Elektromagnetické rozmezí blízkého pole - Near-field electromagnetic ranging - Wikipedia

Elektromagnetické rozmezí blízkého pole (NFER) označuje jakýkoli rádio technologie využívající blízko pole vlastnosti rádiové vlny jako Systém umístění v reálném čase (RTLS).

Přehled

Blízko pole elektromagnetické range je nově vznikající technologie RTLS, která využívá vysílací značky a jednu nebo více přijímacích jednotek. V provozu do polovinyvlnová délka přijímače, vysílací značky musí používat relativně nízkou hodnotu frekvence (méně než 30 MHz ) k dosažení významného rozsahu. V závislosti na volbě frekvence má NFER potenciál pro rozsah rozlišení 30 cm (12 in) a dosahy až 300 m (980 ft).[1]

Technická diskuse

The fáze vztahy mezi složkami EH elektromagnetického pole pole ((E a H jsou složky E =elektrický a H ​​=magnetický )) se liší podle vzdálenosti kolem malé antény. Toto poprvé objevil Heinrich Hertz a je formulován s Maxwell je teorie pole.

V blízkosti malé antény jsou komponenty elektrického a magnetického pole rádiové vlny 90 stupňů z fáze. Jak se zvyšuje vzdálenost od antény, fázový rozdíl EH klesá. Daleko od malé antény v vzdálené pole, fázový rozdíl EH jde na nulu.[2] Přijímač, který může samostatně měřit složky elektrického a magnetického pole signálu blízkého pole a porovnávat jejich fáze, tedy může měřit rozsah do vysílače.[3]

Výhody

Technologie NFER je odlišný přístup k lokalizaci systémů. Oproti jiným systémům RTLS má několik inherentních výhod.

  • Nejprve ne modulace signálu je vyžadováno, takže signály v základním pásmu jsou libovolně malé šířka pásma lze použít pro stanovení rozsahu.
  • Zadruhé, není nutná přesná synchronizace mezi různými přijímači: ve skutečnosti lze lokální měření rozsahu provádět pouze s jediným přijímačem.
  • Zatřetí, protože fázové rozdíly EH jsou zachovány, když je signál dolů převedeno na základní pásmo, vysoké přesnosti rozsahu lze dosáhnout s relativně nízkou přesností času.

Například rádiová vlna na 1 MHz má periodu 1µs a fázový rozdíl EH se mění přibližně o 45 stupňů mezi 30 m (98 ft) až 60 m (200 ft). Fázový rozdíl 1 stupně EH v signálu 1 MHz tedy odpovídá rozdílu rozsahu přibližně 67 cm (26 in) a 1/360 období nebo 27,78ns rozdíl v čase mezi elektrickým a magnetickým signálem. Převedeno dolů na 1 kHz Zvuk signálu se perioda stane 1 ms a časový rozdíl potřebný k měření se stane 27,78 µs. Srovnatelný čas letu (Pro Časový rozdíl příjezdu Systém (TDOA) by pro stejné měření vyžadoval 2 ns až 4 ns.[Citace je zapotřebí ]

Použití relativně nízkých frekvencí přináší také další výhody. Za prvé, nízké frekvence jsou obecně pronikavější než vyšší frekvence.[Citace je zapotřebí ] Například v 2.4 G Hz a železobetonová zeď může tlumit signály až o 20 dB.[4] Zadruhé, dlouhé vlnové délky spojené s nízkými frekvencemi jsou mnohem méně zranitelné vícecestný. V hustých kovových strukturách multipath zakrývá nebo ničí schopnost mikrovlnná trouba nebo UHF signály, které mají být použity pro spolehlivé určování polohy. Nízké frekvence jsou tímto problémem méně ovlivněny.[Citace je zapotřebí ]

Nevýhody

Provoz při nízkých frekvencích čelí také výzvám. Obecně jsou antény nejúčinnější na frekvencích, jejichž vlnové délky jsou srovnatelné s rozměry antén (např. Čtvrtvlnná délka monopolní anténa ).[Citace je zapotřebí ] Vzhledem k tomu, že vyšší frekvence mají menší vlnové délky, jsou vysokofrekvenční antény obvykle menší než nízkofrekvenční antény. Větší velikost prakticky účinných nízkofrekvenčních antén je významnou překážkou, kterou systémy elektromagnetického rozsahu blízkého pole nemohou překonat bez snížení zisku. Použití fraktálních antén na NFC vyžaduje komplexní adaptivní ovládání[5]

Aplikace

Díky nízkofrekvenčním charakteristikám NFER odolným vůči více cestám je vhodný pro sledování v hustých kovových lokalitách, jako jsou typické kancelářské a průmyslové prostředí.[Citace je zapotřebí ] Nízké frekvence také snadno difrakce kolem lidského těla, což umožňuje sledování lidí bez zablokování těla, jaké zažívají mikrovlnné systémy Ultra širokopásmové připojení (ZČU).[Citace je zapotřebí ] Systémy nasazené v komplikovaných prostředích pro vnitřní šíření údajně dosahují přesnosti 60 cm (24 in) nebo lepší v rozmezí 46 m (151 ft) nebo více.[6] Existuje také náznak, že vícefrekvenční implementace mohou přinést zvýšenou přesnost.[7]

Viz také

Reference

  1. ^ Mannion, Patrick (2004-10-25). „Nový přístup ke sledování ukazuje jeho přesnost“. EETimes. Citováno 2019-10-06.
  2. ^ Hertz, Heinrich (1893). Elektrické vlny: výzkumy šíření elektrické akce s konečnou rychlostí vesmírem. Dover Publications. p.152.
  3. ^ Schantz, H.G. (2005). "Chování fáze blízkého pole". 2005 Mezinárodní sympozium IEEE Antennas and Propagation Society. 3B. str. 134–137. doi:10.1109 / APS.2005.1552452. ISBN  0-7803-8883-6.
  4. ^ Kolodziej, Krzysztof W .; Hjelm, Johan (2006). Místní poziční systémy: LBS aplikace a služby. Taylor & Francis. p. 95. ISBN  978-0-8493-3349-1.
  5. ^ Roland, Michael; Witschnig, Harald; Merlin, Erich; Saminger, Christian (2008). „Automatické přizpůsobení impedance pro antény NFC 13,56 MHZ“ (PDF). 2008 6. mezinárodní symposium o komunikačních systémech, sítích a zpracování digitálního signálu. 288–291. doi:10.1109 / csndsp.2008.4610705. ISBN  978-1-4244-1875-6.
  6. ^ „Q-Track předvádí nový vnitřní produkt pro bezdrátové sledování“. Obchodní drát. 2006-11-28. Citováno 2019-10-06.
  7. ^ Kim, C.w .; Chin, F.p .; Garg, H.K. (2006). "Více frekvencí pro zlepšení přesnosti v elektromagnetickém rozsahu blízkého pole (NFER)". 2006 IEEE 17. mezinárodní symposium o osobní, vnitřní a mobilní rádiové komunikaci. s. 1–5. doi:10.1109 / PIMRC.2006.254050. ISBN  1-4244-0329-4.

externí odkazy