射频识别技术在医疗设备管理应用中电磁干扰的探讨

徐 恒 田 金 许 锋

1 射频识别(radio frequency identification，RFID)技术概述

RFID技术是利用射频信号实现信息传递的自动识别技术，以其非接触、数据容量大、穿透力强以及可重复使用等特点在各领域得到了广泛应用。随着医院信息管理平台建设的逐步推进，RFID技术被应用于医疗设备的管理中，以提高医院管理效率和诊疗服务质量。目前，RFID技术在医疗设备管理中主要用于设备跟踪、实时定位、资产盘点及安全监控等方面。

通常一套完整的RFID系统包括读写器、天线及电子标签。根据读写器的接收功率，目前RFID标签常用的工作频率有13.56 MHz高频频段、800～900 MHz超高频频段和全球开放的工业、科学和医疗用2.4 GHz(2.4～2.485 GHz)微波频段，其中2.4 GHz微波频段居多[1](如图1所示)。

医院的电子医疗设备数量多，其中无线电子设备的使用频率集中在2.4 GHz开放工业频段，因此如何减少在医院使用的RFID系统对电子医疗设备产生的电磁干扰是医疗设备管理部门需要研究的问题。通过对RFID产生电磁干扰原因、抑制干扰方法、系统布置等方面进行探讨，确立RFID系统在医院医疗设备管理应用中的最佳使用策略，降低其对电子医疗设备的电磁干扰。

图1 射频工作频率分布

2 产生电磁干扰的原因

根据RFID系统工作原理，RFID系统与周围设备的干扰主要源于下述原因。

2.1 同信道或相近信道信号耦合产生互扰

RFID读写器发送和接收的强载波信号，与周围电子设备发射的同信道或相近信道的信号产生耦合后会造成干扰。目前，医院的无线电子医疗设备通常采用蓝牙(Bluetooth)、ZigBee和Wi-Fi等短距离无线通讯技术[2]。3种通讯协议的频率和信道见表1。

表1显示，蓝牙采用跳频技术，在2.4～2.485 GHz频带内相邻的79个1 MHz带宽的信道跳变，跳变频率1600次/s；ZigBee采用直接序列扩频技术，在16个2 MHz带宽的信道跳变；Wi-Fi最新版IEEE802.11 n使用正交频率复用技术，在14个带宽为22 MHz的信道选择。在2.4 GHz的频段内由于RFID发射的频率和使用的信道有可能重叠，从而存在相互干扰的风险。

表1 Bluetooth、Zigbee、Wi-Fi等通讯协议技术参数对比

2.2 RFID系统辅助设备空间耦合

由于RFID系统有其他辅助设备，如供电的电源适配器、控制端口和控制线等，电源产生的宽带骚扰和内部数字电路产生的窄带骚扰会通过相应端口影响近距离范围内的其他使用设备或通过空间耦合到其他敏感设备。

3 抑制干扰的方法及RFID系统的配置

为了避免对相邻频段的电子设备产生干扰，我国于2007年发布了“800/900 MHz频段射频设别(RFID)技术应用规定(试行)”文件，对超高频RFID无线发射设备的工作频率、发射频率、占用带宽、邻道功率泄漏比、工作模式、杂散发射限值及传导骚扰发射等射频指标做了详细的规定[4-5]。其中，在840～845 MHz、920～925 MHz两个频段的前后端划出了2个信道作为隔离信道，规定其最大有效发射功率为200 MW，且跳频的最大驻留时间为2 s，这些措施都是为了规避相邻频段信道互扰，提高RFID系统的保密性和抗多径干扰能力。尽管上述规定针对的频率范围是800/900 MHz射频段，但对各个频段均有参考性。

(1)在RFID电子标签的设计角度提高超高频频段电子标签的频率选择、阻抗匹配以及封装方式等性能，最大限度减少标签的干扰能力[6-7]。

(2)RFID系统的读写器尽量采用线性电源供电，而不是使用开关电源，后者对周围电子设备所产生的电磁干扰远大于前者[8-9]。

(3)RFID系统适当的配置方案也可有限减少对周围电子医疗设备的干扰。RFID读写器对标签的读取距离和电子医疗设备对RFID系统的读取距离都遵循雷达方程(公式1)

式中，Pr为读写器接收功率，G为天线增益，λ为波长，σ为天线散射横截面积，R为读写距离。

由公式(1)可知，在发射功率及天线参数不变的前提下，读写距离增大一倍，接收功率就减少至原值的6%左右，因此RFID系统在布置时尽量远离电子医疗设备，且避免正对，距离越远干扰越小。同时，减少天线的散射面积可减少干扰，但也减小了接收距离，可能会影响RFID系统的使用效果。因此，可以遵循“小功率，多布点”的原则，一方面将发射、接收功率及天线散射面降低到最小，同时在RFID使用区域适当多布置一些天线，兼顾RFID系统的功效和对电子医疗设备的保护。

(4)在使用RFID系统的区域事先做好电磁屏蔽设计。

4 结语

随着物联网技术的发展，RFID系统终将应用于各个领域。RFID技术在发展过程中，也不可避免带来了电磁干扰问题。通过分析RFID系统可能给电子医疗设备带来干扰的原因，明确减少电磁干扰的措施和对RFID系统布置的方法[10]。在医院医疗环境下分析和控制RFID系统的电磁干扰问题，不仅有利于医疗设备的安全使用，提高管理效率，还对提高RFID系统的可靠性研究及其健康发展和进一步普及有重要意义。

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