Johdatus radiotekniikkaan. Ville Viikari ELEC-C5070 Elektroniikkapaja



Samankaltaiset tiedostot
Radiotekniikan perusteet BL50A0301

RF-tekniikan perusteet BL50A0300

RATKAISUT: 22. Vaihtovirtapiiri ja resonanssi

Radioamatöörikurssi 2016

Elektroniikan perusteet, Radioamatööritutkintokoulutus

Radioamatöörikurssi 2012

AKKREDITOITU TESTAUSLABORATORIO ACCREDITED TESTING LABORATORY

AKKREDITOITU TESTAUSLABORATORIO ACCREDITED TESTING LABORATORY VERKOTAN OY VERKOTAN LTD.

AKKREDITOITU KALIBROINTILABORATORIO ACCREDITED CALIBRATION LABORATORY SGS FIMKO OY

HELPPOKÄYTTÖINEN TYÖMAATABLETTI MALLIPOHJAISILLE TYÖMAILLE Xsite PAD

Älypuhelinverkkojen 5G. Otto Reinikainen & Hermanni Rautiainen

LYHYEN KANTAMAN LANGATTOMAT SIIRTOTAVAT

Elektroniikan perusteet, Radioamatööritutkintokoulutus

AKKREDITOITU KALIBROINTILABORATORIO ACCREDITED CALIBRATION LABORATORY K013

Ongelmia mittauksissa Ulkoiset häiriöt

Johdatus vaihtosähköön, sinimuotoiset suureet. DEE Piirianalyysi Risto Mikkonen

Mittalaitetekniikka. NYMTES13 Vaihtosähköpiirit Jussi Hurri syksy 2014

Additions, deletions and changes to courses for the academic year Mitä vanhoja kursseja uusi korvaa / kommentit

AKKREDITOITU KALIBROINTILABORATORIO ACCREDITED CALIBRATION LABORATORY SGS FIMKO OY

AED Plus. Trainer2. Ohjeet ja valmistajan ilmoitus Sähkömagneettinen säteily Sähkömagneettisen ilmoitus Suositeltu etäisyys siirrettävien

HARJOITUSTYÖ: Mikropunnitus kvartsikideanturilla

LYHYEN KANTAMAN LANGATTOMAT SIIRTOTAVAT

Radioamatöörikurssi 2013

1 Määrittele seuraavat langattoman tiedonsiirron käsitteet.

S SÄHKÖTEKNIIKKA JA ELEKTRONIIKKA

Wärtsilä Corporation. Interim Report January-September 2003 Ole Johansson President & CEO. 29 October Wärtsilä

SIGNAALITEORIAN KERTAUSTA 1

Radioamatöörikurssi 2015

Export Demand for Technology Industry in Finland Will Grow by 2.0% in 2016 GDP growth 2016/2015, %

Laajakaistatekniikoiden kehitys. Lvm Laajakaistan kehittämistyöryhmä

LABORATORIOTYÖ 3 VAIHELUKITTU VAHVISTIN

Käytännön radiotekniikkaa: Epälineaarinen komponentti ja signaalien siirtely taajuusalueessa (+ laboratoriotyön 2 esittely)

Tietoliikennesignaalit & spektri

Satelliittipaikannus

Wärtsilä Corporation. Interim Report January-June 2003 Ole Johansson President & CEO. 31 July Wärtsilä

Radioamatöörikurssi 2017

RFID Teknologiaa Metsäteollisuudelle

Parikaapeli. Siirtomedia. Sähkömagneettinen spektri. EIA/TIA kategoriat

RF-tekniikan perusteet BL50A Luento Antennit Radioaaltojen eteneminen

2. kierros. 2. Lähipäivä

Lähettimet ja vastaanottimet

EMC Säteilevä häiriö

Radioamatöörikurssi 2018

Conducted RF immunity Power frequency H-field immunity

EMC: Electromagnetic Compatibility Sähkömagneettinen yhteensopivuus

1 Rauno Vauramo OH6AYW

Radioamatöörikurssi 2016

GNSS-vastaanottimet. Havaintosuureet

Radioamatöörikurssi 2014

Ilmailuviestiliikennettä varten tarkoitettu kannettava radiopuhelin

ELEC C4210 SÄHKÖTEKNIIKKA JA ELEKTRONIIKKA Kimmo Silvonen

AKKREDITOITU TESTAUSLABORATORIO ACCREDITED TESTING LABORATORY ELEFORSS OY

S SÄHKÖTEKNIIKKA JA ELEKTRONIIKKA

SMG-2100: SÄHKÖTEKNIIKKA

Referenssit ja näytteenotto VLBI -interferometriassa

Radio. Frequency. Identification. (RFId) kirjastoissa. Pauli Tossavainen,

Tfy Fysiikka IIB Mallivastaukset

TAAJUUDEN SIIRTO JA SEKOITUS VÄLITAAJUUSVASTAANOTIN & SUPERHETERODYNEVASTAANOTTO

AKKREDITOITU TESTAUSLABORATORIO ACCREDITED TESTING LABORATORY GRANT4COM OY

ABB Oy Domestic Sales Harri Liukku Aurinkosähköjärjestelmät Kytkennät

Radioamatöörikurssi 2017

Radioamatöörikurssi 2014

Kasvu keskimäärin / Average growth: +2,9 % Japani Japan

Suomi innovaatioympäristönä maailman paras?

Sähkömagneettisia päästöjä ja häiriönsietoa koskeva valmistajan ilmoitus. Sivulla S8 / S8 Sarja II / VPAP Sarja III 1 3 S9 Sarja 4 6

The Federation of Finnish Technology Industries. Special Tools and Machining Group Dr Veli Matti Kuisma ISTMA Europe, Wiesbaden

LOPPURAPORTTI Lämpötilahälytin Hans Baumgartner xxxxxxx nimi nimi

Analogiapiirit III. Keskiviikko , klo , TS128. Operaatiovahvistinrakenteet

Uudet teknologiat ja perinteinen antennivastaanotto

Radioamatöörikurssi 2016

e =tyhjiön permittiivisyys

Radioamatöörikurssi 2018

DNA antenniverkon tekniikka ja laajentuminen. Asiantuntija, Olli Knuuttila DNA

AKKREDITOITU TESTAUSLABORATORIO ACCREDITED TESTING LABORATORY

Logistiikka-ala ja tulevaisuuden tietotekniikka

MAAILMANKAIKKEUDEN PIENET JA SUURET RAKENTEET

Radioastronomian käsitteitä

S SÄHKÖTEKNIIKKA JA ELEKTRONIIKKA

Radioaaltojen eteneminen. Marjo Yli-Paavola, OH3HOC

S SÄHKÖTEKNIIKKA JA ELEKTRONIIKKA

Ohjelmoitava päävahvistin WWK-951LTE

Kapeakaistainen signaali

Spektri- ja signaalianalysaattorit

Direktiivi 2014/53/EU: Radio Equipment

Teoreettisen fysiikan esittely

VAIHTOVIRTAPIIRI. 1 Työn tavoitteet

Lyhyen kantaman radiotekniikat ja niiden soveltaminen teollisuusympäristössä. Langaton tiedonsiirto teollisuudessa, miksi?

OPERAATIOVAHVISTIMET 2. Operaatiovahvistimen ominaisuuksia

Modulaatio. f C. amplitudimodulaatio (AM) taajuusmodulaatio (FM)

dupol.eu - smart home product comparison

TAAJUUDEN SIIRTO JA SEKOITUS VÄLITAAJUUSVASTAANOTIN ELI SUPERHETERODYNEVASTAANOTTO

2. Erittäin laajakaistaiset laitteet (UWB) ja laajakaistaiset datasiirtolaitteet (WAS/RLAN) GHz:llä

Luento 9. tietoverkkotekniikan laitos

SDR-Ohjelmistoradio. Esitelmä ohjelmistoradiosta (SDR-Tikku) Esitetty OH7AA kerhoillassa Tehnyt OH7NW

Analogiapiirit III. Keskiviikko , klo , TS127. Jatkuva-aikaiset IC-suodattimet ja PLL-rakenteet

LABORATORIOTYÖ 2 (8 h) LIITE 2/1 WLAN-ANTENNIEN TUTKIMINEN JA AALTOJOHTOMITTAUKSET

Langattomat anturiverkot ammattisovelluksissa. Tekes Ubicom, Pasila Mikko Sallinen, VTT

ELEC-C6001 Sähköenergiatekniikka, laskuharjoitukset oppikirjan lukuun 10 liittyen.

Tiedonsiirron kokonaisoptimointi erilaisten tietoverkkojen yhteiskäytössä

Transkriptio:

Johdatus radiotekniikkaan Ville Viikari ELEC-C5070 Elektroniikkapaja

Sisältö Johdanto radiotekniikkaan Epälineaarisuuden hyödyntäminen RFIDssä Esimerkkejä radiotekniikan tutkimuksesta Radiotieteen ja tekniikan laitoksessa

Sähkömagneettinen spektri wavelength shortens 10 24 10 20 10 18 10 16 energy 10 15 10 13 of a quantum increases ( E hf 10 11 10 10 infrared gammaradiation röntgen UV visible light (heat) microwaves mmwaves RFwaves 10 8 10 6 10 4 long waves ) 10 2 Hz 3

Radiotaajuuksien jako 4

Radiotekniikan historia I do not think that the wireless waves...will have any practical application. 5

Radiotekniikka radiotekniikka on tekninen tiede, joka tutkii sähkömagneettisen säteilyn ilmiöitä ja hyödyntämistä noin taajuusvälillä 30 Hz 3 THz Sana radio tulee latinasta: radius, radiare (säteillä) Oskillaattori tuottaa vaihtovirtaa, jonka antenni muuntaa vapaassa tilassa eteneväksi sähkömagneettiseksi säteilyksi 6

Radiotekniikka yleisesti 3G, LTE, 4G, NFC, Bluetooth, WiFi, ZigBee, ANT+, BLE, ibeacon, GPS, Galileo, GLONASS, BeiDou,

RFID radiotaajuinen etätunniste Source: http://en.wikipedia.org Source: http://blog.barcoding.com/tag/uhfid/ Source: http://en.wikipedia.org Source: http://en.wikipedia.org Source: http://en.wikipedia.org 8

RFID:n tärkeimmät taajuusalueet HF Frequency bands 13.56 MHz 27.125 MHz, rail vehicles UHF Frequency Bands 865 870 MHz in Europe 902 928 MHz in North America 950 965 MHz in Japan 910 915 MHz in Korea 918 926 MHz in Australia 913 915 MHz in South Africa Near-field coupling Far-field coupling 9

RFID:n toimintaperiaate 1. Lukijalaite lähettää etätunnisteelle digitaalisesti amplitudimoduloidun viestin Reader Tietoa ja energiaa 0' 1' 0' 1' 2. Etätunniste vastaa heijastamalla osan lukijalaitteen lähettämästä aallosta ja lisäämällä siihen modulaation Reader Energiaa ja kantoaalto 0' 1' 1' 0' Tietoa 10

Energian kerääminen radioaalloista Antenni tuottaa diodin yli sinimuotoisen jännitteen V j I Logiikka + muisti V j = V 0 sin(ω RF t) Diodin virta riippuu jännitteestä ekxponentiaalisesti: I V j = I s e αv j 1 11

Diodin virran riippuvuus jännitteestä 60 50 40 I V j = I s e αv j 1, I s = 1μA, α = 40V 1 Sinimuotoisen jännitteen aiheuttama virta: I V j = I s e αv 0sin(ω RF t) 1 Current ( A) 30 20 10 0-10 -0.1-0.05 0 0.05 0.1 Voltage (V) Mikä on DC-virta? 12

Current ( A) DC-virran ratkaiseminen Taylorin approksimaation avulla 60 50 40 30 20 10 I V I 0 + v R j + αv2 2R j Tarkka ratkaisu I V j = I s e αv j 1 Toisen asteen Taylorin approksimaatio Mahdollinen ulkopuolinen DCbias I V I 0 + v R j + αv2 2R j Lineaarinen vastus Epälineaarinen termi 0-10 -0.1-0.05 0 0.05 0.1 Voltage (V) 13

Tasasuunnattu virta I epälineaarinen V α V 2R 0 sin ω RF t 2 = αv 2 0 αv 2 0 cos 2ω j 4R j 4R RF t j Tasavirta Virta 2. harmonisella taajuudella 14

H(ω) Moduloivan signaalin synnyttäminen Oskillaattori muuntaa DC-virran vaihtovirraksi S i (ω) A S o (ω) S o ω = AS i ω + AH ω S o ω H(ω) S o ω = AS i ω 1 AH ω 1 S o ω 0 S i ω = 0 0 ω Mahdollista kun: 1 AH ω = 0 ω 0 15

Collpits ja Hartley-oskillaattorit 16

Modulaatio Oskillaattorin ulostulojännite V osc sin ω osc t V j I DC Kellopiiri (oskillaattori) Tasavirta oskillaattorille ja logiikalle Logiikka ja muisti 17

Modulaatio V osc sin ω osc t V j Kellopiiri (oskillaattori) V j = V 0 sin ω RF t + V osc sin ω osc t Logiikka ja muisti I epälineaarinen V α 2R j V 0 sin ω RF t +V osc sin ω osc t = αv 0V osc 4R j cos ω RF ω osc t 2 Tunnisteen vastaus eri taajuudella ω RF ω osc kuin lukijalaitteen signaali ω RF 18

Tulevaisuus CAGR = Compound annual growth rate ~ average growth / year Ympärillämme olevien radioaaltojen määrä kasvaa nopeasti 19

Binääriseen operaatioon tarvittava energia puolittuu 1,5 vuoden välein J. G. Koomey, S. Berard, M. Sanchez, and H. Wong, "Implications of Historical Trends in the Electrical Efficiency of Computing," IEEE Annals of the History of Computing, vol.33, no.3, pp.46-54, Mar. 2011 20

Tulevaisuus: Radioaaltojen voimalla toimiva läsnä-äly Laitteet tuottavat toimintaansa tarvitseman energian ympäristön radioaalloista Laitteet käyttävät ympäristön radioaaltoja tiedonsiirtoon RF-powered ubiquitous device Energy (WiFi, TV, 4G base station etc.) Ambient transmitter Communication Connection to powered net 21

Radiotieteen ja tekniikan laitoksella tutkittavia asioita Frequency tuning Beam and polarization steering Reflection coeff. Frequency µ C Feedback loop Φ µ C Retrodirectivity MIMO µ C µ C 90⁰ hybrid 22

Langattomat anturit 23

Antennit 24

Antennitutkimuksen tavoitteet 1. 2. 3. 4. 25

26

27

Näkymättömyysviitta 28

Työllistyminen Manager Industry R&D Academic R&D Specialist, public sector Entrepreneur Teacher Other Satunnaisotanta: 86 Radiotekniikan pääaineesta valmistunutta vuosilta 1985 2009 29