7 июня 2016 - Илья Рахманов

Исследование уровней напряжённости электромагнитных полей, создаваемых RFID считывателями

1. Цель исследования

Экспериментальная проверка уровней напряженности электромагнитного поля (ЭМП), создаваемого оборудованием радиочастотной идентификации, и их верификация на соответствие стандартам и санитарным нормам, установленным на территории России.

2. Описание эксперимента

Измерения уровня напряженности электромагнитных полей, создаваемых RFID считывателем, проводятся с помощью анализатора спектра/антенного тестера R&S FSH8 и комплекта изотропных активных антенн R&S TS-EMF.

Для проведения измерений был собран измерительный стенд состоящий из:

  • полубезэховая экранированная камера (БЭК) Frankonia SAC5 (класс экранирования 1 для частот 9 кГц - 40 ГГц, аттестат № 254/20-15 срок действия до 12.02.2017 г.);
  • анализатор спектра/антенный тестер R&S FSH8 (100 кГц - 8 ГГц, свидетельство о поверке № 1807/2015-707535 срок действия до 30.06.2016 г. );
  • изотропная активная антенна R&S TSEMF-B1 (30 МГц - 3 ГГц, свидетельство о поверке № СП 1087924 срок действия до 03.09.2016 г.);
  • аттенюатор MCL BW-N30W5+ (30 дБ, 5 Вт);
  • аттенюатор MCL BW-N10W5+ (10 дБ, 5 Вт).

Для создания высокочастотного ЭМП применялся типовой набор оборудования радиочастотной идентификации:

  • RFID считыватель Impinj R420 (мощность излучаемого сигнала +31,5 дБмВт);
  • RFID антенна FEIG ANT.U270/270 UHF (коэффициент направленного действия 8 дБи, поляризация - круговая);
  • RFID антенна FEIG ANT.U600/270 UHF (коэффициент направленного действия 11 дБи, поляризация - круговая);
  • радиочастотный коаксиальный кабель RG58, длиной 4 м, с разъёмами TNC-RP - SMA(m) (потери в кабеле на рабочих частотах - 2,1 дБ).

Всё оборудование RFID предназначено для работы на частотах 865 - 868 МГц.

Управление оборудованием радиочастотной идентификации производилось с помощью программной платформы Шина RFID.

Все антенны располагались на осевой линии строго по центру БЭК SAC-5 на расстоянии 3,8 м от стен.

Излучающая RFID антенна размещена на диэлектрическом предметном столике на высоте 1600 мм от подстилающей поверхности (заземлённая металлическая поверхность). Максимум диаграммы направленности (ДН) RFID антенны направлен строго вдоль оси БЭК и параллелен полу.

Приёмная измерительная антенна R&S TSEMF-B1 размещена на диэлектрическом штативе на высоте 1600 мм от подстилающей поверхности (заземлённая металлическая поверхность).

Стол с анализатором FSH8 располагается в 2,0 м. позади антенны TSEMF-B1.

Схема расположения элементов стенда приведена на рисунке 1.

 Схема расположения элементов стенда
Рисунок 1. Схема расположения элементов стенда.

На рисунке 2 показано как это было реализовано в помещении БЭК.

Расположение стенда в БЭК
Рисунок 2. Расположение стенда в БЭК

Схема соединений при проведении экспериментов показана на рис. 3.

 Схема соединений при проведении экспериментаРисунок 3. Схема подключений при проведении эксперимента

В программной платформе Шина RFID были установлены следующие настройки для считывателя Impinj R420:

  • выходная мощность передатчика: +31,5 дБмВт;
  • чувствительность приёмника: - 80 дБмВт;
  • режим работы: dual target, session 0.

Настройки анализатора спектра FSH8:

  • режим (instrument/meas mode): spectrum;
  • начальная частота (start frequency): 864 МГц;
  • конечная частота (stop frequency): 869 МГц;
  • опорный уровень(reference level): 39,95 В/м;
  • отстройка от опорного уровня (reference offset): 10 дБ;
  • полоса разрешения (RBW): 100 кГц;
  • полоса видеосигнала (VBW): 100 кГц;
  • режим трека (trace mode): max hold;
  • основной датчик (primary transducer): TSEMF-B1.

Измерения проводились в аккредитованной испытательной лаборатории технических средств по параметрам ЭМС АО “ИМЦ Концерна “Вега” с 02 по 06 июня 2016 г.

3. Измерение подводимой к антенне мощности

Для подтверждения работоспособности оборудования, проверки основных параметров источника ЭМП, необходимо измерить мощность, поступающую на вход антенны с выхода коаксиального кабеля, соединяющего её с RFID считывателем Impinj R420

Схема подключений при проведении экспериментов показана на рис. 4.

Схема соединений при проведении экспериментаРисунок 4. Схема подключений при проведении эксперимента

В программной платформе Шина RFID были установлены следующие настройки для считывателя Impinj R420:

  • выходная мощность передатчика: +31,5 дБмВт;
  • чувствительность приёмника: -80 дБмВт;
  • режим работы: dual target, session 0.

Настройки анализатора спектра FSH8:

  • режим (instrument/meas mode): spectrum;
  • начальная частота (start frequency): 864 МГц;
  • конечная частота (stop frequency): 869 МГц;
  • опорный уровень(reference level): 40 дБмВт;
  • отстройка от опорного уровня (reference offset): 30 дБ;
  • полоса разрешения (RBW): 100 кГц;
  • полоса видеосигнала (VBW): 100 кГц;
  • режим трека (trace mode): max hold;

Подводимая к антенне мощность составила: +29,4 дБмВт.

На рисунке 5 приведена измеренная амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) сигналов на входе RFID антенны.

АЧХ сигнала на входе RFID антенны
Рисунок 5. АЧХ сигнала на входе RFID антенны

4. Эксперимент №1. Исследование электромагнитного поля, создаваемого антенной FEIG ANT.U270/270 UHF

Измерение напряженности электромагнитного поля, создаваемого при помощи антенны FEIG ANT.U270/270 UHF. Измерения проводились на расстояниях между фазовыми центрами антенн равными 1, 3 и 5 м. Результаты приведены в таблице 1.

 Таблица 1. Величина напряженности ЭМП,
создаваемого антенной FEIG ANT.U270/270
UHF при подводимой мощности +30 дБмВт

№п-п

Расстояние между фазовыми центрами антенн, м.

Измеренная напряженность поля, В/м

1

1

16,5

2

3

5,471

3

5

3,169

 

На рисунках 6, 7, 8 приведены измеренные АЧХ: 

Результаты измерений ЭМП на расстоянии 1 м между антеннами
Рисунок 6. Результаты измерений ЭМП на расстоянии 1 м между антеннами

Результаты измерений ЭМП на расстоянии 3 м между антеннами
Рисунок 7. Результаты измерений ЭМП на расстоянии 3 м между антеннами

Результаты измерений ЭМП на расстоянии 5 м между антеннами
Рисунок 8. Результаты измерений ЭМП на расстоянии 5 м между антеннами

5. Эксперимент №2. Исследование параметров электромагнитного поля, создаваемого антенной FEIG ANT.U600/270 UHF

Измерение напряженности электромагнитного поля, создаваемого при помощи антенны FEIG ANT.U600/270 UHF. Измерения проводились на расстояниях между фазовыми центрами антенн равными 1, 3 и 5 м. Результаты приведены в таблице 2.

 Таблица 2. Величина напряженности ЭМП,
создаваемого антенной FEIG ANT.U600/270
UHF при подводимой мощности +30 дБмВт 

№п-п

Расстояние между фазовыми центрами антенн, м.

Измеренная напряженность поля, В/м

1

1

20,93

2

3

7,937

3

5

5,176

 

На рисунках 9, 10, 11 приведены измеренные АЧХ:

Результаты измерений ЭМП на расстоянии 1 м между антеннами
Рисунок 9.  Результаты измерений ЭМП на расстоянии 1 м между антеннами

 Результаты измерений ЭМП на расстоянии 3 м между антеннами
Рисунок 10. Результаты измерений ЭМП на расстоянии 3 м между антеннами

Результаты измерений ЭМП на расстоянии 5 м между антеннами
Рисунок 11. Результаты измерений ЭМП на расстоянии 5 м между антеннами

6. Выводы по итогам экспериментов

В настоящий момент на территории России действуют санитарно-эпидемиологические правила и нормативы СанПиН 2.2.4.1191-03 "Электромагнитные поля в производственных условиях" (утв. Главным государственным санитарным врачом РФ 30 января 2003 г.).

Согласно действующему нормативу ПДУ энергетических экспозиций (ЭЭ_ПДУ) на рабочих местах за смену в диапазоне частот 300 МГц - 300 ГГц не должно превышать 200 (мкВт/см2) * ч, что соответствует величине напряженности ЭМП равной 27 (В/м)*ч.

Максимальные допустимые уровни напряженности электрического и магнитного полей, плотности потока энергии ЭМП в данном частотном диапазоне не должны превышать значений 61,4 В/м для тела человека, и 137,3 В/м для локального облучения кистей рук.

Согласно нормативным документам, регламентирующим допу­стимые уровни воздействия ЭМИ РЧ:

  • ГОСТ 12.1.006-84 «ССБТ. Электромагнитные поля радиочастот. Допустимые уровни»,
  • СанПиН 2.2.4/2.1.8.055-96 «Электромагнитные излучения радиочастотного ­диапазона»,

максимальные допустимые уровни напряженности ЭМП в данном частотном диапазоне не должны превышать значений приведённых в таблице 3. 

Таблица 3. Максимальные допустимые
уровни напряженности ЭМП в диапазоне
300 МГц - 300 ГГц.

Источник ЭМИ

ПДУ В/м

Мобильный телефон

16,5

Бытовая СВЧ печь

5,471

Предельно допустимые уровни плотности потока энергии в диапазоне частот 300 МГц - 300 ГГц при воздействии

9,7 от 8 ч.

27,5 не более 1ч.

61,4 не более 12 мин. 

Предельно допустимые уровни ЭМИ РЧ для населения, лиц, не достигших 18 лет, и женщин в состоянии беременности в диапазоне от 300 МГц

6,14

 1. Результаты экспериментов показали, что величины напряженности ЭМП, создаваемых RFID оборудованием, в общем случае соответствуют санитарным нормам и правилам для производственных помещений, действующим на территории России.

2. В ходе анализа результатов экспериментов, было определенно следующее:

  • для соответствия санитарно-эпидемиологическим нормам не рекомендуется использовать RFID считыватели с выходной мощностью более чем +31,5 дБмВт;
  • не рекомендуется находиться вблизи работающего оборудования RFID лицам, не достигшим 18 лет, и женщинам в состоянии беременности;
  • для применения RFID оборудования в местах нахождения лиц, не достигших 18 лет, и женщин в состоянии беременности, выходная мощность считывателя RFID не должна превышать +21,5 дБмВт.

3. Применение RFID считывателей с мощностью передатчика превышающей +31,5 дБмВт возможно в полностью автоматизированных линиях, снабженных автоматическими светоакустическими извещателями о наличии высокочастотного ЭМП и контактными датчиками для отключения RFID считывателей, при проходе людей в зоны автоматической идентификации.

4. Для создания благоприятной электромагнитной обстановки в целях защиты персонала и оборудования, восприимчивого к ЭМИ, рекомендуется применять радиопоглощающие материалы (РПМ)

7. Примечание