40_Мехатроника (1002192), страница 3

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 3)

Рис. Cхема построения современного радиотракта может быть представлена на примере блок-схемы PCS-приемника.

Приемник предназначен для работы в диапазоне 915 МГц, и в нем использованы два типа фильтров на ПАВ (915 и 70,875 МГц) и один керамический на объемных волнах. Требования к массогабаритным характеристикам и к избирательности не позволяют использовать классические конструкции с моточными изделиями. Фильтр на 915 МГц должен обладать малыми потерями и обеспечивать подавление зеркальных каналов не менее, чем на 50 дБ. Фильтр на частоте 70 МГц используется для обработки сигнала на первой промежуточной частоте. К нему предъявляются очень высокие требования по равномерности частотной характеристики в полосе пропускания. Для отстройки от соседних каналов амплитудно – частотная характеристика (АЧХ) должна иметь очень крутые скаты и обеспечивать высокое внеполосное заграждение. Всеми перечисленными характеристиками обладает фильтр, разработанный для базовой станции сотовой связи с кодовым разделением доступа CDMA-ONE. Фильтр выполнен на ST-Кварце, который обеспечивает исключительную термостабильность.

При планировании коммуникационных сетей приходится учитывать реальную обстановку в эфире. Помехи, не попадающие непосредственно в спектр сигнала, могут ухудшать условия приема. Для борьбы с детерминированными помехами служат заграждающие фильтры. Они пропускают очень широкую полосу частот с малыми потерями, но не пропускают заданную узкую полосу частот. Такие фильтры проектируются на основе мостовой схемы, в плечи которой включаются резонансные элементы на ПАВ.

Рис. Структура фильтра на ПАВ.

Радиочастотная идентификация (RFID)

Ультразвуковой идентификация в режиме реального времени используется для доступа к системе (RTLS) или в помещение, для автоматического отслеживания и определения местоположения (IPS) объектов. Ultrasound-based IPS is considered a better alternative to passive Radio-frequency identification (pRFID) in complex indoor environments (such as hospitals), where radio waves may reflect off of metallic or ceramic objects, thereby compromising the positioning accuracy, or otherwise interfering with sensitive medical equipment. ^{[ 1 ]} Because ultrasound signals have short wavelengths , they are confined to more precise locations. В качестве ярлыка (метки) при этом используется пьезокерамический чип с элементами ПАВ. Носителем идентификационных данных могут служить расположенные в определенном порядке рефлекторы, отражающие поверхностные акустические волны (ПАВ). Связь с меткой происходит на радиочастоте.

Ультразвуковая IPS считается лучшей альтернативы пассивной радиочастотной идентификации (pRFID) в крытом комплексе среды (таких как больницы), где радиоволны могут отражаться от металлических или керамических объектов, уменьшая точность позиционирования или создания помех в работе чувствительного медицинского оборудования.

Рис. Схема и фото метки на ПАВ.

Код метки может быть записан в самом преобразователе, подсоединенном к антенне. Передатчик импульса посылает импульс опроса. После небольшого времени задержки ПАВ (~0,1 мкс) метка переизлучает кодированный сигнал, который обнаруживается радиоприёмным устройством, например, приёмником доступа в систему с временным разделением и схемой фазового детектора. Для достоверной идентификации объекта необходимо, чтобы время распространения сигнала между передатчиком и ПАВ-меткой было больше, чем разрядность кода.

Рис. Топология радиочастотной метки на ПАВ двоичного кода 110011011.

ПАВ радиочастотные метки - преобразователи имеют ряд преимуществ, по сравнению со штриховым кодом оптического типа, в первую очередь, очень малые размеры, благодаря чему их практически невозможно визуально обнаружить.

Технические решения по переносным передатчикам в виде брелока, наработанные с использованием резонатора ПАВ и применявшиеся в автомобильной промышленности, в настоящее время распространяются в другие области. Идея применения портативных передатчиков с частотой 433,92 МГц из области мобильных систем дистанционного управления дверными замками, гаражными воротами, шлагбаумами, судомоделями и игрушками всё больше проникает в стационарные системы, в которых радиоканал малого радиуса действия обеспечивает обмен сигналами между блоками. Устранение необходимости прокладки проводов в ряде применений является решающим привлекательным фактором. Примером удачного стационарного применения радиоканала на частоте 433,92 МГц является система охранной и пожарной сигнализации коттеджа или квартиры. Все исполнительные датчики системы используют батарейное питание и содержат радиопередатчик. Единый приёмник системы ведёт мониторинг всех датчиков внутри жилища. Монтаж такой системы выполняется просто и быстро, поскольку сводится к закреплению датчиков.

Беспроводная передача информации на частоте 433,92 МГц оказалась привлекательной для домашней метеостанции. Значения температуры, влажности, атмосферного давления, скорости ветра, освещённости передаются в цифровом виде по радиоканалу от автономных наружных датчиков на монитор приёмного блока внутри помещения. Рост приобретения в Европейских странах таких метеостанций связан исключительно с батарейным питанием всех блоков системы и полным отсутствием проводов, соединяющих блоки.

Ещё одним примером применения резонаторов ПАВ на частоте 433,92 МГц является система безопасности автомобиля, которая ведёт мониторинг давления и температуры в каждом колесе легкового автомобиля с использованием радиоканала. Система мгновенно предупреждает водителя о снижении давления и возникновении разогрева покрышки. Снижение скорости движения в таких условиях не только предотвращает аварию, но и позволяет, в ряде случаев, проехать ещё несколько сотен километров до ремонтных служб, сохранив покрышку. Передатчик монтируется на каждое колесо и сохраняет работоспособность в течение срока службы шины.

Рис. Акустическая система контроля доступа на автомобильную стоянку.

Рис. Идентификационная система с применением ПАВ технологии для контроля прохождения поездов.

Объемные акустические резонаторы

В объемных акустических резонаторах определяющим параметром являются геометрические размеры различных по форме структур: дисков, колец, балок, консолей.

Часто используемым материалом, например, для дуплексеров сотовых телефонов, является нитрид алюминия (AlN).

Рис. Изображение и АЧХ AlN MЭMС фильтра дуальной моды на частоту 108 MГц.

С помощью технологии «жертвенного слоя» возможна реализации объемных структур по типу объемных волноводных резонаторов. Так объёмный резонатор 3 см-диапазона с размерами 16х32х0,465 мм в ненагруженном состоянии имеет добротность, равную 506. Это всего на 3,8% ниже, чем у классического прямоугольного объёмного резонатора с аналогичными размерами. Объемный резонатор располагается в разрыве микрополосковой линии.

Рис. Объёмный резонатор 3 см-диапазона.

Для резонансной частоты в пределах от 1,5 до 7,5 ГГц может использоваться мембранный пьезоэлектрический резонатор. На гибком основании в виде мембраны создается емкостная структура, в которой между электродами располагается пьезоэлектрическая пленка (из нитрида алюминия AlN или ZnO). Добротность такого резонатора составляет около 1000.

Рис. Пьезоэлектрические пленочные мембранные резонаторы.

Рис. Резонатор с емкостной связью на мембране.

Для частот менее 200 МГц используются управляемые электростатически консольные балки прямоугольные или в виде планарного гребенчатого конденсатора. Благодаря механической компоненте размеры резонаторов невелики.

Рис. Пьезоэлектрический консольный резонатор проходного типа.

Рис. Высокодобротный консольный резонатор из подтравленного (утоненного) кварца.

Сверхминиатюрные резонаторы с применение нанотехнологии актуальны, в первую очередь, для медицинских имплантантов и подвижных диагностических приборов.

Рис. На основе балочного резонатора (длиной порядка 1 мкм) из 3С-SiC воспроизводятся резонансные частоты от 295 до 482 МГц.

Характеристики

Список файлов лекций