射频识别系统电磁辐射干扰特征快速分析与抑制

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1、第 32 卷 第 9 期 2012 年 3 月 25 日 中 国 电 机 工 程 学 报 Proceedings of the CSEE Vol.32 No.9 Mar.25, 2012 2012 Chin.Soc.for Elec.Eng. 161 文章编号：0258-8013 (2012) 09-0161-06 中图分类号：TM 461；TN 03 文献标志码：A 学科分类号：470⋅40 射频识别系统电磁辐射干扰特征快速分析与抑制 颜伟 1，赵阳 1，王恩荣 1，邓凌翔 2，张宇环 1 (1．南京师范大学，江苏省 南京市 210042；

2、2．江苏省计量科学研究院，江苏省 南京市 210007) Analysis and Suppression on Radiated EMI Noise for Radio Frequency Identification Systems YAN Wei1, ZHAO Yang1, WANG Enrong1, DENG Lingxiang2, ZHANG Yuhuan1 (1. Nanjing Normal University, Nanjing 210042, Jiangsu Province, China; 2. Jiangsu Institute of Metrology, N

3、anjing 210007, Jiangsu Province, China) ABSTRACT: In order to solve radiated electromagnetic interference generated by the radio frequency identification system, the convenient approach was proposed to diagnose the radiated EMI mechanism based on near-field measurement and suppress radiated

4、EMI noise by utilizing radio frequency EMI filters. It can avoid the complicated EMI noise analysis and suppression methods such as 3-m anechoic chamber and electromagnetic shielding. The standard results show that RFID system can pass the GB 9254 Class A and the noise decrease 24 dBμV/m by employi

5、ng the suggested approaches, and thus good realization. 辐射干扰问题大量出现，且愈加突出和严重，如智 能 IC 卡读卡器等[1-5]。目前，针对辐射干扰问题的 研究包括：1）在远场测试方面，开阔场、10、5 和 3 m 电波暗室方法能够得到被测设备的远场辐射电 磁场特性，据此直接判定辐射噪声是否超标[6-8]； 2）在电磁场仿真方面，通常借助 HFSS、CST 等电 磁场仿真软件分析多辐射源和复杂环境的辐射电 磁场特性，具有很好的适应性[9-10]；3）在噪声源重 构方面，预先假定若干标准辐射噪声源的分布和特 征，再利用格林

6、函数和电波方程等计算其在远场测 KEY WORDS: radio frequency identification (RFID) system; electromagnetic compatibility (EMC); noise reduction; wave impedance; high frequency electromagnetic interference filter 量点上的理论值，通过模式匹配寻找辐射源的场解， 可以较好模拟辐射源变化对远场辐射的影响[11-12]； 4）在噪声抑制方面，大多采用电磁屏蔽措施，可有 效减小高频辐射干扰噪声[13-18]。 尽管如此

7、，上述方法尚存不足，如电波暗室对 测试环境要求较高，且无法提取被测设备辐射干扰 机理，包括共模干扰和差模干扰。电磁场仿真软件 实现复杂，分析结果常与真实值间存在一定差距。 源重构技术对噪声源要求苛刻，而电磁屏蔽措施要 求较高，且因电磁泄漏导致抑制效果不稳定，对低 频辐射抑制效果较差。此外，电磁屏蔽措施无法在 降低射频识别系统辐射干扰噪声的同时，产生有益 辐射以实现数据传输功能。 有鉴于此，在前期研究基础上[19-22]，本文提出 了一种基于近场测试的射频识别系统辐射干扰快 速分析方法和基于全电容电磁干扰(electromagnetic interference，EMI)滤波器的辐射噪声抑制

8、方法。 1 射频识别系统辐射干扰特征快速提取 辐射干扰包括共模干扰和差模干扰，其中，共 模干扰主要是由于非良好接地或接地点地电位反 摘要：针对射频识别系统产生的辐射干扰噪声，提出了基于 近场测量结合波阻抗分析的辐射机理快速分析方法与基于 全电容高频电磁干扰(electromagnetic interference，EMI)滤波 器的辐射噪声抑制方法，可避免苛刻复杂的电波暗室噪声检 测和电磁屏蔽噪声抑制方法，具有简便、快速、经济等优点。 标准测试表明：采用文中方法可有效抑制辐射干扰噪声，噪 声抑制效果可达 24 dBμV/m，满足 GB 9254 Class A 标准， 从而验证了方

9、法的有效性。 关键词：射频识别系统；电磁兼容；噪声抑制；波阻抗；高 频电磁干扰滤波器 0 引言 随着射频识别(radio frequency identification， RFID)技术的广泛使用，基于 RFID 芯片的电子设备 基金项目：国家自然科学基金项目(51075215)；江苏省自然科学基 金(BK2008429)；毫米波国家重点实验室开放基金(K201106)。 Project Supported by National Natural Science Foundation of China (51075215); Project Supported by Nat

10、ural Science Foundation of Jiangsu Province(BK2008429); Foundation of State Key Lab of Millimeter Waves (K201106). 射电压引起的等效短直天线电偶极子辐射效应；而 差模辐射主要是由于未较好控制的大信号环路引 起的等效电流环天线磁偶极子辐射效应，如图 1 所 示。此外，按照辐射噪声源与场点间距离，即测试 距离，可将辐射干扰分为近场辐射和远场辐射，其 中当测试距离 r<λ/2π时为近场辐射，而当 r>λ/2π时 为远场辐射，λ为辐射噪声波长。 同样，由式(2)可知，近场中差

11、模辐射场的电场 强度与测试距离平方的倒数成正比；磁场强度与测 试距离三次方的倒数成正比，即 H∝1/r3，E∝1/r2。 据此，在差模辐射场中，近场波阻抗呈现低阻抗， 即 ZW<120 π Ω，且与测试距离成正比，即 Z = E / H ∝ r (4) 值得注意的是，由于近场测量结果与探头的位 置和极化方向有关，因此需要确定每个场点(不同位 置)的最大辐射电场和辐射磁场，再根据式(3)、(4) 计算各场点的近场波阻抗，最后利用测试距离与近 场波阻抗间的关系诊断电路辐射机理，为噪声抑制 方案的设计提供理论依据。 2 射频识别系统辐射噪声抑制方法 2.1 射频识别系统差模

12、辐射噪声抑制原理 为实现无线通讯(有益辐射)，射频识别系统大 多存在环路天线，如图 2 所示。根据上述分析可 知，射频识别系统产生的辐射干扰噪声以差模辐 射为主，即环路天线磁偶极子辐射。通常，辐射 等效环形天线 辐射电场 PCB 辐射电场 辐射磁场 等效短直天线 辐射磁场 B PCB A(0 V) (a) 共模辐射模型 (b) 差模辐射模型 图 1 电路辐射模型 Fig. 1 PCB radiation model 根据麦克斯韦方程及天线理论不难发现，在近 场中，电偶极子产生的共模辐射场为 ⎧ H 2 = Idlk −1 1 ]sin

13、 θ e− jkr [ + ⎪ φ ⎪ 4π j(kr) (kr)2 发射标准测试均在远场中进行，即 OATs、10 m 法、 Idlk 3 −1 1 ⎪ 1 5 m 法或 3 m 法电波暗室。因此，为了有效抑制辐 射干扰噪声，并通过 GB 9254 Class A 标准，需要 研究磁偶极子在远场产生的辐射场特性。由 Maxwell 方程及电偶极子辐射理论，取最大辐射场 强方向，则磁偶极子产生的差模辐射场场强在远 场处可表为 H ⎨E = [ + + ] (1) θ 4πωε j(kr ) (kr)2 j(kr )3 ⎪ 0 ⎪ 3

14、 Idlk − 1 1 ⎪E ] cosθ e− jkr = [ + r (kr )2 j(kr)3 2πωε ⎪ ⎩ 0 相应地，在近场中，磁偶极子产生的差模辐射 场为 ⎧ H 3 = IdSk [ −1 − 1 1 + ]sin θ e− jkr ⎪ θ ⎪ 4π kr j(kr)2 (kr)3 0 IdSk 3 −1 1 ⎪H ] cosθ e− jkr r = [ + j(kr )2 (kr )3 (2) ⎨ ⎪ 2π ⎪ 4 图 2 环路天线磁偶极子辐射模型 = IdSk [

15、 1 − 1 ]sin θ e− jkr ⎪E φ 4πωε (kr) j(kr )2 Fig. 2 Equivalent models of magnetic dipole radiation from loop antenna ⎪ ⎩ 0 式中：Idl 为电偶极子的电矩；IdS 为磁偶极子的磁 矩；k 为波矢，其模表示波数，方向表示波的传播 方向。 在远场中，即 r>λ/2π，式(1)、(2)中 1/r2 和 1/r3 为 1/r 的高阶无穷小，因此波阻抗 ZW 为一常数，即 120 π Ω。然而由式(1)可见，近场中共模辐射场的电 场强度与

16、测试距离三次方的倒数成正比；磁场强度 与测试距离平方的倒数成正比，即 E∝1/r3，H∝1/r2。 据此，在共模辐射场中，近场波阻抗呈现高阻抗， 即 ZW>120 π Ω，且与测试距离成反比。 2 f AIDM −14 EDM = 2.632 10 (5) r 由式(5)不难发现，差模辐射噪声与信号频率平 方、信号电流环路面积以及差模电流成正比，与测 试距离成反比。然而，对于实际功能电路而言，信 号工作频率、芯片额定驱动电流等由电路功能决 定，一般无法改变。此外，由于 GB9254 标准针对 不同测试距离，如 3、10、20 m，确定不同的限值， 故不能改变测试距离。因

17、此，只能通过减小差模电 流或信号环路面积以抑制差模辐射噪声。 Z = E / H ∝ 1/ r (3) 电源 RFID 芯片 环路 天线 第 9 期 颜伟等：射频识别系统电磁辐射干扰特征快速分析与抑制 163 2.2 基于并联电容的高频滤波方法 通常，采用电感或滤波电容可减小差模噪声电 流，但在射频识别系统成品上加载电感比较复杂， 且电感高频滤波效果较差。因此，本文采用高频滤 波电容减小差模噪声电流以

18、抑制差模辐射噪声。此 外，为了保证设备正常工作，高频滤波电容(EMI 滤波器)截止频率应高于系统工作频率。 高频滤波电容常因寄生参数如串联寄生电感 Lp、串联寄生电阻 Rp 影响导致滤波性能大大降低。 不失一般性，如图 3 所示，设滤波电容 C=2200 pF， 寄生电感 Lp=50 nH，寄生电阻 Rp=0.1Ω，因此，EMI 滤波器的阻抗为 3 实验结果与分析 3.1 射频识别系统辐射干扰问题描述 以某商用射频识别系统——智能 IC 卡读卡器 CS-KS 为例，分析其产生的辐射干扰噪声及其抑制 方法。其中，射频识别系统采用飞利浦公司 MF RC500 芯片实现数据无线传输功能。

19、为了精确测量 其产生的辐射干扰噪声，如图 4(a)所示，利用江苏 省计量科学研究院产品检测所美国 ETS-Lindgren 公司的 3 m 电波暗室(有效频段为 14 kHz~18 GHz) 和德国罗德施瓦茨 (R&S) 公司的 EMI 接收机 ESU26(有效频段为 9 kHz~26.5 GHz)进行标准检测， 结果如图 4(b)所示。根据 GB 9254 Class A 标准及 图 4(b)不难发现，射频识别系统在 88.5，108.48， 176.28，189.84 MHz 频点处辐射电磁场强分别为 50.771，52.682，52.267，51.373 dBμV/m，

20、超过标准 Z = Rp + jω Lp + 1/( jωC ) (6) 限值(50 dBμV/m)0.771，2.682，2.267，1.373 dBμV/m， 如表 1 所示，其最大超标频点为 108.48 MHz，超标 (a) EMI 滤波器加载示意图 C1 Lp Lp LP Rp Rp RP (b) 普通电容等效电路 (c) 并联电容等效电路 −20 (a) 江苏省计量科学研究院 3 m 法电波暗室 −40 80 并联电容滤波特性 −60 60 40 −80 0 100 200 300 f/MHz 20 (d) 普通电

21、容与并联电容滤波特性对比图 图 3 普通电容与并联电容滤波特性对比分析 Fig. 3 Comparison of EMI filters’ characterization between normal capacitor and shunt capacitors 若考虑普通电容的高频寄生参数影响，则可采 用 2 个电容 C1=1 100 pF 并联构成 EMI 滤波器以提 高滤波特性，其阻抗为 0 30 50 80 200 f/MHz 400 800 (b) 智能 IC 卡读卡器 CS-KS 标准测试结果 图 4 智能 IC 卡读卡器 CS-KS

22、 标准测试 Fig. 4 3-m chamber standard measurement for radiated EMI noise generated by CS-KS IC card reader 表 1 智能 IC 卡读卡器 CS-KS 噪声 Tab. 1 Noises generated by CS-KS IC card reader Zshunt = [RP + jω LP + 1( jωC1 )] / 2 (7) 由式(6)、(7)计算发现，普通电容与并联电容的 滤波特性如图 3(d)所示，在 30~300 MHz，并联电容 的噪声抑制效果明

23、显优于普通电容。因此，采用并 联电容 EMI 滤波器可有效减小高频噪声电流，从而 抑制辐射干扰噪声。 频点/MHz 噪声/(dBμV/m) 超标/(dBμV/m) 88.5 108.48 176.28 50.771 52.682 52.267 0.771 2.682 2.267 189.84 51.373 1.373 噪声抑制比/dBμV 噪声/dBμV/m 天线垂直、EUT 正面对开线。 普通电容滤波特性 C1 C

24、 电源 EMI 滤波器 被测 设备 值为 2.682 dBμV/m。 3.2 射频识别系统辐射干扰特征提取 上述商用射频识别系统采用飞利浦公司 磁场强，据此得出不同测试距离对应的近场波阻 抗，结果如图 6 所示，当测试距离 r 为 0.1 cm 时， ZW 为 190 Ω；当 r 为 0.5 cm 时，ZW 为 240 Ω；当 r 为 1.0 cm 时，ZW 为 295 Ω；当 r 为 1.4 cm 时，ZW 为 320 Ω；当 r 为 1.8 cm 时，ZW 为 370 Ω；当 r

25、 为 2.0 cm 时，ZW 为 377 Ω。由此可见，88.5 MHz 频点 处，近场波阻抗总小于 120 πΩ，即为低阻抗，且近 场波阻抗 ZW 随着测试距离增加而变大。根据辐射 模型可见，射频识别系统在 88.5 MHz 频点产生的 辐射干扰以差模辐射为主。同样地，采用上述方法 测试 108.48，176.28，189.84 MHz 频点近场波阻抗 与测试距离间的关系，实验结果均与图 6 类似，即 均以磁偶极子差模辐射场为主。 MF RC500 芯片作为 RFID 芯片以实现无线数据传输。 如图 5(a)所示为射频识别系统 PCB 布线图，主频为 11.0592 MHz

26、的晶振作为单片机驱动；如图 5(b)所 示，2 个主频为 11.059 2 和 13.56 MHz 的晶振作为 RFID 芯片驱动。信号电流经 RFID 芯片流入环路天 线产生有益辐射以实现射频识别功能；然而，由驱 动 RFID 芯片的 2 个晶振产生的高频噪声电流同样 经 RFID 芯片流入环路天线引起辐射噪声。 400 200 RFID 芯片 环路天线 (a) CS-KS 智能 IC 卡读卡器 0 0 1 测试距离/cm 2 图 6 Fig. 6 智能 IC 卡读卡器近场波阻抗 Near field wave impedance of intelligen

27、t IC card readers 3.3 射频识别系统辐射干扰噪声抑制策略 射频识别系统智能 IC 卡读卡器 CS-KS 正常工 作时，主频为 11.059 2 MHz 晶振驱动单片机，主频 为 11.059 2 和 13.56 MHz 晶振驱动 RFID 芯片 MF RC500，而 RFID 芯片接至信号环路天线，以产生 足够强的辐射电磁场进行射频识别。然而，由于驱 动单片机及 RFID 芯片的 3 个晶振输出信号并非理 想方波，且存在较陡的上升沿，从而产生高频噪声 电流，经环路天线引起严重的差模辐射干扰。采用 江苏省计量科学研究院 3 m 法标准电波暗室测试表 明，射频识别系统

28、辐射噪声超过 GB 9254 Class A 标准，如图 4(b)所示。 值得注意的是，虽然智能 IC 卡读卡器以差模 辐射为主，根据上述分析可以通过减小环路天线面 积达到噪声抑制的目的。然而，减小环路天线面积 将导致射频识别系统无法产生足够强的辐射电磁 场，从而严重影响系统正常运行，因此只能减小高 频差模噪声电流以抑制辐射干扰噪声。 根据上述分析，针对射频识别系统智能 IC 卡 读卡器 CS-SK 产生的辐射干扰噪声，设计了相应的 (b) RFID 芯片 图 5 采用 RFID 技术的智能 IC 卡读卡器电路图 Fig. 5 Circuit schematic of

29、intelligent IC card readers by employing RFID technique 为了有效提取射频识别系统辐射干扰机理，本 文利用台湾固纬 GSP-827 频谱仪作为信号接收装 置，其最高测量频率可达 2.7 GHz；同时采用德国 罗德施瓦茨公司近场探头组 HZ-11 作为辐射电磁场 测试设备，包括磁场探头(Loop 3 cm)和电场探头 (Stab 6 mm)，频率范围为 10 kHz~2 GHz。测试过程 中，先将射频识别系统划分为 33 区域，调整频谱 仪频谱测试范围至 30 MHz~1 GHz，再分别利用电 磁场探头测试不同区域的辐射电磁场。实验

30、结果发 现环路天线所在区域辐射电磁场强较大，且可能超 标频点分别为 88.5，108.48，176.28，189.84 MHz。 因此，再次调节频谱分析仪测试范围至 88.5 MHz， 同时改变电磁场探头与被测设备间距离(r=0.1，0.5， 1.0，1.4，1.8，2.0 cm)，分别测试其产生的辐射电 波阻抗/Ω 第 9 期 颜伟等：射频识别系统电磁辐射干扰特征快速分析与抑制 165 噪声抑制方案，即在 CS-KS 设备 RFID 芯片电源端 加载 68 pF 电容，信号环路端并联 51 pF 和 3 个 10 pF 电容，如图 7 所示。实验结果表明，采

31、用上述噪声 抑制方案不会对原电路的功能造成任何影响。 有以下结论：1）提出了基于近场测量的辐射机理 诊断方法，有助于确定辐射噪声源特性；2）提出 了基于高频滤波电容的噪声抑制方法，从而克服电 容的高频寄生参数效应；3）实验结果表明，采用 全电容噪声抑制方案后，系统可通过 GB 9254 Class A 标准，为辐射噪声分析与抑制提供理论依据。 致谢 本文电磁场与信号完整性分析得到新加坡南 洋理工大学 SEE Kye Yak 教授与南京邮电大学邱晓 晖教授支持，在此表示感谢。 参考文献 图 7 智能 IC 卡读卡器辐射噪声抑制方案 Fig. 7 Radiated EM

32、I noise suppression scheme of intelligence IC card readers 采用江苏省计量科学研究院美国 ETS- Lindgren 公司的 3 m 电波暗室(14 kHz~18 GHz)和德 国罗德施瓦茨公司的 EMI 接收机 ESU26(9 kHz~ 26.5 GHz)对加载并联电容 EMI 滤波器的智能 IC 卡 读卡器进行测试。实验结果发现设备可通过 GB 9254 Class A 标准且保留了一定安全裕量，如图 8 所示。对比图 4 可见，在 88.5，108.48，176.28， 189.84 MHz 频点，辐射噪声降幅分

33、别为 9.615， 24.144，8.115，14.549 dBμV/m，安全裕量分别为 [1] 张卫东，邢悦，崔翔．电力线通信网络电磁辐射近场测 量系统[J]．中国电机工程学报，2010，30(12)：117-121． Zhang Weidong，Xing Yue，Cui Xiang．Measurement system for near field electromagnetic radiation of power line communication networks[J] ． Proceedings of the CSEE，2010，30(12)：117-121(i

34、n Chinese)． 钟玉林，咸哲龙，孙旭东，等．计及部分电容的接地回 路高频电路模型[J]．中国电机工程学报，2005，25(17)： 37-41+149． Zhong Yulin，Xian Zhelong，Sun Xudong，et al．Hf circuit model of conducted emi of ground net based on PEEC [J]．Proceedings of the CSEE，2005，25(17)：37-41+149(in Chinese)． Chen Hao ， Constantin P ． Large power analysi

35、s of switched reluctance machine system for coal mine [J]．Mining Science and Technology ，2009，19(5) ： 657-659． 孟进，马伟明，张磊，等．PWM 变频驱动系统传导干 扰的高频模型[J]．中国电机工程学报，2008，28(15)： 141-146． Meng Jin，Ma Weiming，Zhang Lei，et al，High frequency model of conducted EMI for PWM variable-speed drive systems[J]．

36、Proceedings of the CSEE，2008，28(15)： 141-146(in Chinese)． Paul C R．Introduction to electromagnetic compatibility [M]．Second Edition．New York：JJohn Wiley & Sons， Inc，2006：414-426． Pocai，M，Dotto，I，Festa，D，et al．Improving the performances of a reverberation chamber ： a real case[C]//2009 20

37、th International Zurich Symposium on Electromagnetic Compatibility ．Switzerland ，Zurich ： IEEE，2009：53-56． Ala G，Di Piazza M C，Tine G，et al．Evaluation of radiated EMI in 42-V vehicle electrical systems by FDTD simulation[J] ． IEEE Transactions on Vehicular Technology，2007，56(4)：1477-14

38、84． Manzi G，Feliziani M，Beeckman P.A，et al．Coexistence [2] 8.844 ，21.462 ，5.848 ，13.176 dBμV/m ，如表 所示。 2 80 [3] 60 。 40 [4] 20 0 30 50 80 200 f/MHz 400 800 图 8 噪声抑制后，智能 IC 卡读卡器标准测试结果 Fig. 8 Radiated EMI noises from IC card reader by 3-m chamber standard measurement after n

39、oise suppression 表 2 噪声抑制前后，智能 IC 卡读卡器辐射噪声对比 Tab. 2 Contrast of radiated EMI noise generated by CS-KS IC card reader after noise suppression or not [5] [6] 抑制前/ (dBμV/m) 抑制后/ (dBμV/m) 降幅/ (dBμV/m) 安全裕量/ (dBμV/m) 频点/MHz 88.5 108.48 176.28 189.84 50.771 52.682 52.267 51.373

40、41.156 28.538 44.152 36.824 9.615 24.144 8.115 14.549 8.844 21.462 5.848 13.176 [7] 4 结论 针对采用射频识别技术的智能 IC 设备，本文 [8] 噪声/dBμV/m 天线垂直、EUT 正面对开线 电源 RFID 芯片 信号 环路 51 pF 10 pF 10 pF 10 pF 68 pF [J]．Pro

41、ceedings of the CSEE，2011，31(3)：132-137(in Chinese)． [18] 薛花，姜建国．耦合电磁干扰问题的新型数值方法研究 [J]．中国电机工程学报，2007，27(30)：108-112． Xue Hua ，Jiang Jianguo ．Study on novel numerical analysis of coupling electromagnetic inference[J]．Process of the CSEE，2007，27(30)：108-112(in Chinese)． [19] 赵阳，See K Y．电磁兼容基

42、础与应用(英文版)[M]．北 京：机械工业出版社，2006：68-78． Zhao Yang，See K Y．Fundamental of electromagnetic compatibility and application[M]．Beijing：China Machine Press，2006：68-78(in Chinese)． [20] 赵阳，董颖华，陆婋泉 等．EMI 噪声分离网络在电力 线噪声分析中的应用[J]．中国电机工程学报，2010， 30(21)：114-120． Zhao Yang，Dong Yinghua，Lu Xiaoquan，et al．EMI noi

43、se discrimination network applied to power-line EMI noise analysis[J]．Proceedings of the CSEE，2010，30(21)： 114-120(in Chinese)． [21] 赵阳，颜伟，赵波，等．电路辐射干扰机理诊断与特性 between ultra-wideband radio and narrow-band wireless II ： LAN communication systems—part EMI evaluation[J] ． IEEE Transactions

44、on Electromagnetic Compatibility，2009，51(2)：382-390 [9] Kim Ki Hyeon，Yu Ji-Hun，Lee Sang-Bok，et al．RF conduction in-line noise suppression effects for fe and NiFe magnetic nanocomposite[J]．IEEE Transactions on Magnetics，2008，44(11)：3805-3808． [10] Luo G Q，Hong W，Tang H J，et al．Filtenna con

45、sisting of horn antenna and substrate integrated waveguide cavity fsS[J]．IEEE Transactions on Antennas and Propagation， 2007，55(1)：92-98． [11] Pak J S，Kim H，Lee J，et al．Modeling and measurement of radiated field emission from a power/ground plane cavity edge excited by a through-hole signal via ba

46、sed on a balanced TLM and via coupling model[J] ． IEEE Transactions on Advanced Packaging，2007，30(1)：73-85． [12] Anatory J，Theethayi N，Thottappillil R，et al．Expressions for current/voltage distribution in broadband power-line communication networks involving branches[J]．2008， 23(1)：188-195

47、． [13] Yoshioka T，Nakatani T，Miyoshi M，Integrated speech enhancement method using noise suppression and dereverberation[J]．IEEE Transactions on Audio，Speech， and Language Processing，2009，17(2)：231-246． [14] Chao Hao-Ming，Wuen Wen-Shen，Wen Kuei-Ann．An active guarding circuit design

48、for wideband substrate noise suppression[J]．IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques，2008，56(11)：2609-2619． [15] 孙亚秀，孙力，姜保军，等，低成本高性能的共模和差 模噪声分离技术[J]．中国电机工程学报，2007，27(16)： 98-103． Sun Yaxiu，Sun Li，Jiang Baojun，et al．Common and differential mode noise separate technology with low co

49、st and high performance[J]．Proceedings of the CSEE，2007， 27(16)：98-103(in Chinese)． [16] 穆新华，杨志勇，开关电源中印刷电路板寄生参数对传 导电磁干扰影响的研究[J]．中国电机工程学报，2004， 24(11)：121-125． Mu Xinhua，Yang Zhiyong．Parasitic parameters of circuit traces and their effects on conducted EMI in switching power supply[J]．Proceeding

50、s of the CSEE，2004，24(11)： 121-125(in Chinese)． [17] 刘胜，张玉廷，于大泳．基于频变参数辨识的共模扼流 圈集中参数模型[J]．中国电机工程学报，2011，31(3)： 132-137． Liu Sheng ， Zhang Yuting ， Yu Dayong ． Lumped parameters modeling of common mode chokes based on 估计方法研究[J]．电工技术学报，2010，25(10)：6-13． Zhao Yang，Yan Wei，Zhao Bo，et al．Investi

51、gation on Radiated EMI Noise Diagnosis and Estimation for HF Circuits[J] ． Transactions of China Electrotechnical Society，2010，25(10)：6-13(in Chinese)． [22] 赵阳，罗永超，颜伟，等．高频电路辐射干扰快速分析 与预估方法[J]．电波科学学报，2010，25(3)：466-471． Zhao Yang，Luo Yongchao，Yan Wei，et al，Fast analysis and estimation app

52、roach applied in radiated EMI for high-frequency circuit[J] ． Chinese Journal of Radio Science，2010，25(3)：466-471(in Chinese)． 收稿日期：2011-08-08。 作者简介： 颜伟(1986)，男，博士研究生，主要研 究方 向为 电磁 兼容 与汽 车电 子， kae19860202@； 赵阳(1966)，男，工学博士，教授，博 士生导师，主要研究方向为电力电子与电 磁兼容，zhaoyang2@； 王恩荣(1962)，男，工学博士，教授， 博士

53、生导师，院长，主要研究方向为汽车 电子与电磁兼容，erwang@； 邓凌翔(1978)，男，工学硕士，工程师， 主要研究方向为电磁兼容，marmot23@ 。 (责任编辑 王剑乔) 颜伟 frequency-varying parameters identification Extended Summary 正文参见 pp.161-166 Analysis and Suppression on Radiated EMI Noise for Radio Frequency Identification Systems YAN Wei1, Z

54、HAO Yang1, WANG Enrong1, DENG Lingxiang2, ZHANG Yuhuan1 (1. Nanjing Normal University; 2. Jiangsu Institute of Metrology) KEY WORDS: radio frequency identification (RFID) system; impedance; high frequency electromagnetic interference filter electromagnetic compatibility (EMC); noise

55、reduction; wave In order to solve the problem of radiated electromagnetic interference (EMI) generated by RFID systems, a convenient approach is proposed to diagnose shunt capacitance method is proposed, and simulation for noise rejection ratio is shown in Fig.3. − 20 the rad

56、iated EMI mechanism based on measurement and suppress radiated EMI utilizing radio frequency EMI filters. near-field noise by − 40 − 60 Radiated EMI includes common mode (electric dipole) noise and differential noise, as shown in Fig.1. mode (magnetic dipole) −

57、 80 0 100 200 300 f /MHz Filter Performance Fig. 3 Comparison of EMI filters’ performance between normal capacitors and shunt capacitors The radiated EMI noise is reduced by using the suggest method. The original noise and the modified result are shown in Tab.1 and Fig.4. Tab. 1

58、 Contrast of radiated EMI noise between original and modified noise generated by RFID system PCB B PCB A(0 V) (a) CM model (b) DM model Frequency/ Original/ Modified/ Reduced/ Safety Margin/ Fig. 1 PCB radiation model According to Maxwell’s equation, the relationship between wav

59、e impedance and measurement distance can be derived as, MHz (dBμV/m) (dBμV/m) (dBμV/m) (dBμV/m) 88.5 108.48 176.28 50.771 52.682 52.267 41.156 28.538 44.152 9.615 24.144 8.115 8.844 21.462 5.848 189.84 51.373 36.824 14.549 13.176 ⎧ZCM = E / H ∝ 1 / r 80 (1)

60、⎨ ⎩ZDM = E / H ∝ r 60 In RFID systems, the radiation is used to establish wireless communication. Therefore system performance cannot be changed, and radiated EMI noise should be reduced. Furthermore, magnetic dipole is employed to 40 20 0 30 50 80 200 400 800 f /MHz enhance radia

61、ted EM field, and DM increased, as shown in Fig.2. H noise is also (a) Orignal noise 80 60 40 20 0 30 Fig. 2 Equivalent models of magnetic dipole radiation from loop antenna 50 80 200 400 800 f/MHz (b) Modified noise −14 2 (2) EDM = 2.632 10 [( f AIDM ) / r] Fig.

62、4 Radiated EMI noises from IC card reader by 3-m chamber standard measurement with/without noise suppression As shown in Fig.4, experiment results show that radiated EMI noise is reduced and the RFID system can pass GB 9254 Class A by employing the presented method. High frequency EMI f

63、ilters are designed to reduce radiated EMI noise from RFID systems. However, the filter performance is affected due to parasitic inductance and resistance in capacitance. To solve the problem, the S21 Noise/dBμV/m Noise/dBμV/m Noise Rejection Ratio/dBμV Power supply RFID chip Loop Antenna Normal capacitan Shunt c ce method apacitance method