射频原理

UWB代表超宽带，是一种无线通信技术，利用大部分射频频谱在短距离内高精度、准确地传输数据。

UWB芯片是专门为实现UWB技术而设计的半导体器件。它包含传输和接收 UWB 信号所需的硬件模块，通常用于需要高数据传输速率、低功耗和精确位置跟踪的应用。

UWB 芯片可用于多种设备，例如智能手机、智能手表和物联网传感器。它们用于多种应用，包括室内导航、资产跟踪、汽车传感和智能家居自动化。

图 1：UWB 芯片组

UWB 芯片的优点

UWB（超宽带）技术具有多种优势，使其成为许多应用的热门选择。以下是 UWB 的一些主要优点：

高精度：UWB 技术提供极其精确的位置跟踪，这使其非常适合用于需要高精度空间感知的应用，例如室内导航和资产跟踪。

高数据传输速率：UWB 技术能够以非常高的速度传输数据，这使其成为需要快速有效地传输大量数据的应用的理想选择。

低功耗：UWB 技术只需很少的电量即可运行，这使其非常适合用于电池供电的设备，例如智能手表和物联网传感器。

低干扰：UWB 以非常低的功率运行，并使用大部分射频频谱，这使其不易受到其他无线设备的干扰。

安全性：UWB技术使用独特且高度安全的通信形式，这使得未经授权的各方很难拦截或访问传输的数据。

多功能性：UWB技术可用于广泛的应用，包括室内导航、资产跟踪、汽车传感和智能家居自动化。其多功能性使其成为许多不同行业和用例的流行选择。

总体而言，UWB 技术具有许多优点，使其成为许多不同应用的有吸引力的选择，特别是那些需要高精度、高数据传输速率、低功耗和安全通信的应用。

超宽带应用

UWB（超宽带）技术在各行各业都有许多不同的应用。以下是如何使用 UWB 技术的一些示例：

室内导航：UWB技术可用于大型建筑或复杂环境下的精确室内导航。UWB 信号可以准确确定用户的位置并实时跟踪他们的移动。

资产跟踪：UWB 技术可用于跟踪设施内资产（例如设备、车辆和库存）的位置和移动。这有助于提高运营效率并减少损失。

汽车传感：UWB技术可用于车辆中的传感和检测，例如检测车内是否存在乘客或物体。这可用于安全和安保应用，例如安全气囊展开和防盗。

智能家居自动化：UWB技术可用于控制和自动化智能家居设备，例如智能锁、照明和温度控制。UWB 信号可以准确检测用户的位置并相应地调整设置。

医疗保健：UWB技术可用于远程监控和跟踪患者，以及跟踪和监控医疗设备和用品。

机器人技术：UWB技术可用于机器人技术中的导航和测绘，实现复杂环境中的精确移动和定位。

总体而言，UWB 技术具有许多不同的应用，并且越来越多地应用于广泛的行业和用例。

图 2：UWB 应用

UWB芯片工作原理

UWB 芯片通常使用一种称为脉冲无线电的技术，其中持续时间非常短的射频能量脉冲在很宽的频率范围内传输。这些脉冲的持续时间通常只有几纳秒，并且分布在很宽的频带上。UWB（超宽带）芯片的工作原理取决于芯片的具体设计和功能。然而，一般来说，UWB 芯片的工作原理是在非常宽的频率范围内传输短的高频脉冲。

以下是典型 UWB 芯片的主要工作原理：

脉冲传输：UWB 芯片传输非常短的无线电波脉冲，通常持续几纳秒到几皮秒。这些脉冲在非常宽的频率范围内传输，通常跨越几千兆赫。

低占空比：UWB 芯片通常具有非常低的占空比，这意味着脉冲仅间歇性传输。这有助于最大限度地减少功耗并减少对其他无线设备的干扰。

时域反射计 (TDR)：UWB 芯片使用一种称为时域反射计 (TDR) 的技术来测量发射脉冲反射回接收器所需的时间。通过测量发射和接收脉冲之间的时间延迟，可以准确计算到目标的距离。

高精度：UWB 芯片能够进行非常高精度的位置跟踪，精度可达几厘米或更小。这是通过发射和接收脉冲的精确定时和同步以及用于信号处理和分析的先进算法来实现的。

图 3：UWB 脉冲无线电系统

总体而言，UWB 芯片的工作原理是在宽频率范围内传输短高频脉冲，使用 TDR 测量发送和接收脉冲之间的时间延迟，并通过先进的信号处理和分析实现高精度位置跟踪。

UWB 距离和精度

有几个因素会影响 UWB（超宽带）技术的距离和精度。以下是一些主要因素：

信号强度：UWB 信号的强度会对技术的距离和精度产生重大影响。较强的信号比较弱的信号可以传播更远并更好地穿透障碍物。

频率范围：UWB 信号的频率范围也会影响其性能。在较低频率范围内运行的 UWB 信号往往能够更好地穿透障碍物，但它们可能不如较高频率信号准确。

天线设计：UWB 天线的设计也会对该技术的性能产生影响。针对 UWB 信号进行优化的天线可以比未针对 UWB 信号进行优化的天线提供更好的信号强度和精度。

视线：发射器和接收器之间存在障碍物会显着影响 UWB 技术的精度和距离。UWB 信号在发射器和接收器之间视线清晰的环境中表现最佳。

环境条件：温度、湿度和电磁干扰等环境条件也会影响 UWB 技术的性能。这些因素可能会导致信号衰减或干扰，从而影响 UWB 信号的准确性和距离。

定时和同步：UWB 技术依靠发射和接收脉冲的精确定时和同步来准确计算距离和位置。定时和同步中的任何错误或不一致都可能导致位置跟踪不准确。

总体而言，有几个因素会影响 UWB 技术的距离和精度，包括信号强度、频率范围、天线设计、视线、环境条件以及定时和同步。通过优化这些因素，UWB 技术可以实现高水平的精度和距离。

图 4：UWB 带宽

UWB芯片制造商概览

有多家公司生产适用于各种应用的 UWB（超宽带）芯片。以下是顶级公司：

Qorvo 是一家全球半导体公司，总部位于美国北卡罗来纳州。该公司成立于 2015 年，由射频 (RF) 技术行业的两家领先企业 RF Micro Devices 和 TriQuint Semiconductor 合并而成。Qorvo 专注于开发和制造各种先进的射频产品和解决方案，包括用于安全通信和资产跟踪等应用的 UWB 芯片。位于美国北卡罗来纳州格林斯博罗。

Qorvo 的产品和解决方案用于各种市场，包括无线基础设施、国防和航空航天、汽车和物联网 (IoT) 应用。该公司非常注重创新，其产品和解决方案获得了众多奖项和认可。

除了 UWB 芯片外，Qorvo 还生产各种射频元件，包括放大器、滤波器、开关、振荡器等。该公司还提供一系列软件和设计工具，帮助客户将其产品集成到他们的应用程序中。

Qorvo 已采取多项措施来减少环境足迹，展现了对可持续发展的奉献精神。该公司制定了减少温室气体排放、用水量和废物产生等目标。

总体而言，Qorvo 是射频技术行业的领先企业，并处于有利地位，能够继续创新并为各个市场的客户提供先进的解决方案。

Qorvo DWM3000

频率范围：6.5GHz至8GHz

工作温度： -30-85℃

精度：+/- 10 厘米

功耗：活动模式14mA，睡眠模式2uA

主要特性： 提供带有低功耗微控制器和数字信号处理器的集成 UWB 收发器。支持 TDoA 或 2 路测距定位技术。提供一系列内置安全功能。

图 5：Qorvo DWM3000 图

总体而言，所有三种 UWB 芯片都具有相似的精度和调制方案。Decawave DW1000 和 Nanotron Swarm Bee ER 在较低频率范围内运行，而 Qorvo DWM3000 在较高频率范围内运行。Qorvo DWM3000 提供先进的安全功能。UWB 芯片的选择将取决于应用的具体要求和可用预算。