射频识别(RFID)系统中的电磁兼容问题分析

刘 红，逯贵祯

（中国传媒大学信息工程学院，北京 100024）

1 RFID 的电磁兼容问题

射频识别（RFID）技术是一种非接触式自动识别技术，由射频标签和射频阅读器两部分组成。进入磁场内的RFID 标签，接收阅读器发出的射频信号，凭借感应电流所获得的能量将储存在芯片中的产品信息发送出去，或由标签主动发送某一频率信号，阅读器读取信息并解码后，送至中央信息处理系统进行有关数据处理，从而高效快速地完成对静止或移动待识别物品的自动识别。

RFID 技术已被广泛应用到各个领域，相关产品研发，性能优化等成果层出不穷。但随着RFID 技术的不断发展和应用，慢慢发现RFID 技术并非完美无瑕，也存在很多不足，尤其是近几年来，一个重要挑战渐渐显现出来——RFID 系统的电磁兼容问题。RFID 技术应用的频率范围多在860～960MHz 内，属于UHF 频段，目前已对世界主要国家或地区的RFID 业务做了具体的频率规划。RFID 技术工作的UHF 频段属于ITU-R 定义的工业、科学、医学（ISM）频段，RFID 技术应用中的几个单频点：125kHz、13.56MHz、2.45GHz 也属于ISM 频段。由于该频段的使用无需授权许可，因此众多应用电子设备工作在这一频段，无形间产生了大量电磁辐射。而与其他同频工作的电子设备相比，RFID 系统需在激励无源电子标签时产生相对较强的射频功率，这必将带来对邻近电子设备的干扰问题。同样，其他电子设备辐射也会在一定程度上干扰RFID 系统。这将削弱甚至阻断各自系统的正常工作，从而造成意想不到的恶劣结果，因此应运而生的R FID 技术电磁兼容研究就变得尤为重要。

近些年来，关于RFID 系统的电磁兼容问题逐渐受到国内外科研人员的重视，研究涉及RFID 系统电磁兼容诸多方面，例如RFID 对运行设备的干扰以及对工作人员造成的影响和危害等。根据干扰来源的不同，RFID 的EMC 问题分为RFID 系统内的EMC 问题，RFID 系统与其他系统间的EMC 问题。RFID 应用的领域涉及航空航天、医疗保健、商业物流、无线通信、动物追踪等，在这些领域的应用中，均存在EMC 问题。目前对RFID 的EMC 研究的方法主要有解析分析、软件仿真、特定环境测量等。

2 RFID 系统内部EMC 问题

RFID 系统内部EMC 问题的研究主要集中在RFID系统仿真设计和实际电路测试两个方面。主要解决两大问题，一是如何从理论和仿真设计阶段减小RFID 系统的电磁干扰问题，围绕RFID 系统在仿真和开发中需统筹考虑的问题进行研究，主要就RFID 系统在软件仿真和实际应用中产生的误差进行理论分析和仿真研究[2]。从解析角度推导了电磁干扰对RFID 线圈时域稳定度的理论影响[16]；二是如何改进已应用设备存在的电磁兼容问题，研究静电对黏贴式射频标签的影响，该研究在多个测试环境下进行，发现静电会导致不接地黏贴式标签性能故障[4]。对基板RFID 系统产生的辐射干扰噪声进行理论分析并提出相应抑制措施[11]。抑制非固有辐射，保留固有辐射，由于繁复的计算，建模和其他因素影响，目前还没有有效地抑制远场辐射的方法。本文用测量得到的近场波阻抗来建立辐射区结构，发现旁路电容可以减小非固有辐射噪声，并在两个实际电路（CS-KS 和CS-SK 型 IC 卡阅读器）测量中得到验证。

3 RFID 应用领域的EMC 问题

RFID 应用领域的EMC 问题的研究主要集中在RFID系统与其他系统是否存在干扰、产生这种干扰的主要因素、RFID 系统的工作辐射是否对生命体(人或动物)产生影响以及解决RFID 应用中EMC 问题的策略方法。

3.1 干扰性探究

干扰性研究多基于实验测试，通过对不同环境、不同状态下的实际测量，找到满足系统互不干扰的阈值条件。研究人员对RFID 定位系统电磁兼容问题的研究就是基于实验测量，在封闭和空旷两种环境下，分别对RFID 雷达定位系统进行功能测试，得到在封闭环境下，由于波的多次反射干扰，40%～60%的目标不能准确定位，而在空旷的环境下，93%以上的目标能够准确定位，因此得出在5 米内的室内环境下该定位系统不适用的结论[5]。由RFID 系统在医学中的应用将产生的设备干扰问题和潜在风险问题进入，以ANSIC63.18-1997标准对其进行源与设备不同距离、源不同功率、及不同相对位置的测试，得到RFID 标签辐射不影响心电图测试结果的结论[14]。通过实验测试，发现在有大型电子设备的机械工厂环境下，RFID 的标签检测识别度将下降20%～40%[9]。

在实际的干扰性研究过程中，为了使测量更加简单集中，多会使用模拟信号发生器，在相对较小空间内完成高精度模拟测试。利用矢量信号发生器模拟产生高峰值杂散辐射RFID 信号，并将其和飞机下滑道（GS）信号混合输入GS 接收器，讨论无线RFID 标签信号对飞机下滑道接收系统的影响，确定GS 接收系统的干扰阈值[8]。

RFID 系统与其他无线电信号的电磁干扰问题是近些年研究的热点。测试人员以工作在UHF-868MHz 频段的GSM 移动电话信号为例，通过测试不同GSM 功率强度下RFID 有效识读距离，和测试两者不同距离下GSM 移动电话的接收电平，阐述了GSM 信号的存在会对RFID系统识别性能产生干扰，反之RFID 系统也会对GSM 信号产生抑制[6]。文献[7]也对类似问题进行了相关研究，文献[13]研究人员对无源RFID 系统和跳频通信系统之间的电磁干扰影响进行了研究，但针对这类问题，都没能给出具体有效的解决方案。

3.2 辐射性探究

辐射性问题是关系到人类、动物生存健康的大问题，因此对RFID 应用系统辐射性研究正逐渐受到重视。

在医学方面，研究人员提出了关于RFID 在医疗保健中的电磁兼容提议，分析了RFID 医疗设备潜存的电磁干扰问题，给出了其电磁兼容相关标准和实际应用[12]。

在民航应用方面，Y F Wong 等发表了一篇关于香港国际机场RFID 系统射频辐射对人类安全问题的论文[1]，文章就机场新安装的RFID 行李处理系统对工作人员健康影响进行研究，在不同情况、不同地点对行李处理系统周围进行电场值测试，对比国际辐射保护委员会（ICNIRP）指标，得出该RFID 系统对工作人员安全的结论。

在动物跟踪管理方面，研究者理论分析了无线感应充电器近场电磁场分布情况，分析得出当携带RFID 标签的动物接近汽车无线电能传输系统时，该系统会在窄带内产生强烈的磁场，这将导致RFID 应答器的毁灭性损坏[17]。但一些更加严重的问题，如受伤的动物是否会产生欧姆热、汽油泄漏、甚至车窗玻璃的破裂等，还有待于进一步研究。

3.3 方法性探究

提出一种基于RFID 系统读写器磁通量估算植入性医疗设备电磁干扰的新方法[3]。进一步提出了一种减小植入性医学装置电磁干扰的方法，该方法基于一个在无线通信设备空闲周期的“缓解信号”，通过其作用减小植入性医学装置在非线性检波时产生的低频噪声[10]。这种方法将减小最大干扰距离达90%。研究者在前人基础上进一步对RFID 在心电节奏检测设备(CRMD)的电磁干扰进行解析分析和缓解方法研究[15]。发现RFID 对CRMD的影响因素不仅仅和RF 信号的功率大小相关，还和功率输出的变化率有关，并认为后者是产生干扰的主要原因。相应的解决方案就是依照文中所推得的缓解干扰公式调节载波信号的变化率，从而降低干扰。

4 减少RFID 中电磁干扰的措施

电磁兼容是一门以实验为基础的科学，因而上述RFID 电磁兼容问题的研究成果最终会基于实际的测量结果；也有一些理论、标准的提出作为实验测量依据。

对于RFID 的电磁兼容问题，目前提出的解决措施主要有：

1）为减小系统间干扰，RFID 设备实际使用时较理想的模式是跳频模式。

2）应对RFID 设备进行极限条件下的射频性能测试，以保证在恶劣环境下的使用，具体的要求参照相关国家标准。

3）考虑到将来的大容量标签所需的更高的读取速率，需要设备能够提供足够的必要带宽。

4）为防止RFID 设备的电源端口、电信端口、信号端口耦合的传导骚扰通过电源线、电信电缆或内部链接电缆向空间辐射电磁波，建议RFID 设备的电源端口、电信端口、信号端口的传导骚扰满足相关要求。

5 小结

本文总结了RFID 系统内部存在的主要电磁兼容问题，分析了RFID 在应用中产生的辐射问题及它与其他系统之间的相互干扰问题，并对目前RFID 中电磁兼容问题的研究方法进行了归纳总结，给出目前减少RFID中电磁干扰的具体措施。

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