高、低溫環(huán)境下汽車電子標識的靈敏度

　　一、引言

　　由于具有高速移動物體識別、多目標識別和非接觸識別等特點，RFID技術(shù)顯示出巨大的發(fā)展?jié)摿εc應(yīng)用空間，被認為是21世紀最有發(fā)展前途的信息技術(shù)之一?；赗FID技術(shù)的汽車電子標識技術(shù)給創(chuàng)新交通管理和執(zhí)法服務(wù)帶來了新機遇。無錫、深圳等城市已經(jīng)在重點車輛通行監(jiān)管、特種車輛優(yōu)先通行、假/套牌車緝查布控、小區(qū)/停車場門禁服務(wù)等方面廣泛運用RFID電子標識，給社會管理和人民生活帶來巨大便利，得到了社會的高度認可。隨著汽車電子標識的推廣，其在全國范圍內(nèi)的應(yīng)用也指日可待。然而由于我國各地的氣候差別較大，汽車電子標識必然會面臨其在低溫環(huán)境和高溫環(huán)境中的應(yīng)用。由于現(xiàn)有芯片技術(shù)限制，必然導致汽車電子標識在高、低溫情況下性能發(fā)生一定的變化。那么汽車電子標識在高、低溫環(huán)境下是否可以正常使用，必須要進行提前研究和測試。

　　二、高、低溫環(huán)境對汽車電子標識性能的影響

　　汽車電子標識屬于超高頻頻段RFID電子標簽，實際應(yīng)用頻段為920MHz~925MHz。其在高、低溫環(huán)境下主要性能影響因素與一般的超高頻RFID電子標簽相同，即主要存在兩個方面的影響：一是汽車電子標識在高、低溫環(huán)境下會出現(xiàn)反向鏈路頻率的變化;二是汽車電子標識在高、低溫環(huán)境下會出現(xiàn)靈敏度的變化。

　　(一)高、低溫環(huán)境下汽車電子標識反向鏈路頻率

　　根據(jù)國家標準GB/T 29768-2013《信息技術(shù) 射頻識別800/900MHz 空中接口協(xié)議》的要求，電子標識在-25℃至60℃情況下，需要滿足反向鏈路頻率偏差≤20%[3]。而應(yīng)用于實際路面環(huán)境的汽車電子標識，為確保其在全國各個地區(qū)和氣候環(huán)境下均能正常工作，應(yīng)滿足≥-40℃且≤85℃的情況下依然能夠正常工作，若此時反向鏈路頻率偏差較大，則可能由于讀寫設(shè)備無法解調(diào)反向信號而無法進行正常通訊，而現(xiàn)有的讀寫設(shè)備一般能夠解調(diào)反向鏈路信號的容差也僅為±20%，所以汽車電子標識在高、低溫環(huán)境下的反向鏈路頻率應(yīng)具備更高的要求。針對高、低溫環(huán)境下的汽車電子標識反向鏈路頻率變化，我們按照圖1的方法進行測試。

　　測試信號發(fā)生器的型號為是德E4438C，由上位機控制發(fā)送前向Query信號。發(fā)射功率控制為18dBm，中心頻率選取定頻922.375MHz，載波不關(guān)閉，信號間隔時間為5毫秒。Query信號的Tc值取6.25us，會話標志選擇S0，盤點標志為Ob，前導信號指示TRext=1，反向鏈路速率因子K=1，反向編碼選擇Miller2編碼方式。測試信號分析儀的型號為泰克RSA5103B，在時域模式測試汽車電子標識反向鏈路數(shù)據(jù)的信號功率包絡(luò)。

　　由于汽車電子標識存在多個版本，選取3個不同版本汽車電子標識各10張作為測試樣品，分別按照圖1進行測試。在-40℃至85℃的溫度下，每隔10℃進行一次測試，待溫箱內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定后記錄結(jié)果，測試結(jié)果如表1所示，將測試結(jié)果繪制成曲線，如圖2所示。

　　從圖2可以看出，汽車電子標識的反向鏈路頻偏與溫度呈線性變化的關(guān)系。3個版本的汽車電子標識由于芯片設(shè)計的差別，導致其隨溫度變化的趨勢有所區(qū)別，其中版本1電子標識隨著溫度的降低，其反向鏈路頻率減小;版本2電子標識隨著溫度的降低，其反向鏈路頻率增大;版本3電子標識的反向鏈路頻率不隨著溫度變化。很明顯可以看出，版本3的電子標識針對高低溫反向鏈路頻率偏移，其方案最為理想，不過所有3個版本的電子標識反向鏈路頻偏均在-40℃和85℃時依然低于20%，也充分滿足了GB/T29768的要求。

　　(二)高、低溫環(huán)境下汽車電子標識靈敏度

　　電子標識的靈敏度作為衡量電子標識的一個重要指標，直接關(guān)系到實際電子標識系統(tǒng)的識讀距離、識讀穩(wěn)定性等。根據(jù)國家標準《汽車電子標識通用技術(shù)條件》征求意見稿的要求，汽車電子標識在0℃至40℃的溫度下，數(shù)據(jù)讀取靈敏度需≤-17dBm。由于汽車電子標識需要在環(huán)境溫度≥-40℃且≤85℃情況下能夠正常工作，若此時靈敏度下降嚴重，則可能導致實際環(huán)境中由于讀寫設(shè)備前向信號在遠距離情況下減小而無法激活電子標識，使得識讀距離大大縮短。

　　低溫環(huán)境的電子標識靈敏度，按照圖3進行測試。靈敏度測試儀型號為Voyantic Tagformance。該儀器放置于暗室內(nèi)，設(shè)置測試模式為GB/T 29768協(xié)議測試，反向鏈路參數(shù)設(shè)置為320K-Miller2。由于高低溫箱內(nèi)屬于全屏蔽環(huán)境，如果將儀器天線直接置于高低溫箱內(nèi)，會由于反射嚴重而無法得到真實靈敏度數(shù)據(jù)，所以測試時必須將待測汽車電子標識的溫度下降到-50℃以下，立刻將其取出并放置在測試儀上，用紅外測溫儀測量電子標識表面溫度，待其溫度達到-40℃時，立刻用靈敏度測試儀檢測其靈敏度。

　　高溫環(huán)境下的電子標識靈敏度，則可直接使用靈敏度測試儀進行檢測。靈敏度測試儀的設(shè)置與低溫一樣，同樣放置于暗室內(nèi)，將電子標識置于測試儀上，使用電吹風或熱風槍等進行加熱，并用紅外測溫儀測量其表面溫度(注意必須在電吹風或熱風槍關(guān)閉情況下測量溫度)，待其溫度達到85℃時，立刻使用靈敏度測試儀檢測其靈敏度。

　　同樣針對表1中3個版本的汽車電子標識進行測試，在20℃、-40℃和85℃溫度下，得到表2的測試數(shù)據(jù)，并由靈敏度測試儀導出圖4、圖5、圖6的靈敏度測試數(shù)據(jù)曲線。

　　由測試結(jié)果可以看出，在920MHz~925MHz頻段，相對于常溫情況，汽車電子標識在高、低溫環(huán)境下均出現(xiàn)靈敏度下降情況。其中低溫環(huán)境下靈敏度下降幅度不明顯，版本1和版本3汽車電子標識下降幅度達到了0.5dBm~0.6dBm;在高溫環(huán)境下靈敏度也出現(xiàn)下降幅度較大的情況，版本1汽車電子標識靈敏度下降幅度達到了2.3dBm，版本2也達到了1.6dBm，版本3達到了0.8dBm。所以高溫對汽車電子標識的影響相對更大，性能下降情況較明顯。

　　三、高、低溫環(huán)境汽車電子標識應(yīng)用測試效果

　　針對汽車電子標識在高、低溫環(huán)境下反向鏈路頻率和靈敏度變化的情況，選取實際高、低溫環(huán)境進行靜態(tài)和動態(tài)跑車測試。選擇6月份的新疆吐魯番市為高溫應(yīng)用測試點，測試時實際環(huán)境溫度為36.2℃，車窗開啟，汽車電子標識表面溫度為60.8℃;選擇1月份的黑龍江省漠河縣為低溫應(yīng)用測試點，測試時實際環(huán)境溫度為-30.3℃，車窗開啟，汽車電子標識表面溫度為-26.6℃。按照圖7的方法進行測試。

　　測試場地均選取空曠無外在干擾的環(huán)境，讀寫單元輸出功率設(shè)置為26dBm或30dBm，天線增益10dBi，天線單元下沿距離地面垂直高度H1為5.5m，與水平面的夾角為60°。讀寫設(shè)備設(shè)置前向Query信號的Tc值取6.25us，會話標志選擇S0，盤點標志為Ob，前導信號指示TRext=1，反向鏈路速率因子K=1，反向編碼選擇Miller2編碼方式。待測汽車電子標識粘貼在測試車輛前風窗玻璃微波窗口位置，距離地面垂直高度H2為1.35m，測試車輛行駛方向正對天線單元。靜態(tài)識讀汽車電子標識測試結(jié)果如表3所示。

　　根據(jù)國家標準《汽車電子標識通用技術(shù)條件》征求意見稿的要求，在外界溫度為0℃~40℃，發(fā)射功率為26dBm，天線增益10dBi情況下，靜態(tài)識讀距離需≥12米。從表3可以看到，版本2和版本3的汽車電子標識的實際應(yīng)用性能依然可以滿足要求。而當發(fā)射功率為30dBm時，各版本電子標識的讀寫距離大于30米，連續(xù)識讀范圍均大于20米。在此基礎(chǔ)上進行動態(tài)跑車測試，在車速為50km/h~80km/h的情況下，單讀寫設(shè)備單天線模式均能穩(wěn)定的識讀到汽車電子標識，識讀次數(shù)大于等于50次，可以滿足實際應(yīng)用要求。

　　四、結(jié)束語

　　通過測試汽車電子標識在實驗室高、低溫環(huán)境和實際高、低溫環(huán)境的靜態(tài)、動態(tài)性能，測得現(xiàn)有汽車電子標識的性能足夠滿足高、低溫環(huán)境的實際應(yīng)用。隨著國內(nèi)越來越多的城市加入汽車電子標識的試點應(yīng)用，汽車電子標識在高、低溫環(huán)境的應(yīng)用需要具備更高的可靠性和一致性。在實際使用過程中，由于車內(nèi)一般具備空調(diào)等控溫設(shè)備，汽車電子標識的使用環(huán)境實際溫度很難低于-20℃或高于50℃，所以實際應(yīng)用效果將更好。當然，隨著汽車電子標識相關(guān)技術(shù)的進步，汽車電子標識的性能，包括反向鏈路頻偏和靈敏度等數(shù)據(jù)在各個溫度情況下也會進一步提升。