对于设计一个应用于射频系统中的无线收发设备,天线的设计和选择是其中的重要部分,良好的天线系统可以使通信距离达到最佳状态,同类型天线大小与射频信号的波长成正比,信号的频率越低,所需的天线越大。
说到“终端”,相信大家一定不会觉得陌生。
我们每天形影不离的手机,还有上班时经常使用的电脑,都被称为终端。
终端是离用户距离最近的节点,也是用户与系统之间的接口。用户访问和接入网络,必须依靠终端。
进入21世纪以来,随着物联网的诞生和发展,终端的种类迅速增加。它们的连接对象不再仅仅是人,而是延伸到世间万物。
例如,家里的门锁、电灯、电器,城市里面的路灯、水电表、垃圾桶,甚至包括单车、 汽车 、无人机,联网之后,都变成了终端设备,统称为 物联网终端 。
2019年6月,国家工信部正式发放了5G商用牌照,标志着迈入了“万物互联”的5G时代。
5G凭借大带宽、低时延、广覆盖等特点,不仅将消费互联网的用户体验推向了更高的水平,也极大地推动了百行千业的物联网场景孵化和落地。
例如,5G结合4K/8K超高清视频技术,甚至VR/AR技术,可以实现海量视频数据的无线传输,摆脱有线传输带来的空间束缚。
再例如,5G智能制造场景下,采用了5G技术的工业机器人,控制消息的时延极低,可以完成高精度的 *** 作,提升生产效率。
5G强大的网络通信能力,为行业应用场景的完美实现,奠定了坚实的基础。然而,它也给终端产品设计带来了巨大的挑战。
尤其是终端产品的信号收发能力,如果无法满足要求,那么即使网络再好,也是“有网无端”,难以发挥5G的真正价值。
那么,影响物联网终端信号收发能力的最关键部件,究竟是什么呢?
相信大家都已经猜到了,没错,就是 天线 。
天线,英文名叫做antenna,是所有通信设备最重要的部件之一。它的好坏,直接关系到终端的通信能力以及工作效率。
一直以来,天线都是终端的设计重点和难点。5G的到来,更是将天线的设计难度推向了难以想象的高度。
首先,5G终端要支持 多天线技术 ,以满足超高传输速率要求。
5G的超高速率(Gbps以上),要求强大的多天线系统性能支持极强的数据吞吐能力。为了实现高速率,5G引入了Massive MIMO(大规模天线)技术,终端天线需要同步支持。5G还引入了Beamforming(波束赋型),终端天线同样需要支持。
其次,5G终端天线必须有 合理的布局设计 ,尽可能小型化。
终端天线一般分为外置天线和内置天线。外置天线我们见得比较多,体积较大,独立于设备之外。而内置天线体积小巧,集成在物联网设备内部。
现在的物联网终端,一般都要求体积小巧,且内置天线更加美观,更具市场竞争力,所以,越来越多的终端厂商选择 内置天线方案 。
在本已狭小的设备内部空间,塞入5G天线,谈何容易?
天线是敏感元件,放置位置和方式有严格的限制,不是随便乱塞的。如果布局设计不合理,可能导致和其它器件之间的互相干扰,出现电磁兼容性(EMC)问题。
5G频段,中低频有Sub-6 GHz频段(甚至700MHz频段), 高频有毫米波频段。频率跨度大,意味着天线尺寸跨度也大,加上多制式网络的支持,要求天线必须具备很好的调谐能力,这也大幅增加了天线的设计难度。
在设计天线布局时,还必须要考虑用户使用场景和方式。例如,5G手持终端需要考虑手部握持的位置,5G踏板车需要考虑天线会不会被骑手身体阻挡,等等。
第三个设计难点,在于 功耗控制 。
功耗是物联网终端的命门。如果天线设计未经优化,会加剧电池的消耗速度。
5G作为高性能终端,功耗设计压力本来就大。如果天线额外增加了对电池的消耗,无异于雪上加霜。试想一下,如果5G终端需要频繁更换电池,用户体验从何谈起?随之而来的成本增长,又该如何面对?
除了上述几点之外,终端天线设计需要考虑的因素还有很多,例如新工艺新材料的应用,产品耐用性、可靠性、易安装性的增强,等等。
对于终端厂商来说,要在研发和设计5G终端天线时面对这么多的挑战,实在是力不从心。
有些厂商,因为忽视对天线的前期设计,导致产品定型后发现性能受限,工作效率无法符合设计需求,最终不得不花更多的经费、时间和精力,对天线进行重新设计。
也有的终端厂商,虽然知道天线的重要性,但缺乏天线专业人才,不具备合格的天线设计和测试能力,只能束手无策。
面对5G终端天线设计的诸多挑战,国内模组行业的领军企业——上海移远通信,提出了自己的见解和应对方案。
对于移远通信,行业内的读者一定都非常熟悉。他们是全球领先的物联网解决方案供应商,模组出货量排名前列,拥有涵盖2G/3G/4G/5G、NB-IoT/LTE-M、车载前装、安卓智能和GNSS模组的完备产品线。
作为模组厂商,移远通信在天线设计领域拥有丰富的行业经验积累。
目前,移远通信已成功推出250多种天线产品,包括胶棒、组合式、出线式、磁吸式等外置天线,以及PCB、FPC、SMD、陶瓷等内置天线,覆盖包括5G在内的不同技术的物联网应用。
移远通信认为,终端厂商选择多个供应商,采购组件,然后集成到一台设备中的传统方式,已经无法满足5G终端的天线设计需求。 无线模组和天线由一家能同时提供应用方案的供应商进行整合设计,将是5G时代终端天线设计的主流趋势。
无线模组、天线分开设计和采购,就好像是一辆 汽车 升级时只换发动机,或者只换车架、轮胎,缺乏整体上的考虑,性能提升始终有限。
而整合设计的方式,是站在更高的视角,进行全局考虑。无线模组和天线之间能达到更好的协同,发挥最佳性能。
例如5G天线的调谐能力,在整合设计的前提下,表现肯定优于分开设计。
除了达成5G的指标要求之外,整合设计也有利于减小5G终端的整体尺寸,减少对空间的占用。对于系统功耗和散热控制来说,整合设计也有明显优势。
系统级整合方案还有一个显著的优点,就是降低5G终端的设计难度,方便厂商们以更快的速度推出产品,抢占市场。
移远通信的“无线模组+天线”整合设计方案,既充分利用了自身在模组领域领先的技术实力和经验,又发挥了全定制天线设计、集成和制造能力,可以说是如虎添翼,让5G客户实现拿来即用,减少其在5G技术上的研发投入,缩短开发周期,助力产品快速上市。
移远通信拥有专业的天线团队,天线服务贯穿咨询与评估、设计、测试和认证、生产制造等各个环节,可以提供一站式服务。
除了设计能力赋能之外,移远通信天线服务还充分考虑了质量方面的保障,以及延伸服务能力的加强。
为了保证天线产品的质量,移远通信具备完善且严格的质量流程,可以提供完善的测试系统和设备。移远还可以提供射频设计审查和整机EMC/Desense排查测试,帮助客户解决最常见的难点、痛点,大幅减少开发工作量。
延伸服务能力方面,移远通信的服务网点遍布全球各地,可以提供本地化技术支持服务,更快响应客户需求,为客户终端快速抢占市场全方位“护航”。
移远还可以综合评估运营商要求,进行预认证测试、OTA优化,为客户节约各项成本,加速终端上市,抢占5G市场先机。
随着5G网络建设的提速,我们整个 社会 正在加速走向数字化、智能化。
以5G终端为代表的海量物联网节点,正在遍布地球的每一个角落,它们是数字化网络的神经末梢,也是构建精彩数智世界的基石。
我相信,在不久后的将来,在完善的设计服务加持下,还会有更多优秀的5G终端产品甚至爆款产品出现,颠覆我们的认知,彻底改变现有的工作和生活方式。
未来已来,让我们拭目以待!
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物联网其实到目前为止也没有一个精确的定义,一般来说,我们认为物联网是传统的互联网向物理世界的一个延伸。通过连接物理世界,使得网络能够更好的为人类服务。物联网能够广泛用在生产和生活的各个方面,产生了如智慧家庭、智慧城市、智慧农业、智慧医疗、智慧环境等一系列相关的应用场景。涉及的主要技术包括以下几种:
1、传感器网络技术
传感器网络实现了数据的采集、处理和传输三种功能。它与通信技术和计算机技术共同构成信息技术的三大支柱。传感器网络是由各种各样的传感器节点所组成,用以进行信息的收集、传输和处理的网络系统。
作为物联网感知和获取数据信息的重要手段,传感器网络在物联网中发挥着极为重要的作用。无线传感器网络是一项通过无线通信技术把数以万计的传感器节点以自由式进行组织与结合进而形成的网络形式。
无线传感器网络主要由三大部分组成,包括节点、传感网络和用户这3部分。其中,节点一般是通过一定方式将节点覆盖在一定的范围,整个范围按照一定要求能够满足监测的范围;传感网络是最主要的部分,它是将所有的节点信息通过固定的渠道进行收集,然后对这些节点信息进行一定的分析计算,将分析后的结果汇总到一个基站,最后通过卫星通信传输到指定的用户端,从而实现无线传感的要求。
构成传感器节点的单元分别为:数据采集单元、数据传输单元、数据处理单元以及能量供应单元。
(1) 数据采集单元,通常都是采集监测区域内的信息并加以转换,比如温湿度、光照度等;
(2) 数据传输单元则主要以无线通信和交流信息以及发送接收那些采集进来的数据信息为主;
(3) 数据处理单元通常处理的是全部节点的路由协议和管理任务以及定位装置等;能量供应单元为缩减传感器节点占据的面积,会选择微型电池的构成形式。
2、RFID技术
射频识别(Radio Frequency Identification, RFID),是一种利用无线电波进行信息交换与存储的技术,通过无线射频来对电子标签进行读写,以达到自动识别目标以及信息交换目的。
RFID系统通常由读写器、电子标签与数据管理系统组成,其工作原理一般是由读写器在一定范围内发送无线电射频信号,当电子标签接收到读写器所发射的无线电信号时,就会利用感应电流所获得的能量(无源RFID),或者主动发送无线电信号(有源RFID)将标签芯片内所存储的产品信息发送出去,读写器接收到电子标签所发射的信息并解码后,再将这些数据信息反馈至数据管理系统进行数据处理。
RFID系统主要由标签、阅读器和天线三部分组成。一般由阅读器收集到的数据信息传送到后台系统进行处理。
(1)标签:标签由耦合元件及芯片组成,每个电子标签都具有唯一的电子编码,附着在物体上标识目标对象;每个标签都有一个全球唯一的ID号码——UID(用户身份z明),其在制作标签芯片时存放在ROM中,无法修改,其对物联网的发展有着很重要的影响。
(2)阅读器:阅读器是读取或写入标签信息的设备,可设计为手持式或固定式等多种工作方式。对标签进行识别、读取和写入 *** 作,一般情况下会将收集到的数据信息传送到后台系统,由后台系统处理数据信息。
(3)天线:天线是用来在标签和阅读器之间传递射频信号。射频电路中的天线是联系阅读器和电子标签的桥梁,阅读器发送的射频信号能量,通过天线以电磁波的形式辐射到空间,当电子标签的天线进入该空间时,接收电磁波能量,但只能接收其很小的一部分。
3、嵌入式系统技术
嵌入式系统一般是用户针对特殊需求而定制的,能够被内部计算机控制的设备或系统。嵌入式系统往往结合了计算机技术、通信技术以及自动化技术,使得传统的机电产品智能化,并具有故障诊断、自动报警以及信息传输和远程控制等多种功能,用以实现产品使用与管理的信息化、智能化。
由于嵌入式系统体积小、功能强且成本较低等,使其广泛应用于智能家居、车联网等领域。嵌入式系统的核心由一个或多个微处理器或微控制器组成,这些微处理器或微控制器经过预编程以执行一些任务。嵌入式系统上的软件通常是暂时不变的。嵌入式系统需要与应用紧密结合的,它具有很强的专用性,必须结合实际系统需求进行合理的裁减利用。用先进的计算机技术、半导体技术和电子技术与各行业的具体应用相结合的知识集成系统。
从应用角度可分为通用型嵌入式 *** 作系统和专用型嵌入式 *** 作系统。常见的通用型嵌入式 *** 作系统有Linux、VxWorks、Windows >
物联网创业项目有智能农业、智能交通、智能医疗、智能家居、智能物流。
项目一:智能农业
在相对可控的环境条件下,采用工业化生产,实现集约高 效可持续发展的现代超前农业生产方式,就是农业先进设施与陆地相配套、具有高度的技术规范和高 效益的集约化规模经营的生产方式。
项目二:智能交通
可以有效地利用现有交通设施、减少交通负荷和环境污染、保证交通安 全、提高运输效率,因而,日益受到各国的重视。
项目三:智能医疗
通过电子医疗和RFID物联网技术能够使大量的医疗监护的工作实施无线化,而远程医疗和自助医疗,信息及时采集和高度共享,可缓解资源短缺、资源分配不均的窘境,降低公众的医疗成本。
项目四:智能家居
以住宅为平台,利用综合布线技术、网络通信技术、 安 全防范技术、自动控制技术、音视频技术将家居生活有关的设施集成,构建高 效的住宅设施与家庭日程事务的管理系统,提升家居安 全性、便利性、舒适性、艺术性,并实现环保节能的居住环境。
项目五:智能物流
智能物流是利用集成智能化技术,使物流系统能模仿人的智能,具有思维,感知,学习,推理判断和自行解决物流中某些问题的能力。
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