新研發(fā)的Testbed設(shè)備承諾加快射頻標(biāo)簽發(fā)展
Georgia技術(shù)研究協(xié)會的研究人員已經(jīng)設(shè)計研發(fā)出一款新的系統(tǒng),來幫助射頻硬件制造商檢測成百上千個標(biāo)簽的性能,并能使其更快測試出新射頻標(biāo)簽的型號,這樣一來大可不必為每一次試驗都制造新的標(biāo)簽了。
“我們能夠測試天線、嵌體、防撞配置、調(diào)制配置——可以說是我們所能想出的任何一種試驗或發(fā)明”大學(xué)電子計算機工程學(xué)院副教授Georgia說。測試床還能使公司有能力測量隱藏在其他標(biāo)簽后面的標(biāo)簽的信號強度。位置上比較接近的標(biāo)簽會竊取彼此的信號強度并會很大程度上縮短標(biāo)簽的讀取范圍,所以測試出聚集在一起的標(biāo)簽信號的削弱程度是非常重要的。
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Georgia技術(shù)研究協(xié)會副教授Gregory Durgin設(shè)計出一個系統(tǒng)。它能夠同時測試成百上千個射頻標(biāo)簽的集成電路設(shè)計、天線型號。該系統(tǒng)外形正如圖中Gregory Durgin拿著的裝置。
“我們了解到研究人員目前被束縛在了現(xiàn)存的射頻設(shè)備及有關(guān)協(xié)議和要求中,而且被迫進行一些粗糙而又沒有任何設(shè)計構(gòu)思的試驗。這也是我們測試床設(shè)計靈感的重要來源” Durgin說。“他們是描述性的,而不是隨心所欲的。這些試驗類型的結(jié)果不允許人們根據(jù)工程學(xué)假象提出諸如此類的問題:標(biāo)簽聚在一起引起的能量削弱是什么物理原理造成的?怎樣才能改變調(diào)制配置以提高性能?我應(yīng)該對天線和嵌體做何種優(yōu)化才能促進無線電鏈接?”
Durgin 說“目前在硅晶片上設(shè)計并制作一批新的射頻集成電路需要花費30000到100000美元或是更多,而且需要很長一段時間。信號收發(fā)配置相當(dāng)復(fù)雜,對其進行重置及檢驗的機會甚少。所以說我們設(shè)計出的測試床不僅可以為各大公司節(jié)省時間和財力,還可以使他們獲取射頻鏈接中每一點的射程及可靠性。
有了更好的波形及標(biāo)簽設(shè)計,Durgin說,該產(chǎn)業(yè)將有能力實現(xiàn)“目前無源射頻系統(tǒng)在射程及可靠性上的飛躍。這將會開啟檢測鑒定、傳感器、遙感勘測、無源數(shù)據(jù)交流與醫(yī)學(xué)等新的巨大應(yīng)用領(lǐng)域。”
測試床目前配置的是915兆赫超高頻度量法。設(shè)一系統(tǒng)由射頻傳送器、射頻接收器、標(biāo)簽仿真器及對接收數(shù)據(jù)進行坐標(biāo)處理的電腦系統(tǒng)構(gòu)成。仿真器是一個定制的電磁微波電路,它能夠被夾在標(biāo)簽天線上并包含一些匹配的電路及模仿射頻芯片功能來設(shè)置的小型PIN二極管。“我們還有一個機械配置的追蹤功能,它能夠在空間中拖動射頻標(biāo)簽,以方便我們想要對局部標(biāo)簽的性能進行全面的特征記錄。”Durgin說。“那是我們試驗中選擇性的一部分。”
當(dāng)測試開始時,仿真器會與天線相連接。傳輸器會向天線及仿真器發(fā)出一個無線電信號。作為回應(yīng),天線反射回一個特有的擴頻信號,這一信號會被接收器接收到。測試者只需改變仿真器的信號就可以測試新的信號收發(fā)配置及頻率,而無需在制作一個新的芯片。
“通過發(fā)送一個低頻率數(shù)據(jù)波形到PIN 二極管,我們能夠控制它所傳輸回的信號。”Durgin說“這一波形由計算機發(fā)出,由一組細金屬線承載。將來,很有可能會用紅外線路代替。”PIN二極管由信號驅(qū)動并能夠仿效射頻集成電路在信號收發(fā)過程中的所有負荷。仿真器和射頻集成電路是分開單獨供電的。
此外,因為每一個標(biāo)簽信號能夠與其他信號相分離,測試者能夠同時測試來自多個標(biāo)簽的信號。測試床的一位研發(fā)者,之前于Georgia Tech畢業(yè)的學(xué)生Anil Rohatgi展示了其碩士論文,內(nèi)容是從讀取器射程范圍(大約20*20*20的范圍)的角度來看,測試床能夠測量能量強度及高達256射頻標(biāo)簽仿真器 /天線的相位。
“每一個射頻標(biāo)簽得到一個獨特的擴頻編碼序列號” Durgin說。“雖然接收器接收標(biāo)簽回饋信息時會帶來刺耳的聲音,但通過信號處理我們能夠解開這一獨特的序列號并同時在同一視覺范圍內(nèi)測量高達256個射頻標(biāo)簽的振幅及信號相位。這正是令射頻讀取器制造產(chǎn)業(yè)窒息的一點。”
目前這一測試床已經(jīng)上市銷售了。Durgin說他和他的同事們已經(jīng)與坐落于維基尼亞的Luna Innovations Inc.及一些其他的專營射頻天線及系統(tǒng)測試的公司合作。“我們最近與一家公司合作完成了一個項目,這家公司對射頻標(biāo)簽用無源銹蝕感應(yīng)能力進行了花樣翻新”他說到“這一新的想法只有在我們的測試床上才能得以評估,因為他們正在使用無標(biāo)準(zhǔn)化的天線。”
新的測試床的研究及發(fā)展是由國家技術(shù)基金會(NSF)贊助支持的。國家技術(shù)基金會由Durgin, Rohatgi和 Joshua Griffin主管,而Joshua Griffin目前還是從Georgia Tech剛剛畢業(yè)的學(xué)生。這一系統(tǒng)于四月在拉斯維加斯舉行的關(guān)于射頻技術(shù)的電氣及電子工程協(xié)會國際會議上展出。
測試床的最初工作開始于五年前,Durgin說。“我們曾發(fā)明一個簡單測試床”他說,“而且在那時,我們只是想測試出當(dāng)915兆赫的射頻天線被裝于不同物體上時,其性能會產(chǎn)生什么樣改變。所謂的不同物體包括:木制品、塑料、鋼鐵、液體容器等。從那時起,我們開始不斷增加其功能,而且目前我們正處于NSF開發(fā)新型5.7吉赫后向散射系統(tǒng)的五年計劃中期。目前還沒有商業(yè)技術(shù)能夠在這一微波波段中運行的如此之好,但是幾年后,NSF計劃完成之際,這將會成為可能。”
除了測試在915兆赫及5.7吉赫頻率下運行的射頻標(biāo)簽,對于其他標(biāo)簽的測試也將會成為可能。據(jù)Durgin說,對測試不同種新型射頻傳感器及多種射頻頻率感興趣的公司目前已經(jīng)聯(lián)系了學(xué)院。

