波暗室又被称为微波暗室。在理想状态下暗室各个方向都应无电磁波反射,这是建造天线测试电波暗室的原则。虽然无论设计的多么合理,建造的多么完善和优质,各个方向一点都没有电磁波反射显然是做不到的。因此设计天线测试暗室时,首先根据被测天线的有效尺寸,频率范围,天线特性设计一个静区,静区内的电磁环境应符合被测天线测试的需要。 
 
三、天线测试电波暗室的特点
 
 
1、各公司、企业或检测机构可根据自己的需要设计暗室的频率范围,静区特性等。天线测试暗室频率范围不像电磁兼容测试暗室那样具有特定的要求,而其静区特性、驻波特性、暗室六面体墙壁吸波材料的反射率等都比电磁兼容测试暗室要求要高。特别是对于低旁瓣天线,有特殊要求的天线等都要经过科学计算特殊设计,科学选取和粘贴适当的吸波材料。
 
2、天线测试暗室对电磁屏蔽没有严格的要求。有的甚至不需要单独设计屏蔽体进行屏蔽,直接在墙壁上粘贴吸波材料即可。利用建筑墙壁和吸波材料对电磁波的屏蔽和吸收效果即可满足要求。这当然还要看建造暗室地点的电磁环境如何,电磁环境不同其要求也不一样。如果预建造暗室地点周围电磁环境较差,可能影响到测试结果时,或者在天线测试时辐射功率较大,可能影响到周围的电磁环境时则需要考虑建造合适的屏蔽体进行屏蔽。 
 
四、常用暗室技术要求简述
 
1、电磁兼容测试电波暗室
 
电磁兼容测试电波暗室技术要求在国际标准、军用标准中具有明确的要求。特别是在国际电磁兼容暗室标准中其技术要求、测试方法都已明确规定。下面一些技术要求供读者参考:
1) 电磁屏蔽性能频率范围屏蔽效能14KHz~1MHz≥60dB,1MHz~1000MHz ≥90dB,1GHz
~18GHz(40GHz) ≥80dB。
2) 场地均匀性在1.5m×1.5m假想垂直平面上75%的场强幅值偏差应在0dB~+6dB之间。
3) 归一化场地衰减和传输损耗归一化场地衰减和传输损耗与理论值的偏差应在±4dB之内。
 
2、天线测试暗室(微波暗室)天线测试暗室其性能要求无统一标准,一般来说频率范围应满足本单位的需要,在设计的天线测试暗室静区内最大反射电平值相对于主波束电平值低45dB,横向和纵向场强均匀性优于1.5dB。以上性能要求只是一般天线测试暗室的性能要求,对于高性能天线,低旁瓣天线或具有特殊要求的天线,还应根据实际需要计算设计暗室的性能要求。天线测试暗室用于远场测试的,应考虑暗室空间符合远场测试条件。
 
五、暗室其它设施的设计
 
暗室除了要考虑建筑体尺寸、屏蔽性能、暗室吸收电磁波性能外,其它设施的设计或选用也是非常重要的。一辅助设施性能的好坏都将影响整个暗室的性能。电源线和信号线滤波器考虑暗室将来要使用的电源类型和最大功率负荷,如测试设备、被测设备和辅助设备以及照明系统等要使用交流380V、220V、110V、直流供电、变频电源等。特别是电磁兼容测试暗室有严格的电磁屏蔽要求,如果有某一缺陷都将给测试工作带来极大的不便。
 
2、信号接口板和波导通风窗信号接口板用来安装信号转接端子,用以电波暗室与控制室、放大器室或其它用途的测试室之间的信号连接,信号接口板的安装数量,位置以及其上的转接端子的类型、数量都应考虑好,暗室内需要安装波导通风窗、排气扇或空调系统,注意波导通风窗的频率范围、屏蔽效能等。
 
3、消防报警装置和照明设施选择的照明设施应不产生任何的电磁干扰,应易于更换维修,消防报警装置应不影响暗室整体性能。
 
4、暗室监控系统在暗室内要安装摄像监控系统,根据暗室大小、实际需要设计安装摄像头的数量,监视器的数量及性能。以方便观察、监控测试系统和被测设备的工作状态。
 
5、测试转台、电源线走线和信号线走线,在暗室内应配备必要的测试转台,其性能要满足测试的要求。注意应将电源线和信号线分开并作适当的屏蔽,避免形成干扰。
 
6、环保要求建造暗室不可避免地要用到一些粘结剂,特别是吸波材料的制作吸波材料的粘贴等。有的暗室完工后会散发出一种刺鼻的气味,将对测试人员的身体健康产生不利影响。因此,一定要对暗室承建商提出环保要求,并作为验收条款之一。
 
六、暗室性能测试
 
电磁兼容测试暗室其屏蔽性能、场地均匀性、归一化场地衰减、传输损耗等都应按国际标准、国家标准,进行测试并保证其合格。天线测试暗室没有统一的测试标准,但有约定的测试方法。值得注意的是,在测试暗室时使用的天线应与将来在暗室中准备测试的天线其性能相当。在暗室测试时采用的天线不同(例如天线波瓣宽度不同)其测试结果会有很大差别,使用窄波瓣天线测试,其测试结果优于使用宽波瓣天线测试的结果,这就意味着使用窄波瓣天线测试合格,使用宽波瓣天线测试不一定合格。所以在暗室招标时应预先规定暗室测试时所用的测试天线类型,包括收发天线,以避免暗室验收时引起不必要的争端。
 
RFID知识
 
RFID是什么?
 
RFID是Radio Frequency Identification的缩写,即射频识别,俗称电子标签。
 
什么是RFID技术?
 
RFID射频识别是一种非接触式的自动识别技术,它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据,识别工作无须人工干预,可工作于各种恶劣环境。RFID技术可识别高速运动物体并可同时识别多个标签,操作快捷方便。
 
RFID是一种简单的无线系统,只有两个基本器件,该系统用于控制、检测和跟踪物体。系统由一个询问器(或阅读器)和很多应答器(或标签)组成。
 
RFID的分类
 
RFID按应用频率的不同分为低频(LF)、高频(HF)、超高频(UHF)、微波(MW),相对应的代表性频率分别为:低频135KHz以下、高频13.56MHz、超高频860M~960MHz、微波2.4G,5.8G。
 
RFID按照能源的供给方式分为无源RFID,有源RFID,以及半有源RFID。无源RFID读写距离近,价格低;有源RFID可以提供更远的读写距离,但是需要电池供电,成本要更高一些,适用于远距离读写的应用场合。
 
什么是RFID的基本组成部分?
 
标签(Tag):由耦合元件及芯片组成,每个标签具有唯一的电子编码,附着在物体上标识目标对象;
阅读器(Reader):读取(有时还可以写入)标签信息的设备,可设计为手持式或固定式;
天线(Antenna):在标签和读取器间传递射频信号。
 
RFID技术的基本工作原理是什么?
 
RFID技术的基本工作原理并不复杂:标签进入磁场后,接收解读器发出的射频信号,凭借感应电流所获得的能量发送出存储在芯片中的产品信息(Passive Tag,无源标签或被动标签),或者主动发送某一频率的信号(Active Tag,有源标签或主动标签);解读器读取信息并解码后,送至中央信息系统进行有关数据处理。
一套完整的RFID系统, 是由阅读器(Reader)与电子标签(TAG)也就是所谓的应答器(Transponder)及应用软件系统三个部份所组成, 其工作原理是Reader 发射一特定频率的无线电波能量给Transponder, 用以驱动 Transponder电路将内部的数据送出,此时 Reader 便依序接收解读数据, 送给应用程序做相应的处理。
以RFID 卡片阅读器及电子标签之间的通讯及能量感应方式来看大致上可以分成, 感应偶合(Inductive Coupling) 及后向散射偶合(Backscatter Coupling)两种, 一般低频的RFID大都采用第一种式, 而较高频大多采用第二种方式。
 
阅读器根据使用的结构和技术不同可以是读或读/写装置,是RFID系统信息控制和处理中心。阅读器通常由耦合模块、收发模块、控制模块和接口单元组成。阅读器和应答器之间一般采用半双工通信方式进行信息交换,同时阅读器通过耦合给无源应答器提供能量和时序。 在实际应用中,可进一步通过Ethernet或WLAN等实现对物体识别信息的采集、处理及远程传送等管理功能。应答器是RFID系统的信息载体,目前应答器大多是由耦合原件(线圈、微带天线等)和微芯片组成无源单元。
 
是什么让零售商如此推崇RFID?
 
据Sanford C. Bernstein公司的零售业分析师估计,通过采用RFID,沃尔玛每年可以节省83.5亿美元,其中大部分是因为不需要人工查看进货的条码而节省的劳动力成本。尽管另外一些分析师认为80亿美元这个数字过于乐观,但毫无疑问,RFID有助于解决零售业两个最大的难题:商品断货和损耗(因盗窃和供应链被搅乱而损失的产品),而现在单是盗窃一项,沃尔玛一年的损失就差不多有20亿美元,如果一家合法企业的营业额能达到这个数字,就可以在美国1000家最大企业的排行榜中名列第694位。研究机构估计,这种RFID技术能够帮助把失窃和存货水平降低25%。
 
RFID技术的典型应用是什么?
 
1、产品性能:因大部分产品频率覆盖868MHz到915MHz,对系统中对应的读写设备要求可以降低,对频率偏差的敏感度降低。
2、产品符合:EPC CLASS 1 GEN 2 及 ISO18000-6C。
3、专业服务:针对性地利用世界先进的产品经验,具体化的对常用产品做专门的考虑。
4、适应领域:物流和供应管理、生产制造和装配、航空行李处理、邮件、快运包裹处理、文档追踪、图书馆管理动物身份标识、运动计时、门禁控制、电子门票、道路自动收费.从大型远距离UHF标签到细小的UHF标签。可以为客户做定制化生产,满足各种要求。
 
RFID说明
 
满足国际ISO15693、ISO18000-6B、EPC G2等多种标准,采用不同的天线设计和封装材料可制成多种形式的标签,如车辆标签、货盘标签、物流标签、金属标签、图书标签、液体标签、人员门禁标签、门票标签、行李标签等。客户可根据需要选择或定制相应的电子标签。
 
Inlay
可封装成多种形式的电子标签。应用于标签转化商和OEM客户的标签生产,以及大批量的...
Label
剥离底纸直接粘贴于纸质包装箱上,实现“即贴出货”的过程。适用于物流、供应链管理等...
标准卡
PVC层压的标准卡,持在手中或挂于胸前。主要应用于人员管理、图书管理和车辆管理等...
金属标签
金属标签,可直接粘贴于带金属外壳的设备上。主要适用于机箱、板卡等资产管理领域。...
车辆标签
直接粘贴于汽车挡风玻璃上部内表面或插于标签卡座内。主要适用于汽车管理等领推进域。...
吊牌标签
吊附在待识别物品上。主要应用于高档服装管理和资产管理。...
动物标签
使用专用动物耳标钳,将标签装与牲畜的耳朵上。主要用于种畜繁育、疫情防治、肉类检疫...
托盘标签
使用时直接插入塑料托盘隙孔中或用钉子穿过定位孔将标签固定于木质托盘正中央。主要适...
门票标签
持在手中或挂于胸前。适用于会议出入证明及门票管理等领域。...
行李标签
剥离底纸直接粘贴于被识别物体上。主要适用于航空行李管理、邮政包裹管理、物流跟踪管...
图书标签
直接粘贴于书内。主要应用于图书馆、书店等场所。...
珠宝标签
使用时将各类珠宝挂到标签的环上,即可正常使用,便于珠宝行业对各类珠宝产品的管理。
 
RFID读写设备
 
只有当有读写设备时,RFID才能发挥其作用。RFID读写设备有RFID读卡器,RFID读写模块等,目前市面上性价比比较高的有YW-201和YW-601U和YW-601R等。这些设备可以将RFID的数据读取或写入,并且做到很好的加密。远距离的有WV-CID1500,WV-VID1500距离能够达到1.5公里。
 
金属及液体环境对RFID的影响
 
RFID超高频(UHF)标签因电磁反向散射(Backscatter)特点,对金属(Metal)和液体(Liquid)等环境比较敏感,可导致这种工作频率的被动标签(Passivetag)难以在具有金属表面的物体或液体环境下进行工作,但此类问题随着技术的发展已得到完全解决,例如,韩硕(SONTEC)标签公司即研发出能够在金属或液体环境下进行完好读取应用的被动标签产品,以方便在上述环境或应用情形下部署RFID。
 
基站天线的种类和相关知识
 
基站天线是移动通信系统的重要组成部分,直接关系到移动通信网络的覆盖范围和服务质量。表征天线性能的主要参数有方向图、增益、输入阻抗、驻波比和极化方式等。天线使用环境大致分为五种类型:城区、密集城区、郊区、农村地区、交通干线等基站天线。
 
基站天线的种类:
  
1 电调天线
  
所谓电调天线,即指使用电子调整下倾角度的移动天线。电子下倾的原理是通过改变共线阵天线振子的相位,改变垂直分量和水平分量的幅值大小,改变合成分量场强强度,从而使天线的垂直方向性图下倾。由于天线各方向的场强强度同时增大和减小,保证在改变倾角后天线方向图变化不大,使主瓣方向覆盖距离缩短,同时又使整个方向性图在服务小区扇区内减小覆盖面积但又不产生干扰。实践证明,电调天线下倾角度在1°-5°变化时,其天线方向图与机械天线的大致相同;当下倾角度在5°-10°变化时,其天线方向图较机械天线的稍有改善;当下倾角度在10°-15°变化时,其天线方向图较机械天线的变化较大;当机械天线下倾15°后,其天线方向图较机械天线的明显不同,这时天线方向图形状改变不大,主瓣方向覆盖距离明显缩短,整个天线方向图都在本基站扇区内,增加下倾角度,可以使扇区覆盖面积缩小,但不产生干扰,这样的方向图是我们需要的,因此采用电调天线能够降低呼损,减小干扰。另外,电调天线允许系统在不停机的情况下对垂直方向性图下倾角进行调整,实时监测调整的效果,调整倾角的步进精度也较高(为0.1°),因此可以对网络实现精细调整;电调天线的三阶互调指标为-150dBc,较机械天线相差30dBc,有利于消除邻频干扰和杂散干扰。
  
2 双极化天线
  
双极化天线是一种新型天线技术,组合了+45°和-45°两副极化方向相互正交的天线并同时工作在收发双工模式下,因此其最突出的优点是节省单个定向基站的天线数量;一般GSM数字移动通信网的定向基站(三扇区)要使用9根天线,每个扇形使用3根天线(空间分集,一发两收),如果使用双极化天线,每个扇形只需要1根天线;同时由于在双极化天线中,±45°的极化正交性可以保证+45°和-45°两副天线之间的隔离度满足互调对天线间隔离度的要求(≥30dB),因此双极化天线之间的空间间隔仅需20-30cm;另外,双极化天线具有电调天线的优点,在移动通信网中使用双极化天线同电调天线一样,可以降低呼损,减小干扰,提高全网的服务质量。如果使用双极化天线,由于双极化天线对架设安装要求不高,不需要征地建塔,只需要架一根直径20cm的铁柱,将双极化天线按相应覆盖方向固定在铁柱上即可,从而节省基建投资,同时使基站布局更加合理,基站站址的选定更加容易。对于天线的选择,我们应根据自己移动网的覆盖,话务量,干扰和网络服务质量等实际情况,选择适合本地区移动网络需要的移动天线:
  
--- 在基站密集的高话务地区,应该尽量采用双极化天线和电调天线;
 
--- 在边、郊等话务量不高,基站不密集地区和只要求覆盖的地区,可以使用传统的机械天线。我国目前的移动通信网在高话务密度区的呼损较高,干扰较大,其中一个重要原因是机械天线下倾角度过大,天线下倾角度过大,天线方向图严重变形。要解决高话务区的容量不足,必须缩短站距,加大天线下倾角度,但是使用机械天线,下倾角度大于5°时,天线方向图就开始变形,超过10°时,天线方向图严重变形,因此采用机械天线,很难解决用户高密度区呼损高、干扰大的问题。因此建议在高话务密度区采用电调天线或双极化天线替换机械天线,替换下来的机械天线可以安装在农村,郊区等话务密度低的地区。
 
基站天线的设置:
   
基站天线设置需要重点考虑下倾角、方向角、天线挂高、天线分集距离和隔离距离等参数。 基站天线(12张)
  
1、下倾角设置 合理设置天线下倾角不但可以降低同频干扰的影响,有效控制基站的覆盖范围和整网的软切换比例(对CDMA网络而言),而且可以加强本基站覆盖区内的信号强度。通常天线下倾角的设定有两方面侧重,即侧重于干扰抑制和侧重于加强覆盖。这两方面侧重分别对应不同的下倾角算法。一般而言,对基站分布密集的地区应侧重于考虑干扰抑制,而基站分布较稀疏的地区则侧重于考虑加强覆盖。
  
1.1 考虑干扰抑制时的下倾角 在基站天线半功率角范围内,天线增益下降缓慢,超过半功率角后,天线增益(尤其是上波瓣)衰减很快。因此从控制干扰的角度考虑,可认为半功率角的延长线到地面的交点(B点)为该基站的实际覆盖边缘。在基站周围环境理想情况下,下倾角可按以下公式计算。 α=actan(H/R)+β/2 公式一 公式一含义如下图所示。 下倾角计算示意图1 图中α为天线的下倾角,H为天线有效高度,β为天线的垂直半功率角。R为该小区最远的覆盖距离,即覆盖长径R,如下图所示。 定向基站天线覆盖长径示意图 在理想情况下R=2D/3。实际上天线的辐射方向图不可能完全适配三叶草型蜂窝结构。水平半功率角为60度左右的天线与之比较接近,而水平半功率角为90度的天线则相差较大。因此对于使用水平半功率角为90度天线的基站,取R=D/2。
  
1.2 考虑加强覆盖时的下倾角 在基站分布较稀疏的地区,天线下倾角设定无需考虑垂直半功率角等因素的影响。为保证覆盖区边缘有足够强的信号,可认为天线主瓣方向延长线到地面的交点(B点)为该基站的实际覆盖边缘。在基站周围环境理想情况下,下倾角可按以下公式计算。 α=actan(H/R) 。
1.3 倾角设定的实际应用 由于基站周围环境十分复杂,天线下倾角设定还必须考虑附近山体、水面和高大玻璃幕墙的反射和阻挡。因此具体基站的下倾角可利用上述方法,同时结合具体环境最终取定。
 
基站天线的优化案例:
   
基站天线除了其类型和参数指标会影响无线覆盖效果之外,安装的位置、高度、方向角、下倾角对于无线网络覆盖性能也至关重要。在实际工程中,由天线选择设置不当造成无线网络覆盖质量下降的情况很多,例如:
  
1)天线选择及方位角设置不当导致覆盖问题。
  
在某GSM网络基站A(配置为S(1/1/1)的覆盖范围内,农场的覆盖不好,部分型号的手机能够上网打电话(手机接收信号显示有1、2格),部分手机处于上网的临界状况(手机接收信号显示有1格或没有或下网),打电话很容易掉话。测试过程中发现,在去农场的路上一直是3小区的频点。在接近农场时,切换(重选)为相邻基站B(相距约10km)的某一频点,而在农场区域,TCH(业务信道)一直是基站B的该频点,接收电平为-100dBm左右。当离开农场一段距离时,切换为基站A的2小区。也就是说:在农场的覆盖区域内,没有采用较近的基站A作为服务区,而是采用了更远基站B。经分析,其原因在于天线的主瓣方向没有正对农场,而天线的半功率角为65°,农场处于2、3小区两个天线旁瓣区域内;另一方面,半功率角65°的天线在郊区覆盖范围较大的情况下,旁瓣的覆盖不如在市区覆盖好。将天线更换为半功率角90°的天线,并调整天线的方位角,使2小区的天线主瓣正对农场后,故障排除。
  
2)天线下倾角选择不当造成呼叫建立异常。
  
某地出现手机显示接收信号较强(2~3格),但是无法通话的情况:做主叫时,拨号后无反应;做被叫时,可振铃但不能通话。使用测试手机观察故障地区接收信号情况,发现最强的信号(-85 dBm左右)来自距该地20 km以外的基站,由于GSM系统MS(移动台)小区选择使用的是搜索到的信号强度最高的频点,而利用此频点所属基站离MS过远,上行信号达到基站时的信号电平低于该基站的接收机灵敏度,因而造成了上述现象。根据实地勘测,发现基站所在地的海拔高度比故障区域约高200m,且之间几乎没有任何阻挡,另外该基站的天线下倾角为0°,所以该基站的信号到故障区域基本上为视距传播,导致了非常严重的越区覆盖。采用加大天线下倾角,对干扰小区的覆盖范围进行控制后,故障排除。
  
3)天线挂高过高,引起切换成功率低、掉话率高。
  
某GSM网络切换成功率不足80%,掉话率超过2%,通话质量差。通过查看分析话统任务数据,发现切换原因及不成功主要是由于上、下行电平差造成,且下行质量差的次数大大高于上行质量差的次数。实际路测结果表明,市区内室外信号强度能达到-80dBm以上,覆盖没有问题。但存在比较严重的越区覆盖问题。如在A基站所在楼内,手机所在的服务小区为与A基站1小区具有相同BCCH(广播控制信道)频点的B小区,而B小区位于市郊距A基站6 km处。这样,就产生两方面的问题:在A基站1小区覆盖范围内,B小区信号形成同频干扰,导致下行链路质量;当选择B小区作为服务小区时,由于它的邻区只做了与它地理上有相邻关系的小区,而在A基站附近的小区没有做成它的邻区,这样当它的信号变得不可用时,它的邻区信号也不好,产生孤岛效应,就容易发生切换失败乃至掉话。经实地勘测,B小区天线挂高为50m,造成严重的越区干扰。因此可采用降低B小区的天线挂高或者将更换为电调下倾天线以加大下倾角度,从而减小B小区的覆盖范围,避免对A基站1小区的干扰。
特别推荐
技术文章更多>>
技术白皮书下载更多>>