RFID設備電磁騷擾特性分析與測試方法研究

李 君

（北京東方計量測試研究所，北京 100086）

0 引 言

RFID技術在物聯網的大概念和個體間的互認互聯中發揮了非常重要的作用[1]。不論是技術含量較高的半有源RFID技術，還是應用范圍廣泛的無源RFID技術，在社會物聯網業中都得到了廣泛應用。

1 RFID設備分析

RFID系統主要由計算機通信網絡、電子標簽以及讀寫機具等構成，可適用微波、超高頻、高頻以及低頻等國際上應用最廣泛的頻率。

RFID設備可對特定的物品或設備展開特征匯總，并對特征編碼進行信息化處理，利用標牌、標簽等方式，實現與設備的連接，然后在規劃好的區域內布置特征編碼的識別器，通過對一定頻率載波的加載，將無線信號的編碼利用無線電波發出。當特定物品或設備的標簽進入無線電波工作區域時，設備就會獲取該信號，利用二者耦合出的感應電流激活相應的能量值。由于很多標簽是處于激活狀態的，在處理和判斷這些數據時，會將數據傳輸至整個網絡，并利用后臺系統完成處理，從而完成處理假定與管理操作[2]。在處理數據前，需要有反饋處理與權限判定環節，而在處理數據時，要合理判斷數據，即是要加密處理數據。

2 電磁騷擾特性測試分析

隨著社會的發展與科技的不斷進步，在人們生活與生產領域中所應用的電子與電氣設備越來越多，設備在運行過程中會產生很多無用或有用的電磁能量，對其他設備造成影響，出現電磁干擾問題。嚴格來說，只要在相對統一的電磁環境下放置兩個以上的電子類元件或電氣類元件，就會出現電磁干擾，產生電磁兼容性（EMC）問題[3]。

電磁兼容性指電子或電氣類裝置在某個特定的電磁環境下可以很好地執行自身功能的狀態。此狀態允許多個獨立運行的設備正常工作，同時還能夠降低彼此間的干擾，實現兼容運行的目的。

當前，國家對電磁環境測試工作的重視程度越來越高，已制定EMC測試標準，并以公認的極限值作為判斷理論開展研究。開展預相容測試時，需在確保產品通過每個項目的基礎上，以消除電磁干擾為目標，提升被測產品的可信度[4]。

電磁兼容性測試涉及電磁騷擾和電磁抗擾度。電磁騷擾特性是電磁兼容特性中的一個重要方面，越來越受到技術人員的重視，其主要原因在于：第一，隨著現代工業的發展，電子元件密集度備受關注，而眾多電子設備在相同電磁環境下運行，必然產生電磁騷擾問題，造成嚴重后果；第二，伴隨數字化電子產品與電氣產品的出現，微型處理器得到廣泛應用，出現了較強的電磁騷擾問題。

3 測試方法與應用分析

3.1 雜散騷擾分析

雜散騷擾即是被測設備在工作狀態下表現出的無用信號功率所產生的電磁騷擾。當前，在通訊領域，雜散測試被公認為最關鍵的測試項目，世界各個國家都有明確的規定和標準[5]。

（1）測試環境：采用五米法暗室，保證受測設備能夠正常工作，大氣壓強為101 kPa，溫度為25 ℃，濕度達40%。

（2）測試設備如表1所示。

（3）結果分析:在正常狀態下運行受測設備，按照相關標準布置和測試裝置，所測設備的前端和接收天線應保持3 m的距離，受試設備與接收天線保持等高，以0°～360°的幅度旋轉轉臺，控制其測量頻率在30 MHz～ 6 GHz。

表1 設備測試結果圖

3.2 GSM手機抗擾度測試分析

手機與人們生活和生產有著異常密切的聯系。手機工作特性中包含手機抗干擾能力，測試分析手機的抗干擾性意義重大[6]。

在中國，手機相關業務開展較早，GSM設備有著非常大的用戶基數，GSM系統應用廣泛。隨著臺站和承建機房等建設水平的日益成熟，電磁騷擾問題越來越突出。

在實驗室中參照手機電磁兼容標準中規定的等級與方法進行試驗，試驗對比表如表2所示。

表2 試驗對比表

試驗操作要點如下：

（1）GSM手機的試驗等級控制在2級范圍以內，即控制在3 V/m；（2）通過80%的幅度調制，確保騷擾源傳輸1 kHz的音頻信號；（3）在確保低于上一個頻率1%的狀態下，掃描80 MHz～1 GHz頻段；（4）將免測頻段排除后，需要在80 MHz～2 GHz的頻率范圍內控制試驗；（5）確保在試驗開始前在0.8 m高的標準絕緣試驗臺上放置被測手機；（6）測試手機安設的連接線，在磁場內暴露的距離需低于1 m；（7）盡管能夠將窄帶效應忽略，但在測試報告中需要詳細記錄窄帶效應。

在測試完畢后需要判斷其性能，在試驗的過程中，需要確保被測試的設備一直保持聯系，并且維持在通信狀態[7]。首先，在數據傳輸模式下控制被測樣品時，若以BER為判斷條件，測試序列需要低于0.001，若以BLER為判斷條件，測試序列需要低于0.01；其次，若在語音模式下控制被測樣品，需確保下行語音輸出電平與上行語音輸出電平的數值均低于35 dB；最后，在試驗結束后，應確保正常運行EUT,不丟失存儲數據且不喪失用戶控制功能，并建立通信關系。

3.3 RFID讀寫器雜散騷擾測試

RFID閱讀器即為RFID讀寫器，與RFID設備的運行聯系密切，主要采用無線視頻識別方法自動識別目標的電子集成系統。

在測試期間，RFID讀寫器主要發揮反饋改寫功能與識別功能，與設備的整體工作狀態有著非常密切的聯系。系統檢測圖如圖1所示。

3.4 RFID設備干擾GSM手機

利用遠程控制，將RFID讀寫器設置為最大發射功率工作狀態[8]，并以定額發射功率的方式運行RFID讀寫器。最接近GSM900工作信道頻率的是第20信道頻率924.875 MHz。RFID讀寫器與GSM90手機的距離為3 m，可調整CMU200手機綜合測試儀器發射功率，進而控制手機運行信號。在分析基本的雜散強度情況后，發現在930～960 MHz狀態下運行的手機接收天線系數為29.78 dB。

圖1 RFID系統檢測圖

盡管手機信號接收情況顯著惡化，但依然超出9 dB的載干比，并未影響到正常通信。同樣，在手機和RFID天線的距離控制在10 m和5 m時，會出現-108 dBm/200 kHz和-99 dBm/200 kHz的手機雜散功率，同樣不會影響到手機的正常通訊。分析上述實驗結果可知，在完成連續性的清點操作后，EIRP30dBm可控制一體化天線釋放出的最大功率，手機可以和基站保持正常的通信關系[9-10]。

4 結 論

RFID設備終端工作點比受擾設備的靈敏度要高出很多，但在UHF頻段內現場應用時，只需雙方維持理想的距離，并合理設置天線反向參數，便可解決RFID設備對其產生的電磁騷擾問題。