Войти
| Чрезвычайно высокая частота (ITU) | |
|---|---|
| Диапазон частот | от 30 до 300 ГГц |
| Диапазон длин волн от | 1 cm до 1 mm |
| Связанные диапазоны | |
| Миллиметровый диапазон (IEEE) | |
| Диапазон частот | от 110 до 300 ГГц |
| Диапазон длин волн | от 2,73 до 1 мм |
| Связанные полосы | КВЧ (IEEE) |
Чрезвычайно высокая частота (EHF ) - обозначение Международного союза электросвязи (ITU) для диапазона радиочастот в электромагнитном спектре от 30 до 300 гигагерц. (ГГц). Он находится между диапазоном сверхвысоких частот и диапазоном дальнего инфракрасного диапазона, нижняя часть которого - терагерцовый диапазон. Радиоволны в этом диапазоне имеют длины волн от десяти до одного миллиметра, поэтому его также называют миллиметровым диапазоном, а излучение в этом диапазоне называется миллиметровым. волны, иногда сокращенно MMW или mmWave . Электромагнитные волны миллиметрового диапазона были впервые исследованы индийским физиком Джагадишем Чандра Босом в 1894–1896 гг., Когда он достиг в своих экспериментах частоты до 60 ГГц.
По сравнению с нижними полосами, радиоволны в эта полоса имеет высокое затухание в атмосфере : они поглощаются газами в атмосфере. Следовательно, они имеют малый радиус действия и могут использоваться для наземной связи только на расстоянии около 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 пустыни, а ослабление дождем (замирание в дожде ) является серьезной проблемой даже на небольших расстояниях. Однако короткий диапазон распространения позволяет использовать меньшие расстояния повторного использования частоты, чем более низкие частоты. Короткая длина волны позволяет антеннам небольшого размера иметь небольшую ширину луча, дополнительно увеличивая возможность повторного использования частоты. Миллиметровые волны используются в военных радарах управления огнем, сканерах безопасности аэропортов, в беспроводных сетях ближнего действия и в научных исследованиях.
В новом крупном применении миллиметровых волн определенные диапазоны частот в нижней части диапазона используются в новейшем поколении сетей сотовых телефонов, Сети 5G.
Атмосферное затухание в дБ / км как функция частоты в КВЧ группа. Пики поглощения на определенных частотах представляют собой проблему из-за компонентов атмосферы, таких как водяной пар (H 2 O) и молекулярный кислород (O2). Вертикальный масштаб является экспоненциальным. Миллиметровые волны распространяются только по прямой видимости путями. Они не отражаются ионосферой и не движутся по Земле как земные волны, как это делают радиоволны более низкой частоты. При типичной плотности мощности они блокируются стенами зданий и испытывают значительное затухание через листву. Поглощение атмосферными газами является важным фактором во всем диапазоне и увеличивается с частотой. Однако он максимален на нескольких конкретных линиях поглощения, в основном для линий кислорода на 60 ГГц и водяного пара на 24 ГГц и 184 ГГц. На частотах в «окнах» между этими пиками поглощения миллиметровые волны имеют гораздо меньшее атмосферное затухание 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. Высокие потери в свободном пространстве и атмосферное поглощение ограничивают полезное распространение до нескольких километров. Таким образом, они полезны для плотно упакованных сетей связи, таких как персональные вычислительные сети, которые улучшают использование спектра за счет повторного использования частоты.
Миллиметровые волны демонстрируют «оптические» характеристики распространения и могут отражаться и фокусироваться небольшими металлические поверхности и диэлектрические линзы 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 они могут дифрагировать на краях здания. На миллиметровых длинах волн поверхности кажутся более шероховатыми, поэтому диффузное отражение увеличивается. Многолучевое распространение, особенно отражение от внутренних стен и поверхностей, вызывает серьезные замирания. Доплеровский сдвиг частоты может быть значительным даже на пешеходной скорости. 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 миллиметровых волн для сканирования в аэропортах.
Часть Большой миллиметровой решетки Атакама (ALMA), миллиметрового диапазона радиотелескопа Это Диапазон обычно используется в радиоастрономии и дистанционном зондировании. Наземная радиосвязь астрономия ограничена высотными объектами, такими как пик Китт и большая миллиметровая антенна 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. Неисключительное пассивное распределение частот ITU на частотах 57–59,3 ГГц используется для атмосферного мониторинга в метеорологических приложениях и приложениях для измерения климата и важно для этих целей из-за свойств поглощения и эмиссии кислорода 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 F-16 Министерства обороны используют этот частотный диапазон.
В Соединенных Штатах полоса 36,0–40,0 ГГц используется для лицензированных высокочастотных высокоскоростные микроволновые каналы передачи данных, а диапазон 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 каналов связи «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 диапазона 92–95 ГГц небольшой диапазон 100 МГц был зарезервирован для космических радиостанций, ограничивая этот зарезервированный диапазон скоростью передачи менее нескольких гигабит в секунду.
Соединение MMW без кабеля, установленное в в ОАЭ установлены приложения Safe City, обеспечивающие пропускную способность 1 Гбит / с между площадками. Эти каналы развертываются быстро и имеют меньшую стоимость, чем оптоволоконные. Полоса пропускания практически не развита и доступна для использования в широком спектре новых продуктов и услуг, включая высокоскоростную локальную беспроводную связь точка-точка. сети и широкополосный доступ доступ в Интернет. WirelessHD - еще одна новейшая технология, работающая в диапазоне 60 ГГц. Характеристики сигнала с высокой направленностью, «карандашным лучом» позволяют различным системам работать близко друг к другу, не вызывая помех. Возможные области применения включают радарные системы с очень высоким разрешением.
Стандарт Wi-Fi IEEE 802.11ad работает в диапазоне 60 ГГц (диапазон V ), обеспечивая скорость передачи данных до 7 Гбит / с.
Использование диапазонов миллиметровых волн включает двухточечную связь, межспутниковую связь и связь точка-множество точек. Есть предварительные планы по использованию миллиметровых волн в будущих мобильных телефонах 5G. Кроме того, использование диапазонов миллиметровых волн для автомобильной связи также становится привлекательным решением для поддержки (полу) автономной автомобильной связи.
Более короткие длины волн в этом диапазоне позволяют использовать антенны меньшего размера для достижения такой же высокой направленность и высокое усиление больше в нижних 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, конечный результат - большее повторное использование частоты 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 оптоволоконную связь.
РЛС управления огнем миллиметрового диапазона для пушки CIWS на Советский авианосец «Минск» РЛС миллиметрового диапазона используется на ближней РЛС управления огнем на танках и самолетах, а также в автоматических пушках (CIWS ) на 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.
С Raytheon США Военно-воздушные силы разработали систему несмертельного противопехотного оружия, названную Active Denial System (ADS), которая излучает пучок миллиметровых радиоволн с длиной волны 3 мм (частота 95 ГГц). Оружие вызывает у человека в луче сильную жгучую боль, как будто его кожа собирается загореться. Военная версия имела выходную мощность 100 киловатт (кВт), а меньшая версия для правоохранительных органов, названная Silent Guardian, которая была разработана позже Raytheon, имела выходную мощность 30 кВт..
Одежда и другие органические материалы прозрачны для миллиметровых волн определенных частот, поэтому недавним применением стали сканеры для обнаружения оружия и других опасных предметов, носимых под одеждой, для таких приложений, как как безопасность аэропорта. Защитники конфиденциальности обеспокоены использованием этой технологии, потому что в некоторых случаях она позволяет проверяющим видеть пассажиров аэропорта, как будто они без одежды.
TSA развернула сканеры миллиметрового диапазона во многих крупных аэропортах.
До обновления программного обеспечения технология не маскировала никакие части тел людей, которые сканировались. Однако лица пассажиров были намеренно скрыты 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 обязательному досмотру на борт самолета», - сказал Барри Стейнхардт из Американского союза гражданских свобод. 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. Пассажиры могут отказаться от сканирования и пройти проверку с помощью металлоискателя и похлопать.
15 15 в аэропорту Схипхол в Амстердаме были введены в эксплуатацию три сканера безопасности, использующие миллиметровые волны. Май 2007 г., 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 подозревающих, что их сканируют.
Недавние исследования, проведенные в Университете Левена, доказали, что миллиметровые волны также могут использоваться в качестве неядерного измерителя толщины в различных отрасли. Миллиметровые волны обеспечивают чистый и бесконтактный способ обнаружения изменений толщины. Практическое применение этой технологии сосредоточено на экструзии пластмасс, производстве бумаги, производстве стекла и производстве минеральной ваты.
Электромагнитное излучение низкой интенсивности (обычно 10 мВт / см или менее) чрезвычайно высокой частоты может использоваться в медицине человека 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. " Эта обработка особенно связана с диапазоном 40-70 ГГц. Этот тип лечения можно назвать терапией миллиметровыми волнами (MMW) или терапией чрезвычайно высокой частоты (EHF). Это обращение связано с восточноевропейскими странами (например, бывшими СССР странами). Российский журнал «Миллиметровые волны в биологии и медицине» изучает научные основы и клиническое применение миллиметровой терапии.
Дорожная полиция использует обнаруживающие скорость радары в Ka-диапазоне (33,4 - 36,0 ГГц).
