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强电磁场环境下无源 RFID射频标签的可靠性研究
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2019 年(第七届)电力科技管理论坛 - 128 - 线间距等)、大气条件、导线表面光滑状况和导线 电晕放电特性有关。 1.2 工频电场的特点 高压输电线路的电场强度主要由线路的电压决 定,不会随输送容量和线路的电流变化,不管线路 处于高空载还是满负载,线路上的电压一定时,工 频电场的强度就基本不变。当电场遇到导体后会引 起该导表面的电荷移动,导体上所带的电荷也会产 生一个场,这个电场叠加在原来的电场上,改变可 导体附近的整个电场,使得导体周围的电场发生畸 变增加,电场线越密的地方电场强度越强,反之则 越弱,相类似的,若带电开展高压线路带电检修, 作业人员、材料、工器具等务必要靠近导体,其本 身就具有一定的导电性,导体(线)周围的电场定 会因产生的畸变而增加,其内部电场会因屏蔽而大 大削减。 1.3 工频磁场的特点 高压输电线路工频磁场由流过线路的电流产生, 通常只有磁性材料才能改变空间磁场的分布,因此, 线路周围的工频磁场不像电场那样容易畸变,检修 作业时用到的材料、工器具对工频磁场几乎没有屏 蔽作用。高压输电线路下方的空间磁场的大小除了 与线路负荷电流大小有关外,还和导线的布置形式、 几何位置等有关,而导线的分裂间距、分裂数、子 导线直径对线路下方得工频磁场几乎没有影响。工 频磁场随距离增加而衰减的速度比工频电场更快。 1.4 无线电干扰的特点 在高电压作用下的输电线路导线表面电位呈梯 度升高,当导线表面电场强度超过客气的击穿强度 时,导线周围的空气发生游离放电,同时还会产生 蓝色辉光并发出轻微的“嘶嘶”声,这些现象消耗 的能量统称为电晕损失。高压输电电路的电晕放电 是无线电干扰的主要来源,电晕形成的电流脉冲注 入导线,并沿导线向注入点两端流动,从而在导线 周围产生脉冲磁场,即无线电干扰场。 2 RFID 2.1 无源 RFID 射频标签的电磁环境 无源 RFID 射频标签是附着在待识别的物品上, 是射频识别系统真正的数据载体,当标签进入天线 有效覆盖区域内无源标签就能从天线发出的电磁场 中获得能量,从而储存信息被激活。一般而言,此 电磁场主要是指高频电磁波,高频电磁波通过芯片 内部射频电路转换为直流电压,为芯片提供工作电 源电压,同时一系列的命令和数据通过高频电磁波 被芯片内部调解电路调解为基带信号,数字基带又 通过改变芯片自身的阻抗来改变天线的反射系数, 从而通过电磁波的反射获取标签信息。由此可见, 无源 RFID 射频标签工作电磁场与高压输电线路强电 磁场从本质上有着较大的差异。 2.2 无源 RFID 射频标签设计思路 以上分析表明,高压输电线路的强电磁场对无 源 RFID 射频标签的信息存储和信息读取的可靠性没 有直接影响, 但由于无源 RFID 射频标签是金属材质, 在保证其存储性能可靠性的同时还要考虑在强电磁 场中其尺寸大小对作业安全的影响。一般情况下, 标签是附着在工器具表面上,为保证工器具使用过 程中有足够的绝缘间隙,要求处于强电磁场环境中 的工器具足够绝缘,工器具上的非绝缘接头或附着 物要求具备尺寸体积小、抗弯曲折叠能力强等特性, 也是无源 RFID 射频标签的研究关键。 无源 RFID 射频标签的设计,首先要天线阻抗能 够与标签芯片阻抗匹配,其次要天线有足够的增益, 最常见的无源标签天线为半波偶极子天线,其优点 包括半全向辐射、辐射效率高、结构简单、制造成 本低等优点,缺点是尺寸过大。为了缩减偶极子天 线的尺寸,保证无源标签在特定环境下信息的完整 性和读写功能的可靠性,研究一种偶极子天线形态, 由原来的 XY 两个方向的辐射,再增加一个纵向(Z 方向)的辐射,变为 3 个方向的辐射,从而提高无 线电讯号阅读区域,让无线电讯号阅读无盲区,同 时大幅提高 RFID 标签的识别速度和精准性。

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