笙科电子(Aimccom)是一家专注在无线通信领域的芯片设计公司,其RF芯片产品种类繁多,覆盖了包括Sub1G、2.4G、5.8G等ISM频段射频收发,广泛应用到工业、医疗、PC、消费电子、汽车电子等应用领域。
图1:笙科应用于ISM频段的射频芯片系列
一、电磁频谱
在空间传播着的交变电磁场,即电磁波。它在真空中的传播速度约为每秒30万公里。电磁波包括的范围很广。实验证明,无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线都是电磁波。光波的频率比无线电波的频率要高很多,光波的波长比无线电波的波长短很多;而X射线和γ射线的频率则更高,波长则更短。为了对各种电磁波有个全面的了解,人们将这些电磁波按照它们的波长或频率、波数、能量的大小顺序进行排列,这就是电磁波谱。电磁频谱是目前人类唯一理想的无线信息传输媒介,属于国家所有,电磁频谱具有国家主权性。
图2:电磁波频谱
现阶段,3GHz以下属于最优频谱,应用趋于饱和,因此发展空间受限。3GHz-10GHz的好用频谱,应用更广泛,竞争更趋激烈。10GHz-60GHz的可用频谱,技术日趋成熟,抢占优先使用权的趋势更加明显。60GHz以上属于待开发频谱,期待新的突破。
二、ISM频段:
ISM(Industrial Scientific Medical) 频段,是由ITU-R (国际通信联盟无线电通信局)定义的一系列无线电频率。ISM分别代表工业(Industrial)、科学(Scientific)和医学(Medical),因此顾名思义ISM频段就是各国划出这些段频段开放给工业,科学和医学机构使用。这些频段的最大特点是属于Free License,也就是无需授权,使用者可以自由地传输数据,但是对所有的功率进行限制,通常要求低于1W,以避免对其他无线通信系统造成干扰。
但是ISM频段在各国的规定并不统一,例如如在美国主要是三个频段:902-928 MHz、2400-2484.5 MHz及5725-5850 MHz,而在欧洲900MHz的频段则有部分用于GSM通信,ISM低频段为868MHz和433 MHz。目前2.4GHz频段为全球各国通用的ISM频段。因此包括无线局域网(IEEE 802.11b/IEEE 802.11g),蓝牙,ZigBee等无线网络,均工作在2.4GHz频段上。
ISM频段最初的目的并不是用于通讯,但是现在有许多短距离、功耗低、免批准(或免批准容错机制)通讯系统均在该频段内运作,应用场景最为广泛。除通讯以外,ISM频段的最普遍主要用途为工业生产与家庭用电磁感应加热,工业生产与家庭用微波炉加热,及其透热疗法、持续高温治疗法和频射/微波消融等医疗用频射及微波炉加热。除此之外,因为ISM频段可随意应用,并且对于该频段下的频率存有一些特价的无线网络集成电路芯片,因而近期研发的一些雷达探测系统也应用ISM频段,特别是在2.4GHz频段。未来运作于60GHz ISM频段的WiFi(即WiGig,也称IEEE 802.11ad)可能会以其非常高的数据吞吐量而得到普及化。
三、ISM主要频段说明:
图3:全球主要ISM频段(Region 2:日本、西欧、北欧、埃及、南非、中东)
1.6.78MHz:频段为6.765~6.795MHz,归属于中短波频率,这一频率范畴在国际上已由国际电信联盟分派做为ISM频段应用,并将愈来愈多的被RFID系统应用。
2.13.56MHz:频段为13.553~13.567MHz,处在中短波频段,除开电感耦合RFID系统外,还有如遥控器系统、长距离操纵实体模型系统、演试无线通信系统和传呼机等。
3.27.125MHz:频段为26.957~27.283MHz,除开电感耦合RFID系统外,也有医疗用电加热理疗仪、工业级高频焊机设备和传呼机等。因此在使用这一频段时,尤其需要注意周边的一切高频焊机设备和电加热理疗仪带来的电磁辐射干扰。
4.40.680MHz:频段为40.660~40.700MHz,处在VHF频段的中低端,在这个频率范围首要运用是监测和遥控器。
5.433.920MHz:频段为430.050~434.790MHz,在全球范围之内分派给业余无线电服务应用,但是现阶段已被各种各样ISM应用占用,互相干扰比较严重。这一频段归属于UHF,无线电波碰到房屋建筑或别的阻碍物时,将产生显著的损耗和反射面。
6.869.0MHz:频段为868~870MHz,处在UHF频段。在欧洲改频段允许短距离设备使用,还可以做为RFID频率应用,一些远东国家也在考虑到对短距离通信设备开放频段。
7.915.0MHz:频段为888~889MHz和902~928MHz,在澳洲和部分国家使用,欧洲都还没给予ISM运用,其频率接近按CT1和CT2规范制造的无线电话。
8.2.45GHz:频段为2.400~2.483 5GHz,也处在UHF频段,属于准光源散播方式,房屋建筑和阻碍物反射作用明显,传输数据情况下损耗非常大。该频段典型应用有蓝牙和wifi网络等。
9.5.8GHz:频段为5.725~5.875GHz,是一个比2.4GHz频率更高、开放的ISM频段,少数鼠标、无人机及无绳电话使用此技术,是有望代替2.4GHz无线技术的技术之一,中国5.8GHz频段只有5个信道。
10.24.125GHz:频段为为24.00~24.25GHz,与无线通信精准定位服务及其地球环境通讯卫星服务应用的频率范畴部分重合,主要应用于数据传送、雷达等系统。
11.其他频率:135kHz以内没有ISM频段,依据这一频段无线电波的散播特点,无线通信服务半经可以达到1 000km千米以上,典型应用包括航空公司、远洋航行无线通信服务、国防无线通信服务等。这一频段也可用于电感耦合的RFID系统,但是它的使用会导致写卡器周围500米的无线通信受到干扰,因此为了避免这种矛盾,将来很有可能在70~119kHz中间要求一个保护频段,不可以RFID系统占有。
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