Электромагнитная дальность в ближнем поле (NFER) относится к любой радиотехнологии, использующей свойства радиоволн в ближнем поле в качестве системы определения местоположения в реальном времени (RTLS).
Обзор
Электромагнитная дальность ближнего поля - это развивающаяся технология RTLS, в которой используются метки передатчика и один или несколько приемных устройств. Работая в полудуплексном длине волны приемника, передатчика метки должны использовать относительно низкие частоты (менее 30 М Гц ) , чтобы достичь значительных пределах. В зависимости от выбора частоты NFER может иметь разрешение по дальности 30 см (12 дюймов) и дальность действия до 300 м (980 футов). [1]
Техническая дискуссия
В фазовые соотношения между компонентами EH электроакустического магнитного поля ((Е и Н являются компонентами Е = электрическое и Н = магнитные )) изменяются с расстоянием вокруг маленьких антенн . Это было впервые обнаружено Герца и формулируется с Maxwell «S теории поля .
Вблизи небольшой антенны компоненты электрического и магнитного поля радиоволны сдвинуты по фазе на 90 градусов . По мере удаления от антенны разность фаз EH уменьшается. Вдали от маленькой антенны в дальнем поле разность фаз EH стремится к нулю. [2] Таким образом, приемник, который может отдельно измерять компоненты электрического и магнитного поля сигнала ближнего поля и сравнивать их фазы, может измерять расстояние до передатчика. [3]
Преимущества
Технология NFER - это другой подход к поиску систем. Он имеет ряд неотъемлемых преимуществ перед другими системами RTLS.
- Во-первых, модуляция сигнала не требуется, поэтому для ранжирования можно использовать сигналы основной полосы частот с произвольно малой шириной полосы .
- Во-вторых, не требуется точной синхронизации между разными приемниками: фактически, локальное измерение дальности может быть выполнено только с одним приемником.
- В-третьих, поскольку разности фаз EH сохраняются при преобразовании сигнала с понижением частоты в полосу модулирующих частот , высокая точность диапазона может быть достигнута с относительно низкой точностью по времени.
Например, радиоволна на частоте 1 МГц имеет период 1 мкс , а разность фаз EH изменяется примерно на 45 градусов между 30 м (98 футов) и 60 м (200 футов). Таким образом, разность фаз EH в 1 градус в сигнале 1 МГц соответствует разности дальности около 67 см (26 дюймов) и 1/360 периода или 27,78 нс разности во времени между электрическим и магнитным сигналами. После преобразования с понижением частоты в аудиосигнал с частотой 1 кГц период становится 1 мс, а разница во времени, необходимая для измерения, становится 27,78 мкс. Сравнимая система времени пролета (TOF) или разницы во времени прибытия (TDOA) потребовала бы от 2 до 4 нс для того же измерения. [ необходима цитата ]
Использование относительно низких частот также дает дополнительные преимущества. Во-первых, низкие частоты обычно более проницательны, чем более высокие. [ Править ] Так , например, при 2,4 G Гц железобетонный стена может ослабить сигналы так же , как 20 дБ . [4] Во-вторых, длинные волны, связанные с низкими частотами, гораздо менее уязвимы для многолучевого распространения . В плотных металлических конструкциях многолучевое распространение затрудняет использование микроволновых или УВЧ сигналов для надежного определения местоположения. Низкие частоты менее подвержены этой проблеме. [ необходима цитата ]
Недостатки
Работа на низких частотах также сталкивается с проблемами. Как правило, антенны наиболее эффективны на частотах, длины волн которых сопоставимы с размерами антенн (например, четвертьволновая монопольная антенна ). [ необходима цитата ] Следовательно, поскольку более высокие частоты имеют меньшие длины волн, высокочастотные антенны обычно меньше, чем низкочастотные антенны. Большой размер практически эффективных низкочастотных антенн представляет собой серьезное препятствие, которое системы электромагнитного измерения ближнего поля не могут преодолеть без уменьшения усиления. Применение фрактальных антенн к NFC требует сложных адаптивных элементов управления [5]
Приложения
Низкочастотные характеристики NFER, стойкие к многолучевому распространению, делают его хорошо подходящим для отслеживания в плотных металлических помещениях, таких как типичные офисные и промышленные помещения. [ необходима цитата ] Низкие частоты также легко рассеиваются вокруг человеческого тела, что делает возможным отслеживание людей без блокировки тела, испытываемой микроволновыми системами, такими как сверхширокополосный (UWB). [ необходима цитата ] Системы, развернутые в сложных условиях распространения внутри помещений, по сообщениям, достигают точности 60 см (24 дюйма) или лучше на дальностях 46 м (151 фут) или более. [6] Также есть указание на то, что реализация нескольких частот может дать повышенную точность. [7]
Смотрите также
- Ближнее поле , определение с помощью моделей волн Герца и Максвелла
- Near Field Communication , беспроводная технология ближнего действия
- Радиочастотная идентификация (RFID)
- Системы определения местоположения в реальном времени (RTLS)
- Системы определения местоположения в реальном времени
- Сверхширокополосный (UWB)
Рекомендации
- ^ Мэннион, Патрик (2004-10-25). «Новый подход к отслеживанию показывает свою точность» . EETimes . Проверено 6 октября 2019 .
- ^ Герц, Генрих (1893). Электрические волны: исследование распространения электрического воздействия с конечной скоростью в пространстве . Dover Publications. п. 152 .
- ^ Шанц, HG (2005). «Фазовое поведение в ближнем поле». 2005 Международный симпозиум IEEE Antennas and Propagation Society . 3Б . С. 134–137. DOI : 10,1109 / APS.2005.1552452 . ISBN 0-7803-8883-6.
- ^ Kolodziej, Krzysztof W .; Хьельм, Йохан (2006). Системы локального позиционирования: приложения и услуги LBS . Тейлор и Фрэнсис. п. 95. ISBN 978-0-8493-3349-1.
- ^ Роланд, Майкл; Витшниг, Харальд; Мерлин, Эрих; Сэмингер, Кристиан (2008). «Автоматическое согласование импеданса для антенн NFC 13,56 МГц» (PDF) . 2008 6-й Международный симпозиум по системам связи, сетям и цифровой обработке сигналов . С. 288–291. DOI : 10,1109 / csndsp.2008.4610705 . ISBN 978-1-4244-1875-6.
- ^ «Q-Track демонстрирует новый продукт для беспроводного слежения в помещении» . Деловой провод . 2006-11-28 . Проверено 6 октября 2019 .
- ^ Ким, Cw; Подбородок, кадр / с; Гарг, Гонконг (2006). «Несколько частот для повышения точности в ближнем поле электромагнитного измерения дальности (NFER)». 2006 17-й Международный симпозиум IEEE по персональной, внутренней и мобильной радиосвязи . С. 1–5. DOI : 10.1109 / PIMRC.2006.254050 . ISBN 1-4244-0329-4.
Внешние ссылки
- Кэппс, Чарльз. «Ближнее поле или дальнее поле», EDN, 16 августа 2001 г., стр. 95-102.
- Введение в электромагнитное измерение в ближнем поле
- Технические статьи по электромагнитному измерению в ближнем поле