射頻識別(RFID)系統(tǒng)中的電磁兼容問題分析

劉 紅，逯貴禎

（中國傳媒大學信息工程學院，北京 100024）

1 RFID 的電磁兼容問題

射頻識別（RFID）技術(shù)是一種非接觸式自動識別技術(shù)，由射頻標簽和射頻閱讀器兩部分組成。進入磁場內(nèi)的RFID 標簽，接收閱讀器發(fā)出的射頻信號，憑借感應電流所獲得的能量將儲存在芯片中的產(chǎn)品信息發(fā)送出去，或由標簽主動發(fā)送某一頻率信號，閱讀器讀取信息并解碼后，送至中央信息處理系統(tǒng)進行有關(guān)數(shù)據(jù)處理，從而高效快速地完成對靜止或移動待識別物品的自動識別。

RFID 技術(shù)已被廣泛應用到各個領域，相關(guān)產(chǎn)品研發(fā)，性能優(yōu)化等成果層出不窮。但隨著RFID 技術(shù)的不斷發(fā)展和應用，慢慢發(fā)現(xiàn)RFID 技術(shù)并非完美無瑕，也存在很多不足，尤其是近幾年來，一個重要挑戰(zhàn)漸漸顯現(xiàn)出來——RFID 系統(tǒng)的電磁兼容問題。RFID 技術(shù)應用的頻率范圍多在860～960MHz 內(nèi)，屬于UHF 頻段，目前已對世界主要國家或地區(qū)的RFID 業(yè)務做了具體的頻率規(guī)劃。RFID 技術(shù)工作的UHF 頻段屬于ITU-R 定義的工業(yè)、科學、醫(yī)學（ISM）頻段，RFID 技術(shù)應用中的幾個單頻點：125kHz、13.56MHz、2.45GHz 也屬于ISM 頻段。由于該頻段的使用無需授權(quán)許可，因此眾多應用電子設備工作在這一頻段，無形間產(chǎn)生了大量電磁輻射。而與其他同頻工作的電子設備相比，RFID 系統(tǒng)需在激勵無源電子標簽時產(chǎn)生相對較強的射頻功率，這必將帶來對鄰近電子設備的干擾問題。同樣，其他電子設備輻射也會在一定程度上干擾RFID 系統(tǒng)。這將削弱甚至阻斷各自系統(tǒng)的正常工作，從而造成意想不到的惡劣結(jié)果，因此應運而生的R FID 技術(shù)電磁兼容研究就變得尤為重要。

近些年來，關(guān)于RFID 系統(tǒng)的電磁兼容問題逐漸受到國內(nèi)外科研人員的重視，研究涉及RFID 系統(tǒng)電磁兼容諸多方面，例如RFID 對運行設備的干擾以及對工作人員造成的影響和危害等。根據(jù)干擾來源的不同，RFID 的EMC 問題分為RFID 系統(tǒng)內(nèi)的EMC 問題，RFID 系統(tǒng)與其他系統(tǒng)間的EMC 問題。RFID 應用的領域涉及航空航天、醫(yī)療保健、商業(yè)物流、無線通信、動物追蹤等，在這些領域的應用中，均存在EMC 問題。目前對RFID 的EMC 研究的方法主要有解析分析、軟件仿真、特定環(huán)境測量等。

2 RFID 系統(tǒng)內(nèi)部EMC 問題

RFID 系統(tǒng)內(nèi)部EMC 問題的研究主要集中在RFID系統(tǒng)仿真設計和實際電路測試兩個方面。主要解決兩大問題，一是如何從理論和仿真設計階段減小RFID 系統(tǒng)的電磁干擾問題，圍繞RFID 系統(tǒng)在仿真和開發(fā)中需統(tǒng)籌考慮的問題進行研究，主要就RFID 系統(tǒng)在軟件仿真和實際應用中產(chǎn)生的誤差進行理論分析和仿真研究[2]。從解析角度推導了電磁干擾對RFID 線圈時域穩(wěn)定度的理論影響[16]；二是如何改進已應用設備存在的電磁兼容問題，研究靜電對黏貼式射頻標簽的影響，該研究在多個測試環(huán)境下進行，發(fā)現(xiàn)靜電會導致不接地黏貼式標簽性能故障[4]。對基板RFID 系統(tǒng)產(chǎn)生的輻射干擾噪聲進行理論分析并提出相應抑制措施[11]。抑制非固有輻射，保留固有輻射，由于繁復的計算，建模和其他因素影響，目前還沒有有效地抑制遠場輻射的方法。本文用測量得到的近場波阻抗來建立輻射區(qū)結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)旁路電容可以減小非固有輻射噪聲，并在兩個實際電路（CS-KS 和CS-SK 型 IC 卡閱讀器）測量中得到驗證。

3 RFID 應用領域的EMC 問題

RFID 應用領域的EMC 問題的研究主要集中在RFID系統(tǒng)與其他系統(tǒng)是否存在干擾、產(chǎn)生這種干擾的主要因素、RFID 系統(tǒng)的工作輻射是否對生命體(人或動物)產(chǎn)生影響以及解決RFID 應用中EMC 問題的策略方法。

3.1 干擾性探究

干擾性研究多基于實驗測試，通過對不同環(huán)境、不同狀態(tài)下的實際測量，找到滿足系統(tǒng)互不干擾的閾值條件。研究人員對RFID 定位系統(tǒng)電磁兼容問題的研究就是基于實驗測量，在封閉和空曠兩種環(huán)境下，分別對RFID 雷達定位系統(tǒng)進行功能測試，得到在封閉環(huán)境下，由于波的多次反射干擾，40%～60%的目標不能準確定位，而在空曠的環(huán)境下，93%以上的目標能夠準確定位，因此得出在5 米內(nèi)的室內(nèi)環(huán)境下該定位系統(tǒng)不適用的結(jié)論[5]。由RFID 系統(tǒng)在醫(yī)學中的應用將產(chǎn)生的設備干擾問題和潛在風險問題進入，以ANSIC63.18-1997標準對其進行源與設備不同距離、源不同功率、及不同相對位置的測試，得到RFID 標簽輻射不影響心電圖測試結(jié)果的結(jié)論[14]。通過實驗測試，發(fā)現(xiàn)在有大型電子設備的機械工廠環(huán)境下，RFID 的標簽檢測識別度將下降20%～40%[9]。

在實際的干擾性研究過程中，為了使測量更加簡單集中，多會使用模擬信號發(fā)生器，在相對較小空間內(nèi)完成高精度模擬測試。利用矢量信號發(fā)生器模擬產(chǎn)生高峰值雜散輻射RFID 信號，并將其和飛機下滑道（GS）信號混合輸入GS 接收器，討論無線RFID 標簽信號對飛機下滑道接收系統(tǒng)的影響，確定GS 接收系統(tǒng)的干擾閾值[8]。

RFID 系統(tǒng)與其他無線電信號的電磁干擾問題是近些年研究的熱點。測試人員以工作在UHF-868MHz 頻段的GSM 移動電話信號為例，通過測試不同GSM 功率強度下RFID 有效識讀距離，和測試兩者不同距離下GSM 移動電話的接收電平，闡述了GSM 信號的存在會對RFID系統(tǒng)識別性能產(chǎn)生干擾，反之RFID 系統(tǒng)也會對GSM 信號產(chǎn)生抑制[6]。文獻[7]也對類似問題進行了相關(guān)研究，文獻[13]研究人員對無源RFID 系統(tǒng)和跳頻通信系統(tǒng)之間的電磁干擾影響進行了研究，但針對這類問題，都沒能給出具體有效的解決方案。

3.2 輻射性探究

輻射性問題是關(guān)系到人類、動物生存健康的大問題，因此對RFID 應用系統(tǒng)輻射性研究正逐漸受到重視。

在醫(yī)學方面，研究人員提出了關(guān)于RFID 在醫(yī)療保健中的電磁兼容提議，分析了RFID 醫(yī)療設備潛存的電磁干擾問題，給出了其電磁兼容相關(guān)標準和實際應用[12]。

在民航應用方面，Y F Wong 等發(fā)表了一篇關(guān)于香港國際機場RFID 系統(tǒng)射頻輻射對人類安全問題的論文[1]，文章就機場新安裝的RFID 行李處理系統(tǒng)對工作人員健康影響進行研究，在不同情況、不同地點對行李處理系統(tǒng)周圍進行電場值測試，對比國際輻射保護委員會（ICNIRP）指標，得出該RFID 系統(tǒng)對工作人員安全的結(jié)論。

在動物跟蹤管理方面，研究者理論分析了無線感應充電器近場電磁場分布情況，分析得出當攜帶RFID 標簽的動物接近汽車無線電能傳輸系統(tǒng)時，該系統(tǒng)會在窄帶內(nèi)產(chǎn)生強烈的磁場，這將導致RFID 應答器的毀滅性損壞[17]。但一些更加嚴重的問題，如受傷的動物是否會產(chǎn)生歐姆熱、汽油泄漏、甚至車窗玻璃的破裂等，還有待于進一步研究。

3.3 方法性探究

提出一種基于RFID 系統(tǒng)讀寫器磁通量估算植入性醫(yī)療設備電磁干擾的新方法[3]。進一步提出了一種減小植入性醫(yī)學裝置電磁干擾的方法，該方法基于一個在無線通信設備空閑周期的“緩解信號”，通過其作用減小植入性醫(yī)學裝置在非線性檢波時產(chǎn)生的低頻噪聲[10]。這種方法將減小最大干擾距離達90%。研究者在前人基礎上進一步對RFID 在心電節(jié)奏檢測設備(CRMD)的電磁干擾進行解析分析和緩解方法研究[15]。發(fā)現(xiàn)RFID 對CRMD的影響因素不僅僅和RF 信號的功率大小相關(guān)，還和功率輸出的變化率有關(guān)，并認為后者是產(chǎn)生干擾的主要原因。相應的解決方案就是依照文中所推得的緩解干擾公式調(diào)節(jié)載波信號的變化率，從而降低干擾。

4 減少RFID 中電磁干擾的措施

電磁兼容是一門以實驗為基礎的科學，因而上述RFID 電磁兼容問題的研究成果最終會基于實際的測量結(jié)果；也有一些理論、標準的提出作為實驗測量依據(jù)。

對于RFID 的電磁兼容問題，目前提出的解決措施主要有：

1）為減小系統(tǒng)間干擾，RFID 設備實際使用時較理想的模式是跳頻模式。

2）應對RFID 設備進行極限條件下的射頻性能測試，以保證在惡劣環(huán)境下的使用，具體的要求參照相關(guān)國家標準。

3）考慮到將來的大容量標簽所需的更高的讀取速率，需要設備能夠提供足夠的必要帶寬。

4）為防止RFID 設備的電源端口、電信端口、信號端口耦合的傳導騷擾通過電源線、電信電纜或內(nèi)部鏈接電纜向空間輻射電磁波，建議RFID 設備的電源端口、電信端口、信號端口的傳導騷擾滿足相關(guān)要求。

5 小結(jié)

本文總結(jié)了RFID 系統(tǒng)內(nèi)部存在的主要電磁兼容問題，分析了RFID 在應用中產(chǎn)生的輻射問題及它與其他系統(tǒng)之間的相互干擾問題，并對目前RFID 中電磁兼容問題的研究方法進行了歸納總結(jié)，給出目前減少RFID中電磁干擾的具體措施。

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