RFID设备电磁骚扰特性分析与测试方法研究

李 君

（北京东方计量测试研究所，北京 100086）

0 引 言

RFID技术在物联网的大概念和个体间的互认互联中发挥了非常重要的作用[1]。不论是技术含量较高的半有源RFID技术，还是应用范围广泛的无源RFID技术，在社会物联网业中都得到了广泛应用。

1 RFID设备分析

RFID系统主要由计算机通信网络、电子标签以及读写机具等构成，可适用微波、超高频、高频以及低频等国际上应用最广泛的频率。

RFID设备可对特定的物品或设备展开特征汇总，并对特征编码进行信息化处理，利用标牌、标签等方式，实现与设备的连接，然后在规划好的区域内布置特征编码的识别器，通过对一定频率载波的加载，将无线信号的编码利用无线电波发出。当特定物品或设备的标签进入无线电波工作区域时，设备就会获取该信号，利用二者耦合出的感应电流激活相应的能量值。由于很多标签是处于激活状态的，在处理和判断这些数据时，会将数据传输至整个网络，并利用后台系统完成处理，从而完成处理假定与管理操作[2]。在处理数据前，需要有反馈处理与权限判定环节，而在处理数据时，要合理判断数据，即是要加密处理数据。

2 电磁骚扰特性测试分析

随着社会的发展与科技的不断进步，在人们生活与生产领域中所应用的电子与电气设备越来越多，设备在运行过程中会产生很多无用或有用的电磁能量，对其他设备造成影响，出现电磁干扰问题。严格来说，只要在相对统一的电磁环境下放置两个以上的电子类元件或电气类元件，就会出现电磁干扰，产生电磁兼容性（EMC）问题[3]。

电磁兼容性指电子或电气类装置在某个特定的电磁环境下可以很好地执行自身功能的状态。此状态允许多个独立运行的设备正常工作，同时还能够降低彼此间的干扰，实现兼容运行的目的。

当前，国家对电磁环境测试工作的重视程度越来越高，已制定EMC测试标准，并以公认的极限值作为判断理论开展研究。开展预相容测试时，需在确保产品通过每个项目的基础上，以消除电磁干扰为目标，提升被测产品的可信度[4]。

电磁兼容性测试涉及电磁骚扰和电磁抗扰度。电磁骚扰特性是电磁兼容特性中的一个重要方面，越来越受到技术人员的重视，其主要原因在于：第一，随着现代工业的发展，电子元件密集度备受关注，而众多电子设备在相同电磁环境下运行，必然产生电磁骚扰问题，造成严重后果；第二，伴随数字化电子产品与电气产品的出现，微型处理器得到广泛应用，出现了较强的电磁骚扰问题。

3 测试方法与应用分析

3.1 杂散骚扰分析

杂散骚扰即是被测设备在工作状态下表现出的无用信号功率所产生的电磁骚扰。当前，在通讯领域，杂散测试被公认为最关键的测试项目，世界各个国家都有明确的规定和标准[5]。

（1）测试环境：采用五米法暗室，保证受测设备能够正常工作，大气压强为101 kPa，温度为25 ℃，湿度达40%。

（2）测试设备如表1所示。

（3）结果分析:在正常状态下运行受测设备，按照相关标准布置和测试装置，所测设备的前端和接收天线应保持3 m的距离，受试设备与接收天线保持等高，以0°～360°的幅度旋转转台，控制其测量频率在30 MHz～ 6 GHz。

表1 设备测试结果图

3.2 GSM手机抗扰度测试分析

手机与人们生活和生产有着异常密切的联系。手机工作特性中包含手机抗干扰能力，测试分析手机的抗干扰性意义重大[6]。

在中国，手机相关业务开展较早，GSM设备有着非常大的用户基数，GSM系统应用广泛。随着台站和承建机房等建设水平的日益成熟，电磁骚扰问题越来越突出。

在实验室中参照手机电磁兼容标准中规定的等级与方法进行试验，试验对比表如表2所示。

表2 试验对比表

试验操作要点如下：

（1）GSM手机的试验等级控制在2级范围以内，即控制在3 V/m；（2）通过80%的幅度调制，确保骚扰源传输1 kHz的音频信号；（3）在确保低于上一个频率1%的状态下，扫描80 MHz～1 GHz频段；（4）将免测频段排除后，需要在80 MHz～2 GHz的频率范围内控制试验；（5）确保在试验开始前在0.8 m高的标准绝缘试验台上放置被测手机；（6）测试手机安设的连接线，在磁场内暴露的距离需低于1 m；（7）尽管能够将窄带效应忽略，但在测试报告中需要详细记录窄带效应。

在测试完毕后需要判断其性能，在试验的过程中，需要确保被测试的设备一直保持联系，并且维持在通信状态[7]。首先，在数据传输模式下控制被测样品时，若以BER为判断条件，测试序列需要低于0.001，若以BLER为判断条件，测试序列需要低于0.01；其次，若在语音模式下控制被测样品，需确保下行语音输出电平与上行语音输出电平的数值均低于35 dB；最后，在试验结束后，应确保正常运行EUT,不丢失存储数据且不丧失用户控制功能，并建立通信关系。

3.3 RFID读写器杂散骚扰测试

RFID阅读器即为RFID读写器，与RFID设备的运行联系密切，主要采用无线视频识别方法自动识别目标的电子集成系统。

在测试期间，RFID读写器主要发挥反馈改写功能与识别功能，与设备的整体工作状态有着非常密切的联系。系统检测图如图1所示。

3.4 RFID设备干扰GSM手机

利用远程控制，将RFID读写器设置为最大发射功率工作状态[8]，并以定额发射功率的方式运行RFID读写器。最接近GSM900工作信道频率的是第20信道频率924.875 MHz。RFID读写器与GSM90手机的距离为3 m，可调整CMU200手机综合测试仪器发射功率，进而控制手机运行信号。在分析基本的杂散强度情况后，发现在930～960 MHz状态下运行的手机接收天线系数为29.78 dB。

图1 RFID系统检测图

尽管手机信号接收情况显著恶化，但依然超出9 dB的载干比，并未影响到正常通信。同样，在手机和RFID天线的距离控制在10 m和5 m时，会出现-108 dBm/200 kHz和-99 dBm/200 kHz的手机杂散功率，同样不会影响到手机的正常通讯。分析上述实验结果可知，在完成连续性的清点操作后，EIRP30dBm可控制一体化天线释放出的最大功率，手机可以和基站保持正常的通信关系[9-10]。

4 结 论

RFID设备终端工作点比受扰设备的灵敏度要高出很多，但在UHF频段内现场应用时，只需双方维持理想的距离，并合理设置天线反向参数，便可解决RFID设备对其产生的电磁骚扰问题。