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毫米波雷达

毫米波雷达

毫米波雷达射频集成电路中的应用
2020-12-28
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射频识别

RFID是使用RF或微波能量提供识别手段的电路的任何组合的通用术语。它可以用于识别许多应用程序中的人或物体。典型的系统使用微芯片,该微芯片存储附着在天线上进行传输的信息(例如,序列号或其他有关人或产品的信息)。这种组合称为RFID标签。标签包含唯一的序列号,但可以包含其他信息(帐号,许可证号等)。RFID标签可以是有源,无源或半无源的。

RFID有源标签包含一个电池,该电池用于为微芯片供电并将信号传输到读取器。这些标签可以从300英尺或更高的高度读取,并且通常比其他标签类型贵。军方使用主动标签来跟踪补给。RFID无源标签没有电池。当来自读取器的RF波被芯片的天线接收时,能量被转换成可以为芯片供电并使其发送回信息的电信号。这些标签价格低廉,非常适合许多商业应用。除了电池用于为微芯片供电但不用于与阅读器通信外,半无源标签与有源标签相似。许多半无源标签处于休眠状态,直到它们被信号激活为止。这样可以节省电池寿命。

大多数RFID标签将数字信息保存在微芯片中,但是还有其他一些无芯片标签,它们使用材料将向其发射的一部分信号反射回去。这些标签使用塑料或导电聚合物代替硅基芯片。还有一些使用的材料完全反射了在它们上面发射的一部分波。然后,计算机会生成反射能量的图像,并将其像指纹一样用于识别包含标签的物品。

可以找到各种尺寸和形状的RFID标签。一些容易识别,例如商店中附在商品上的塑料标签。其他类型用于动物跟踪。将它们植入皮肤下以定位家庭宠物或跟踪野生环境中的濒危物种。它们很小,可能不容易识别。RFID标签也已被整合到信用卡中。

当人们听到RFID时,他们会将其与条形码相关联,因为它也是一种跟踪和识别的形式。条形码是用于这两个功能的传统方法。然而,RFID标签由于其读/写能力而迅速成为识别和跟踪的优选方法。这将识别和跟踪扩展到包括交互式应用程序。同样,如前所述,可以从远离产品或人的距离读取RFID标签。它还具有通过诸如雪,雾,冰,油漆和其他物品之类的物质传播的能力。

RFID系统可以分为几类:电子商品监视(EAS)系统,便携式数据捕获系统,网络系统和定位系统。EAS系统是零售商店中最知名的一种。它通过进/出门将标签附加到带有阅读器的服装上。便携式数据捕获系统使用便携式读取器,使其能够在许多不同的位置使用。联网系统的固定位置读取器连接到集中式信息系统。应答器放在人员或可移动的物品上,例如卡车和货车。定位系统用于自动识别任何带标签的物品。

RFID以各种频率运行。通用频率为13.56 MHz,UHF频带中的频率为0.3至3.0 GHz(300至3000 MHz)。北美使用的RFID频段为862至928 MHz(考虑到非常流行的902至928 MHz频段)。欧洲频率为862至870 MHz。也有工作在5.8 GHz的微波标签。可以在30英尺远的地方读取这些信息,利用更多的电力,并且价格更高。

另外两种类型的标签是只读标签和读写标签。只读标签包含仅在对芯片进行重新编程后才能更改的数据。读写标签可以存储新信息。这适用于必须经常具有与之关联的新信息的可重用容器。当然,此功能的成本更高。RFID系统的成本是对广泛采用的挑战。

广泛采用的另一个挑战是隐私和安全性。跟踪人员,产品,车辆和货币(例如信用卡)的能力是许多人关注的问题。例如,现在有一些读取器可以读取通过许多不同的RFID标签传输的数据,这意味着,如果一个人进入带有多个标签的机构,则一个读取器可以读取所有这些标签。不仅是那些生意。这可能使该企业可以汇总该个人的个人资料,例如他们的购买习惯,携带的货币以及他们的产品偏好。

导航(GPS)

导航被定义为“定位和绘制路线的科学”。GPS可以显示您在地球上(全球)任何地方,任何时间,任何天气的确切位置。该系统由24颗卫星组成,这些卫星在地球20,000至26,000海里的轨道上。因为轨道不是完全圆形,所以存在一定范围的距离。实际上,它实际上是椭圆形的。卫星的排列方式是在六个轨道平面的每个平面中放置四颗卫星。每颗卫星需要12个小时才能完成绕地球一周的轨道。为了接收准确的导航信息,至少需要这些卫星中的四个卫星的数据。在许多情况下,最多有六个或十个可以向接收器提供信息。全球有地面站不断监测卫星。使用合适的GPS接收器,可以检测从卫星发送的信号并显示位置。该系统是单向的,仅接收系统;即发生的唯一传输是来自卫星的传输。

GPS最初是在1974年左右构思的,1978年发射了第一颗卫星,最初被设计为仅用于军事应用。最初的应用严格来说是军事用途,因此技术得到了完善。后来,它可用于商业和民用应用。现在,两种类型的用户都可以访问两用系统。这是为军事应用开发的技术的另一个示例,后来又被用于商业用途。前面提到的另一个例子是扩频,现在用于安全的商业电信中。

 图10  GPS段

图10  GPS段

GPS由三个部分组成(请参见图10)。这些段是:控制段,空间段和用户段。

控制部分由全球跟踪站网络组成。世界各地有五个跟踪站,其主控站位于科罗拉多州的科罗拉多斯普林斯市(其他站位于夏威夷,夸贾林,迭戈加西亚和扬升群岛)。顾名思义,主控制站是执行主要控制功能的地方。主要功能是跟踪卫星以确定和预测卫星位置,其原子钟的行为以及大气数据。图10显示控制段发送上载并接收下载。这是通过两个不同频率的载波来完成的。这些被指定为L1(1575.42 MHz)和L2(1227.60 MHz)。GPS利用这些信号纠正主要误差电离层延迟。该错误是由于以下事实造成的:在大气的上部,有紫外线和X射线从太阳进入地球,并与地球上方的气体分子和原子相互作用。它们相互作用的区域是电离层(地球上方50 km至1,000 km)。这种相互作用会导致信号延迟,使用L1和L2进行测量和校正。

GPS空间部分由前面讨论的24个卫星组组成。每颗卫星发射的信号包括:两个正弦波(上面讨论的载波),两个数字代码和一个导航消息。代码和导航消息作为二进制调制添加到载波中。载波和代码的组合用于确定从用户的接收器到卫星的距离。导航消息包含随时间变化的卫星坐标(位置)。从卫星发射的信号由非常精确的机载原子钟控制。

 图11  GPS定位

图11 GPS定位

用户部分由环绕地球运行的卫星的信号接收器组成。这些接收器可以是手持式设备,放置在汽车或卡车中的单元,机载单元或可以安装在各种固定位置的单元。接收器拦截来自卫星的信号,该信号以光速传播。信号需要一定的有限时间才能从卫星到达接收器。信号发送的时间与信号到达接收器的时间之间的差乘以光速,从而使接收器能够计算其到卫星的距离。为了确定其精确的经度,纬度和高度,接收器测量至少四个单独卫星的传播时间。如果有更多的卫星信号可用,则精度会提高。如果知道与卫星在太空中的确切距离,它将确定假想球体表面上某处的位置,其半径等于到卫星的距离。知道与两颗卫星的确切距离可以确定两个球体相交的直线上的某个位置。对于第三颗卫星,只有两个可能的点,而其中一个通常是不可能的(请参阅图11)。随着更多卫星位置的测量,精度会提高。要注意的一个重要方面是GPS基于称为世界大地测量系统1984(WGS 84)的坐标系。该系统类似于典型世界地图上的纬度和经度线。WGS 84系统具有最新更新,为所有地理位置活动提供了内置的参考框架。

在21粗放型增长的一个领域ST 世纪是在日常生活中使用GPS。例如,它被警察,消防和紧急医疗单位用来定位最接近紧急情况的单位,并使调度员能够将单位加速到精确的位置。车队车辆,公共交通,送货卡车和快递服务等区域使用GPS接收器监控车辆位置。GPS在汽车和智能手机中的应用无处不在。它对于Uber和Lyft等乘车共享服务的运营至关重要,并且是自动驾驶汽车开发的关键组成部分。

 图12 无线通信标准

图12无线通信标准

许多测绘公司也使用GPS。在野生动植物管理区和受威胁物种区等区域,GPS接收器和小型发射器附接到某些野生动植物种,以帮助确定种群分布模式以及这些动物的某些疾病来源。考古学家和探险家也正在使用GPS在可能不太精确地绘制地图的地区进行研究。

概要

射频微波技术在整个频谱中有许多军事和商业应用。图12 是当前商业应用,频率分配和主要的无线通信标准的综合摘要。专业文本和技术出版物提供了有关这些主题的大量信息。本教程旨在作为一般概述。

 

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