|
Arabic
Bengali
Chinese
English
French
German
Hebrew
Hindi
Italian
Japanese
Korean
Malay
Polish
Portuguese
Spanish
Turkish
Ukrainian
Vietnamese
ЕНЦИКЛОПЕДІЯ РАДІОЕЛЕКТРОНІКИ ТА ЕЛЕКТРОТЕХНІКИ Міліметрові хвилі у системах зв'язку. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки
Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки / Цивільний радіозв'язок В наш час відбувається бурхливий процес розвитку систем та засобів зв'язку, освоєння традиційних та нетрадиційних діапазонів радіохвиль, у тому числі надвисоких частот, включаючи міліметрові хвилі (ММВ). І хоча цей діапазон порівняно молодий порівняно з іншими, давно освоєними, сьогодні вже загальновизнано, що смуга частот, що займається ММВ, набагато перевищує ті, що досі перебували в розпорядженні людства. Тривалий час ММВ вважалися непридатними для практичного використання, оскільки були відсутні технічно досконалі засоби генерації, прийому, каналізації НВЧ коливань, був необхідної елементної бази, були досить добре вивчені закони поширення ММВ в неоднорідної земної атмосфері. Тим більше, безперечний інтерес представляє розгляд тенденції розвитку та застосування міліметрових систем зв'язку різного призначення, що відбилися у численних вітчизняних та зарубіжних публікаціях. Створення систем зв'язку у міліметровому діапазоні хвиль спирається на наукові дослідження особливостей поширення цих хвиль та розробки принципів та засобів генерації та прийому НВЧ сигналів на частотах понад 30 ГГц. Значний внесок у теоретичні та експериментальні дослідження в галузі поширення ММВ зробили видатні вчені та фахівці багатьох країн світу, у тому числі й Росії. І ще сьогодні теорія та практика виявляють нові і нові переваги застосування ММВ, зокрема в системах зв'язку. До них, перш за все, слід віднести збільшення обсягу та швидкості передачі інформації, поширення цих хвиль при несприятливому стані навколишнього середовища, високе посилення антен при малій їхній апертурі та підвищена схибленість. Однак, при поширенні ММВ виникає ослаблення сигналу в атмосферних газах та гідрометеорах, а також деполяризація випромінювання, амплітудні та фазові зміни. Причому ослаблення сигналу в атмосфері має тенденцію зростати із підвищенням частоти та залежить від погодних умов. В атмосфері є і постійні смуги інтенсивного поглинання радіохвиль, зумовлені наявністю кисню та водяної пари. Ці явища спостерігаються на частотах 22,2 ГГц (Н2О), 60 ГГц (О2), 118,8 ГГц (О2) та 180 ГГц (Н2О). В умовах помірної вологості атмосфери (~7,5 г/м3 біля Землі) повне ослаблення радіохвиль в окремих ділянках спектру (навіть перевищує 200 дБ) може спостерігатися при їх одноразовому вертикальному поширенні. Практичний інтерес для зв'язку представляють виявлені наукою вікна прозорості на частотах близько 35, 94, 140 і 220 ГГц, в яких спостерігається мінімальне згасання в порівнянні з сусідніми ділянками ММВ. На середніх широтах при помірній вологості та температурі біля земної поверхні (20° С) у вікнах прозорості повне ослаблення невелике і при одноразовому вертикальному поширенні через атмосферу, наприклад, на частотах 94 ГГц, становить 1,3 дБ. Зауважимо, що у експериментальних дослідженнях молекулярного поглинання до останнього часу була відсутня статистика різних рівнів поглинання. Накопичення цієї статистики є дуже трудомістким завданням через сильну мінливість значень вологості та її залежність від кліматичних умов. Через порівняно велике поглинання в атмосфері ММВ відносяться до хвиль ближньої дії. В даний час значною мірою вивчено проблему поширення ММВ, результати досліджень і теоретичних розрахунків молекулярного поглинання в гідрометеорах атмосфери цілком задовільно збігаються. Наметившаяся тенденція до використання діапазону ММВ на вирішення різних прикладних завдань набула тепер стійкий характер. Відкрилася можливість їх застосування в системах супутникового зв'язку, радіорелейних лініях, мікростільникового зв'язку, бортових лініях зв'язку та автоматизованих системах управління, а також у вимірювальній апаратурі. Це успіхами у розробці елементної бази ММВ і створення технічно досконалих пристроїв з її основі, потребою передачі великих обсягів інформації, де особливо проявляються переваги радіохвиль цього діапазону. ММВ у супутниковому зв'язку. Системи супутникового зв'язку розвиваються дуже швидкими темпами. Наприклад, в 1982 р. у супутниковому зв'язку США було близько 150 стволів ретрансляторів з шириною смуги пропускання 36 МГц кожен, а до початку 90-х років темпи запуску супутників настільки збільшилися, що виділені для зв'язку діапазони частот 6/4 і 14/12 ГГц виявились практично повністю зайнятими. Тому дуже актуальне завдання освоєння діапазону ММВ для супутникового зв'язку. Цим і пояснюється, що в останнє десятиліття лише США запустили 15 IC3, на борту яких була апаратура, що працює в діапазоні частот 16...40 ГГц. Їхні бортові ретранслятори багато в чому підтвердили всі переваги використання для супутникового зв'язку ММВ. Вузькі діаграми спрямованості антен ММВ сприяли скритності зв'язку та ослаблення інтерференційних перешкод, а великий коефіцієнт посилення призвів до зменшення потужності передавачів та знизив масогабаритні характеристики апаратури супутника. Але це не все. Застосування вузьконаправлених багатопроменевих бортових антен дозволило здійснювати комутацію променів для розширення зон покриття, а також збільшити надійність зв'язку за поганих погодних умов за рахунок рознесеного прийому. Серед найбільш пріоритетних ІC3, ретранслятори яких розроблені за кордоном наприкінці 80-х і на початку 90-х років для роботи на частотах понад 20 ГГц, можна навести такі. Супутник L-SAT/OL YMPUS (Західна Європа) має загальну ширину смуг робочих частот у діапазонах 14/11 та 30/20 ГГц близько 6,8 ГГц. Смуга пропускання ствола становить 240 МГц, що забезпечує передачу інформації зі швидкістю 360 Мбіт/с, достатню для організації 5500 телефонних каналів. Супутник MILSTART (США) із широкосмуговим ретранслятором у діапазоні частот 44/20 ГГц. Передбачено використання шумоподібних сигналів, псевдовипадкова перебудова частот у смузі 2 ГГц та комутація сигналів на борту. Міжсупутниковий зв'язок у системі MILSTART здійснюється в діапазоні частот 60 ГГц, в якому велике згасання в атмосфері унеможливлює створення активних навмисних радіоперешкод із Землі для роботи бортової апаратури. Супутники ECS-2 та ACTS-E (Японія). Апаратура працює в діапазонах частот 30/20 та 50/40 ГГц при смузі пропускання ствола 250 МГц зі швидкістю передачі даних не нижче 400 Мбіт/с. Для такого типу супутників фірма NTT розробила системи із надвисокою пропускною спроможністю (не нижче 7920 Гбіт/с на IC3). Вважається, що включення до складу перспективної системи 15 великих зв'язкових ІC3 дозволить отримати загальну пропускну здатність супутникових систем зв'язку до 119 Гбіт/с. Як вважають японські фахівці, накопичений у процесі експериментів досвід дозволяє розпочати створення ліній міжсупутникового зв'язку, що функціонують у діапазоні ММВ. Однією з можливих сфер застосування таких міжсупутникових ліній є міжнародний зв'язок. При цьому наявність прямого зв'язку між двома ІC3 усуває необхідність використання проміжних станцій земних. За допомогою міжсупутникових ліній можна також здійснювати зв'язок між декількома ІC3, що знаходяться на відстані кілька десятків кілометрів один від одного в якомусь одному районі космічного простору. Відомо низку вітчизняних систем супутникового зв'язку з космічними апаратами на геостаціонарній, еліптичних та низьких кругових орбітах, аналогічних зарубіжним системам. До цього часу для низкоорбитальных систем виділялися радіочастоти у діапазоні 0,3...0,4 ГГц. Але оскільки тут функціонують на первинній основі різні радіоелектронні служби, надалі отримати смуги нових супутникових мереж зв'язку навряд чи можливо. Тому в ретрансляторах низькоорбітальних IC3 передбачається використовувати широкосмугові псевдовипадкові сигнали, що дозволяють уникнути перешкод від інших передавачів і, у свою чергу, не заважати їм своєю роботою. При такому методі передачі швидкість в парціальному каналі може бути 4,8 кбіт/с, а з урахуванням стійких до перешкод 2,4 кбіт/с. Розглядається застосування таких системах діапазону ММВ. Таким чином, необхідність збільшення пропускної спроможності та загальної ефективності систем зв'язку стала однією з причин освоєння діапазону частот понад 30 ГГц. Потенційні можливості систем у вказаному діапазоні частот оцінюються у 10 тисяч каналів зв'язку з мінімальною швидкістю передачі у кожному каналі щонайменше 2 Мбіт/с. Передбачається, що у 2000 р. лише мережа супутникового зв'язку Intelsat забезпечить роботу близько 750 тисяч телефонних каналів, що у 15 разів перевищує можливості системи діапазонах 6...4 і 14...12 ГГц. Технічні проблеми використання діапазону ММВ у супутниковому зв'язку включають вивчення методів організації рознесеного прийому на наземних станціях при передачі цифрової інформації зі швидкістю 1 Гбіт/с, розробку надійних феритових перемикачів та комутаційних матриць для бортових ретрансляторів, а також створення вдосконалених багатопроменевих антен з підвищеною конструкції. Вирішення зазначених завдань дозволить досягти високої ефективності супутникових систем при роботі в діапазоні 50...40 ГГц, а при організації міжсупутникового зв'язку також у діапазоні частот до 60 ГГц. У майбутньому можливе використання ще більш високочастотних ділянок спектру. Значний інтерес становлять бортові радіолінії зв'язку та передачі, розраховані працювати у міліметровому діапазоні. Вони забезпечать у перспективі пропускну здатність 3...5 Гбіт/с, високу надійність роботи (близько 0,99998). Так, для похилої радіолінії з пропускною здатністю 3 Гбіт/с, дальністю в 20 км, при розмірах параболічних антен на борту літального апарату 0,2...0,5 м і на Землі в пункті прийому 1 м, при коефіцієнті шуму наземного приймача ~15 дБ, малій вазі та об'ємі бортової апаратури потужність бортового передавального пристрою перебуватиме в межах 0,1...100 Вт. Енергетичні показники, вимоги до апаратури такої радіолінії за сучасного стану техніки ММВ цілком реалізовані. Застосування ММВ на стільникових мережах зв'язку. В останні роки в розвинених країнах світу спостерігається значний прогрес у створенні та застосуванні рухливих систем зв'язку у міських умовах та сільській місцевості. Досягнуто небувале зростання обсягу, швидкості та якості передачі різної інформації у масштабі не лише окремо взятої країни, а й країн, розташованих на різних континентах. Це стало можливим завдяки розвитку твердотільної електроніки, мікроелектроніки, фотоніки, акустоелектроніки та систем супутникового зв'язку. Однак масове використання дециметрових і тим більше метрових радіохвиль в системах міського зв'язку створює ряд труднощів при конструюванні приймально-хвильових систем, збільшує рівень взаємних електромагнітних перешкод і обмежує смугу переданих частот, що призводить до зростання спотворень при передачі інформації. Подальше розширення масштабів розгортання стільникових мереж зв'язку у містах, очевидно, неможливе без застосування міліметрових хвиль. Доцільність переходу на ММВ у стільникових системах підтверджують результати досліджень, проведених у лабораторіях Інституту радіотехніки та електроніки РАН. Систематизація та аналіз результатів досліджень призводять до оптимістичного висновку про те, що у складних умовах міста можливий прогноз найбільш важливих характеристик електромагнітного поля на відстанях від кількох сотень метрів до десятків кілометрів від джерела випромінювання. Такий прогноз може виконуватися статистичними методами за топографічною картою міста на основі даних про щільність забудови, висоти та горизонтальні розміри будівель, будівельні матеріали, з яких виготовлені стіни, а також обліку планування міських районів, рельєфу місцевості та розташування антенних систем. Розроблено та методики розрахунку характеристик поля при проектуванні ліній зв'язку в умовах міста із застосуванням комп'ютерних баз даних. Вони дозволяють здійснити розрахунки енергетичних характеристик, розподілів поляризаційних параметрів поля, а також класифікувати статистичні характеристики радіоперешкод у каналах міського рухомого зв'язку. Зокрема, вважаючи, що потужність передавача (Ризл) 5...10 мВт, чутливість приймача ~10 Вт у смузі 1 МГц, посилення антен близько 15 дБ на хвилі 5 мм і приймаючи відношення сигнал/шум ~10 можна оцінити мінімальну дальність дії зв'язку на ММВ з урахуванням центрів резонансного поглинання у парах води та кисню (рис. 1). Навіть за найгірших умов поширення протяжність такої лінії завжди більше 0,5 км, що відповідає вимогам до таких систем зв'язку.
Враховуючи сучасний рівень розвитку напівпровідникової технології та стан розробок мікроелектронних схем, є реальна можливість використовувати різні вітчизняні приймальні, а також антеннохвильові системи для ліній передачі інформації невеликої протяжності в міських умовах. Вони можуть стати надійними складовими частинами стільникових систем зв'язку з базовими станціями окремих регіонах. При масовому виробництві вартість подібних систем на ММВ могла бути цілком порівнянною з існуючими на дециметрових і метрових хвилях. Крім того, в умовах міста вони повністю вирішать проблему тісноти в ефірі і створять реальну можливість збільшення обсягу повідомлень, що передаються, принаймні, на порядок і більше. Йдеться, наприклад, про застосування тих самих частот для ретрансляції повідомлень через так звані мікростільникові та пікосотові системи в міських та приміських районах. Дослідження показали ще одну важливу перевагу використання ММВ. Вони не надають у приміщеннях, де встановлені приймачі, шкідливого впливу на людину, як це відзначається при роботі апаратури дециметрових та метрових хвиль. На рис. 2 представлений варіант застосування мікростільникових та пікосотових систем зв'язку в міських та приміських районах. Базова станція А здійснює зв'язок по макростільникових мереж Б, В, Р, Д, Е, що забезпечує обмін інформацією з об'єктами рухомого зв'язку. Існуючі при цьому в місті мікростільники б і в призначені для зв'язку зі стаціонарними об'єктами, а піктоти 1, 2, 3 ... 9 у виробничій будівлі Ж функціонують на окремих його поверхах.
Лабораторні та промислові приймальні пристрої та стан елементної бази вселяють впевненість у можливість практичного використання ММВ в розглянутих стільникових системах в умовах міста. Радіорелейні однопрогонові лінії на ММВ. Останнім часом виникла потреба в організації високонадійних однопрогонових ліній зв'язку, призначених для передачі багатоканальної телефонії, а також обміну даними між ЕОМ та периферійними пристроями. Для цих цілей найбільше підходять радіорелейні лінії діапазону ММВ. Вони мають високу схибленість, малими габаритами і масою, високою пропускною здатністю і невеликим споживанням енергії. До таких систем відноситься дуплексна приймально-передавальна станція (ППС), що працює в діапазоні 42,5...43,5 ГГц і призначена для організації однопрогонових цифрових радіорелейних ліній довжиною до 5 км зі швидкістю передачі інформації 8,448 Мбіт/с (129 телефонних каналів). Для передачі вибрано частотна модуляція з індексом модуляції рівним одиниці. Рознесення частот між каналами прийому та передачі, а також значення проміжної частоти становлять 480 МГц, що дозволяє, з одного боку, забезпечити необхідну величину розв'язки між каналами, а з іншого - організувати автоматичне підстроювання частоти щодо стабілізованого гетеродина приймача. При загальному згасанні 170 дБ на радіолінії довжиною 5 км станція буде нормально функціонувати, якщо коефіцієнт посилення приймально-передавальної антени не менше 40 дБ, потужність передавача 30...50 мВт, коефіцієнт шуму приймача не більше 13 дБ. Структурну схему такої ППС наведено на рис. 3. До її складу входять такі функціональні вузли: параболічна дводзеркальна антена 1 діаметром 300 мм; хвилеводні смугові приймальні 2 і передавальні 4 НВЧ фільтри; роздільник поляризацій 3 (горизонтальної Е та вертикальної Н); змішувачі приймального каналу 5 і АПЛ каналу 6 на діодах з бар'єром Шоттки, що працюють на четвертій гармоніці гетеродина; НВЧ генератор на діоді Ганна 7 з варакорною перебудовою частоти; попередній УПЧ на кремнієвих біполярних транзисторах 8; транзисторний НВЧ генератор 9, стабілізований діелектричним резонатором; частотний детектор каналу АПЛ 10; відеопідсилювач модулятора передавача 11 і модуль частотного детектора 12. Цей модуль виконаний на єдиній склотекстолітовій друкованій платі і складається з головного УПЧ з автоматичним регулюванням посилення 13, частотного детектора на розстроєних контурах 14 і відеопідсилювача 15 в стабілізовані напруги +16, -60 і +12, необхідні для живлення функціональних вузлів станції.
Параболічна антена, прийомопередавальні пристрої та джерело вторинного живлення конструктивно розміщені в герметичному циліндричному контейнері діаметром 300 мм та довжиною 250 мм. Малі масогабаритні характеристики ППС дають можливість здебільшого відмовитися від будівництва спеціальних щоглових споруд. Зазначені приклади застосування ММВ у системах зв'язку не вичерпують проблему їх практичного використання. Вони, безсумнівно, велике майбутнє й у сфері широкосмугового зв'язку та застосування, на наземних пунктах зв'язку з ІC3, й у системах міжсупутникового і бортового зв'язку, і навіть організації широкосмугового зв'язку у містах і населених пунктах, включаючи пикосотовые лінії передачі. Автори: Р.Бистров, доктор техн. наук, проф., О.Соколов, доктор техн. наук, проф., м. Москва
Шум транспорту затримує зростання пташенят
06.05.2024 Бездротова колонка Samsung Music Frame HW-LS60D
06.05.2024 Новий спосіб управління та маніпулювання оптичними сигналами
05.05.2024
▪ Гаджет Xiaomi для дезінфекції смартфонів ▪ Секрет міцності давньоримського бетону ▪ Камера зі швидкістю до трильйона кадрів за секунду ▪ 90 нм і навіть 65 нм від SAMSUNG ELECTRONICS
▪ розділ сайту Регулятори тембру, гучності. Добірка статей ▪ стаття Томас Джефферсон. Знамениті афоризми ▪ стаття Що є найбільшою штучною монолітною структурою Землі? Детальна відповідь ▪ стаття Татарник колючий. Легенди, вирощування, способи застосування ▪ стаття Прості ефективні антени для далеких зв'язків. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки
Головна сторінка | Бібліотека | Статті | Карта сайту | Відгуки про сайт
www.diagram.com.ua |
Дивіться інші статті розділу 
Останні новини науки та техніки, новинки електроніки:
All languages of this page