射頻識別

RFID是使用RF或微波能量提供識別手段的電路的任何組合的通用術語。它可以用于識別許多應用程序中的人或物體。典型的系統使用微芯片，該微芯片存儲附著在天線上進行傳輸的信息（例如，序列號或其他有關人或產品的信息）。這種組合稱為RFID標簽。標簽包含唯一的序列號，但可以包含其他信息（帳號，許可證號等）。RFID標簽可以是有源，無源或半無源的。

RFID有源標簽包含一個電池，該電池用于為微芯片供電并將信號傳輸到讀取器。這些標簽可以從300英尺或更高的高度讀取，并且通常比其他標簽類型貴。軍方使用主動標簽來跟蹤補給。RFID無源標簽沒有電池。當來自讀取器的RF波被芯片的天線接收時，能量被轉換成可以為芯片供電并使其發送回信息的電信號。這些標簽價格低廉，非常適合許多商業應用。除了電池用于為微芯片供電但不用于與閱讀器通信外，半無源標簽與有源標簽相似。許多半無源標簽處于休眠狀態，直到它們被信號激活為止。這樣可以節省電池壽命。

大多數RFID標簽將數字信息保存在微芯片中，但是還有其他一些無芯片標簽，它們使用材料將向其發射的一部分信號反射回去。這些標簽使用塑料或導電聚合物代替硅基芯片。還有一些使用的材料完全反射了在它們上面發射的一部分波。然后，計算機會生成反射能量的圖像，并將其像指紋一樣用于識別包含標簽的物品。

可以找到各種尺寸和形狀的RFID標簽。一些容易識別，例如商店中附在商品上的塑料標簽。其他類型用于動物跟蹤。將它們植入皮膚下以定位家庭寵物或跟蹤野生環境中的瀕危物種。它們很小，可能不容易識別。RFID標簽也已被整合到信用卡中。

當人們聽到RFID時，他們會將其與條形碼相關聯，因為它也是一種跟蹤和識別的形式。條形碼是用于這兩個功能的傳統方法。然而，RFID標簽由于其讀/寫能力而迅速成為識別和跟蹤的優選方法。這將識別和跟蹤擴展到包括交互式應用程序。同樣，如前所述，可以從遠離產品或人的距離讀取RFID標簽。它還具有通過諸如雪，霧，冰，油漆和其他物品之類的物質傳播的能力。

RFID系統可以分為幾類：電子商品監視（EAS）系統，便攜式數據捕獲系統，網絡系統和定位系統。EAS系統是零售商店中最知名的一種。它通過進/出門將標簽附加到帶有閱讀器的服裝上。便攜式數據捕獲系統使用便攜式讀取器，使其能夠在許多不同的位置使用。聯網系統的固定位置讀取器連接到集中式信息系統。應答器放在人員或可移動的物品上，例如卡車和貨車。定位系統用于自動識別任何帶標簽的物品。

RFID以各種頻率運行。通用頻率為13.56 MHz，UHF頻帶中的頻率為0.3至3.0 GHz（300至3000 MHz）。北美使用的RFID頻段為862至928 MHz（考慮到非常流行的902至928 MHz頻段）。歐洲頻率為862至870 MHz。也有工作在5.8 GHz的微波標簽。可以在30英尺遠的地方讀取這些信息，利用更多的電力，并且價格更高。

另外兩種類型的標簽是只讀標簽和讀寫標簽。只讀標簽包含僅在對芯片進行重新編程后才能更改的數據。讀寫標簽可以存儲新信息。這適用于必須經常具有與之關聯的新信息的可重用容器。當然，此功能的成本更高。RFID系統的成本是對廣泛采用的挑戰。

廣泛采用的另一個挑戰是隱私和安全性。跟蹤人員，產品，車輛和貨幣（例如信用卡）的能力是許多人關注的問題。例如，現在有一些讀取器可以讀取通過許多不同的RFID標簽傳輸的數據，這意味著，如果一個人進入帶有多個標簽的機構，則一個讀取器可以讀取所有這些標簽。不僅是那些生意。這可能使該企業可以匯總該個人的個人資料，例如他們的購買習慣，攜帶的貨幣以及他們的產品偏好。

導航（GPS）

導航被定義為“定位和繪制路線的科學”。GPS可以顯示您在地球上（全球）任何地方，任何時間，任何天氣的確切位置。該系統由24顆衛星組成，這些衛星在地球20,000至26,000海里的軌道上。因為軌道不是完全圓形，所以存在一定范圍的距離。實際上，它實際上是橢圓形的。衛星的排列方式是在六個軌道平面的每個平面中放置四顆衛星。每顆衛星需要12個小時才能完成繞地球一周的軌道。為了接收準確的導航信息，至少需要這些衛星中的四個衛星的數據。在許多情況下，最多有六個或十個可以向接收器提供信息。全球有地面站不斷監測衛星。使用合適的GPS接收器，可以檢測從衛星發送的信號并顯示位置。該系統是單向的，僅接收系統；即發生的唯一傳輸是來自衛星的傳輸。

GPS最初是在1974年左右構思的，1978年發射了第一顆衛星，最初被設計為僅用于軍事應用。最初的應用嚴格來說是軍事用途，因此技術得到了完善。后來，它可用于商業和民用應用。現在，兩種類型的用戶都可以訪問兩用系統。這是為軍事應用開發的技術的另一個示例，后來又被用于商業用途。前面提到的另一個例子是擴頻，現在用于安全的商業電信中。

圖10  GPS段

GPS由三個部分組成（請參見圖10）。這些段是：控制段，空間段和用戶段。

控制部分由全球跟蹤站網絡組成。世界各地有五個跟蹤站，其主控站位于科羅拉多州的科羅拉多斯普林斯市（其他站位于夏威夷，夸賈林，迭戈加西亞和揚升群島）。顧名思義，主控制站是執行主要控制功能的地方。主要功能是跟蹤衛星以確定和預測衛星位置，其原子鐘的行為以及大氣數據。圖10顯示控制段發送上載并接收下載。這是通過兩個不同頻率的載波來完成的。這些被指定為L1（1575.42 MHz）和L2（1227.60 MHz）。GPS利用這些信號糾正主要誤差電離層延遲。該錯誤是由于以下事實造成的：在大氣的上部，有紫外線和X射線從太陽進入地球，并與地球上方的氣體分子和原子相互作用。它們相互作用的區域是電離層（地球上方50 km至1,000 km）。這種相互作用會導致信號延遲，使用L1和L2進行測量和校正。

GPS空間部分由前面討論的24個衛星組組成。每顆衛星發射的信號包括：兩個正弦波（上面討論的載波），兩個數字代碼和一個導航消息。代碼和導航消息作為二進制調制添加到載波中。載波和代碼的組合用于確定從用戶的接收器到衛星的距離。導航消息包含隨時間變化的衛星坐標（位置）。從衛星發射的信號由非常精確的機載原子鐘控制。

圖11 GPS定位

用戶部分由環繞地球運行的衛星的信號接收器組成。這些接收器可以是手持式設備，放置在汽車或卡車中的單元，機載單元或可以安裝在各種固定位置的單元。接收器攔截來自衛星的信號，該信號以光速傳播。信號需要一定的有限時間才能從衛星到達接收器。信號發送的時間與信號到達接收器的時間之間的差乘以光速，從而使接收器能夠計算其到衛星的距離。為了確定其精確的經度，緯度和高度，接收器測量至少四個單獨衛星的傳播時間。如果有更多的衛星信號可用，則精度會提高。如果知道與衛星在太空中的確切距離，它將確定假想球體表面上某處的位置，其半徑等于到衛星的距離。知道與兩顆衛星的確切距離可以確定兩個球體相交的直線上的某個位置。對于第三顆衛星，只有兩個可能的點，而其中一個通常是不可能的（請參閱圖11）。隨著更多衛星位置的測量，精度會提高。要注意的一個重要方面是GPS基于稱為世界大地測量系統1984（WGS 84）的坐標系。該系統類似于典型世界地圖上的緯度和經度線。WGS 84系統具有最新更新，為所有地理位置活動提供了內置的參考框架。

在21粗放型增長的一個領域ST 世紀是在日常生活中使用GPS。例如，它被警察，消防和緊急醫療單位用來定位最接近緊急情況的單位，并使調度員能夠將單位加速到精確的位置。車隊車輛，公共交通，送貨卡車和快遞服務等區域使用GPS接收器監控車輛位置。GPS在汽車和智能手機中的應用無處不在。它對于Uber和Lyft等乘車共享服務的運營至關重要，并且是自動駕駛汽車開發的關鍵組成部分。

圖12無線通信標準

許多測繪公司也使用GPS。在野生動植物管理區和受威脅物種區等區域，GPS接收器和小型發射器附接到某些野生動植物種，以幫助確定種群分布模式以及這些動物的某些疾病來源。考古學家和探險家也正在使用GPS在可能不太精確地繪制地圖的地區進行研究。

概要

射頻微波技術在整個頻譜中有許多軍事和商業應用。圖12 是當前商業應用，頻率分配和主要的無線通信標準的綜合摘要。專業文本和技術出版物提供了有關這些主題的大量信息。本教程旨在作為一般概述。