Transcript twcz_1_-_wprowdzenie - Studia

TWCZ - WPROWADZENIE
Prof. dr hab. Janusz A. Dobrowolski
Instytut Systemów Elektronicznych, Politechnika Warszawska
1
TWCZ - WPROWADZENIE
TWCZ- wprowadzenie
prof. dr hab. Janusz A. Dobrowolski
Politechnika Warszawska
Instytut Systemów Elektronicznych
ul. Nowowiejska 15/19, 00-665 Warszawa
e-mail: [email protected],
tel: (48-22) 8253709
fax: (48-22) 8252300
Prof. dr hab. Janusz A. Dobrowolski
Instytut Systemów Elektronicznych, Politechnika Warszawska
2
TWCZ - WPROWADZENIE
Komunikacja bezprzewodowa
• Telefonia komórkowa i satelitarna, telefony
bezsznurowe, ruchome, CB radio, systemy
komunikacji osobistej (PCS – personal
communication systems), komunikacja
satelitarna, dalekiego zasięgu, lotnicza,
morska, ruchoma, lokalne bezprzewodowe
sieci komputerowe i wymiany informacji
multimedialnej itd.,
Prof. dr hab. Janusz A. Dobrowolski
Instytut Systemów Elektronicznych, Politechnika Warszawska
3
TWCZ - WPROWADZENIE
Komunikacja bezprzewodowa
Telefonia komórkowa GSM – 900 MHz, 1800 MHz, 1900 MHz
Low Power Radio Interface Bluetooth – 2,45 GHz (ISM
Industrial-Scientific-Medical Band)
sieci komputerowe biurowe i domowe, PDA, Home RF
Paging systems - < 1 GHz
Telefony bezprzewodowe - < 800 MHz
• WiFi – 2,45 GHz
• WLANs
5.15 – 5,35 GHz
•
•
oraz 5,725 – 5,825 GHz
3,5 GHz
10,5 GHz
Prof. dr hab. Janusz A. Dobrowolski
Instytut Systemów Elektronicznych, Politechnika Warszawska
4
TWCZ - WPROWADZENIE
Komunikacja bezprzewodowa
• Satellite Cellular Systems
•
L Band 1,12 – 1,7 GHz
C Band 3,95 – 5,85 GHz
Prof. dr hab. Janusz A. Dobrowolski
Instytut Systemów Elektronicznych, Politechnika Warszawska
5
TWCZ - WPROWADZENIE
Bluetooth
PDA
palmtop
Prof. dr hab. Janusz A. Dobrowolski
Instytut Systemów Elektronicznych, Politechnika Warszawska
6
TWCZ - WPROWADZENIE
HomeRF
Prof. dr hab. Janusz A. Dobrowolski
Instytut Systemów Elektronicznych, Politechnika Warszawska
7
TWCZ - WPROWADZENIE
Radar
• Radary: lotnicze, morskie, samochodowe,
antykolizyjne, pogodowe, wojskowe, kontroli
ruchu lotniczego, ruchu naziemnego,
policyjne, detekcji intruzów, kierowania
rakietami itd.,
•
od setek MHz do ok. 100 GHz
Prof. dr hab. Janusz A. Dobrowolski
Instytut Systemów Elektronicznych, Politechnika Warszawska
8
TWCZ - WPROWADZENIE
Radar
• Radar samochodowy
•
76,5 GHz
•
24,125 GHz
Prof. dr hab. Janusz A. Dobrowolski
Instytut Systemów Elektronicznych, Politechnika Warszawska
9
TWCZ - WPROWADZENIE
Nawigacja
• Lotnicze systemy lądowania i naprowadzania,
antykolizyjne, systemy automatycznego
pilotażu , GPS (globalny system lokalizacji),
nawigacja morska, lotnicza, pojazdów
naziemnych, latarnie radiowe (beacon) itd.,
Prof. dr hab. Janusz A. Dobrowolski
Instytut Systemów Elektronicznych, Politechnika Warszawska
10
TWCZ - WPROWADZENIE
Global Positioning System
• L Band 1575,42 MHz 1227,60 MHz
•
•
•
•
Electronic commerce and finance –
time tagging
Transport – nawigacja, kontrola
Service – pogotowie
Wojsko
Prof. dr hab. Janusz A. Dobrowolski
Instytut Systemów Elektronicznych, Politechnika Warszawska
11
TWCZ - WPROWADZENIE
Remote sensing (teledetekcja)
• Monitorowanie powierzchni ziemi, morza,
meteorologia, monitorowanie zanieczyszczeń
powietrza, wilgotności obszarów ziemi, lasów,
roślinności, powierzchni oceanów, powodzi,
śniegu, gór lodowych, chmur, wiatrów,
wilgotności powietrza, ruchu powietrznego
i morskiego, itd.,
od ok. 1 GHz do kilkuset GHz
Prof. dr hab. Janusz A. Dobrowolski
Instytut Systemów Elektronicznych, Politechnika Warszawska
12
TWCZ - WPROWADZENIE
Identyfikacja radiowa RFID
• Identyfikacja osób, produktów, systemy
zabezpieczeń, antywłamaniowe,
elektroniczna kontrola dostępu (bez klucza),
kontrola zapasów magazynowych, śledzenie
zwierząt, pobieranie opłat, automatyczne
testy sprawdzające itd.,
od kHz
do 4 GHz
Prof. dr hab. Janusz A. Dobrowolski
Instytut Systemów Elektronicznych, Politechnika Warszawska
13
TWCZ - WPROWADZENIE
RFID – Radio Frequency Identificafion
Baza danych
RFID
Urządzenie
pytające
Etykieta RFID
- znacznik
bierny
Prof. dr hab. Janusz A. Dobrowolski
Instytut Systemów Elektronicznych, Politechnika Warszawska
czynny
14
TWCZ - WPROWADZENIE
RFID
* Opłaty drogowe, wjazd na parking
* Identyfikacja kontenerów
* Śledzenie palet (pallet tracking)
* Śledzenie pojazdów drogowych i kolejowych
* Identyfikacja i śledzenie zwierząt
* Śledzenie work-in progress
* Identyfikacja i dopasowanie pasażera i bagażu
w portach lotniczych
* RFID w globalnym łańcuchu zaopatrzenia, EPC
Prof. dr hab. Janusz A. Dobrowolski
Instytut Systemów Elektronicznych, Politechnika Warszawska
15
TWCZ - WPROWADZENIE
Radiofonia i telewizja
• Radiofonia i telewizja analogowa i cyfrowa,
naziemna i satelitarna, DBS – direct
broadcast satellites itd.,
od kilku MHz do 12 GHz
Prof. dr hab. Janusz A. Dobrowolski
Instytut Systemów Elektronicznych, Politechnika Warszawska
16
TWCZ - WPROWADZENIE
Radiowe systemy samochodowe
i autostradowe
• Systemy antykolizyjne i ostrzegające, GPS,
adaptacyjne systemy kontroli ruchu,
autonawigacja, komunikacja samochóddroga, komunikacja samochodowa, detekcja
przeszkód drogowych, radary do kontroli
prędkości, radary do penetracji nawierzchni
drogi, radiowa identyfikacja pojazdów,
automatyczne pobranie opłaty, kontrola i
sterowanie ruchu, detekcja prędkości i
odległości, detekcja pojazdu itd.,
Prof. dr hab. Janusz A. Dobrowolski
Instytut Systemów Elektronicznych, Politechnika Warszawska
17
TWCZ - WPROWADZENIE
RF Sensing and monitoring
Czujniki wielkości nieelektrycznych
rozproszone systemy – pomiary:
wilgotność, temperatura, zanieczyszczenia
powietrza, wody, detekcja ruchu, czujniki
przemysłowe,
Homeland Security UWB Sensors
100 MHz – 3 GHz
Prof. dr hab. Janusz A. Dobrowolski
Instytut Systemów Elektronicznych, Politechnika Warszawska
18
TWCZ - WPROWADZENIE
Systemy elektroniczne pola walki
• Satelity szpiegowskie, monitorowanie
sygnałów i promieniowania, monitorowanie
ruchów oddziałów, zakłócanie systemów
przeciwnika (jumming, antijumming),
detektory radarów, detekcja intruzów itd.,
od kilku MHz do setek GHz
Prof. dr hab. Janusz A. Dobrowolski
Instytut Systemów Elektronicznych, Politechnika Warszawska
19
TWCZ - WPROWADZENIE
Medycyna
• Obrazowanie mikrofalowe,
• chirurgia wspomagana robotami,
telechirurgia,
• Termografia mikrofalowa
• Hypertermia mikrofalowa
• Od setek MHz do kilkudziesięciu GHz
Prof. dr hab. Janusz A. Dobrowolski
Instytut Systemów Elektronicznych, Politechnika Warszawska
20
TWCZ - WPROWADZENIE
Medycyna
• RF IC stosowane w medycynie
RF sensors
RF monitoring
RF dozowanie leków
RF implanty
• Przesyłanie informacji
•
Diagnostyka
•
Tomografia
•
Detekcja raka
•
Terapia
Prof. dr hab. Janusz A. Dobrowolski
Instytut Systemów Elektronicznych, Politechnika Warszawska
21
TWCZ - WPROWADZENIE
Radioastronomia i badanie przestrzeni
kosmicznej
• Radioteleskopy, sondy kosmiczne,
monitorowanie przestrzeni kosmicznej itd.,
od kilku do setek GHz
Prof. dr hab. Janusz A. Dobrowolski
Instytut Systemów Elektronicznych, Politechnika Warszawska
22
TWCZ - WPROWADZENIE
Systemy komputerowe
• Szybkie magistrale i układy cyfrowe
dzisiaj kilka GHz, jutro ??
Prof. dr hab. Janusz A. Dobrowolski
Instytut Systemów Elektronicznych, Politechnika Warszawska
23
TWCZ - WPROWADZENIE
Pierwszy CMOS RF analogowo-cyfrowy
system „on a chip” – Bluetooth transceiver
Prof. dr hab. Janusz A. Dobrowolski
Instytut Systemów Elektronicznych, Politechnika Warszawska
24
TWCZ - WPROWADZENIE
Pierwszy CMOS RF analogowo-cyfrowy
system „on a chip” – Bluetooth transceiver
schemat blokowy
Prof. dr hab. Janusz A. Dobrowolski
Instytut Systemów Elektronicznych, Politechnika Warszawska
25
TWCZ - WPROWADZENIE
Hybrydowy układ scalony RF/mikrofalowy
Hybryd 3dB/900
Dzielnik mocy
Chip rezystor
5 cm
Metalizacja ziemi
Chip C
MESFET Dławik Podłoże dielektryczne
Prof. dr hab. Janusz A. Dobrowolski
Instytut Systemów Elektronicznych, Politechnika Warszawska
26
TWCZ - WPROWADZENIE
Monolityczne układy scalone
na częstotliwości radiowe i mikrofalowe
• RFIC – Radio Frequency Integrated Circuits,
częstotliwości od kilku kHz do kilkudziesięciu
GHz – krzem Si
• MMIC – Monolithic Microwave Integrated
Circuits, częstotliwości od ok. 1 GHz do
ponad 180 GHz - arsenek galu GaAs, InP
Prof. dr hab. Janusz A. Dobrowolski
Instytut Systemów Elektronicznych, Politechnika Warszawska
27
TWCZ - WPROWADZENIE
Monolityczny mikrofalowy układ scalony GaAs
1 mm
1 mm
Prof. dr hab. Janusz A. Dobrowolski
Instytut Systemów Elektronicznych, Politechnika Warszawska
28
TWCZ - WPROWADZENIE
VDD
Wyjście
VDD
Wzmacniacz
buforowy
VTUNE
VADJ
Waraktor
Fotografia SiCMOS chipu oscylatora 1,45 GHz
Prof. dr hab. Janusz A. Dobrowolski
Instytut Systemów Elektronicznych, Politechnika Warszawska
29
TWCZ - WPROWADZENIE
Pasma fal elektromagnetycznych
Prof. dr hab. Janusz A. Dobrowolski
Instytut Systemów Elektronicznych, Politechnika Warszawska
30
TWCZ - WPROWADZENIE
Oznaczenia pasm mikrofalowych
i milimetrowych
Prof. dr hab. Janusz A. Dobrowolski
Instytut Systemów Elektronicznych, Politechnika Warszawska
31
TWCZ - WPROWADZENIE
Średnie tłumienie fal EM
przez atmosferę Ziemi
Prof. dr hab. Janusz A. Dobrowolski
Instytut Systemów Elektronicznych, Politechnika Warszawska
32