RFID設(shè)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(shù)在物聯(lián)網(wǎng)的大概念和個體間的互認(rèn)互聯(lián)中發(fā)揮了非常重要的作用[1]。不論是技術(shù)含量較高的半有源RFID技術(shù)，還是應(yīng)用范圍廣泛的無源RFID技術(shù)，在社會物聯(lián)網(wǎng)業(yè)中都得到了廣泛應(yīng)用。

1 RFID設(shè)備分析

RFID系統(tǒng)主要由計算機通信網(wǎng)絡(luò)、電子標(biāo)簽以及讀寫機具等構(gòu)成，可適用微波、超高頻、高頻以及低頻等國際上應(yīng)用最廣泛的頻率。

RFID設(shè)備可對特定的物品或設(shè)備展開特征匯總，并對特征編碼進行信息化處理，利用標(biāo)牌、標(biāo)簽等方式，實現(xiàn)與設(shè)備的連接，然后在規(guī)劃好的區(qū)域內(nèi)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(fā)出。當(dāng)特定物品或設(shè)備的標(biāo)簽進入無線電波工作區(qū)域時，設(shè)備就會獲取該信號，利用二者耦合出的感應(yīng)電流激活相應(yīng)的能量值。由于很多標(biāo)簽是處于激活狀態(tài)的，在處理和判斷這些數(shù)據(jù)時，會將數(shù)據(jù)傳輸至整個網(wǎng)絡(luò)，并利用后臺系統(tǒng)完成處理，從而完成處理假定與管理操作[2]。在處理數(shù)據(jù)前，需要有反饋處理與權(quán)限判定環(huán)節(jié)，而在處理數(shù)據(jù)時，要合理判斷數(shù)據(jù)，即是要加密處理數(shù)據(jù)。

2 電磁騷擾特性測試分析

隨著社會的發(fā)展與科技的不斷進步，在人們生活與生產(chǎn)領(lǐng)域中所應(yīng)用的電子與電氣設(shè)備越來越多，設(shè)備在運行過程中會產(chǎn)生很多無用或有用的電磁能量，對其他設(shè)備造成影響，出現(xiàn)電磁干擾問題。嚴(yán)格來說，只要在相對統(tǒng)一的電磁環(huán)境下放置兩個以上的電子類元件或電氣類元件，就會出現(xiàn)電磁干擾，產(chǎn)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(huán)境下可以很好地執(zhí)行自身功能的狀態(tài)。此狀態(tài)允許多個獨立運行的設(shè)備正常工作，同時還能夠降低彼此間的干擾，實現(xiàn)兼容運行的目的。

當(dāng)前，國家對電磁環(huán)境測試工作的重視程度越來越高，已制定EMC測試標(biāo)準(zhǔn)，并以公認(rèn)的極限值作為判斷理論開展研究。開展預(yù)相容測試時，需在確保產(chǎn)品通過每個項目的基礎(chǔ)上，以消除電磁干擾為目標(biāo)，提升被測產(chǎn)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(shù)人員的重視，其主要原因在于：第一，隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，電子元件密集度備受關(guān)注，而眾多電子設(shè)備在相同電磁環(huán)境下運行，必然產(chǎn)生電磁騷擾問題，造成嚴(yán)重后果；第二，伴隨數(shù)字化電子產(chǎn)品與電氣產(chǎn)品的出現(xiàn)，微型處理器得到廣泛應(yīng)用，出現(xiàn)了較強的電磁騷擾問題。

3 測試方法與應(yīng)用分析

3.1 雜散騷擾分析

雜散騷擾即是被測設(shè)備在工作狀態(tài)下表現(xiàn)出的無用信號功率所產(chǎn)生的電磁騷擾。當(dāng)前，在通訊領(lǐng)域，雜散測試被公認(rèn)為最關(guān)鍵的測試項目，世界各個國家都有明確的規(guī)定和標(biāo)準(zhǔn)[5]。

（1）測試環(huán)境：采用五米法暗室，保證受測設(shè)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(shè)備如表1所示。

（3）結(jié)果分析:在正常狀態(tài)下運行受測設(shè)備，按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)布置和測試裝置，所測設(shè)備的前端和接收天線應(yīng)保持3 m的距離，受試設(shè)備與接收天線保持等高，以0°～360°的幅度旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺，控制其測量頻率在30 MHz～ 6 GHz。

表1 設(shè)備測試結(jié)果圖

3.2 GSM手機抗擾度測試分析

手機與人們生活和生產(chǎn)有著異常密切的聯(lián)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(guān)業(yè)務(wù)開展較早，GSM設(shè)備有著非常大的用戶基數(shù)，GSM系統(tǒng)應(yīng)用廣泛。隨著臺站和承建機房等建設(shè)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(biāo)準(zhǔn)中規(guī)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(nèi)，即控制在3 V/m；（2）通過80%的幅度調(diào)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(tài)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(nèi)控制試驗；（5）確保在試驗開始前在0.8 m高的標(biāo)準(zhǔn)絕緣試驗臺上放置被測手機；（6）測試手機安設(shè)的連接線，在磁場內(nèi)暴露的距離需低于1 m；（7）盡管能夠?qū)⒄瓗?yīng)忽略，但在測試報告中需要詳細(xì)記錄窄帶效應(yīng)。

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(shè)備一直保持聯(lián)系，并且維持在通信狀態(tài)[7]。首先，在數(shù)據(jù)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(shù)值均低于35 dB；最后，在試驗結(jié)束后，應(yīng)確保正常運行EUT,不丟失存儲數(shù)據(jù)且不喪失用戶控制功能，并建立通信關(guān)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(shè)備的運行聯(lián)系密切，主要采用無線視頻識別方法自動識別目標(biāo)的電子集成系統(tǒng)。

在測試期間，RFID讀寫器主要發(fā)揮反饋改寫功能與識別功能，與設(shè)備的整體工作狀態(tài)有著非常密切的聯(lián)系。系統(tǒng)檢測圖如圖1所示。

3.4 RFID設(shè)備干擾GSM手機

利用遠程控制，將RFID讀寫器設(shè)置為最大發(fā)射功率工作狀態(tài)[8]，并以定額發(fā)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(diào)整CMU200手機綜合測試儀器發(fā)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(fā)現(xiàn)在930～960 MHz狀態(tài)下運行的手機接收天線系數(shù)為29.78 dB。

圖1 RFID系統(tǒng)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(xiàn)-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(jié)果可知，在完成連續(xù)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(guān)系[9-10]。

4 結(jié) 論

RFID設(shè)備終端工作點比受擾設(shè)備的靈敏度要高出很多，但在UHF頻段內(nèi)現(xiàn)場應(yīng)用時，只需雙方維持理想的距離，并合理設(shè)置天線反向參數(shù)，便可解決RFID設(shè)備對其產(chǎn)生的電磁騷擾問題。