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射頻工程師，最好去多了解一下自己所處行業(yè)外的應(yīng)用，因?yàn)轭嵏材愕?，從?lái)不是你的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手，有可能是AI。試想有一天，一個(gè)AI大模型，開(kāi)始發(fā)力射頻設(shè)計(jì)，它可以自己仿真，自己debug，自己測(cè)試......
那么射頻工程師真的就被卷趴了，我們最多可以996，而AI可以7*24啊。
還好，AI大模型們還沒(méi)盯上我們這一塊，至少今天在云棲大會(huì)上沒(méi)有看到......
今天在云棲大會(huì)上，最吸引我的當(dāng)屬這些人形機(jī)器人了，各種關(guān)節(jié)的靈活度和穩(wěn)定性，以及其智能化，原來(lái)也只是在小視頻中看到，這次見(jiàn)到了實(shí)物，真的挺震撼的。
震撼之余，也發(fā)現(xiàn)了一點(diǎn)射頻方向，人形機(jī)器人也是需要射頻功能的，尤其是在機(jī)器人的視覺(jué)功能和信息傳輸中，都有射頻模塊在支撐。
No.1 毫米波雷達(dá)
在視覺(jué)功能中，除了應(yīng)用各種視覺(jué)傳感器，相機(jī)，還用到了激光雷達(dá)和毫米波雷達(dá)。
關(guān)于毫米波雷達(dá)，在射頻學(xué)堂之前的文章中曾經(jīng)多次介紹。（鏈接）
毫米波雷達(dá)，就是利用毫米波來(lái)進(jìn)行探測(cè)的裝置，我們先來(lái)說(shuō)一下毫米波的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。
毫米波的工作波長(zhǎng)在10mm到1mm之間，對(duì)應(yīng)的工作頻率為30GHz到300GHz，是處于微波和光波之間的一段電磁波頻譜，所以呢，毫米波雷達(dá)兼具微波和光波的雙重優(yōu)點(diǎn)，總結(jié)如下：
| 小天線口徑、窄波束：高跟蹤和引導(dǎo)精度；易于進(jìn)行低仰角跟蹤，抗地面多徑和雜波干擾；對(duì)近空目標(biāo)具有高橫向分辨力；對(duì)區(qū)域成像和目標(biāo)監(jiān)視具備高角分辨力；窄波束的高抗干擾性能；高天線增益；容易檢測(cè)小目標(biāo)，包括電力線、電桿和彈丸等。 |
| 大帶寬：具有高信息速率，容易采用窄脈沖或寬帶調(diào)頻信號(hào)獲得目標(biāo)的細(xì)節(jié)結(jié)構(gòu)特征；具有寬的擴(kuò)譜能力，減少多徑、雜波并增強(qiáng)抗干擾能力；相鄰頻率的雷達(dá)或毫米波識(shí)別器工作，易克服相互干擾；高距離分辨力，易得到精確的目標(biāo)跟蹤和識(shí)別能力。 |
| 高多普勒頻率：慢目標(biāo)和振動(dòng)目標(biāo)的良好檢測(cè)和識(shí)別能力；易于利用目標(biāo)多普勒頻率特性進(jìn)行目標(biāo)特征識(shí)別；對(duì)干性大氣污染的穿透特性，提供在塵埃、煙塵和雨雪條件下的良好檢測(cè)能力。 |
| 良好的抗隱身性能：當(dāng)前隱身飛行器上所涂覆的吸波材料都是針對(duì)厘米波的。根據(jù)國(guó)外的研究，毫米波雷達(dá)照射的隱身目標(biāo)，能形成多部位較強(qiáng)的電磁散射，使其隱身性能大大降低，所以，毫米波雷達(dá)還具有反隱身的潛力。 |
當(dāng)然也有其劣勢(shì)，比如雨、霧和濕雪等高潮濕環(huán)境的衰減，以及大功率器件和插損的影響降低了毫米波雷達(dá)的探測(cè)距離；樹(shù)叢穿透能力差，相比微波，對(duì)密樹(shù)叢穿透力低；元器件成本高，加工精度相對(duì)要求高，單片收發(fā)集成電路的開(kāi)發(fā)相對(duì)遲緩。
毫米波雷達(dá)的應(yīng)用主要在：
| 高精度多維搜索測(cè)量：進(jìn)行高精度距離、方位、頻率和空間位置的測(cè)量定位； |
| 雷達(dá)安裝平臺(tái)有體積、重量、振動(dòng)和其它環(huán)境的嚴(yán)格要求：毫米波雷達(dá)天線尺寸小、重量輕，容易滿足便攜、彈載、車載、機(jī)載和星載等不同平臺(tái)的特殊環(huán)境要求； |
| 目標(biāo)特征提取和分類識(shí)別：毫米波雷達(dá)高分辨力、寬工作頻帶、大數(shù)值的多普勒頻率響應(yīng)、短的波長(zhǎng)易獲得目標(biāo)細(xì)節(jié)特征和清晰輪廓成像等特點(diǎn)，適于目標(biāo)分類和識(shí)別的重要戰(zhàn)術(shù)要求； |
| 小目標(biāo)和近距離探測(cè)：毫米波短波長(zhǎng)對(duì)應(yīng)的光學(xué)區(qū)尺寸較小，相對(duì)微波雷達(dá)更適于小目標(biāo)探測(cè)。除特殊的空間目標(biāo)觀測(cè)等遠(yuǎn)程毫米波雷達(dá)外，一般毫米波雷達(dá)適用于30 km 以下的近距離探測(cè)； |
| 抗電子戰(zhàn)干擾性強(qiáng)：毫米波窗口可用頻段寬，易進(jìn)行寬頻帶擴(kuò)頻和跳頻設(shè)計(jì)。同時(shí)針對(duì)毫米波雷達(dá)的偵察和干擾設(shè)備面臨寬頻帶、大氣衰減和窄波束等干擾難題，毫米波雷達(dá)相對(duì)微波雷達(dá)具有更好的抗干擾能力。 |
所以呢，毫米波雷達(dá)在導(dǎo)彈制導(dǎo)，炮火控制，等軍事領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，同樣配合激光雷達(dá)和攝像頭的應(yīng)用，毫米波雷達(dá)在智能汽車和自動(dòng)駕駛上也得到了廣泛的應(yīng)用。當(dāng)然，毫米波雷達(dá)的這些特性，也可以為機(jī)器人感知周圍事物提供精確的數(shù)據(jù)。
No.2 無(wú)線通信模塊
在這個(gè)萬(wàn)物互聯(lián)的時(shí)代，沒(méi)有一項(xiàng)高科技電子產(chǎn)品能夠離開(kāi)無(wú)線通信。離開(kāi)無(wú)線通信，再好的設(shè)備都成了睜眼瞎子。
無(wú)線通信模塊可以用于機(jī)器人與遙控器之間的通信，以及機(jī)器人與機(jī)器人之間的通信，說(shuō)白了，無(wú)論機(jī)器人與人，還是機(jī)器人與物，都離不開(kāi)無(wú)線通信模塊。常見(jiàn)的移動(dòng)機(jī)器人無(wú)線通訊方式包括：蜂窩通信、Bluetooth、ZigBee、WiFi、LPWAN、UWB等，不同的通信技術(shù)的通信距離，通信速率不同，可根據(jù)需要選擇合適的通信技術(shù)。
蜂窩通信技術(shù)
目前的蜂窩通信主要包括4G和5G，其中4G就是第四代移動(dòng)通信技術(shù)，該技術(shù)包括TD-LTE和FDD-LTE兩種制式，以正交頻分多址(OFDMA)技術(shù)為核心，用戶峰值速率可達(dá)100Mbps至1Gbps，是一種寬帶接入和分布式的全I(xiàn)P架構(gòu)網(wǎng)絡(luò)，能夠支持各種移動(dòng)寬帶數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。
5G即第四代移動(dòng)通信技術(shù)，它是4G之后對(duì)現(xiàn)有的無(wú)線通信技術(shù)的演進(jìn)。對(duì)于5G的關(guān)鍵技術(shù)，還可進(jìn)一步細(xì)化歸納大規(guī)模天線、超密集組網(wǎng)、全頻譜接入、新型多址、新型多載波、先進(jìn)調(diào)制編碼、終端直通技術(shù)、靈活雙工、全雙工、頻譜共享等十大關(guān)鍵技術(shù)。
5G 更強(qiáng)調(diào)用戶體驗(yàn)速率，將達(dá)到Gbps量級(jí)。與4G相比，5G最大的變化在于，其服務(wù)的對(duì)象從過(guò)去的人與人之間的通訊，增加了人與物、物與物之間的互聯(lián)，實(shí)現(xiàn)全連接。
蜂窩通信具有速率快，時(shí)延低，穩(wěn)定性高，可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，但是其網(wǎng)絡(luò)設(shè)備價(jià)格高，用量大，并且需要網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商支持。
今天有一家人形機(jī)器人公司就是由于大會(huì)人太多，而導(dǎo)致蜂窩通信速率很慢，影響到了機(jī)器人的操作。
藍(lán)牙技術(shù)
藍(lán)牙技術(shù)最早始于1994，由瑞典愛(ài)立信研發(fā)。它采用跳頻技,通信頻段為2.402G Hz-2.480GHz。到目前為止已經(jīng)更新了10個(gè)版本，通信半徑從幾米到幾百米延伸。藍(lán)牙技術(shù)被廣泛地使用在手機(jī)，PDA等移動(dòng)設(shè)備上，PC、GPS設(shè)備以及大量的無(wú)線外圍設(shè)備(藍(lán)牙耳機(jī)、藍(lán)牙鍵盤等)。
藍(lán)牙技術(shù)也緊跟物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展腳步。最新的藍(lán)牙5.0數(shù)據(jù)傳輸速率可達(dá)24Mbps、隱私功能更強(qiáng)大，Ipv6網(wǎng)絡(luò)支持。藍(lán)牙5.0加入室內(nèi)定位輔助功能，結(jié)合Wi-Fi可以實(shí)現(xiàn)精度小于1米的室內(nèi)定位。在智能家居領(lǐng)域，采用了Bultooth Smart技術(shù)的藍(lán)牙設(shè)備之間可以不通過(guò)網(wǎng)絡(luò)就能實(shí)現(xiàn)設(shè)備與設(shè)備之間的“對(duì)話”。由此可以解決突然斷網(wǎng)沒(méi)有了WiFi的情況下，智能家居設(shè)備們?nèi)詫⒖梢岳^續(xù)工作。
藍(lán)牙的優(yōu)點(diǎn)是速率快、低功耗，安全性高，但是網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)少，組網(wǎng)規(guī)模小，不適合多點(diǎn)布控。
Zigbee被正式提出來(lái)是在2003年，它的出現(xiàn)是為了彌補(bǔ)藍(lán)牙通信協(xié)議的高復(fù)雜，功耗大，距離近，組網(wǎng)規(guī)模太小等缺陷。ZigBee可工作在三個(gè)頻段868MHz-868.6MHz、902MHz-928MHz和2.4GHz-2.4835GHz，其中最后一個(gè)頻段世界范圍內(nèi)通用，16個(gè)信道，并且該頻段為免付費(fèi)、免申請(qǐng)的無(wú)線電頻段。三個(gè)頻段傳輸速率分別為20kbps,40kbps以及250kbps。
ZigBee采用自組網(wǎng)的方式進(jìn)行通信，也是無(wú)線傳感器網(wǎng)領(lǐng)域最為著名的無(wú)線通信協(xié)議。在無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，當(dāng)某個(gè)傳感器的訊息從某條通信路徑無(wú)法順暢地傳遞出去時(shí)，動(dòng)態(tài)路由器會(huì)迅速地找出另外一條近距離的信道傳輸數(shù)據(jù)，從而保證了信息的可靠傳遞。
ZigBee不算主流的無(wú)線通訊技術(shù)，但卻以其低功耗、低成本，低速率、高容量、長(zhǎng)時(shí)間的電池壽命的特點(diǎn)深受一些廠家的追捧。
ZigBee的主要優(yōu)點(diǎn)包括安全性高，功耗低，組網(wǎng)能力強(qiáng)，容量大，電池壽命長(zhǎng)。但是其成本高，抗干擾性差，ZigBee協(xié)議沒(méi)有開(kāi)源，通信距離短。
?WiFi技術(shù)
WIFI是一種短距離無(wú)線傳輸技術(shù)，采用的標(biāo)準(zhǔn)是IEEE802.11a以及IEEE802.11b，使用頻段一般是在2.4GHz，傳輸距離一般達(dá)到100m左右，組網(wǎng)方式較為簡(jiǎn)單，由AP和無(wú)線網(wǎng)卡組成的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)即可，目前除了在許多賓館、餐飲店、圖書(shū)館、辦公樓以及家庭等場(chǎng)所使用WIFI，只需要攜帶支持WIFI的終端即可接入互聯(lián)網(wǎng)，同時(shí)還應(yīng)用在智能家居控制方面，例如電視、空調(diào)、燈具、窗等。
WiFi的主要優(yōu)點(diǎn)就是靈活性和移動(dòng)性、部署便捷，但是易受干擾，傳輸速率低，傳輸距離較短，安全性較差
LPWAN技術(shù)
LPWAN（Low Power Wide Area Network）低功耗廣域網(wǎng)絡(luò)，專為低帶寬、低功耗、遠(yuǎn)距離、大量連接的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用而設(shè)計(jì)的。在全球范圍內(nèi)的多種LPWAN技術(shù)中，NB-IoT、LoRa是應(yīng)用范圍最廣的兩種技術(shù)。
在未授權(quán)頻譜技術(shù)中，LoRa處于主導(dǎo)地位。LoRa除了具有網(wǎng)絡(luò)容量大、功耗低、信號(hào)穿透能力強(qiáng)、高速移動(dòng)信號(hào)穩(wěn)定、可定位等特點(diǎn)外，最大優(yōu)勢(shì)在于同等功耗條件下無(wú)線射頻通信距離更遠(yuǎn)。LoRa可以廣泛應(yīng)用在工業(yè)控制、城市管理、電網(wǎng)巡檢控制、油氣管道監(jiān)控、農(nóng)業(yè)灌溉、環(huán)境監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域。
LPWAN技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)容量大、功耗低、信號(hào)穿透能力強(qiáng)、高速移動(dòng)信號(hào)穩(wěn)定、可定位，通信距離遠(yuǎn)，但是其傳輸效率偏低
UWB（Ultra Wide Band）超寬帶，一種無(wú)載波通信技術(shù)，利用納秒至微微秒級(jí)的非正弦波窄脈沖傳輸數(shù)據(jù)，能在10m左右的范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)數(shù)百M(fèi)b/s至數(shù)Gb/s的數(shù)據(jù)傳輸速率。UWB具有抗干擾性能強(qiáng)、傳輸速率高、帶寬極寬、消耗電能小、發(fā)送功率小等諸多優(yōu)勢(shì)，主要應(yīng)用于室內(nèi)通信、高速無(wú)線LAN、家庭網(wǎng)絡(luò)、無(wú)繩電話、安全檢測(cè)、位置測(cè)定、雷達(dá)等領(lǐng)域。
由于UWB脈沖的時(shí)間寬度極短，因此也可以采用高精度定時(shí)來(lái)進(jìn)行距離測(cè)算。相比Wi-Fi和藍(lán)牙定位技術(shù)，UWB具有如下優(yōu)勢(shì)：抗多徑能力強(qiáng)，定位精度高，時(shí)間戳精度高，電磁兼容性強(qiáng)，能效較高。
所以UWB技術(shù)的主要特點(diǎn)就是抗多徑能力強(qiáng)，定位精度高，時(shí)間戳精度高，電磁兼容性強(qiáng)，能效較高，但是信號(hào)易受障礙物遮擋，設(shè)備成本高。
沒(méi)有任何一種技術(shù)能夠解決所有應(yīng)用場(chǎng)景，結(jié)合使用，才能夠達(dá)到最有效果，這些就是我們射頻工程師所要干的活啦。
