高、低温环境下汽车电子标识的灵敏度

通过对汽车电子标识在高、低温环境下的性能影响因素进行分析，发现其在高、低温环境下的性能具有一定的降低。针对电子标识在高、低温环境下性能降低的情况，在黑龙江省漠河县和新疆吐鲁番市分别进行应用测试以验证其在实际低温和高温环境下的效果，所测试的数据和方法对建设和推广汽车电子标识系统具有重大意义，且为后续汽车电子标识的改进提供参考。一、引言由于具有高速移动物体识别、多目标识别和非接触识别等特点，RFID技术显示出巨大的发展潜力与应用空间，被认为是21世纪最有发展前途的信息技术之一。基于RFID技术的汽车电子标识技术给创新交通管理和执法服务带来了新机遇。无锡、深圳等城市已经在重点车辆通行监管、特种车辆优先通行、假/套牌车缉查布控、小区/停车场门禁服务等方面广泛运用RFID电子标识，给社会管理和人民生活带来巨大便利，得到了社会的高度认可。随着汽车电子标识的推广，其在全国范围内的应用也指日可待。然而由于我国各地的气候差别较大，汽车电子标识必然会面临其在低温环境和高温环境中的应用。由于现有芯片技术限制，必然导致汽车电子标识在高、低温情况下性能发生一定的变化。那么汽车电子标识在高、低温环境下是否可以正常使用，必须要进行提前研究和测试。 二、高、低温环境对汽车电子标识性能的影响汽车电子标识属于超高频频段RFID电子标签，实际应用频段为920MHz~925MHz。其在高、低温环境下主要性能影响因素与一般的超高频RFID电子标签相同，即主要存在两个方面的影响：一是汽车电子标识在高、低温环境下会出现反向链路频率的变化；二是汽车电子标识在高、低温环境下会出现灵敏度的变化。（一）高、低温环境下汽车电子标识反向链路频率根据国家标准GB/T 29768-2013《信息技术 射频识别800/900MHz 空中接口协议》的要求，电子标识在-25℃至60℃情况下，需要满足反向链路频率偏差≤20%[3]。而应用于实际路面环境的汽车电子标识，为确保其在全国各个地区和气候环境下均能正常工作，应满足≥-40℃且≤85℃的情况下依然能够正常工作，若此时反向链路频率偏差较大，则可能由于读写设备无法解调反向信号而无法进行正常通讯，而现有的读写设备一般能够解调反向链路信号的容差也仅为±20%，所以汽车电子标识在高、低温环境下的反向链路频率应具备更高的要求。针对高、低温环境下的汽车电子标识反向链路频率变化，我们按照图1的方法进行测试。测试信号发生器的型号为是德E4438C，由上位机控制发送前向Query信号。发射功率控制为18dBm，中心频率选取定频922.375MHz，载波不关闭，信号间隔时间为5毫秒。Query信号的Tc值取6.25us，会话标志选择S0，盘点标志为Ob，前导信号指示TRext=1，反向链路速率因子K=1，反向编码选择Miller2编码方式。测试信号分析仪的型号为泰克RSA5103B，在时域模式测试汽车电子标识反向链路数据的信号功率包络。由于汽车电子标识存在多个版本，选取3个不同版本汽车电子标识各10张作为测试样品，分别按照图1进行测试。在-40℃至85℃的温度下，每隔10℃进行一次测试，待温箱内环境稳定后记录结果，测试结果如表1所示，将测试结果绘制成曲线，如图2所示。 从图2可以看出，汽车电子标识的反向链路频偏与温度呈线性变化的关系。3个版本的汽车电子标识由于芯片设计的差别，导致其随温度变化的趋势有所区别，其中版本1电子标识随着温度的降低，其反向链路频率减小；版本2电子标识随着温度的降低，其反向链路频率增大；版本3电子标识的反向链路频率不随着温度变化。很明显可以看出，版本3的电子标识针对高低温反向链路频率偏移，其方案最为理想，不过所有3个版本的电子标识反向链路频偏均在-40℃和85℃时依然低于20%，也充分满足了GB/T29768的要求。（二）高、低温环境下汽车电子标识灵敏度电子标识的灵敏度作为衡量电子标识的一个重要指标，直接关系到实际电子标识系统的识读距离、识读稳定性等。根据国家标准《汽车电子标识通用技术条件》征求意见稿的要求，汽车电子标识在0℃至40℃的温度下，数据读取灵敏度需≤-17dBm。由于汽车电子标识需要在环境温度≥-40℃且≤85℃情况下能够正常工作，若此时灵敏度下降严重，则可能导致实际环境中由于读写设备前向信号在远距离情况下减小而无法激活电子标识，使得识读距离大大缩短。 低温环境的电子标识灵敏度，按照图3进行测试。灵敏度测试仪型号为Voyantic Tagformance。该仪器放置于暗室内，设置测试模式为GB/T 29768协议测试，反向链路参数设置为320K-Miller2。由于高低温箱内属于全屏蔽环境，如果将仪器天线直接置于高低温箱内，会由于反射严重而无法得到真实灵敏度数据，所以测试时必须将待测汽车电子标识的温度下降到-50℃以下，立刻将其取出并放置在测试仪上，用红外测温仪测量电子标识表面温度，待其温度达到-40℃时，立刻用灵敏度测试仪检测其灵敏度。高温环境下的电子标识灵敏度，则可直接使用灵敏度测试仪进行检测。灵敏度测试仪的设置与低温一样，同样放置于暗室内，将电子标识置于测试仪上，使用电吹风或热风枪等进行加热，并用红外测温仪测量其表面温度（注意必须在电吹风或热风枪关闭情况下测量温度），待其温度达到85℃时，立刻使用灵敏度测试仪检测其灵敏度。同样针对表1中3个版本的汽车电子标识进行测试，在20℃、-40℃和85℃温度下，得到表2的测试数据，并由灵敏度测试仪导出图4、图5、图6的灵敏度测试数据曲线。 由测试结果可以看出，在920MHz~925MHz频段，相对于常温情况，汽车电子标识在高、低温环境下均出现灵敏度下降情况。其中低温环境下灵敏度下降幅度不明显，版本1和版本3汽车电子标识下降幅度达到了0.5dBm~0.6dBm；在高温环境下灵敏度也出现下降幅度较大的情况，版本1汽车电子标识灵敏度下降幅度达到了2.3dBm，版本2也达到了1.6dBm，版本3达到了0.8dBm。所以高温对汽车电子标识的影响相对更大，性能下降情况较明显。 三、高、低温环境汽车电子标识应用测试效果针对汽车电子标识在高、低温环境下反向链路频率和灵敏度变化的情况，选取实际高、低温环境进行静态和动态跑车测试。选择6月份的新疆吐鲁番市为高温应用测试点，测试时实际环境温度为36.2℃，车窗开启，汽车电子标识表面温度为60.8℃；选择1月份的黑龙江省漠河县为低温应用测试点，测试时实际环境温度为-30.3℃，车窗开启，汽车电子标识表面温度为-26.6℃。按照图7的方法进行测试。测试场地均选取空旷无外在干扰的环境，读写单元输出功率设置为26dBm或30dBm，天线增益10dBi，天线单元下沿距离地面垂直高度H1为5.5m，与水平面的夹角为60°。读写设备设置前向Query信号的Tc值取6.25us，会话标志选择S0，盘点标志为Ob，前导信号指示TRext=1，反向链路速率因子K=1，反向编码选择Miller2编码方式。待测汽车电子标识粘贴在测试车辆前风窗玻璃微波窗口位置，距离地面垂直高度H2为1.35m，测试车辆行驶方向正对天线单元。静态识读汽车电子标识测试结果如表3所示。 根据国家标准《汽车电子标识通用技术条件》征求意见稿的要求，在外界温度为0℃~40℃，发射功率为26dBm，天线增益10dBi情况下，静态识读距离需≥12米。从表3可以看到，版本2和版本3的汽车电子标识的实际应用性能依然可以满足要求。而当发射功率为30dBm时，各版本电子标识的读写距离大于30米，连续识读范围均大于20米。在此基础上进行动态跑车测试，在车速为50km/h~80km/h的情况下，单读写设备单天线模式均能稳定的识读到汽车电子标识，识读次数大于等于50次，可以满足实际应用要求。 四、结束语通过测试汽车电子标识在实验室高、低温环境和实际高、低温环境的静态、动态性能，测得现有汽车电子标识的性能足够满足高、低温环境的实际应用。随着国内越来越多的城市加入汽车电子标识的试点应用，汽车电子标识在高、低温环境的应用需要具备更高的可靠性和一致性。在实际使用过程中，由于车内一般具备空调等控温设备，汽车电子标识的使用环境实际温度很难低于-20℃或高于50℃，所以实际应用效果将更好。当然，随着汽车电子标识相关技术的进步，汽车电子标识的性能，包括反向链路频偏和灵敏度等数据在各个温度情况下也会进一步提升。