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24G雷达感应模块雷达传感器的研究与设计

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24G雷达感应模块雷达传感器的研究与设计,基于24GHz雷达系统可用于远距离测速、测距、微动等感应。利用24GHzISM频段内的微波信号探测远距离目标时,入射波信号遇到目标有一部分会被反射,如果是静止的目标,回波信号将会有时间延迟,如果是运动目标,回波信号将会发生多普勒效应。回波信号与入射波信号进行混频后输出的中频(IF)信号含有目标的多普勒信息,利用一定的信号处理技术,可以从中提取出与目标相关的速度、距离以及运动方向等信息。基于24G雷达感应模块具有穿透能力强、抗干扰性能好等优点,它可以应用于汽车防撞、无人机软着陆、机器人避障以及智能家居等应用领域中。本文主要研究基于24GHz雷达传感器的系统设计和信号检测两个方面。前者通过合理的方案设计,改善整个系统的复杂度、信号处理方式,采用高度集成技术和可编程控制方式提高硬件系统模块化程度和调试方便性;后者采用可编程滤波器IC与低噪声中频放大器,提高对射频前端提供的低幅度IF信号的识别能力。


本文主要以24GHz雷达传感器系统的实现为目的,分以下几个部分对整个课题的研究过程进行记录、总结和归纳:1、FMCW雷达测距、测速原理。通过对相关论文、期刊等文献资料进行查阅,详细了解FMCW雷达的原理框,在此基础上运用公式推导FMCW雷达实现的理论过程。进一步加深了对FMCW雷达的理解,这些信息对雷达系统的整体设计有着重要的意义。2、提出一种基于24GHz的FMCW雷达系统的实现方案。此24G雷达感应模块雷达实现方案,以单片微波集成电路(MMIC)代替传统的分立元件设计的T/R组件,采用PLL频率合成方案。大大降低了体积、功耗和成本。另外,在中频信号的处理上,采用可编程滤波器和低噪声放大器。可编程滤波器具有截止频率正确可调、相位匹配度高并且内置可控增益放大器等优势,极大地提高了信噪比,在一定程度上弱化了FMCW雷达系统的低频干扰。但是,这也限制了雷达系统可以测量的小距离。选用极低噪声的放大器对中频信号进行放大,进一步提高了对有用信息的提取能力。3、运用HFSS电磁仿真软件仿真设计基于24GHz雷达系统的收发天线。了解HFSS电磁仿真软件,掌握软件用法。在此基础上,结合微带贴片天线基础理论设计单个天线单元,然后运用四分之一波长变换原理和切比雪夫佳系数分配比为整个天线阵列设计馈电网络。天线的总增益达到12dBm,波束宽度达到25°×75°以内。4、基于IAR软件编写系统软件。编写各个组件的控制部分,验证雷达系统的每个组件都能够正常工作。然后是对IF信号的检测。雷达(Radar-RadioDetectionandRanging)起源于第二次世界大战前,从1864年麦克斯韦提出“电磁场理论”,两年后,麦克斯韦用实验证明了电磁波真实存在,并且具有发射、接收和散射等特性后,为雷达的出现奠定了原始基调——无线电探测和测距。1903年ChristianHulsmeyer成功研制出了一部船用防撞雷达取得专利权。后来,在第二次世界大战背景下,出现了各种类型的用于发现、探测目标并测量目标距离的雷达。雷达作为作战辅助工具,却因为其特殊作用,在第二次世界大战前后,雷达的发展相当迅猛。二战后,虽然硝烟远离了普通民众,但各个国家意识到雷达在战争中巨大作用,因而军用雷达取得了很大的发展。一直到现在,24G雷达感应模块雷达技术已经运用到社会的各个领域:军用、民用、航天、航空以及航海等。从以前的用来发现战场上的目标,到现在的气象监测、海航预警、汽车防撞、自能家居等;从以前的超声波、红外、激光雷达,到先现在的微波、毫米波波雷达;从以前的测距、测速,到现在的全参数扫描,轨迹预测、跟踪。可以说雷达的发展在运用技术、使用场合、类型以及技术指标等方面都有了巨大的变革,雷达已经深入到普通民众的生活领域中。雷达作为第二次世界大战的产物,到如今运用到普通人的生活领域,经历了多次的技术更新,也促进了科技的进步。现今,更需要投入大量的人力、物力以及金钱到雷达的研发中,这对增强国防、促进关联领域技术进步、方便和保障人们生活有着尤其重要的意义。ISM(IndustrialScientificMedical)频段,作为开放频段,可以无需经过授权许可,提供给工业、科学和医学领域的相关研究人员研究雷达技术。基于24GHzISM频段的FMCW雷达可以运用于无人机着陆、机器人避障、近炸引信以及智能家居等领域。


它有如下几个方面的优点:1)发射的峰值功率可以很低,理论上没有测距盲区。与激光、红外等雷达相比,抗干扰能力更强、接收灵敏度更高;2)接收机采用模拟正交鉴相技术——“零中频处理”,除开多普勒频率考虑项,其差拍频率为零,这种技术既使中频信息能够全部保留,又可以在中频中实现,这极大的方便了对目标信息的处理;3)中频信号频率在K赫兹级别,可以用大多数集成电路处理;4)集成电路(IC)和MMIC的发展,使得系统设计变得更加简单,极大地简化了设计流程,缩小了雷达系统的体积与功耗并且降低了因为设计大量射频链路而带来的插入损耗。综上所诉,雷达技术的发展使得信号处理更加精密、复杂,对杂波的和环境研究更加深入,改善了复杂背景下对目标的探测能力;数字技术和集成电路的发展使得系统设计更加紧凑。但是,同时也带入了解决电磁兼容、从复杂波形中提取更多有用信息的任务;把24G雷达感应模块雷达应用发展到更多行业和领域也成为了雷达研究的重要意义。


1.2国内外研究现状从麦克斯韦提出“电磁波理论”并验证电磁存在和其特性,到世界上一部雷达面世,中间间隔了几十年时间,而到后面的雷达的迅猛发展,主要经历了第二次世界大战和之后大大小小的局部战争,可见雷达早期的运用主要是在军事领域。到现今面临社会发展的更多需求,社会各国都将雷达技术运用到了社会生活的各个方面。24G雷达感应模块雷达技术的新突破,结合军事和商业运用的小型化、经济化、高精度雷达需求,使雷达技术研究和运用多元化盛况;固态雷达和新的设计工艺使得许多技术关联领域,如:无人机、无人驾驶汽车和各种军用、民用、商用等领域的远距离无线探测技术都得以迅速发展;这些新技术是军用雷达、复杂环境探测、隐身和抗干扰技术发展升级后淘汰传统雷达解决方案的产物,另外数字信号处理(DSP)、MMIC、和端的天线技术也加速了雷达新技术的诞生。得益于强大的DSP和计算方法,有源电扫阵列(AESA)就是结合相控阵天线的在性能方面的优势之上引入有源控制而诞生,这种技术极大的增加了雷达的扫描精度和速度,同时也降低了机械控制的成本以及故障率。业界的包括诺斯普罗-格鲁曼公司、雷声公司、泰利斯公司等都在该领域投入了大量的研究;类似于5G无线通信开发的多输入多输出(MIMO)技术也被用于雷达阵列技术中,MIMO雷达利用更多个独立的发射与接收的天线实现空间分集,利用算法来计算雷达反射和获取复合分辨率,同时这些天线系统也可以独立工作于不同的频率,互不干扰,进一步提高杂波辨识能力,这类雷达系统已经在性能上优于传统的相控阵雷达系统,其具有更小的SWAP-C(尺寸、重量、功耗和成本);为了避开低频段内的频谱拥挤,获取高精度、高分辨率的能力,现代大多数雷达系统的工作频率已经在20GHz以上甚至包括毫米波波段,拥有高达G赫兹级别的带宽,方向性更强、抗干扰能力越来越高、体积更小。


现在,许多的汽车用24G雷达感应模块雷达系统可以有效地穿透光学传感器无法穿透的不利自然条件呢。对于雷达技术中的许多新进步与应用,虽然一些传统的雷达技术与方案也可以实现,但是SWAP-C的优势和数字信号处理能力的进步在日新月异的雷达领域越来越得到更加快速的应用,而且两者的能力与优势也得到实际上的证明。研究人员也正在研究一些更加先进的制造工艺与半导体技术,以推动它们的进一步发展,比如:基于基于GaN的T/R组件被用来替代传统的雷达,因为基于GaN的固态功率放大器(SSPA)在功率密度、可靠性、效率和带宽上都超过其他固态技术。为了进一步降低雷达器件的SWAP-C,各大科研院所、工业部分和美国国防部正在研究3D电子器件打印、模块化射频/微波器件设计技术和磁性材料增强应用方面的进展。体积更小、效率更高的柔性可扩展雷达器件,天线与射频/微波无源器件等,将实现更加先进的单兵携带、无人机载、近炸引信和商用雷达系统。这类技术可以在一个低成本的基片上打印天线、移相器、滤波器和传输线等。对于国内雷达的发展史来说,国内的雷达发展史可以概括为修配、仿制、自主研制、跟踪追赶和比肩超越五个阶段。


1949年5月,中国内地接手国名党雷达研究所,这标志着中国开始揭开雷达研究的序幕;20世纪50年代,中国开始仿制苏联的雷达,并成功仿制出了机载雷达、炮瞄雷达、舰载雷达、警戒雷达等;60年代到70年代中期,开始了自主研制;70年代中期以后,中国在雷达领域的新技术取得了不断的突破,实现“军民结合”,许多雷达系统已经开始走向了市场,中国自主研发的雷达具备了作用距离远、抗干扰能力强,分辨率高,可靠性更高的能力;进入21世纪后,中国的雷达技术与世界的差距已经越来越小;现在,我国已经在多个应用领域内研制出了世界首台雷达,我国的雷达技术已经与接轨,并在多方面处于世界领先水平。现在的雷达系统具有更优的SWAP-C,变得更加的智慧,不断地走入国人的生活中。对于大多数民用以及商用雷达系统来说,考虑到成本以及便携性,多采用调频连续波(FMCW)体制雷达,接收机采用零中频处理,即发射机发射出调频微波/毫米波信号,整个雷达系统根据收发信号之间的频率差(差拍频率)来确定目标的距离以及相对速度,FMCW雷达关注的指标主要是目标区分度和测量分辨率,其中目标区分度是指区分两个目标之间的小距离,如果这个距离太小,将会被认为是同一个物体;另外,测量分辨率是指可以测量的小距离(即可以达到的大正确度)。FMCW雷达可以以很小的体积,较低的成本实现,应用前景广阔,从而被许多研究者投入大量的精力,使其得到不断的技术更新和性能提升。


目前,FMCW雷达的工作频率主要是24GHz频段和77GHz频段。而根据美国FCC(美国联邦通讯委员会,FederalCommunicationsCommission)和欧洲的ESTI(欧洲航天技术研究所,EuropeanSpaceTechnologyInstitute)的规划,24GHzISM带宽范围主要集中在24GHz~24.25GHz,77GHzISM带宽范围为77~81GHz,拥有高达4GHz的带宽。理论上,载波频率越高,测距测速的精度也越高,拿英飞凌的24GHz与60GHz雷达相比,前者可以测量的短距离为0.5m左右,后者可以达到2~3cm,当然这也与天线有关。但是总的来说频率越高,其实现的难度也就越大。目前来说,24GHz雷达的研发产量在整个雷达工作频段内占有很大的比重,国产24G雷达感应模块生成厂商如飞睿科技、清能华波、杭州岸达等公司都是24GHz雷达市场的先行者,2018年布了24GHz1发2收和1发4收的雷达SG24TR12和SG24TR14,其他公司也先后发布了微波/毫米波频段的雷达收发芯片。2018年,是国内微波/毫米波雷达研究领域飞速发展的一年,其中森思泰克的24GHz防撞雷达已经覆盖了多款车型,豪米波科技的24GHz雷达在汽车前装市场的出货量达到2000套。虽然国内雷达芯片已经起步,但是国产雷达芯片企业主要开发射频收发组件,而射频收发单元在整个雷达系统中的功能和成本比重并不是很高,国内的雷达芯片还不具备雷达信号处理相关算法的核心功能。国外领先芯片企业正在向集成化、高精度方向迈进。

早在多年前,国外的TI公司、ADI公司、Infineon等公司就有成熟的24GHz雷达系统方案,现在大多数研究者在研究基于24GHz雷达收发芯片的“4D雷达系统”(“3D位置”+“1D速度”)。按照发射信号的类型,雷达可以分为连续波雷达和脉冲雷达两个大类,其中连续波雷达发射的是连续波形,其发射的波形可以是单频连续波(CW)和调频连续波(FMCW)。根据多普勒频移原理,单频率点的连续波雷达只能用来测速,调频连续波雷达既可以测速也可以测距,并且在近距离测量上的优势越来越明显。FMCW雷达有以下特点:1)FMCW雷达收发同时,在理论上不存在脉冲雷达的测距盲区问题;2)FMCW雷达与一般的脉冲雷达不一样,它的发射功率的平均值与其峰值近似相等,所以很小的功率器件就可以满足发射功率需要,从而降低了被截获或者被干扰的概率;3)FMCW雷达的原理简单,易于实现,相比于一些其它体制的雷达,如相控阵雷达、三坐标雷达等,它的SWAP-C(体积、重量、功耗和成本)可以更加具有优势;4)FMCW雷达存在测量距离较短,多普勒耦合以及收发隔离度低的缺点。在现代雷达系统的应用中,随着数字技术的发展,上述缺点可以得到较大的抑制,FMCW雷达在测距测速设备上的运用的优势越来越明显,本章将以FMCW雷达测距、测试原理作为研究的主要内容。2.2FMCW雷达基本原理FMCW雷达按照调制方式主要有正弦波调制,三角波调制,锯齿波调制等。在大多数情况下多采用三角波和锯齿波调制。


三角波调频FMCW雷达测距原理基于多普勒运动原理,根据物体的运动情况,发射波形在空气中遇到障碍物的反射波相对于原来的发射波形具有时间差和频率差。当目标静止时,回波信号与发射信号的频率时域一样,只是在时间上有延迟,这是因为发射波信号在发射源与目标之间存在往返传播延时,测得他们的时间差就可以测出他们之间的距离,此时向上扫频的差频与向下扫频的差频相等。当目标与雷达具有相对运动时所示,回波信号与发射波信号相比,既有时间延迟又有频率偏移,这是因为信号波在两个具有相对运动的物体之间传播具有多普勒效应。三角波调频FMCW雷达测速原理由前面一小节的分析可知,发射波信号遇到静止目标的回波信号只有时间延迟,没有多普勒频率,向上扫频与向下扫频的差频相等,对半个周期的差频进行采样和FFT处理即可以得出目标距离。当接收到信号来自于具有相对运动的目标时,回波信号与发射波信号相比,除了时间延迟外频率也存在偏移,此频率称为多普勒频率。

三角波调频FMCW雷达测向原理在多数雷达系统中,需要测量目标的运动方向,本文主要讨论的是目标相对于雷达的径向运动方向。为了提取运动目标回波信号中的运动方向信息,大多数雷达系统的接收机采用了正交鉴相处理技术,一种典型的正交鉴相处理器的原理框,本振信号经过PPF(PolyPhaseFilter)产生两路正交相干的基准信号,两路信号分别输入到模拟乘法器(相位检波器),另外一方面,经由接收天线接收到的回波信号经过LNA(低噪放)后分为两路输入到模拟乘法器,其中一路与90°相位的本振信号进行相位检波,得到Q通道信号;另一路与0°相位的本振信号进行相位检波,得到I通道信号。I/Q通道两路正交的中频信号可以用来提取相位信息,判断目标是远离还是靠近。除开测量误差和系统误差,I通道和Q通道两路信号理论上在相位上正交,当I通道信号的相位滞后于或超前于Q通道信号90°时,表明目标物体与雷达有相对靠近或者相对远离的运动。FMCW雷达传感器指标参数及理论计算根据课题研究要求,基于24GHz雷达传感器的测量距离范围为0.5m到30m,测距精度为±0.5m,适应速度范围为0m/s~500m/s。


下面将根据此指标结合上面的理论推导公式计算系统关键参数的理论值。从雷达系统发射信号的不同类型出发,引出具有明显优势和广泛使用的一种工作体制的雷达系统——FMCW雷达。根据一种典型FMCW雷达原理框,简单讨论了此种工作体制的雷达的原理框。然后从多普勒频移的角度出发,较为详细地讨论了连续三角波调制的FMCW雷达的测速、测距以及测向原理和公式推导,后,依据课题研究要求,针对测距范围和适应速度范围,结合理论推导公式给出了连续三角波相应的调制周期、调制带宽和中频信号频率范围的理论计算,同时在此基础上,依据奈奎施特采样定理确定对中频信号处理时需要选择的采样速率和快速傅里叶运算(FFT)的点数。这对后面的硬件设计和程序设计起着重要的参考作用。MCW雷达系统主要组件为发射器、接收器以及中频(IF)信号处理模块,其中,发射器的功能是产生一个24GHzISM频段的调制信号;T/R作为收发开关负责把调制信号发送到辐射天线以及经接收天线收到的回波信号加至接收器;接收器的功能是把接收信号经低噪声放大器进行功率放大后加至混频器与本振(LO)信号进行混频处理。这里的混频器即是模拟乘法器,混频器输出I/Q两路相互正交的IF信号(IFI/FIQ)。IF信号一般在200KHz以下,并且提供了目标的多普勒信息,信号处理模块对IF信号进行滤出杂波、放大有用信号、ADC采样处理以及FFT运算,后通过计算得出目标的距离、相对运动速度以及径相运动方向。频率源产生雷达系统工作频段所需要的射频信号,此信号应该具有稳定性、准确性以及纯净无杂散的特点[15]。频率合成技术就是在需要的频率段内,以一个或多个基准频率源通过频域线性运算后产生需要频率信号。现今的频率合成技术主要分为三种:一种直接频率合成[16](DS-DirectSynthesis),这也是早提出且运用也比较多的一种频率合成技术所示,为一种典型的直接频率合成器原理框,主要由基准频率源、分频器、倍频器、谐波产生器、上变频发射激励以及控制器等部分组成。直接频率合成技术原理简单、性能好,但是具体实现较为复杂,成本较高,且体积较大。信号处理部分主要是对有用的中频信息进行滤波、放大信号幅度、AD采样以及FFT运算等,后得出有用信号的频谱。根据奈奎斯特采样定理,合理设置ADC采样频率和FFT运算点数,可以还原有用信号的频谱。反应了对中频信号进行滤波和放大处理过程中,中频信号的频谱变化示意:为射频前端直接给出的中频(IF)信号,假设有用信号的频率在~之间,那么设计带通滤波的上限截止频率与下线截止频率,信号经过该带通滤波器后输出的信号频谱所示,可以看到前面产生虚警目标被滤出,但是另一个幅度较小的目标信号依旧被湮没在杂波中,所以经过带通滤波器的信号需要再加至中频信号放大电路,该电路应该具有提高中频信号信噪比的功能经过中频信号放大器后,有用信号的幅度可以达到检测阈值。经过上述处理过程的中频信号,包含目标多普勒信号的有用信号比噪声信号的幅度更高,合理设置检测阈值可以得到目标的多普勒信息。


FMCW雷达在计算机上通过对中频信号进行快速傅里叶变换计算中频信号的频率信息,然后根据第二章FMCW雷达基本工作原理中公式(2-8)来计算目标的相对距离。理论上,混频后得到的差频是一个频谱单一的正弦波,但在实际的测试过程中,会发现频谱中存在大量的干扰杂波,这是由于低频调制信号耦合大发射中中,信号传播过程中遇到的干扰物反射波以及电路板设计的不合理性,以至于射频前端输出的中频信号含有大量的杂波分量,这中间不止包括信号在空气中传播带来的干扰杂波,还有系统内部的信号泄漏、收发天线之间的耦合信号以及系统热噪声等所以了中频信号的检测一般是在存在大量杂波背景的频谱上进行,这对中频信号的滤波处理有较大的要求。20世纪70年代初期,单片微波集成电路(MMIC)的面世,大大减小了微波电路设计设计时带入的链路损耗,同时MMIC在噪声抑制、宽频带、大动态范围、大功率以及高效率的微波电路设计中取得了里程碑式的变革。随后,在武器、雷达以及通信等领域的推动下MMIC发展迅速。现代微波雷达系统的应用更趋向于向体积小、重量轻、成本低的方向发展,基于MMIC的应用,本研究课题提出了一种FMCW雷达系统的实现方案所示,该方案的硬件组件主要包括射频收发模块(T/R组件)、可编程滤波器、中频信号放大器、频率合成模块、处理器模块以及整个系统的电源模块。其中,T/R组件集成了发射器和接收器的大部分功能功能:包括发射支路的VCO、功分器、功率放大器以及接收支路的低噪放、混频器等,这便是得益于MMIC技术的发展;频率合成模块采用前面讲述的第二种频率合成技术——锁相环频率合成方案;可编程滤波器模块,可以通过程序控制滤波器的工作带宽,以适应系统需要;中频信号放大模块把滤波器输出信号放大,提高其信噪比,然后传输至处理器模块;处理器模块负责对后的信号做ADC采样和FFT运算处理,并判断目标运动和距离信息;电源模块负责给整个雷达系统供电,整个方案中除电源外总共用到的集成电路只有5个,这极大的降低的整个系统的功耗。锁相环路的的稳定性与环路噪声与环路带宽和相位裕度有着密切的关系。锁相环的环路带宽等于锁相环闭环频率响应的积分,其对锁相环路的影响主要表现为以下三个方面的特性。1)对外部信号带入的噪声(VCO输入噪声)的抑制特性,主要表现为低通性,即环路带宽越窄,外部输入信号噪声也越窄,对其抑制能力也就越强;2)对VCO本身噪声的抑制特性,主要表现为高通性,即环路带宽越宽,对VCO本身产生的噪声的抑制能力就越强;3)对环路锁定时间的影响,从系统需求的角度考虑,系统需要快速锁定时,环路带宽不能太小,因为带宽越小系统锁定时间就越长;另外环路带宽不能超过参考频率的十分之一,否则将导致环路系统不稳定。锁相环的相位裕度指开环传递函数幅度等于一时,相位相加180°的和,相位裕度与环路系统的稳定性有关,相位裕度越大,环路系统约稳定,但系统的阻尼振荡越小,这导致了系统的锁定的时间增加[34]。综上所述,对环路滤波器的设计需要谨慎选择环路带宽和相位裕度。利用ADI公司“ADIsimPLL”可以简化PLL设计,传统上PLL频率合成器的设计需要依照数据手册来建立环路滤波原型电路,并根据确定的锁定时间、相位噪声等指标,然后反复试验调试电路来实现合理的滤波环路。“ADIsimPLL”是一个完整的PLL设计包,简化了设计流程。进入软件后,选择基准频率、VCO输出频率、PLL芯片、VCO调谐斜率、环路滤波器类型以及配置滤波环路的带宽和相位裕度。根据ADF4159和BGT24MTR11提供的数据手册分别配置上述参数,运行、调试和仿真后环路元件参数,仿真软件分别切换到时域与频域选项卡可以观察到此时环路系统的锁定时间和相位噪声,可以看到配置所示的电路参数,可以使锁相环的频率锁定时间保持在25微秒以下,可以实现优于-100dB/Hz的相位噪声。系统在三角波调制模式系统响应的时域,该模拟了一个调制周期为160us的三角斜坡。


本文以FMCW雷达的整个系统方案研究与设计为目的进行了下面几个方面的记录与总结:1、对雷达的出现和发展历程进行了了解,从一台雷达出现到现在雷达已经深入到人们生活的各个领域,雷达技术有不断的更新和突破。满足现代战场空间需求和众多的雷达新应用都需要采用更加先进的技术和工艺,如数字与射频/微波硬件,模拟软件和测试系统。低SWAP-C的要求,让所有所有层面的雷达系统设计与实现正在发生变化,加速了下一代雷达系统的开发。射频集成电路(RFIC)、单片微波集成电路(MMIC)、DSP工艺以及材料科学和测试之间的界线已经变得越来越模糊不清。各个模块的设计越来越趋向于系统化,特别是基于24G雷达感应模块已经成为大多数民用以及商用雷达系统的选择。2、对FMCW体制的雷达在工作原理上对测速、测距等方面进行了详细的理论说明,FMCW雷达的工作原理是基于多普勒频移:对于静止物体的回波信号与发射波信号的差拍频率包含了波程时间差,对于运动物体的回波信号发射波信号的差拍频率包含波程时间差和杜普勒频率。在图文分析的基础上,对系统需要用到的参数进行了理论推算。3、对课题研究的内容进行了原理框说明的同时对各个模块分别介绍其组成部分和各自的功能,同时在此基础上提出了一种24GHzFMCW雷达系统的实施方案。依据方案对各个模块的器件进行选型介绍,证明方案的可实现性。后,按照方案画出电路原理并加工印制电路板。4、对系统中要用到的发射和接收微带贴片天线阵列进行了设计和仿真。先根据微带贴片天线原理估算单个贴片阵元的尺寸并仿真,单个阵元的设计满足要求;根据微带贴片整列天线理论和四分之一波长阻抗变换理论对4×1直线阵列的馈电网络进行了设计,并对整个阵列进行了仿真,从仿真结果看,天线阵列满足设计要求。5、对24G雷达感应模块系统硬件系统的各个模块进行分模块编程控制,整个系统采用模块化程序设计。测试T/R组件,上电后按寄存器默认值进行模块初始化,用示波器可以测试到Q2引脚(VCO16×65536分频输出)输出的频率约为24.8KHz,可以确定BGT24MTR11在单独上电工作时,因为其调谐电压引脚有内部上拉电阻,使得VCO在以其高频率在振荡,当与ADF4159一起工作形成锁相环后,频率能够的到正确控制,并能够在调制模式下工作。经测试所有组件都能够与处理器通过SPI正常通信。6、通过编程测试,可以发现FMCW雷达的有效噪声带宽与调制时间成反比,在一定范围内的调制时间越长,有效噪声带宽越低,分辨率越高,在这种情况下,发射信号的峰值功率可以很低就实现较高的雷达性能:对于给定目标作用距离更远。

uA级别智能门锁低功耗雷达模块让门锁更加智能省电节约功耗,指纹门锁并不是什么新鲜事,我相信每个人都很熟悉。随着近年来智能家居的逐步普及,指纹门锁也进入了成千上万的家庭。今天的功耗雷达模块指纹门锁不仅消除了繁琐的钥匙,而且还提供了各种智能功能,uA级别智能门锁低功耗雷达模块用在智能门锁上,可以实现门锁的智能感应屏幕,使电池寿命延长3-5倍,如与其他智能家居连接,成为智能场景的开关。所以今天的指纹门锁更被称为智能门锁。 今天,让我们来谈谈功耗雷达模块智能门锁的安全性。希望能让更多想知道智能门锁的朋友认识下。 指纹识别是智能门锁的核心 指纹识别技术在我们的智能手机上随处可见。从以前的实体指纹识别到屏幕下的指纹识别,可以说指纹识别技术已经相当成熟。指纹识别可以说是整个uA级低功耗雷达模块智能门锁的核心。 目前主要有三种常见的指纹识别方法,即光学指纹识别、半导体指纹识别和超声指纹识别。 光学指纹识别 让我们先谈谈光学指纹识别的原理实际上是光的反射。我们都知道指纹本身是不均匀的。当光照射到我们的指纹上时,它会反射,光接收器可以通过接收反射的光来绘制我们的指纹。就像激光雷达测绘一样。 光学指纹识别通常出现在打卡机上,手机上的屏幕指纹识别技术也使用光学指纹识别。今天的光学指纹识别已经达到了非常快的识别速度。 然而,光学指纹识别有一个缺点,即硬件上的活体识别无法实现,容易被指模破解。通常,活体识别是通过软件算法进行的。如果算法处理不当,很容易翻车。 此外,光学指纹识别也容易受到液体的影响,湿手解锁的成功率也会下降。 超声指纹识别 超声指纹识别也被称为射频指纹识别,其原理与光学类型相似,但超声波使用声波反射,实际上是声纳的缩小版本。因为使用声波,不要担心水折射会降低识别率,所以超声指纹识别可以湿手解锁。然而,超声指纹识别在防破解方面与光学类型一样,不能实现硬件,可以被指模破解,活体识别仍然依赖于算法。 半导体指纹识别 半导体指纹识别主要采用电容、电场(即我们所说的电感)、温度和压力原理来实现指纹图像的收集。当用户将手指放在前面时,皮肤形成电容阵列的极板,电容阵列的背面是绝缘极板。由于不同区域指纹的脊柱与谷物之间的距离也不同,因此每个单元的电容量随之变化,从而获得指纹图像。半导体指纹识别具有价格低、体积小、识别率高的优点,因此大多数uA级低功耗雷达模块智能门锁都采用了这种方案。半导体指纹识别的另一个功能是活体识别。传统的硅胶指模无法破解。 当然,这并不意味着半导体可以百分识别活体。所谓的半导体指纹识别活体检测不使用指纹活体体征。本质上,它取决于皮肤的材料特性,这意味着虽然传统的硅胶指模无法破解。 一般来说,无论哪种指纹识别,都有可能被破解,只是说破解的水平。然而,今天的指纹识别,无论是硬件生活识别还是算法生活识别,都相对成熟,很难破解。毕竟,都可以通过支付级别的认证,大大保证安全。 目前,市场上大多数智能门锁仍将保留钥匙孔。除了指纹解锁外,用户还可以用传统钥匙开门。留下钥匙孔的主要目的是在指纹识别故障或智能门锁耗尽时仍有开门的方法。但由于有钥匙孔,它表明它可以通过技术手段解锁。 目前市场上的锁等级可分为A、B、C三个等级,这三个等级主要是通过防暴开锁和防技术开锁的程度来区分的。A级锁要求技术解锁时间不少于1分钟,B级锁要求不少于5分钟。即使是高级别的C级锁也只要求技术解锁时间不少于10分钟。 也就是说,现在市场上大多数门锁,无论是什么级别,在专业的解锁大师面前都糊,只不过是时间长短。 安全是重要的,是否安全增加了人们对uA级别低功耗雷达模块智能门锁安全的担忧。事实上,现在到处都是摄像头,强大的人脸识别,以及移动支付的出现,使家庭现金减少,所有这些都使得入室盗窃的成本急剧上升,近年来各省市的入室盗窃几乎呈悬崖状下降。 换句话说,无论锁有多安全,无论锁有多难打开,都可能比在门口安装摄像头更具威慑力。 因此,担心uA级别低功耗雷达模块智能门锁是否不安全可能意义不大。毕竟,家里的防盗锁可能不安全。我们应该更加关注门锁能给我们带来多少便利。 我们要考虑的是智能门锁的兼容性和通用性。毕竟,智能门锁近年来才流行起来。大多数人在后期将普通机械门锁升级为智能门锁。因此,智能门锁能否与原门兼容是非常重要的。如果不兼容,发现无法安装是一件非常麻烦的事情。 uA级别低功耗雷达模块智能门锁主要是为了避免带钥匙的麻烦。因此,智能门锁的便利性尤为重要。便利性主要体现在指纹的识别率上。手指受伤导致指纹磨损或老年人指纹较浅。智能门锁能否识别是非常重要的。 当然,如果指纹真的失效,是否有其他解锁方案,如密码解锁或NFC解锁。还需要注意密码解锁是否有虚假密码等防窥镜措施。 当然,智能门锁的耐久性也是一个需要特别注意的地方。uA级别低功耗雷达模块智能门锁主要依靠内部电池供电,这就要求智能门锁的耐久性尽可能好,否则经常充电或更换电池会非常麻烦。
微波雷达传感器雷达感应浴室镜上的应用,如今,家用电器的智能化已成为一种常态,越来越多的人开始在自己的浴室里安装智能浴室镜。但是还有很多人对智能浴镜的理解还不够深入,今天就来说说这个话题。 什么是智能浴室镜?智慧型浴室镜,顾名思义,就是卫浴镜子智能化升级,入门级产品基本具备了彩灯和镜面触摸功能,更高档次的产品安装有微波雷达传感器智能感应,当感应到有人接近到一定距离即可开启亮灯或者亮屏操作,也可三色无极调,智能除雾,语音交互,日程安排备忘,甚至在镜子上看电视,听音乐,气象预报,问题查询,智能控制,健康管理等。 智能化雷达感应浴室镜与普通镜的区别,为什么要选TA?,就功能而言,普通浴镜价格用它没有什么压力!而且雷达感应智能浴镜会让人犹豫不决是否“值得一看”。就功能和应用而言,普通浴镜功能单一,而微波雷达传感器智能浴室镜功能创新:镜子灯光色温和亮度可以自由调节,镜面还可以湿手触控,智能除雾,既环保又健康! 尽管智能浴镜比较新颖,但功能丰富,体验感更好,特别是入门级的智能浴镜,具有基础智能化功能,真的适合想体验下智能化的小伙伴们。 给卫生间安装微波雷达传感器浴室镜安装注意什么? ①确定智能浴室镜的安装位置,因为是安装时在墙壁上打孔,一旦安装后一般无法移动位置。 ②在选购雷达感应智能浴室镜时,根据安装位置确定镜子的形状和尺寸。 ③确定智能浴镜的安装位置后,在布线时为镜子预留好电源线。 ④确定微波雷达传感器智能浴镜的安装高度,一般智能浴镜的标准安装高度约85cm(从地砖到镜子底),具体安装高度要根据家庭成员的身高及使用习惯来决定。 ⑤镜面遇到污渍,可用酒精或30%清洁稀释液擦洗,平时可用干毛巾养护,注意多通风。
冰箱屏幕唤醒微波雷达传感器屏幕唤醒性能强悍智能感应,随着年轻一代消费观念的转变,冰箱作为厨房和客厅的核心家用电器之一,也升级为健康、智能、高端的形象。在新产品发布会上,推出了大屏幕的冰箱,不仅屏幕优秀,而且微波雷达传感器屏幕唤醒性能强大。 大屏智能互联,听歌看剧购物新体验 冰箱植入冰箱屏幕唤醒微波雷达传感器触摸屏,重新定义了冰箱的核心价值。除了冰箱的保鲜功能外,该显示屏还集控制中心、娱乐中心和购物中心于一体,让您在无聊的烹饪过程中不会落后于听歌、看剧和购物。新的烹饪体验是前所未有的。 不仅如此,21.5英寸的屏幕也是整个房子智能互联的互动入口。未来的家将是一个充满屏幕的家。冰箱可以通过微波雷达传感器屏幕与家庭智能产品连接。烹饪时,你可以通过冰箱观看洗衣机的工作,当你不能腾出手来照顾孩子时,你可以通过冰箱屏幕连接家庭摄像头,看到孩子的情况。冰箱的推出标志着屏幕上的未来之家正在迅速到来。 管理RFID食材,建立健康的家庭生活 据报道,5G冰箱配备了RFID食品材料管理模块,用户将自动记录和储存食品,无需操作。此外,冰箱还可以追溯食品来源,监控食品材料从诞生到用户的整个过程,以确保食品安全;当食品即将过期时,冰箱会自动提醒用户提供健康的饮食和生活。 风冷无霜,清新无痕 冰箱的出现是人类延长食品保存期的一项伟大发明。一个好的冰箱必须有很强的保存能力。5g冰箱采用双360度循环供气系统。智能补水功能使食品原料享受全方位保鲜,紧紧锁住水分和营养,防止食品原料越来越干燥。此外,该送风系统可将其送到冰箱的每个角落,消除每个储藏空间的温差,减少手工除霜的麻烦,使食品不再粘连。 进口电诱导保鲜技术,创新黑科技加持 针对传统冰箱保存日期不够长的痛点,5g互联网冰箱采用日本进口电诱导保存技术,不仅可以实现水果储存冰箱2周以上不腐烂发霉,还可以使蔬菜储存25天不发黄、不起皱。在-1℃~-5℃下,配料不易冻结,储存时间较长。冷冻食品解冻后无血,营养大化。此外,微波雷达传感器5g冰箱还支持-7℃~-24℃的温度调节,以满足不同配料的储存要求。 180°矢量变频,省电时更安静 一台好的压缩机对冰箱至关重要。冰箱配备了变频压缩机。180°矢量变频技术可根据冷藏室和冷冻室的需要有效提供冷却,达到食品原料的保鲜效果。180°矢量变频技术不仅大大降低了功耗,而且以非常低的分贝操作机器。保鲜效果和节能安静的技术冰箱可以在许多智能冰箱中占有一席之地,仅仅通过这种搭配就吸引了许多消费者的青睐。 配备天然草本滤芯,不再担心串味 各种成分一起储存在冰箱中,难以避免串味。此外,冰箱内容易滋生细菌,冰箱总是有异味。针对这一问题,冰箱创新配置了天然草本杀菌除臭滤芯。该滤芯提取了多种天然草本活性因子,可有效杀菌99.9%,抑制冰箱异味,保持食材新鲜。不仅如此,这个草本滤芯可以更快、更方便、更无忧地拆卸。家里有冰箱,开始健康保鲜的生活。 目前,冰箱屏幕唤醒微波雷达传感器正在继续推动家庭物联网的快速普及,相信在不久的将来,智能家电将成为互动终端。
蓝牙Beacon 2.4G wifi无线模组特点门铃场景中的应用,低功耗蓝牙Beacon技术让很多商家产生了兴趣,通过Beacon技术向兼容的移动设备发送信号,可以推广商品以及活动信息等吸引消费者。Beacon 2.4G wifi无线模组通过蓝牙的广播和扫描协议进行通讯,下面介绍Beacon 2.4G无线模块的特点,以及应用在哪些项目中。 Beacon 2.4G wifi无线模组的特点 1.可与手机相连的2.4G模块 2.可与BLE设备相互通讯 3.支持开发Beacon、iBeacon协议 4.通过蓝牙的广播和扫描协议进行通讯 蓝牙Beacon 2.4G wifi无线模组一般在哪些项目中使用 一、商场、展柜消息推送 当消费者在商场中靠近某个安装有Beacon设备的展柜一定范围时,如果消费者的手机与Beacon设备相兼容,那么就可以推送消息给消费者,比如通知消费者有哪些新品,哪些产品正在打折等等,以这样的方式刺激消费访问商家。 二、室内定位 将beacon设备放置在某些场所,可以了解到用户位置的变化。 将距离简单分为三级。苹果在iOS中并不仔细推断距离,将距离分为贴近贴近(Immediate)、1m以内(Near)、1m以上(Far)三种距离状态。 距离在1m以内时,RSSI值基本上成比例减少,而距离在1m以上时,由于反射波的影响等,RSSI不减少而是上下波动。也就是说,相距1m以上时无法推断距离,因此就简单判定为Far。 三、数据传送(温湿度传送) 可以将采集的温度通过Beacon广播发给手机。 以上就是Beacon 2.4G wifi无线模组的特点,这款产品常应用在无线鼠标、无线健康运动产品、商品信息推送、无线遥感、报警安保系统、无线测距系统等行业中。 2.4G wifi无线模组在门铃场景中的应用,门铃是现代生活常见的一个生活家具,它可以用于城市中的高楼大厦、高层住宅、甚至我们的民间楼房都可以使用到门铃。门铃从只有客人叫门的作用,发展到现在门户信息之间的传递、大门控制、出现紧急情况向门卫报警等等功能,都预示着门铃不断向着智能发现发展。 传统的门铃安装方式都是有线安装,发射器和接收器都是依靠电线连接的,发射器发出的信号是通过电线传输至接收器,所以有线门铃大优势就是它的信号比较稳定,也不会发生误响等情况,但是由于布线比较麻烦,很可能需要凿墙等,在如今遍地都是高楼大厦的城市中,显得很是麻烦,因而近几年逐渐淡出市场。 有线门铃的淡出,也意味着无线门铃的兴起,现在一栋栋的高楼大厦不断的建设当中,无线门铃的应用市场也是相当的巨大。那么大家知道无线门铃的原理是什么吗? 无线门铃关键的一点,就是如何取代有线方式的信号传输问题?现在市面上的无线门铃是在发射器和接收器中各安装一个2.4Gwifi无线模组来代替线缆的信号传输,无线模块可以很有效的解决凿墙布线的问题,还可以节省不少的成本,成为当下主流的无线门铃选择方案。 但是市面有各式各样,不同类型的无线模块,那么无线门铃一般都是选择那种来使用呢?大家都知道门铃的价格一直都是非常的便宜,所以2.4Gwifi无线模组就成为了无线门铃的首选,有人会问了,为什么不是选择同样便宜的蓝牙模块呢?那是因为蓝牙模块的传输距离比较短,且蓝牙模块之间只能点对点使用,不符合实际的应用场景。 2.4G wifi无线模组是可以进行二次开发的,通过单片机,写入一段程序,控制无线模块进行工作。无线模块就设有一个数据端口方便用户直接连接单片机,目的就是为了用户研发和生产的时候更加方便快捷。
远距离WiFi模块抗干扰能力的提高,远距离WiFi模块的抗干扰能力是无法进行具体数值化,所以它一般不会做为常规参数放在无线模块的规格书里,那么无线模块的抗干扰能力到底重不重要呢?答案是:非常重要。在同一发射功率和接收灵敏度的条件下,那么抗干扰能力更强的无线模块可以传输的距离会更远。 为什么提高抗干扰能力会提高通讯距离呢?远距离WiFi模块在收发通讯时,干扰源是无处不在的(磁场、金属、墙壁等),信号在空中发射时就会受到干扰源的不断干扰,导致信号强度会不断衰弱,到信号衰减到一定程度时,接收机就会接收不到发射过来的信号,从而导致通讯距离的缩短。 干扰源可以完全规避吗?哪怕是有线的通讯方式也会存在干扰的情况,所以我们没有办法去完全规避掉干扰源,所以好的办法就是提高无线模块的抗干扰能力,那么提高远距离WiFi模块抗干扰能力有哪些呢? 1. 远离干扰源 尽量避免在干扰源多的地方使用无线模块(避开干扰源是有效且直接的办法)。 2. 带宽 在无线通讯领域中,带宽越窄,代表着抗干扰能力就越好,所以适当的修改无线模块的带宽,可以很好提升无线模块在通讯时的抗干扰能力。 3. 降低传输速率 传输速率越快,会导致信号强度衰减的越快,适当的降低传输速率可以增强信号强度,从而提升无线模块的抗干扰能力。 4. 定向天线 我们发射远距离WiFi模块可以采用高增益的定向天线,定向天线它可以指定某一个或者多个方向发射及接收电磁波特别强,而在其他的方向上发射及接收电磁波则为零或极小的一种天线。定向天线的用处就是可以增加信号的强度,从而提升无线模块的抗干扰能力。 5. 屏蔽罩 屏蔽罩是无线模块提高的抗干扰能力好一个办法,屏蔽罩的可以屏蔽掉一定外界干扰源对芯片的影响,同时也能防止无线模块工作时对外界产生干扰和辐射。 6. 滤波器 滤波器是根据频率来区分的,例如:433MHz就只能使用对应频率的滤波器,它主要的功能是过滤掉其他不属于433MHz的频率,防止受到其他频段的干扰,从而达到抗干扰能力的效果。 今天的如何提高远距离WiFi模块的抗干扰能力就到这里结束了,如果您还有更好的提高抗干扰能力的方法也可以分享给我们,欢迎大家随时联系我司。 远距离WiFi模块为什么要加屏蔽罩外壳?作为现代化物联网中重要的一个环节,在市场上的可以说是非常受欢迎的。远距离WiFi模块的种类也可以说是五花八门,各种功能的无线模块在市面上都逐一崭露头角。但是大家有注意到大部分无线模块都会带有一个金属外壳吗?又知道这个金属外壳对无线模块能起到什么作用吗? 远距离WiFi模块上的金属外壳叫屏蔽罩,属于无线模块一个硬件设施之一,它的主要作用分为两个: 1.防止无线模块工作时对外界产生干扰和辐射;功率越大的无线模块产生的干扰和辐射也会相应的越大,所以加一个金属外壳可以在一定程度上减小这些干扰和辐射。 2.屏蔽外界对远距离WiFi模块产生干扰;在无线模块的工作环境当中,有很多复杂干扰源,如外界电场、磁场这种看不见也摸不着干扰源用存在着。但是,给无线模块加上屏蔽罩之后,就可以很好的隔绝了这些外界的干扰源。 那么屏蔽罩的工作原理是什么呢?用屏蔽罩将需要保护的继电器、芯片、单片机、电路板等重要功能元器件包围起来,从而形成一个保护圈,既可以有效防止无线模块产生的辐射干扰对外扩散,也可以防止外界干扰源对无线模块的正常工作产生干扰。 屏蔽罩的注意事项: 1.屏蔽罩并不是必需品,我们可以根据实际的情况来判断无线模块是否需要带屏蔽罩。例如考虑到成本、外观、实际设备使用情况等判断是否需要屏蔽罩。 2.使用屏蔽罩时,要考虑的因素有很多,例如屏蔽罩的尺寸大小、屏蔽罩离电子元器件的距离、屏蔽罩的材料等等,这些因素都是非常重要的;因为屏蔽罩设计的不够理想的话,很有可能会影响无线模块的性能。思为无线每一款无线模块上的屏蔽罩都是我司硬件工程师精心设计而成的,可以屏蔽大部分外界干扰,保证模块的正常工作。 总得来说,屏蔽罩对远距离WiFi模块是非常重要的,一是它可以提高无线模块的抗干扰能力,二是抗干扰能力越强也相对应的会提升模块的传输距离,所以无线模块加一个屏蔽罩外壳还是非常有必要的。但是,屏蔽罩并不是无线模块的必需品,这点在上文的注意事项中说得很清楚。  
智能家电wifi模组常见问题天线长度与频率波长的关系,智能家电wifi模组块在使用过程中,往往会遇见各种问题,今天整理了一份近几年来,客户常遇见的问题,希望能帮助到大家。 1. 智能家电wifi模组死机 1)查供电电源(电源负载电流是否比模块规格书上的发射电流大,电源类型) 2)是否影响到别的设备。(工作环境中,是否有其他的无线设备) 2. 智能家电wifi模组正常使用一段时间后,通讯距离越来越短怎么办? 这种情况,一般是硬件电路损坏,需要寄回维修。 3. 智能家电wifi模组发射不出信号或者通讯不上? 1)检查模块硬件接线是否有问题 2)看SPI是否能读寄存器值,如果是则说明接线正确,否则反之。 3)检查供电,是否达到工作电压(可通过降低功率确定) 4. 是否支持跳频功能? 不支持芯片自动跳频,需单片机设置频率 5. 同样的程序,在别的厂商的无线模块上可以正常工作,为什么我司的维修模块不能正常工作? 不同厂家的无线模块的天线、晶振不同,所以程序不一定匹配。 6. 我司的智能家电wifi模组是否能和别的厂商通讯? 实际的频率不一样,不能和别的厂商的无线模块通讯。(实际频率要用频谱仪测试) 7. 无线模块为什么发烫? 天线开关没有控制好。 8. 智能家电wifi模组怎么进入休眠状态? 用SPI接口发送指令,具体可参考我司对应的模块DOMO程序。 9. 无线模块怎么修改速率/频率?或某个无线模块速率/频率对应的参数值是多少? 每个无线模块都有寄存器手册或者配置软件,计算出需要修改的寄存器值,可通过SPI接口发送指令给无线模块 10. 智能家电wifi模组怎么设置功率? 每个无线模块的规格书都可以查看相对应的功率对照表。 11. 模块休眠时,为何接收不到数据? 无线模块在休眠状态时,是处于关闭无线的状态,这种情况下是无法接收数据 12. 无线模块如何从休眠中唤醒? 通过SPI接口发送任何指令。 13. 智能家电wifi模组如何实现无线远程唤醒? 除si4463模块有自带的LDC功能外,其他的前端无线模块都需单片机定时控制模块在休眠和接收中切换。 14. 无线模块一次可以发送多少字节? FSK系列模块的一次64字节,LORA系列模块一次255个字节,2.4G系列一次32个字节 15. 智能家电wifi模组如何实现大数据发送? 我们需要通过单片机设置好进行分包发送。 智能家电wifi模组常见的问题大概整理15条,希望能够帮助到大家。相关常见问题,也会近日整理出给到大家。如果您还有其他的问题欢迎联系我们。 天线长度与频率、波长的关系 天线在通信领域使用的范围很广,有的客户不知道天线长度和频率、波长有什么关系,天线长度的计算公式是什么,有时候看到网上卖的同频率的天线有长有短,心里疑惑不已,下面为大家分析天线长度与频率、波长的关系。 智能家电wifi模组天线长度与频率、波长的关系 天线长度与频率成反比,与波长成正比,频率越高,波长越短,天线也就可以做得越短。 天线长度计算公式 当天线的长度为波长的1/4时,天线的发射和接收转换效率高。 因此,天线的长度将根据所发射和接收信号的频率即波长来决定。用下面的公式可以计算出波长,然后将算出的波长除以4就是对应的佳天线长度。 频率与波长的换算公式为: 波长=30万公里/频率 =300000000米/频率 (得到的单位为米)) 例如:无线数传电台使用的信号频率为435MHz,波长为: 波长= 300000公里/435MHz = 300000000/435000000 = 300/435 = 0.69米 对应的天线长度应为 0.69/4 ,等于0.1725米 以上就是天线长度与频率|波长的关系,天线的长度中心工作频率的波长有直接关系,在购买的时候我们也许会发现天线似乎没有那么长,那是因为厂家用加感的方式缩短长度,如果把里面一圈圈的线材拉直,长度也是接近波长的四分之一的。
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