Послушайте эту статью
Из Википедии, бесплатной энциклопедии
  (Перенаправлено с микроволнового радиореле )
Перейти к навигации Перейти к поиску
Атмосферное ослабление микроволн в сухом воздухе с уровнем водяного пара 0,001 мм. Нисходящие пики на графике соответствуют частотам, на которых микроволны поглощаются сильнее, например, молекулами кислорода .
Послушайте эту статью ( 5 минут )
Разговорный значок Википедии
Этот аудиофайл был создан на основе редакции этой статьи от 22 сентября 2005 г. и не отражает последующих правок. ( 2005-09-22 )
( Аудио справка  · Больше устных статей )

Микроволновая передача - это передача информации с помощью микроволновых радиоволн. Хотя экспериментальная линия микроволновой связи длиной 40 миль (64 км) через Ла-Манш была продемонстрирована в 1931 году, разработка радара во время Второй мировой войны предоставила технологию для практического использования микроволновой связи. В 1950-х годах в Европе и Америке были построены большие трансконтинентальные микроволновые ретрансляционные сети, состоящие из цепочек ретрансляционных станций, соединенных лучами микроволн прямой видимости, для ретрансляции междугороднего телефонного трафика и телевизионных программ между городами. Спутники связикоторые передавали данные между наземными станциями с помощью микроволн, в 1960-х годах занимали большую часть междугороднего трафика. В последние годы наблюдается взрывной рост использования микроволнового спектра новыми телекоммуникационными технологиями, такими как беспроводные сети и спутники прямого вещания, которые транслируют телевидение и радио непосредственно в дома потребителей.

Использует [ редактировать ]

Микроволны широко используются для связи точка-точка, поскольку их малая длина волны позволяет антеннам удобного размера направлять их узкими лучами, которые можно направлять непосредственно на приемную антенну. Это позволяет находящемуся поблизости микроволновому оборудованию использовать одни и те же частоты, не мешая друг другу, как это делают радиоволны более низкой частоты. Такое повторное использование частот сохраняет ограниченную полосу радиочастотного спектра. Еще одно преимущество состоит в том, что высокая частота микроволн дает микроволновому диапазону очень большую информационную емкость; ширина полосы микроволнового диапазона в 30 раз больше, чем у всего остального радиоспектра.под этим. Недостатком является то, что микроволны ограничены распространением прямой видимости ; они не могут проходить вокруг холмов или гор, как это могут делать низкочастотные радиоволны.

Параболическая спутниковая антенна для компании Erdfunkstelle Raisting , расположенной в Рейстинге , Бавария , Германия.

Микроволновая радиопередача обычно используется в системах связи точка-точка на поверхности Земли, в спутниковой связи и в радиосвязи в дальнем космосе . Другие части микроволнового радиодиапазона используются для радаров , радионавигационных систем, сенсорных систем и радиоастрономии .

Следующая более высокочастотная полоса радиочастотного спектра , между 30 ГГц и 300 ГГц, называется « миллиметровыми волнами », потому что их длины волн находятся в диапазоне от 10 мм до 1 мм. Радиоволны в этом диапазоне сильно ослабляются газами атмосферы . Это ограничивает их практическое расстояние передачи несколькими километрами, поэтому эти частоты не могут использоваться для связи на большие расстояния. Электронные технологии, необходимые для работы в миллиметровом диапазоне, также находятся на более раннем этапе развития, чем в микроволновом диапазоне.

Беспроводная передача информации
  • Односторонняя (например, двусторонняя связь с использованием спутниковой связи)
  • Радиорелейная связь СВЧ в телекоммуникационных сетях , включая магистральные или транспортные сети операторы в сотовых сетях

Совсем недавно микроволны стали использоваться для беспроводной передачи энергии .

СВЧ-радиореле [ править ]

Рупорные и рефлекторные антенны C-диапазона на крыше коммутационного центра телефонной связи в Сиэтле , штат Вашингтон, в составе сети микроволновой ретрансляции AT&T Long Lines США
Десятки блюд для микроволновой печи на Heinrich-Hertz-Turm в Гамбурге , Германия

Микроволновая радиорелейная связь - это технология, широко использовавшаяся в 1950-х и 1960-х годах для передачи информации, такой как междугородные телефонные звонки и телевизионные программы между двумя наземными точками на узком луче микроволн. В микроволновом радиорелейном устройстве микроволновый передатчик и направленная антенна передают узкий луч микроволн, несущий множество каналов информации на пути прямой видимости, на другую ретрансляционную станцию, где он принимается направленной антенной.и приемник, образующий постоянную радиосвязь между двумя точками. Связь часто была двунаправленной, с использованием передатчика и приемника на каждом конце для передачи данных в обоих направлениях. Требование прямой видимости ограничивает расстояние между станциями до визуального горизонта примерно от 30 до 50 миль (от 48 до 80 км). На больших расстояниях принимающая станция может функционировать как ретранслятор, ретранслируя полученную информацию на другую станцию ​​в пути. Цепи радиорелейных станций использовались для передачи телекоммуникационных сигналов на трансконтинентальные расстояния. Радиорелейные станции часто располагались на высоких зданиях и на вершинах гор, а их антенны располагались на башнях для обеспечения максимальной дальности действия.

Начиная с 1950-х годов, сети микроволновых релейных линий, такие как система AT&T Long Lines в США, обеспечивали междугородние телефонные звонки и телевизионные программы. [1] Первая система, получившая название TD-2 и построенная AT&T, соединила Нью-Йорк и Бостон в 1947 году серией из восьми радиорелейных станций. [1] Они включали в себя длинные цепочки таких звеньев, которые пересекали горные хребты и континенты. Запуск спутников связи в 1970-х годах обеспечил более дешевую связь. Большая часть трансконтинентального трафика в настоящее время осуществляется через спутники и оптоволокно , но микроволновая ретрансляция остается важной для более коротких расстояний.

Планирование [ править ]

Коммуникационная башня на горе Фрейзер , Южная Калифорния, с антеннами для микроволновых печей

Поскольку радиоволны распространяются узкими лучами, ограниченными прямой видимостью от одной антенны к другой, они не создают помех другому микроволновому оборудованию, поэтому близлежащие микроволновые линии могут использовать те же частоты. Антенны должны быть сильно направленными (с высоким коэффициентом усиления ); эти антенны устанавливаются на возвышенностях, таких как большие радиовышки, чтобы иметь возможность передавать на большие расстояния. Типичными типами антенн, используемых в установках радиорелейных линий, являются параболические антенны , диэлектрические линзы и рупорные отражатели диаметром до 4 метров. Антенны с высокой степенью направленности позволяют экономно использовать доступный частотный спектр, несмотря на большие расстояния передачи.

Датский военный радиорелейный узел

Из-за используемых высоких частот требуется прямая видимость между станциями. Кроме того, чтобы избежать ослабления луча, область вокруг луча, называемая первой зоной Френеля, должна быть свободна от препятствий. Препятствия в поле сигнала вызывают нежелательное затухание . Положение на вершине горы или гребне часто бывает идеальным.

Грузовик производства используется для удаленного вещания на телевизионных новостях есть микроволновая печь блюдо на убирающейся телескопическую мачту для передачи живого видео обратно в студию.

Препятствия, кривизна Земли, география местности и проблемы приема, возникающие из-за использования близлежащей земли (например, в производстве и лесном хозяйстве ), являются важными вопросами, которые следует учитывать при планировании радиосвязи. В процессе планирования важно, чтобы были созданы «профили пути», которые предоставляют информацию о местности и зонах Френеля, влияющих на путь передачи. Также необходимо учитывать наличие водной поверхности, такой как озеро или река, вдоль пути, поскольку она может отражать луч, а прямой и отраженный луч могут мешать приемной антенне, вызывая многолучевость.угасание. Многолучевые замирания обычно бывают глубокими только в небольшом пятне и узкой полосе частот, поэтому для смягчения этих эффектов могут применяться схемы пространственного и / или частотного разнесения .

Эффекты стратификации атмосферы приводят к изгибу радиотракта вниз в типичной ситуации, поэтому возможно большое расстояние, поскольку эквивалентная кривизна Земли увеличивается с 6370 км до примерно 8500 км (эффект эквивалентного радиуса 4/3). Редкие события, связанные с температурой, влажностью и профилем давления в зависимости от высоты, могут вызвать большие отклонения и искажения распространения и повлиять на качество передачи. Сильный дождь и снег, приводящие к исчезновению дождя, также следует рассматривать как фактор ухудшения качества, особенно на частотах выше 10 ГГц. Все предыдущие факторы, известные как потеря пути, делают необходимым вычисление подходящего запаса мощности, чтобы поддерживать связь в рабочем состоянии в течение большого процента времени, например, стандартные 99,99% или 99,999%, используемые в услугах «операторского класса» большинства операторов электросвязи.

Самая длинная микроволновая радиорелейная станция, известная на сегодняшний день, пересекает Красное море с пролетом 360 км (200 миль) между Джебель-Эрба (2170 м над уровнем моря, 20 ° 44′46,17 ″ с.ш., 36 ° 50′24,65 ″ в.д. / 20,7461583 ° с. Ш. 36,8401806 ° в. / 20.7461583; 36,8401806 , Судан) и Джебель-Дакка ( 2572 м над уровнем моря, 21 ° 5′36,89 ″ с.ш., 40 ° 17′29,80 ″ в.д. , Саудовская Аравия). Линия была построена в 1979 году компанией Telettra для передачи 300 телефонных каналов и одного телевизионного сигнала в полосе частот 2 ГГц. (Расстояние прыжка - это расстояние между двумя микроволновыми станциями). [2]  / 21.0935806 ° с.ш. 40.2916111 ° в. / 21.0935806; 40.2916111

Предыдущие соображения представляют собой типичные проблемы, характеризующие наземные радиолинии с использованием микроволн для так называемых магистральных сетей: до 1990-х годов в основном использовались пролеты длиной в несколько десятков километров (обычно от 10 до 60 км). Полосы частот ниже 10 ГГц и, прежде всего, передаваемая информация, представляли собой поток, содержащий блок с фиксированной пропускной способностью. Целью было обеспечить запрошенную доступность для всего блока ( Плезиохронная цифровая иерархия , PDH или Синхронная цифровая иерархия , SDH). Замирание и / или многолучевость, влияющие на линию связи в течение короткого периода времени в течение дня, должны были нейтрализоваться архитектурой разнесения. В течение 1990-х годов для городских линий сотовой связи стали широко использоваться микроволновые радиолинии.. Требования, касающиеся расстояния между линиями связи, изменены на более короткие участки (менее 10 км, обычно от 3 до 5 км), а частота увеличена до диапазонов между 11 и 43 ГГц, а в последнее время - до 86 ГГц (диапазон E). Кроме того, планирование линии связи больше связано с интенсивными дождями и меньше - с многолучевым распространением, поэтому схемы разнесения стали использоваться реже. Еще одно большое изменение, произошедшее за последнее десятилетие, - это переход к пакетной радиопередаче . Поэтому были приняты новые меры противодействия, такие как адаптивная модуляция .

Излучаемая мощность регулируется для сотовых и микроволновых систем. Эти микроволновые передачи используют излучаемую мощность обычно от 0,03 до 0,30 Вт, излучаемую параболической антенной на узком луче, расходящемся на несколько градусов (от 1 до 3-4). Расположение микроволновых каналов регулируется Международным союзом электросвязи ( ITU-R ) и местными правилами ( ETSI , FCC ). В последнее десятилетие выделенный спектр для каждого микроволнового диапазона стал чрезвычайно переполненным, что мотивировало использование методов увеличения пропускной способности, таких как повторное использование частот, мультиплексирование с поляризационным разделением , XPIC , MIMO .

История [ править ]

Антенны экспериментальной микроволновой релейной линии 1,7 ГГц 1931 года через Ла-Манш. Приемная антенна (на заднем плане, справа) была расположена за передающей антенной, чтобы избежать помех.
Портативная микроволновая релейная станция Корпуса связи армии США , 1945 год. Релейные микроволновые системы были впервые разработаны во время Второй мировой войны для безопасной военной связи.

История радиорелейной связи началась в 1898 году с публикации Иоганна Маттауша в австрийском журнале Zeitschrift für Electrotechnik. [3] [4] Но его предложение было примитивным и непригодным для практического использования. Первые эксперименты с ретрансляторами для ретрансляции радиосигналов были выполнены в 1899 году Эмилем Гуарини-Форезио. [3] Однако низкочастотные и среднечастотные радиоволны, использовавшиеся в течение первых 40 лет существования радио, доказали свою способность преодолевать большие расстояния с помощью земных и небесных волн.размножение. Потребность в радиорелейной передаче возникла только в 1940-х годах, когда в 1940-х годах использовались микроволны , которые распространялись по линии прямой видимости и, таким образом, были ограничены расстоянием распространения около 40 миль (64 км) по визуальному горизонту.

В 1931 году англо-французский консорциум, возглавляемый Андре К. Клавье, продемонстрировал экспериментальную микроволновую ретрансляционную линию через Ла-Манш с использованием 10-футовых (3-метровых) антенн. [5] Телефонные, телеграфные и факсимильные данные передавались двунаправленными лучами 1,7 ГГц в 40 милях (64 км) между Дувром , Великобритания, и Кале , Франция. Излучаемая мощность, создаваемая миниатюрной трубкой Баркгаузена-Курца, расположенной в фокусе антенны, составляла половину ватта. Военная микроволновая линия связи 1933 года между аэропортами в Санкт-Инглеверте, Франция, и Лимпн, Великобритания, на расстоянии 56 км (35 миль), сопровождалась в 1935 году телекоммуникационной линией 300 МГц, первой коммерческой системой микроволновой ретрансляции. [6]

Развитие радара во время Второй мировой войны обеспечило большую часть микроволновой технологии, которая сделала возможными практические микроволновые каналы связи, особенно клистронный генератор и методы проектирования параболических антенн. Хотя это и не является общеизвестным, во время Второй мировой войны военные США использовали как портативные, так и стационарные микроволновые станции на Европейском театре военных действий.

После войны телефонные компании использовали эту технологию для создания крупных микроволновых радиорелейных сетей для передачи междугородних телефонных звонков. В течение 1950-х годов подразделение американской телефонной компании AT&T Long Lines построило трансконтинентальную систему микроволновых ретрансляционных линий по всей территории США, которая стала передавать большую часть трафика междугородной телефонной связи США, а также сигналов телевизионных сетей . [7]В 1946 году основной мотивацией к использованию микроволнового радио вместо кабеля было то, что большая емкость могла быть установлена ​​быстро и с меньшими затратами. В то время ожидалось, что годовые эксплуатационные расходы на микроволновое радио будут больше, чем на кабельное. Было две основные причины, по которым пришлось внезапно ввести большую емкость: отложенный спрос на услуги междугородной телефонной связи из-за перерыва в годы войны и новое средство массовой информации - телевидение, для которого требовалась более широкая полоса пропускания, чем для радио. Прототип назывался TDX и был протестирован на соединении между Нью-Йорком и Мюррей-Хиллом, местом расположения Bell Laboratories в 1946 году. Система TDX была установлена ​​между Нью-Йорком и Бостоном в 1947 году. TDX был модернизирован до системы TD2. который использовал [трубку Мортона, 416B и позже 416C, произведенную Western Electric] в передатчиках,а затем к TD3, который использовалтвердотельная электроника.

Richtfunkstelle Berlin-Frohnau

Замечательными были микроволновые ретрансляционные линии связи с Западным Берлином во время холодной войны , которые пришлось построить и эксплуатировать из-за большого расстояния между Западной Германией и Берлином на грани технической осуществимости. Помимо телефонной сети, также используются микроволновые релейные линии для распространения теле- и радиопередач. Это включало подключения студий к системам вещания, распределенным по стране, а также между радиостанциями, например, для обмена программами.

Военные микроволновые ретрансляционные системы продолжали использоваться до 1960-х годов, когда многие из этих систем были вытеснены системами тропосферного рассеяния или спутниковыми системами связи . Когда было сформировано военное подразделение НАТО , большая часть имеющегося оборудования была передана группам связи. Типичные системы связи, используемые НАТО в то время, состояли из технологий, которые были разработаны для использования операторами телефонной связи в принимающих странах. Одним из примеров из США является микроволновая релейная система RCA CW-20A 1–2 ГГц, в которой вместо жесткого волновода использовался гибкий УВЧ- кабель.требуется для высокочастотных систем, что делает его идеальным для тактического применения. Типичная микроволновая релейная установка или переносной фургон имели две радиосистемы (плюс резервную), соединяющие две точки прямой видимости . Эти радиостанции часто передают 24 телефонных канала с частотным разделением каналов, мультиплексированных на микроволновом носителе (например, Lenkurt 33C FDM). Вместо этого можно было назначить любой канал для передачи до 18 телетайпов . Аналогичные системы из Германии и других стран-членов также использовались.

Микроволновые ретрансляционные сети на большие расстояния были построены во многих странах до 1980-х годов, когда эта технология уступила свою долю фиксированной работы новым технологиям, таким как оптоволоконный кабель и спутники связи , которые предлагают более низкую стоимость за бит.

СВЧ-шпионаж

По сообщениям, во время холодной войны американские спецслужбы, такие как Агентство национальной безопасности (АНБ), могли перехватывать советский микроволновый трафик с помощью спутников, таких как Rhyolite . [8] Большая часть луча микроволнового канала проходит через приемную антенну и излучается к горизонту в космос. Поместив геостационарный спутник на пути луча, можно получить микроволновый луч.

На рубеже веков микроволновые радиорелейные системы все чаще используются в портативных радиоприемниках. Технология особенно подходит для этого приложения из-за более низких эксплуатационных расходов, более эффективной инфраструктуры и предоставления прямого доступа к аппаратным средствам портативному радисту.

Ссылка на микроволновую печь [ править ]

Микроволновая связь представляет собой систему связи , которая использует луч радиоволн в микроволновом диапазоне частот для передачи видео , аудио или данных между двумя точками, которые могут быть от нескольких футов или метров до нескольких миль или километров друг от друга. Микроволновые каналы обычно используются телевизионными вещателями для передачи программ по стране, например, или из внешнего вещания обратно в студию.

Мобильные устройства могут быть установлены на камеру, что позволяет камерам свободно перемещаться, не протягивая кабели. Их часто можно увидеть на боковых линиях спортивных площадок в системах Steadicam .

Свойства микроволновых каналов [ править ]

  • Использовать коммуникационные технологии прямой видимости (LOS)
  • В значительной степени зависит от экологических ограничений, в том числе от дождя
  • Имеют очень ограниченные возможности проникновения через препятствия, такие как холмы, здания и деревья.
  • Чувствительность к большому количеству пыльцы [ необходима ссылка ]
  • Сигналы могут ухудшаться во время солнечных протонных событий [9]

Использование микроволновых каналов [ править ]

  • В связи между спутниками и базовыми станциями
  • В качестве магистральных операторов сотовой связи
  • В ближней внутренней связи
  • Связывание удаленных и региональных телефонных станций с более крупными (основными) телефонными станциями без необходимости использования медных / оптоволоконных линий
  • Измерение интенсивности дождя между двумя точками

Troposcatter [ править ]

Наземные радиорелейные линии связи ограничены расстоянием до видимого горизонта , составляющим несколько десятков миль или километров в зависимости от высоты башни. Тропосферное рассеяние (« тропосферное рассеяние » или «рассеяние») было технологией, разработанной в 1950-х годах, чтобы позволить микроволновым каналам связи за горизонтом на расстоянии до нескольких сотен километров. Передатчик излучает луч микроволн в небо под небольшим углом над горизонтом к приемнику. Когда луч проходит через тропосферунебольшая часть микроволновой энергии рассеивается обратно к земле водяным паром и пылью в воздухе. Этот отраженный сигнал улавливает чувствительный приемник за горизонтом. Четкость сигнала, получаемая этим методом, зависит от погоды и других факторов, и, как следствие, создание надежной загоризонтной радиорелейной линии сопряжено с высокими техническими трудностями. Поэтому каналы тропосферного рассеяния используются только в особых обстоятельствах, когда нельзя полагаться на спутники и другие каналы дальней связи, например, в военной связи.

См. Также [ править ]

  • Беспроводная передача энергии
  • Зона Френеля
  • Пассивный репитер
  • Радио ретранслятор
  • Реле (значения)
  • Передающая станция
  • Потеря пути
  • СВЧ-сеть British Telecom
  • Trans-Canada Microwave
  • Антенная решетка (электромагнитная)

Ссылки [ править ]

  1. ^ a b Пруд, Норман Х (2008). The Tube Guys . Расс Кокран. п. 170. ISBN 9-780-9816-9230-2.
  2. ↑ Умберто Казираги (21 мая 2010 г.). «Старинный документ: Reference Radio Link Telettra на Красном море, 360 км и мировой рекорд» . Телетра . Проверено 2012-10-02 - через Facebook .
  3. ^ a b Слюсарь, Вадим. (2015). Первые антенны для ретрансляционных станций (PDF) . Международная конференция по теории и технике антенн, 21–24 апреля 2015 г., Харьков, Украина. С. 254–255.
  4. ^ Mattausch, J. (16 января 1898). "Telegraphie ohne Draht. Eine Studie" [Телеграф без провода. Исследование] (PDF) . Zeitschrift für Elektrotechnik (на немецком языке). Elektrotechnischen Vereines в Вене. XVI (3): 35–36 - через www.slyusar.kiev.ua.
  5. ↑ Free, EE (август 1931 г.). «Прожекторное радио с новыми 7-дюймовыми волнами» (PDF) . Радио Новости . Vol. 8 нет. 2. Нью-Йорк: Научные публикации радио. С. 107–109 . Проверено 24 марта 2015 года .
  6. ^ "Микроволны охватывают Ла-Манш" (PDF) . Коротковолновое ремесло . Vol. 6 шт. 5. Нью-Йорк: Popular Book Co., сентябрь 1935 г., стр. 262, 310 . Проверено 24 марта 2015 года .
  7. ^ "Антенны совка сахара захватывают микроволны" . Популярная механика . Журналы Hearst. Февраль 1985. с. 87.
  8. ^ Джеймс Бэмфорд (2008). Фабрика теней . Даблдэй. п. 176 . ISBN 978-0-385-52132-1.
  9. Перейти ↑ Kincaid, Cheryl-Annette (май 2007 г.). Анализ микроволновых спектров, собранных локатором солнечных всплесков радиоизлучения (MSc). Дентон, Техас: Университет Северного Техаса . Проверено 2012-10-02 - через электронную библиотеку UNT.
  • Руководство по проектированию микроволновой радиопередачи, Тревор Мэннинг, Artech House, 1999

Внешние ссылки [ править ]

  • ВЧ / СВЧ-дизайн в Оксфордском университете
  • Микроволновая радиорелейная линия Skyway от AT&T, представленная в 1951 году.
  • Журнал Bell System 1951, реклама микроволновых радиорелейных систем.
  • Винтажная реклама в журнале RCA о микроволновом и радиорелейном оборудовании, используемом для Western Union Telegraph Co.
  • Вспомнили о сверхвысокочастотных башнях AT&T Long Lines
  • AT&T Long Lines
  • IEEE Global History Network Сети микроволновой связи