射频识别RFID系统中的电磁分析

李何元

天津鲲鹏信息技术有限公司 天津滨海新区300450

摘要:随着RFID技术在各个领域的广泛应用,其面临的电磁兼容问题逐渐显现出来｡对RFID中电磁兼容问题的分析是解决RFID中电磁兼容问题的前提｡论文首先总结RFID的发展与应用,然后分析了RFID在应用中产生的电磁兼容问题,最后归纳总结出了目前对RFID中电磁兼容问题进行研究的方法,及解决RFID中电磁兼容问题的具体措施，希望可以为相关人员提供一定参考｡

关键词:射频识别;电磁兼容;电磁干扰;分析

射频识别(RFID)技术和系统应用范围广,随着技术的发展,不难看出,RFID也存在不足之处,典型的就是系统电磁兼容(EMC)问题,可能对设备运行造成干扰,也有可能影响人员安全｡由于干扰源不同,EMC干扰有差异之分,加上RFID可在航天､商业､物流､通信､医疗多个领域应用,所以研究EMC问题的解决措施极为重要｡

1RFID设备出现的电磁干扰的特征

(1)干扰信号组成复杂,大多是辐射信号､无用传导､乱真传导等共同组成,能够导致系统性能､设备性能出现恶化,或者导致系统降级;(2)电磁干扰源于电气设备,具体包括传导设备､辐射设备发出的电压､电流､电磁场等｡从时域角度分析,电磁干扰具有瞬变性特点,电磁脉冲具有稳态特点;从频域角度分析,电磁干扰频率范围较大,既有50Hz､60Hz､400Hz等类型低工频波段,又有400GHz微波频段;(3)电磁干扰的传播途径较多,可以通过传导方式传播,还可以通过辐射方式传播,或者通过感应耦合方式传播｡

2RFID的发展与应用

射频识别技术是在1990年左右被相关专家研究来应用于目标辨识的方法｡RFID技术最早出现在1940年第二次世界大战时期,英国将该技术用于识别空中飞行飞机,分辨是己方还是敌方的,以给予合理的回应｡当时的实现方法是将识别标签装在己方的飞机上来分析判断｡航空航天飞机飞行管制系统是基于该系统发展起来的｡RFID射频识别技术运用耦合载有数据信息的电磁信号完美的达到了非接触式的数据信息相互交换,在此数据信息通信过程中,还可以完成对沟通对象的身份辨识确认｡RFID射频识别技术与以往其他类型辨识技术相比,它具有不用物理接触目标物体就可以在同一个时刻识别多个目标物的身份特征,以及可同时识别多个目标物体的特性,具有运行效率高､容量足､传输能力大､抗干扰强等诸多优点,能够广泛应用于日常生活管理的各个领域,极大的提高了生产效率,等得到了众多行业的青睐｡根据专业机构调研分析预测,在未来五年内,RFID技术市场将会在新的产品与配套服务上带来300至1000亿的直接的商业价值,此外,在与RFID技术配套的设施方面也将会有大量的需求｡

3射频识别系统中的电磁兼容

RFID利用射频标签､阅读器等实现自动识别功能｡如果RFID标签能够进入场内,将阅读器所发信号接收,在感应电流的支持下即可发送芯片内部产品信息,还能通过标签主动将特定频率信号发送出去｡阅读器将解码信息读取以后,可向中央系统发送,完成数据处理,通过以上流程可对移动物体､静态物体展开自动识别｡当前,RFID应用领域广泛,射频范围处于860~960MHz之间,在UHF频段｡RFID应用过程UHF频段划分为医学(2.45.MHz)､科学(13.56MHz)和工业(125kHz)频段,以上频段应用阶段不需要获得授权,所以该频段中电子设备数量较大,产生的电磁辐射也相对较多｡和其他同频电子设备相互对比,RFID系统获取电子标签信息的时候需要较强射频功率,如此一来,就会干扰相邻设备,同样,电子设备会干扰RFID系统,使系统难以正常运行,所以,研究RFID存在的干扰问题,找到解决措施极为重要｡

4射频识别系统内电磁兼容问题

4.1内部EMC的问题

在RFID系统之内,EMC问题有关研究包括两方面,其一为系统仿真的设计;其二为电路实际测试｡根据以上研究,主要解决问题有两个:(1)运用理论､仿真设计方式对于RFID系统产生电磁干扰这类问题解决｡以系统的开发､仿真作为核心,思考具体问题的应用,重点在于软件仿真､实际应用之间误差缩小的方法和理论研究,从解析视角对于RFID线圈稳态产生影响的电磁干扰问题深度分析｡(2)分析现有设备产生的电磁,并分析静电对于射频标签产生的影响｡以上研究大多需要在测试环境当中完成,如果有静电存在,就会导致标签出现性能故障｡分析射频系统辐射干扰方面的噪声理论,并且明确抑制措施,在对非固有辐射进行抑制的时候,需要将固有辐射保留下来｡

4.2辐射问题

辐射问题和人类健康息息相关,对于RFID应用过程产生的辐射研究逐渐受到关注｡部分医学领域研究人员针对RFID在保健医疗设备当中应用的兼容性展开研究,分析医疗设备当中存在的干扰问题,并且明确兼容标准､具体应用｡从航空领域RFID的应用展开分析,在机场内部行李运输系统当中安装RFID是否会对工作人员的身体健康造成影响｡对于此问题的分析,就需要在不同地点､不同情形环境之下测试处理系统电场值,经过测试并对比国际辐射保护标准,总结出RFID应用不会影响人员健康｡从物流的追踪管理角度分析,研究人员利用相关理论对于无线充电器的近场磁场实际分布情况展开分析,获得带有射频标签动物如果靠近车辆无线电传输系统的时候,系统窄带当中就会产生极为强烈磁场,这一情况极有可能致使RFID受损,这种损害难以恢复｡同时,还会引发其他问题｡如动物是否会受伤,是否能够出现欧姆热等问题,还需要相关人员深入探索｡（EMC）问题，其中辐射问题是其中之一。辐射问题通常由RFID系统发射的无线电波产生，这些无线电波会穿透空气并通过天线传播，以识别标签上的信息。如果无线电波的频率和功率超过了一定阈值，就可能对其他无线电设备和电子设备造成干扰。

在RFID系统的设计和实施中，可以采取一些措施来降低辐射问题。其中包括：

合理的频率选择：选择合适的频率范围，以减少对其他设备的干扰。RFID系统通常使用的频率范围包括低频（LF）、高频（HF）、超高频（UHF）和微波（MW）等。

控制发射功率：限制RFID读写器的发射功率，以减少电磁辐射。

设计合适的天线：选择合适的天线类型和形状，以控制无线电波的辐射方向和范围。

地线设计：合理的地线设计可以有效减少电磁辐射。

屏蔽：采用屏蔽材料和屏蔽设计，以减少电磁波的泄漏。

与其他设备分离：将RFID系统与其他设备分离，以避免相互干扰。

符合电磁兼容标准：符合电磁兼容标准，以确保RFID系统不会对其他无线电设备和电子设备造成干扰。

综上所述，射频识别系统在应用过程中可能会面临电磁兼容问题，特别是辐射问题。但是，通过合理的设计和实施，可以有效地降低辐射问题，并确保RFID系统和其他设备的正常运行。

5应对措施

为了寻找RFID系统应用电磁干扰问题的解决措施,本研究提出利用RFID系统读写器对于医疗设备的电磁干扰问题进行估算的方法,从而找到医学装置和电磁干扰预防措施｡该方法应用在设备空间阶段,利用缓解信号降低医学装置检波过程出现的低频噪音｡此方法运用能够将最大的干扰距离减小90%｡研究人员还对心电检测设备RFID电磁干扰问题缓解方法展开研究,发现影响因素和射频信号功率大小有关,且与功率变化率息息相关,可以将载波信号变化率进行调节,从而控制干扰问题｡由于电磁兼容需要将实验作为基础,RFID过程产生的EMC问题,常规的解决措施主要有如下几种:(1)RFID设备利用时选择跳频模式的理想程度是降低系统之间干扰重要因素｡(2)对于RFID设备处于极限状态下采取性能测试,据国家标准,判断特殊环境下射频性能｡(3)将大容量RFID标签使用考虑其中,选择较高读取速率,确保设备带宽充足｡(4)为了预防RFID设备的信号､电源以及电信端口之间耦合出现的传导干扰经过电缆向内部空间辐射电磁波,需要保证RFID设备以上端口传导干扰合乎要求｡

6结语

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｡

参考文献

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