認證前測攸關產品成敗　頻譜分析儀/量測套件攜手把關

具備足夠的記憶體容量並結合高精度觸發能力的頻譜分析儀，因為能夠捕捉到任何無線射頻系統在發射器與接收器之間的訊號響應，可讓工程師利用這些完整的頻率特性快速地診斷出各種應用系統內外的訊號狀態，並正確地評估其設計品質，因而成為工程師在為RFID設計進行驗證或實際部署時不可或缺的工具。  

頻譜分析儀除了能夠展現在觸發與捕捉無線射頻訊號頻率響應的絕佳性能之外，它也可供作測試應用與量測產業界在進行無線射頻訊號與無線遙控系統分析上的診斷配套工具。先進的頻譜分析儀能夠比其他測試儀器在無線射頻辨識系統之應用方面，提供更快速且更有效率的診斷分析經驗。本文將以GP-830做為參考範例，詳述工程師該如何利用頻譜分析儀完成RFID設計的驗證工作，同時證明其在RFID開發過程中不可或缺的價值。  

RFID量測系統配置按部就班  

當工程師要利用頻譜分析儀來進行RFID天線標籤的設計驗證時，可直接將RLB(Return-loss-bridge)接頭裝上頻譜分析儀的無線射頻訊號輸入端(圖1)；接著再利用纜線連接RLB接頭上的訊號源與頻譜分析儀之追蹤產生器的輸出端(圖2)；最後，將環形線圈式偵測器接上RLB接頭的負載端之後，便可進行追蹤放大器的標準化(圖3)。

圖1　在進行天線標籤的量測時，可直接將RLB接頭裝上頻譜分析儀的無線射頻訊號輸入端。

圖2　利用纜線連接RLB接頭上的訊號源與頻譜分析儀之追蹤產生器的輸出端。

圖3　將環形線圈式偵測器接上RLB接頭上的負載端之後，便可進行其追蹤放大器的標準化動作。

在系統硬體配置工作完成後，工程師應先從頻譜分析儀之螢幕上確認標準化的結果，待確定無誤(圖4)之後即可將待測之天線標籤物件貼近環形線圈式偵測器而得出其特性頻率。在本文所使用的範例分析儀中，按下Min Search之功能鍵可鎖定須觀察的待測天線標籤物件之相關資料(圖5)。

圖4　頻譜分析儀之螢幕上進行標準化的動作，圖中所示的波形結果表示標準化動作無誤。

圖5　在此可鍵入「Min Search」之功能鍵而鎖定需要觀察的待測之天線標籤物件之相關資料。

天線選擇須因應用制宜

上述系統配置是使用頻譜分析儀量測RFID訊號時的基本配置，但在實際進行訊號量測時，由於不同RFID系統所使用的工作頻段不同，因此在偵測器的部分必須做出對應的調整，例如在量測13.5MHz的射頻訊號時，便可採取兩種方案。

第一種方案是利用RLB-001量測返回損失，在此所用到之感應線圈式天線則如圖6下半部的線圈式天線；第二種方案則是利用兩組天線，包括用以發射訊號的線圈式天線與用以接收訊號的線圈式天線(上方較細者)。

圖6　量測13.5MHz訊號時所採用的不同線圈式天線

整個量測系統的連接與待測物的設置可按照圖7的方式來進行。在完成裝置連接後，工程師即可設定各項量測參數。  

不管是採用返回損失法或雙天線法，工程師都可以獲得所需要的資料。利用返回損失法的量測結果如圖8所示，可看出一個大小4.5dB的返回損失，且其最小訊號峰值位置約在14.36MHz。利用雙天線法時，須在放置妥待測物件前，先進行一次沒有待測物的量測動作，得出其結果如圖9中的A曲線軌跡，然後再將待測物件對準線圈式天線的圓心位置，並固定連接在壓克力片上，得出圖9中的B曲線軌跡。比較兩種曲線軌跡可得出約12dB的差額，且其訊號峰值位置約在14.16MHz。

圖7　訊號傳輸測試的連接裝置

圖8　運用RLB-001量測返回損失

圖9　量測待測物件之傳輸訊號

由於物理特性的關係，在捕捉頻率較低的訊號時，工程師必須採用較長的繞線式環形天線。以125kHz頻段的RFID訊號量測為例，可能須運用兩組長達4公尺繞線的環形天線(圖10)，以獲得最好的訊號捕捉效果。此一量測系統與待測物的配置如圖11所示，各個繞線的環形天線的兩端分別連接到內部訊號端與BNC的接地腳位。

圖10　可捕捉125kHz訊號的繞線式環形天線

在圖11的配置中，兩個線圈式天線緊貼於上下兩片壓克力片上，並個別加以連接到追蹤產生器輸出端與頻譜分析儀的無線射頻輸出端，其中無線射頻辨識天線標籤可背貼與連接在壓克力片的另一面上進行測試。對頻譜分析儀而言，在追蹤產生器輸出端所搭載的10dB衰減器有助於提升環形線圈式天線阻抗匹配程度。

圖11　測試治具與裝置連接示意圖

在配置完成後，工程師便可開始量測參數設定流程，例如中心頻率可設定為125kHz，展頻範圍可設定為200kHz，參考位準可設定為-10dBm，而測量訊號強度之單位刻度可設定為5dB/div，RBW則可設定為30kHz，以便於觀察。接著在打開追蹤產生器之後，追蹤產生器可設定為0dBm。  

由於這個測試配置採用雙天線法，因此在實際量測待測物前，須先進行無待測物件之空測，其所測得之頻率響應如圖12。在取得空測結果之後，將待測物緊貼放置在上下壓克力片上，同時須注意應對準線圈式天線的位置，其量測結果如圖13。觀察此一經過調變後之訊號，可知其峰值位置約在122kHz，距離標的峰值125kHz約產生3kHz的偏移。由於在經過調變過程之後往往會使得尖峰訊號產生偏移現象，因此工程師在量測時須在頻譜分析儀搭載追蹤產生器，以量測到所要觀察的訊號。

圖12　無待測物件之裝置連接下空測條件所測得之頻率響應。

圖13　有待測物件之裝置連接條件下所測得之頻率響應

RFID認證前測不可或缺

大部分的產業標準皆配合一套符合規範的認證程序與相容性商標，而這種通過核准認可的標章會深深地反映在客戶的預期心理上，尤其是針對各式各樣無線射頻辨識系統的讀取設備與標籤天線的製造商而言，確保系統功能正常運作的形象有賴於這種認證測試的效果。這種認證機制與一般電子物件之特性測試等前測作業就本質而言並沒有差別，但對供應商而言，若能在正式的認證程序進行之前先行完成前測的工作，而非在未經前測的情況下貿然進入正式認證程序，可有效降低損及商業利益的風險。  

不幸的是，在快速變動的RFID產業中，新產品的認證測試準備不足所產生的瓶頸成本，往往衍生出更多產品上市的機會成本。因為無線射頻辨識系統產品的認證測試一旦失敗，將導致供應商必須重新規畫新的認證測試，除了造成營收損失外，因延誤商機而增加的機會成本也是不容忽視的無形成本。  

為了避免這些有形/無形成本產生，無線射頻辨識系統產品的測試認證必須快速、一次通過。許多公司因為體認到這個事實而願意大力投資無線射頻辨識系統產品測試認證的前測動作，以確保能夠快速通過測試認證的審核作業。因為在產品離開公司之前找出的產品設計錯誤往往處理起來是事半功倍的，一旦產品進入無線射頻辨識系統產品測試認證實驗室才被發現有設計錯誤，所有的補救措施就只能算是亡羊補牢了。若能透過高效能的無線射頻辨識系統產品測試認證的前測設備，才能降低更多無謂損失。  

由於無線射頻辨識系統產品測試認證實驗室往往採用自動化的測試系統，且其測試的作業比起傳統的備用開發測試系統更完整，而要求大部分的工程師徹底地測試其設計似乎是勞師動眾且所費不貲。基於上述的原因，一套全方位的前測工具作業對工程師而言是非常關鍵的工具。頻譜分析儀若能搭載獨特的無線射頻辨識系統輔助性偵測套件，便可以快速滿足許多重要的產業規格需求，同時使得工程師快速找到操作上攸關規格設定之種種問題。  

藉助這類測試設備，則在種種量測上所需要的人力配置即可完善地納入現場作業，以支援各種必要性的電磁干擾診斷分析。最後，要展現出頻譜分析儀在選定天線標籤的最佳化設計方案上的效用與價值，亦可搭配使用網路分析儀來進行輔助性的確認工作，以期獲得在待測物件與鄰近之周邊環境所需要的天線形式天線阻抗與輻射特性。

在無線射頻辨識系統產品的前測過程中，採用頻譜分析儀加上對應套件將有助於消除在認證實驗室中進行量測運算上所造成的誤差。對於大多數亟待短時間內快速通過無線射頻辨識系統產品認證測試程序的產品上市計畫而言，不啻是一項重大的福音。

而在其認證測試程序的過程中若有任何問題產生，亦可透過快速的電路解析工具來排除各種疑難雜症。頻譜分析儀不僅能協助工程師找到並解決惱人的無線射頻辨識系統產品難題，同時也有助於避免過時儀器與功能性不足的量測系統對工程師在工作時所產生的挫折感。  

頻譜分析儀搭配專用套件將成大勢所趨  

無線射頻辨識系統產業包含了眾多不同科技，其應用市場也非常多元化，因此其通訊連結特性迥異於傳統的無線連結技術。為了降低繁雜的量測系統裝置設計並簡化使用者介面，以協助工程師獲得更深入的天線設計分析資料，頻譜分析儀與無線射頻辨識系統輔助性偵測套件將是最基本的需求。透過這樣的組合，可針對無線射頻辨識系統標籤天線工程師所關注的主流測試項目進行診斷分析，因此可大幅加速新產品在問題診斷、認證測試之前測行動與生產品管上的進度。  

(本文作者任職於固緯電子)