Послушайте эту статью
Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Атмосферное ослабление микроволн в сухом воздухе с уровнем водяного пара 0,001 мм. Нисходящие всплески 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 крупные 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 связикоторый передавал данные между наземными станциями с помощью микроволн, в 1960-х годах занимал большую часть междугороднего трафика. В последние годы наблюдается резкий 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 прямо 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. Другое преимущество состоит в том, что высокая частота микроволн дает микроволновому диапазону очень большую пропускную способность информации; ширина полосы микроволнового диапазона в 30 раз больше, чем у всего остального радиоспектра ниже него. Недостатком является то, что микроволны ограничены прямой видимостью.размножение; они не могут проходить вокруг холмов или гор, как это могут делать радиоволны более низкой частоты.

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 высокая часть радиоэлектромагнитного спектра , где частоты выше 30 ГГц и ниже 100 ГГц, называются « миллиметровыми волнами », потому что их длины волн удобно измерять в миллиметрах, а их длины волн находятся в диапазоне от 10 мм до 3,0 мм (выше частотные волны меньше по длине волны). Радиоволн в этом диапазоне, как правило , сильно затухает в Земной атмосфере и частиц , содержащихся в нем, особенно во влажной погоде. Кроме того, в широком диапазоне частот около 60 ГГц радиоволны сильно ослабляются молекулярным кислородом.в атмосфере. Электронные технологии, необходимые для работы в миллиметровом диапазоне волн, также намного труднее использовать, чем в микроволновом диапазоне.

Беспроводная передача информации
  • Односторонняя (например, телевизионное вещание ) и двусторонняя связь с использованием спутниковой связи
  • Радиорелейная связь СВЧ в телекоммуникационных сетях , включая магистральные или транспортные сети операторы в сотовых сетях
Беспроводная передача энергии
  • Предлагаемые системы, например, для подключения спутников, собирающих солнечную энергию, к наземным электросетям.

СВЧ-радиореле [ править ]

Рупорные и рефлекторные антенны C-диапазона на крыше коммутационного центра телефонной связи в Сиэтле , штат Вашингтон, часть сети микроволновой ретрансляции AT&T Long Lines в 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 сигналов , таких как междугородные телефонные звонки и телевизионные программы между двумя наземными точками на узком луче микроволн. В микроволновом радиорелейном устройстве микроволны передаются на линии прямой видимости между ретрансляционными станциями с использованием направленных антенн , образуя фиксированное радиосвязь между двумя точками. Требование прямой видимости ограничивает расстояние между станциями до видимого горизонта примерно от 30 до 50 миль (от 48 до 80 км). До повсеместного использования спутников связиДля передачи телекоммуникационных сигналов на трансконтинентальные расстояния использовались цепочки радиорелейных станций.

Начиная с 1950-х годов, сети микроволновых ретрансляционных 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. Большая часть трансконтинентального трафика в настоящее время передается по более дешевым оптическим волокнам и спутникам связи , но микроволновая ретрансляция остается важной для более коротких расстояний.

Планирование [ править ]

Башня связи на горе Фрейзер , Южная Калифорния, с антеннами для микроволновой печи

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 (см. Повторное использование частот ). 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 антенны с отражателем., которые имеют диаметр 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 использования 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 близлежащих земель (например, в производстве и лесном хозяйстве ), являются важными вопросами, которые следует учитывать при планировании радиосвязи. В процессе планирования важно, чтобы были созданы «профили путей», которые предоставляют информацию о местности и зонах Френеля, влияющих на тракт 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 профилем температуры, влажности и давления в зависимости от высоты, могут вызвать большие отклонения и искажения распространения и повлиять на качество передачи. Сильный дождь и снег, вызывающие постепенное исчезновение 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 перепадом 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 фиксированной емкости. Целью было предоставить запрошенную доступность для всего блока ( Плезиохронная цифровая иерархия , PDH или Синхронная цифровая иерархия , SDH). Замирание и / или многолучевость, влияющие на канал 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 радиосвязи.. Требования, касающиеся расстояния линии, изменены на более короткие пролеты (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 менее использоваться. Еще одно большое изменение, которое произошло 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 для 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 ретрансляционная станция Корпуса связи армии США , 1945 г. Системы микроволновой ретрансляции 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 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 во главе с 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 Сент-Инглеверте, Франция, и Лимпн, Великобритания, на расстоянии 56 км (35 миль), сопровождалась в 1935 году телекоммуникационной линией 300 МГц, первой коммерческой микроволновой ретрансляционной системой. [6]

Развитие радара во время Второй мировой войны обеспечило большую часть микроволновой технологии, которая сделала возможными практические микроволновые каналы связи, в частности, клистронный генератор и методы проектирования параболических антенн. Хотя это и не широко известно, во время Второй мировой войны американские военные использовали как портативные, так и стационарные микроволновые станции связи 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 телефонного трафика США на большие расстояния , а также сигналов телевизионных сетей . [7]В 1946 году основной мотивацией к использованию микроволнового радио вместо кабеля было то, что большую емкость можно было установить быстро и с меньшими затратами. В то время ожидалось, что годовые эксплуатационные расходы на микроволновое радио будут больше, чем на кабельное. Существовали две основные причины, по которым пришлось внезапно ввести большую емкость: отложенный спрос на услуги междугородной телефонной связи из-за перерыва в годы войны и новый вид телевидения, который требовал большей полосы пропускания, чем 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, что было на грани технической осуществимости. Помимо телефонной сети, также имеются микроволновые релейные линии для распространения теле- и радиопередач. Это включало соединения студий с системами вещания, распределенными 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 микроволновой несущей (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 фиксированных операций в пользу более новых технологий, таких как оптоволоконный кабель и спутники связи , которые предлагают более низкую стоимость за бит.

СВЧ-шпионаж

Во время холодной войны американские спецслужбы, такие как Агентство национальной безопасности (АНБ), по сообщениям, 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 обеспечения прямого доступа к оборудованию для портативного радиста.

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 без кабелей. 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 подвержен влиянию экологических ограничений, включая исчезновение 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
  • Подключение удаленных и региональных телефонных станций к более крупным (основным) коммутаторам без необходимости использования медных / оптоволоконных линий
  • Измерение интенсивности дождя между двумя точками

Troposcatter [ править ]

Наземные радиорелейные линии связи ограничены расстоянием до видимого горизонта , в несколько десятков миль или километров в зависимости от высоты башни. Тропосферное рассеяние (« тропосферное рассеяние » или «рассеяние») было технологией, разработанной в 1950-х годах, чтобы обеспечить микроволновые каналы связи за горизонтом на расстоянии до нескольких сотен километров. Передатчик излучает луч микроволн в небо под небольшим углом над горизонтом в сторону приемника. 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 линии тропосферного рассеяния используются только в особых обстоятельствах, когда нельзя полагаться на спутники и другие каналы связи на большие расстояния, 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» . Telettra . 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: Radio Science Publications. 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 г. с. 87.
  8. ^ Джеймс Бэмфорд (2008). Фабрика теней . Doubleday. 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 ]

  • RF / микроволновый дизайн в Оксфордском университете
  • Микроволновая радиорелейная линия Skyway от AT&T представлена ​​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.
  • Вспомним о микроволновых башнях AT&T Long Lines
  • AT&T Long Lines
  • IEEE Global History Network Сети микроволновой связи