Из Википедии, бесплатной энциклопедии
  (Перенаправлен с очень высокой частоты )
Перейти к навигации Перейти к поиску
Чрезвычайно высокая частота
Чрезвычайно высокая частота (ITU)
Диапазон частот
От 30 до 300 ГГц
Диапазон длин волн
10–1 мм
Связанные группы
Миллиметровый диапазон (IEEE)
Диапазон частот
От 110 до 300 ГГц
Диапазон длин волн
От 2,73 до 1 мм
Связанные группы
EHF (IEEE)
Радио группы
ITU
1 (ELF) 2 (SLF) 3 (УНЧ) 4 (VLF)
5 (НЧ) 6 (СЧ) 7 (ВЧ) 8 (УКВ)
9 (УВЧ) 10 (СВЧ) 11 (КВЧ) 12 (THF)
ЕС / НАТО / США ECM
IEEE
Другое телевидение и радио
  • я
  • II
  • III
  • IV
  • V
  • VI
  • VII
  • v
  • т
  • е

Чрезвычайно высокая частота ( EHF ) - это обозначение Международного союза электросвязи (ITU) для диапазона радиочастот в электромагнитном спектре от 30 до 300 гигагерц (ГГц). Он находится между полосой сверхвысоких частот и полосой дальнего инфракрасного диапазона, нижняя часть которой является терагерцовым диапазоном . Радиоволны в этом диапазоне имеют длины волн от десяти до одного миллиметра, поэтому его также называют миллиметровым диапазоном, а излучение в этом диапазоне называется миллиметровыми волнами , иногда сокращенно MMW.или mmWave . Электромагнитные волны миллиметрового диапазона были впервые исследованы индийским физиком Джагадишем Чандра Бозом в 1894–1896 годах, когда  в своих экспериментах он достиг 60 ГГц. [1]

По сравнению с нижними диапазонами радиоволны в этом диапазоне имеют высокое атмосферное затухание : они поглощаются газами в атмосфере. Следовательно, они имеют малую дальность действия и могут использоваться только для наземной связи на расстояниях примерно до километра. Поглощение увеличивается с увеличением частоты до тех пор, пока в верхнем конце диапазона волны не затухают до нуля в пределах нескольких метров. Поглощение влажностью в атмосфере является значительным, за исключением окружающей среды пустыни, а ослабление дождем ( затухание дождя ) является серьезной проблемой даже на небольших расстояниях. Однако короткий диапазон распространения позволяет повторно использовать меньшую частоту.расстояния, чем более низкие частоты. Короткая длина волны позволяет антеннам небольшого размера иметь небольшую ширину луча, дополнительно увеличивая возможность повторного использования частоты. Миллиметровые волны используются для военных радаров управления огнем , сканеров безопасности аэропортов , беспроводных сетей малого радиуса действия и научных исследований.

В новом крупном применении миллиметровых волн определенные частотные диапазоны в нижней части диапазона используются в новейшем поколении сетей сотовой связи, сетях 5G . [2] Конструкция схемы и подсистем миллиметрового диапазона (таких как антенны, усилители мощности, смесители и генераторы) также представляет серьезные проблемы для инженеров из-за ограничений полупроводников и процессов, ограничений модели и плохой добротности пассивных устройств. [3]

Распространение [ править ]

Атмосферное затухание в дБ / км как функция частоты в диапазоне КВЧ. Пики поглощения на определенных частотах являются проблемой из-за таких компонентов атмосферы, как водяной пар (H 2 O) и молекулярный кислород (O 2 ). Вертикальный масштаб экспоненциальный.

Миллиметровые волны распространяются только по прямой видимости . Они не отражаются ионосферой, и они не распространяются по Земле как земные волны, как это делают радиоволны более низкой частоты. [4] При типичной плотности мощности они блокируются стенами зданий и подвергаются значительному ослаблению, проходящему через листву. [4] [5] [6] Поглощение атмосферными газами является важным фактором во всем диапазоне и увеличивается с частотой. Однако это поглощение максимально на нескольких конкретных линиях поглощения , в основном кислорода на 60 ГГц и водяного пара на 24 ГГц и 184 ГГц. [5]На частотах в «окнах» между этими пиками поглощения миллиметровые волны имеют гораздо меньшее затухание в атмосфере и больший диапазон, поэтому многие приложения используют эти частоты. Миллиметровые длины волн имеют тот же порядок размеров, что и капли дождя , поэтому осадки вызывают дополнительное затухание из-за рассеяния ( замирание в дожде ), а также поглощения. [5] [6] Высокие потери в свободном пространстве и атмосферное поглощение ограничивают полезное распространение до нескольких километров. [4] Таким образом, они полезны для плотно упакованных сетей связи, таких как персональные сети, которые улучшают использование спектра за счет повторного использования частот . [4]

Миллиметровые волны демонстрируют «оптические» характеристики распространения и могут отражаться и фокусироваться небольшими металлическими поверхностями и диэлектрическими линзами диаметром от 5 до 30 см (от 2 дюймов до 1 фута). Поскольку их длины волн часто намного меньше, чем у оборудования, которое ими манипулирует, можно использовать методы геометрической оптики . Дифракция меньше, чем на более низких частотах, хотя миллиметровые волны могут дифрагировать на краях здания. На миллиметровых длинах волн поверхность кажется более шероховатой, поэтому диффузное отражение увеличивается. [4] Многолучевое распространение , особенно отражение от внутренних стен и поверхностей, вызывает серьезные замирания. [6] [7] Доплеровский сдвигчастоты может быть значительным даже на пешеходных скоростях. [4] В портативных устройствах затенение из-за человеческого тела является проблемой. Поскольку волны проникают через одежду, а их малая длина волны позволяет им отражаться от небольших металлических предметов, они используются в сканерах миллиметрового диапазона для сканирования в аэропортах.

Приложения [ править ]

Научные исследования [ править ]

Часть Atacama Large Millimeter Array (ALMA), радиотелескоп миллиметрового диапазона.

Этот диапазон обычно используется в радиоастрономии и дистанционном зондировании . Радиоастрономия наземного базирования ограничена высотными объектами, такими как пик Китт и Большая миллиметровая решетка Атакама ( ALMA ) из-за проблем с атмосферным поглощением.

Спутниковое дистанционное зондирование около 60 ГГц может определять температуру в верхних слоях атмосферы путем измерения излучения, испускаемого молекулами кислорода, которое является функцией температуры и давления. МСЭ неисключительного распределение частот пассивных на 57-59.3 ГГц используется для мониторинга атмосферы в приложениях метеорологического и климатического зондирования и имеет важное значение для этих целей из - за свойства поглощения кислорода и излучение в атмосфере Земли. В настоящее время используются американские спутниковые датчики, такие как Advanced Microwave Sounding Unit (AMSU), на одном спутнике NASA (Aqua) и четырех спутниках NOAA (15–18), а также специальный датчик микроволнового излучения / имидж-сканера.(SSMI / S) на спутнике Министерства обороны F-16 используют этот частотный диапазон. [8]

Телекоммуникации [ править ]

В Соединенных Штатах полоса 36,0–40,0 ГГц используется для лицензированных высокоскоростных микроволновых каналов передачи данных, а полоса 60 ГГц может использоваться для нелицензированных каналов передачи данных на короткие расстояния (1,7 км) с пропускной способностью до 2,5 Гбит / с. Он обычно используется на ровной местности.

Полосы 71–76, 81–86 и 92–95 ГГц также используются для соединений точка-точка с высокой пропускной способностью. Эти более высокие частоты не страдают от поглощения кислорода, но требуют лицензии на передачу в США от Федеральной комиссии по связи (FCC). Планируется, что на этих частотах будут использоваться каналы со скоростью 10 Гбит / с. В случае полосы 92–95 ГГц небольшой диапазон 100 МГц был зарезервирован для космических радиостанций, ограничивая этот зарезервированный диапазон скоростью передачи до нескольких гигабит в секунду. [9]

Канал CableFree MMW, установленный в ОАЭ для приложений Safe City , обеспечивает пропускную способность 1 Гбит / с между площадками. Каналы развертываются быстро и имеют более низкую стоимость, чем оптоволоконные.

Эта полоса частот практически не развита и доступна для использования в широком спектре новых продуктов и услуг, включая высокоскоростные, двухточечные беспроводные локальные сети и широкополосный доступ в Интернет . WirelessHD - еще одна недавняя технология, работающая в диапазоне около 60 ГГц. Высоконаправленные характеристики сигнала «карандашного луча» позволяют различным системам работать близко друг к другу, не вызывая помех. Возможные области применения включают радиолокационные системы с очень высоким разрешением.

Wi-Fi стандарт IEEE 802.11ad работает в 60 ГГц ( V полоса спектра) , чтобы достичь скорости передачи данных выше , чем 7 Гбит / с .

Использование диапазонов миллиметровых волн включает прямую связь, межспутниковую связь и многоточечную связь . Есть предварительные планы по использованию миллиметровых волн в будущих мобильных телефонах 5G . [10] Кроме того, использование миллиметровых диапазонов волн для автомобильной связи также становится привлекательным решением для поддержки (полу) автономной автомобильной связи. [11]

Более короткие длины волн в этом диапазоне позволяют использовать меньшие антенны для достижения такой же высокой направленности и высокого усиления, что и большие в более низких диапазонах. Непосредственным следствием такой высокой направленности в сочетании с высокими потерями в свободном пространстве на этих частотах является возможность более эффективного использования частот для приложений точка-множество точек. Поскольку в данной области может быть размещено большее количество высоконаправленных антенн, конечным результатом является большее повторное использование частот и более высокая плотность пользователей. Высокая полезная пропускная способность канала в этой полосе может позволить ему обслуживать некоторые приложения, которые в противном случае использовали бы волоконно-оптическую связь .

Системы оружия [ править ]

РЛС управления огнем миллиметрового диапазона для орудия CIWS на советском авианосце Минск

Радиолокатор миллиметрового диапазона используется в радарах управления огнем малой дальности в танках и самолетах, а также в автоматических пушках ( CIWS ) на морских кораблях для сбивания приближающихся ракет. Малая длина волны миллиметрового диапазона позволяет им отслеживать поток исходящих пуль, а также цель, позволяя компьютерной системе управления огнем изменять цель, чтобы свести их вместе. [ необходима цитата ]

С Raytheon ВВС США разработала систему несмертельную противопехотные оружие под названием Active System Отрицание (ADS) , которая излучает луч миллиметровых радиоволн с длиной волны 3 мм (частота 95 ГГц). [12] Оружие вызывает у человека в луче сильную жгучую боль, как будто его кожа собирается загореться. Военная версия имела выходную мощность 100 киловатт (кВт) [13], а меньшая версия для правоохранительных органов, названная Silent Guardian, которая была позже разработана Raytheon, имела выходную мощность 30 кВт. [14]

Проверка безопасности [ править ]

Основная статья: Сканер миллиметрового диапазона

Одежда и другие органические материалы прозрачны для миллиметровых волн определенных частот, поэтому недавно были применены сканеры для обнаружения оружия и других опасных предметов, носимых под одеждой, для таких целей, как безопасность в аэропортах. [15] Защитники конфиденциальности обеспокоены использованием этой технологии, потому что в некоторых случаях она позволяет специалистам по досмотру видеть пассажиров аэропорта, как если бы они были без одежды.

TSA развернула микроволновый сканер для многих крупных аэропортов.

До обновления программного обеспечения технология не маскировала какие-либо части тел людей, подвергавшихся сканированию. Однако лица пассажиров преднамеренно маскировались системой. Фотографии были просмотрены техническими специалистами в закрытом помещении, а затем удалены сразу после завершения поиска. Защитники конфиденциальности обеспокоены. «Мы все ближе и ближе приближаемся к необходимому досмотру с раздеванием, чтобы сесть на самолет», - сказал Барри Стейнхардт из Американского союза гражданских свобод. [16] Чтобы решить эту проблему, обновления устранили необходимость в офицере в отдельной зоне обзора. Новое программное обеспечение создает общий образ человека. На изображении нет анатомических различий между мужчиной и женщиной, и если объект обнаружен, программа отображает только желтую рамку в этой области. Если устройство не обнаруживает ничего интересного, изображение не отображается. [17] Пассажиры могут отказаться от сканирования и быть проверены с помощью металлоискателя и похлопаны. [ необходима цитата ]

Три сканера безопасности, использующие миллиметровые волны, были введены в эксплуатацию в аэропорту Схипхол в Амстердаме 15 мая 2007 года, и ожидается, что другие будут установлены позже. Голова пассажира скрыта от глаз сотрудников службы безопасности.

Согласно Farran Technologies, производителю одной модели сканера миллиметрового диапазона, существует технология, позволяющая расширить зону поиска до 50 метров за пределы зоны сканирования, что позволило бы сотрудникам службы безопасности сканировать большое количество людей, не подозревая о том, что они сканируются. [18]

Измерение толщины [ править ]

Недавние исследования в Университете Левена доказали, что миллиметровые волны также могут использоваться в качестве неядерного толщиномера в различных отраслях промышленности. Миллиметровые волны обеспечивают чистый и бесконтактный способ обнаружения изменений толщины. Практическое применение для технологии упором на экструзии пластмасс , производства бумаги , производства стекла и минеральной ваты производства .

Медицина [ править ]

Электромагнитное излучение низкой интенсивности (обычно 10 мВт / см 2 или меньше) чрезвычайно высокой частоты может использоваться в медицине для лечения заболеваний . Например, «Кратковременное низкоинтенсивное воздействие MMW может изменить скорость роста и пролиферации клеток, активность ферментов , состояние генетического аппарата клетки, функцию возбудимых мембран и периферических рецепторов». [19] Этот режим особенно характерен для диапазона 40–70 ГГц . [20] Этот тип лечения можно назвать терапией миллиметровыми волнами (MMW) или терапией чрезвычайно высокой частоты (EHF) .[21] Это обращение ассоциируется с восточноевропейскими странами (например, состранамибывшего СССР ). [19] Российский журнал « Миллиметровые волны в биологии и медицине» изучает научные основы и клиническое применение терапии миллиметровыми волнами. [22]

Полицейский радар скорости [ править ]

ГИБДД использует радары с обнаружением скорости в Ka-диапазоне (33,4–36,0 ГГц). [23]

См. Также [ править ]

  • Электромагнитное экранирование
  • Журнал инфракрасных, миллиметровых и терагерцовых волн
  • Эффект лезвия ножа
  • СВЧ
  • Терагерцовое излучение

Ссылки [ править ]

  1. ^ "Вехи: Первые эксперименты по связи в миллиметровом диапазоне, Дж. К. Бозе, 1894-96 гг." . Список основных этапов IEEE . Институт инженеров по электротехнике и радиоэлектронике . Проверено 1 октября 2019 года .
  2. ^ Передача и прием радиосигналов пользовательского оборудования (UE); Часть 3: Диапазон 1 и Диапазон 2 Взаимодействие с другими радиостанциями (PDF) (Техническая спецификация). 3GPP TS 38.101-3 версия 15.2.0 Выпуск 15. ETSI. Июль 2018. с. 11 . Проверено 5 декабря 2019 .
  3. ^ дю Пре, Жако; Синха, Саураб (2017). Усилители мощности миллиметрового диапазона . Springer. С. 1–35. ISBN 978-3-319-62166-1.
  4. ^ a b c d e f Хуанг, Као-Чэн; Чжаочэн Ван (2011). Системы связи миллиметрового диапазона . Джон Вили и сыновья. С. Разделы 1.1.1–1.2. ISBN 978-1-118-10275-6.
  5. ^ a b c «Распространение миллиметровых волн: последствия для управления спектром» (PDF) . Управление инженерии и технологий, Бюллетень № 70. Федеральная комиссия по связи (FCC), Министерство торговли США. Июль 1997 . Проверено 20 мая 2017 года . Цитировать журнал требует |journal=( помощь )
  6. ^ a b c du Preez, Жако; Синха, Саураб (2016). Антенны миллиметрового диапазона: конфигурации и применения . Springer. С. 13–14. ISBN 978-3319350684.
  7. ^ Сейболд, Джон С. (2005). Введение в радиочастотное распространение . Джон Уайли и сыновья. С. 55–58. ISBN 0471743682.
  8. ^ FCC.gov [ постоянная мертвая ссылка ] , Комментарии IEEE Geoscience and Remote Sensing Society, FCC RM-11104, 17.10.07.
  9. ^ Rfdesign.com Архивировано 16 июля 2012 г.на Wayback Machine , технология мультигигабитной беспроводной связи на 70, 80 и 90 ГГц, RF Design , май 2006 г.
  10. ^ Раппапорт, TS; Солнце, Шу; Mayzus, R .; Чжао, Ханг; Azar, Y .; Wang, K .; Вонг, GN; Schulz, JK; Самими, М. (01.01.2013). «Мобильная связь миллиметрового диапазона для сотовой связи 5G: это будет работать!» . Доступ IEEE . 1 : 335–349. DOI : 10,1109 / ACCESS.2013.2260813 . ISSN 2169-3536 . 
  11. ^ Asadi, Arash; Клос, Сабрина; Сим, Гек Хонг; Кляйн, Аня; Холлик, Матиас (2018-04-15). «FML: быстрое машинное обучение для автомобильной связи 5G mmWave» . IEEE Infocom'18 .
  12. ^ «Слайд-шоу: скажи привет прощальному оружию» . Проводной . 5 декабря 2006 . Проверено 16 августа 2016 .
  13. ^ «Активная система отказа: военное средство сдерживания терагерцового диапазона для безопасного сдерживания толпы» . Terasense Group Inc. 2019-05-29 . Проверено 3 мая 2020 .
  14. ^ Хэмблинг, Дэвид (2009-05-08). « Ткацкие станки для первой коммерческой продажи ' Pain Ray'» . Проводной . Проверено 3 мая 2020 .
  15. ^ Newscientisttech.com архивации 11 марта 2007, в Wayback Machine
  16. ↑ Фрэнк, Томас (18 февраля 2009 г.). «Сканеры тела заменяют металлоискатели на испытаниях в аэропорту Талсы» . USA Today . Проверено 2 мая 2010 года .
  17. ^ «Заявление Роберта Кейна в Палате представителей» (PDF) . 2011-11-03. п. 2. Архивировано из оригинального (PDF) 25 ноября 2011 года.
  18. ^ esa. «Летучая мышь вдохновляет космические технологии для обеспечения безопасности аэропортов» . esa.int . Проверено 7 апреля 2018 года .
  19. ^ a b Пахомов, А.Г., Мерфи, ПР (2000). «Миллиметровые волны низкой интенсивности как новый терапевтический метод». IEEE Transactions по науке о плазме . 28 (1): 34–40. Bibcode : 2000ITPS ... 28 ... 34P . DOI : 10.1109 / 27.842821 . S2CID 22730643 . CS1 maint: использует параметр авторов ( ссылка )
  20. ^ Betskii, О. В., Девятков Н.Д., Кислов, В. (2000). «Миллиметровые волны низкой интенсивности в медицине и биологии» . Критические обзоры в биомедицинской инженерии . Begellhouse.com. 28 (1 и 2): 247–268. DOI : 10,1615 / CritRevBiomedEng.v28.i12.420 . PMID 10999395 . CS1 maint: использует параметр авторов ( ссылка )
  21. ^ М. Рожавин, М. Зискин (1998). «Медицинское применение миллиметровых волн» (PDF) . QJM: Международный медицинский журнал . 91 (1): 57–66. DOI : 10.1093 / qjmed / 91.1.57 . PMID 9519213 .  CS1 maint: использует параметр авторов ( ссылка )
  22. ^ Benran.ru Архивировано 18 июля 2011 г. в Wayback Machine.
  23. ^ "Диапазоны частот радио и радара" . copradar.com . Проверено 30 апреля 2020 .

Внешние ссылки [ править ]

  • Бюллетень FCC по распространению MMW
  • Обзор FCC 70/80/90 ГГц.
  • Правила FCC для 57–64 ГГц.
  • Определение частотных диапазонов (VLF, ELF ... и т. Д.)
  • Патент США 7220488 - Экран отклоняющего магнитного поля