Rendkívül magas frekvencia - Extremely high frequency
| Rendkívül magas frekvencia (ITU) | |
|---|---|
Frekvenciatartomány |
30-300 GHz |
Hullámhossz tartomány |
10–1 mm |
Kapcsolódó zenekarok |
|
| Milliméteres sáv (IEEE) | |
Frekvenciatartomány |
110-300 GHz |
Hullámhossz tartomány |
2,73-1 mm |
Kapcsolódó zenekarok |
EHF (IEEE) |
| Rádiós zenekarok | ||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| ITU | ||||||||||||
|
||||||||||||
| EU / NATO / USA ECM | ||||||||||||
| IEEE | ||||||||||||
| Egyéb TV és rádió | ||||||||||||
Rendkívül magas frekvenciájú ( EHF ) a Nemzetközi Távközlési Unió (ITU) megnevezése a sáv rádiófrekvenciák az elektromágneses spektrum 30-300 gigahertz (GHz). A szuper nagyfrekvenciás sáv és a távoli infravörös sáv között fekszik , amelynek alsó része a terahertzes sáv . Ebben a sávban a rádióhullámok hullámhossza tíz és egy milliméter között van, ezért milliméteres sávnak is nevezik, és a sugárzást ebben a sávban milliméter hullámoknak , néha rövidítve MMW vagy mmWave . A milliméter hosszúságú elektromágneses hullámokat először Jagadish Chandra Bose indiai fizikus vizsgálta 1894–1896 során, amikor kísérleteiben elérte a 60 GHz-et.
Az alacsonyabb sávokhoz képest ebben a sávban a rádióhullámok nagy légköri csillapítással rendelkeznek : elnyelik a légkörben lévő gázok. Ezért rövid hatótávolsággal rendelkeznek, és csak körülbelül egy kilométeres távolságra használhatók földi kommunikációra. Az abszorpció a frekvenciával növekszik, amíg a sáv felső végén a hullámok néhány méteren belül nullára csökkennek. A sivatagi környezet kivételével a légkörben a nedvesség által történő felszívódás jelentős, és az eső által történő csillapítás ( eső elhalványulása ) még rövid távolságokon is komoly problémát jelent. A rövid terjedési tartomány azonban kisebb frekvencia újrafelhasználási távolságokat tesz lehetővé, mint az alacsonyabb frekvenciák. A rövid hullámhossz lehetővé teszi, hogy a szerény méretű antennák kis sugárzási szélességűek legyenek , ami tovább növeli a frekvencia újrafelhasználási potenciálját. A milliméteres hullámokat katonai tűzvédelmi radarokhoz , repülőtéri biztonsági szkennerekhez , rövid hatótávolságú vezeték nélküli hálózatokhoz és tudományos kutatásokhoz használják.
A milliméteres hullámok jelentős új alkalmazásában bizonyos frekvenciatartományokat használnak a sáv alja közelében a mobiltelefon -hálózatok legújabb generációjában , az 5G hálózatokban. A milliméteres hullámú áramkörök és alrendszerek (például antennák, teljesítményerősítők, keverők és oszcillátorok) kialakítása szintén komoly kihívások elé állítja a mérnököket a félvezető- és folyamatkorlátozások, a modellkorlátozások és a passzív eszközök rossz Q- tényezői miatt.
Szaporítás
A milliméteres hullámok kizárólag látómezős utakon terjednek . Az ionoszféra nem tükrözi őket, és nem a Föld mentén haladnak földi hullámként, mint az alacsonyabb frekvenciájú rádióhullámok. Jellemző teljesítménysűrűségnél az épületek falai elzárják őket, és jelentős gyengülést szenvednek a lombozaton. A légköri gázok által történő abszorpció jelentős tényező az egész sávban, és növekszik a frekvenciával. Azonban, ez a felszívódás maximum néhány konkrét abszorpciós vonalak , elsősorban azoknak az oxigén 60 GHz-es és a vízgőz a 24 GHz-es és a 184 GHz. Az elnyelési csúcsok közötti "ablakok" frekvenciáin a milliméteres hullámok sokkal kisebb légköri csillapítással és nagyobb hatótávolsággal rendelkeznek, ezért sok alkalmazás használja ezeket a frekvenciákat. A milliméteres hullámhosszak nagyságrendje megegyezik az esőcseppekéval , így a csapadék további csillapítást okoz a szórás ( eső elhalványulása ), valamint az abszorpció miatt. A nagy szabad térveszteség és a légköri elnyelés néhány kilométerre korlátozza a hasznos terjedést. Így hasznosak sűrűn tömörített kommunikációs hálózatokhoz, például személyi hálózatokhoz, amelyek javítják a spektrumkihasználást a frekvencia újrafelhasználása révén .
A milliméteres hullámok "optikai" terjedési jellemzőket mutatnak, és kis fémfelületek és dielektromos lencsék által tükrözhetők és fókuszálhatók, körülbelül 5-30 cm (2 hüvelyk - 1 láb) átmérőjűek. Mivel hullámhosszuk gyakran sokkal kisebb, mint az őket manipuláló berendezés, a geometriai optika technikái használhatók. A diffrakció kisebb, mint az alacsonyabb frekvenciákon, bár a milliméteres hullámokat az épületek élei el tudják vonni. Milliméteres hullámhosszon a felületek durvábbnak tűnnek, így a diffúz visszaverődés nő. A többirányú terjedés , különösen a beltéri falakról és felületekről való visszaverődés, komoly fakulást okoz. A Doppler -frekvenciaeltolás még gyalogos sebességnél is jelentős lehet. A hordozható eszközökben az emberi test miatti árnyékolás okoz problémát. Mivel a hullámok áthatolnak a ruházaton, és kis hullámhosszuk lehetővé teszi számukra, hogy kis fémtárgyakról visszaverődjenek, ezeket milliméteres hullámszkennerekben használják a repülőtéri biztonsági szkenneléshez.
Alkalmazások
Tudományos kutatás
Ezt a sávot általában rádiócsillagászatban és távérzékelésben használják . A földi rádiócsillagászat nagy magasságú helyekre korlátozódik, mint például a Kitt Peak és az Atacama Large Millimeter Array ( ALMA ) a légköri abszorpciós problémák miatt.
Műholdas távérzékelés 60 GHz közelében képes meghatározni a felső légkör hőmérsékletét az oxigénmolekulák által kibocsátott sugárzás mérésével, amely a hőmérséklet és a nyomás függvénye. Az ITU nem kizárólagos passzív frekvenciakiosztása 57–59,3 GHz-en a légköri megfigyelésre szolgál meteorológiai és éghajlat-érzékelő alkalmazásokban, és e célból fontos a Föld légkörében lévő oxigénfelvétel és -kibocsátás tulajdonságai miatt. Jelenleg működőképes amerikai műholdérzékelők, mint például a fejlett mikrohullámú hangzó egység (AMSU) egy NASA műholdon (Aqua) és négy NOAA (15–18) műhold, valamint a különleges érzékelő mikrohullámú/képalkotó (SSMI/S) a Védelmi Minisztérium műholdján. 16 használja ezt a frekvenciatartományt.
Távközlés
Az Egyesült Államokban a 36,0–40,0 GHz-es sávot engedélyezett nagysebességű mikrohullámú adatkapcsolatokhoz használják, a 60 GHz-es sáv pedig engedély nélküli, rövid hatótávolságú (1,7 km) adatkapcsolatokhoz, legfeljebb 2,5 Gbit /s adatátvitellel . Általában sík terepen használják.
A 71–76, 81–86 és 92–95 GHz-es sávokat pont-pont nagy sávszélességű kommunikációs kapcsolatokhoz is használják. Ezek a magasabb frekvenciák nem szenvednek oxigénfelszívódástól, de az Egyesült Államokban a Federal Communications Commission (FCC) sugárzási engedélye szükséges . A tervek szerint 10 Gbit/s -os kapcsolatokat is használnak ezeken a frekvenciákon. A 92–95 GHz-es sáv esetében egy kis, 100 MHz-es tartományt tartottak fenn az űri rádiók számára, korlátozva ezt a fenntartott tartományt néhány gigabites másodperc alatti átviteli sebességre.
A sáv lényegében fejletlen, és új termékek és szolgáltatások széles körében használható, beleértve a nagy sebességű, pont-pont vezeték nélküli helyi hálózatokat és a szélessávú internet-hozzáférést . A WirelessHD egy újabb technológia, amely a 60 GHz -es tartomány közelében működik. Az erősen irányított "ceruza-sugár" jeljellemzők lehetővé teszik, hogy a különböző rendszerek egymás közelében működjenek anélkül, hogy interferenciát okoznának. A lehetséges alkalmazások közé tartoznak a nagyon nagy felbontású radarrendszerek .
Az IEEE 802.11ad és az IEEE 802.11ay Wi-Fi szabványok a 60 GHz-es ( V sáv ) spektrumban működnek, hogy elérjék a 7 Gbit/s, illetve legalább 20 Gbit/s adatátviteli sebességet .
A milliméteres hullámsávok felhasználási területei közé tartozik a pont-pont kommunikáció, a műholdak közötti kapcsolatok és a pont-többpont kommunikáció . Vannak előzetes tervek milliméteres hullámok használatára a jövőbeni 5G mobiltelefonokban. Ezenkívül a milliméteres hullámsávok használata a járművek kommunikációjában is vonzó megoldásként jelenik meg a (félig) autonóm járművek közötti kommunikáció támogatására.
Ebben a sávban a rövidebb hullámhosszak lehetővé teszik kisebb antennák használatát, hogy ugyanazt a nagy irányultságot és nagy erősítést érjék el, mint a nagyobbak az alacsonyabb sávokban. Ennek a nagy irányultságnak azonnali következménye, valamint ezeken a frekvenciákon a nagy szabad térveszteség párosul, a frekvenciák hatékonyabb felhasználásának lehetősége a pont-többpont alkalmazásokhoz. Mivel egy adott területen nagyobb számú, rendkívül direkt antennát lehet elhelyezni, a nettó eredmény a nagyobb gyakoriságú újrafelhasználás és a felhasználók nagyobb sűrűsége. A nagy használható csatornakapacitás ebben a sávban lehetővé teheti bizonyos alkalmazások kiszolgálását, amelyek egyébként száloptikai kommunikációt vagy nagyon rövid kapcsolatokat használnának, például áramköri lapok összekapcsolására.
Fegyverrendszerek
Milliméteres hullámú radarral használják rövid hatótávolságú tűzvezető radar a tankok és repülőgépek, és automatizált fegyverek ( CIWS ) a tengerjáró hajókat, hogy lő le a bejövő rakétákat. A milliméteres hullámok kis hullámhossza lehetővé teszi számukra, hogy nyomon kövessék a kimenő golyók áramlását, valamint a célpontot, lehetővé téve a számítógépes tűzvezérlő rendszer számára, hogy megváltoztassa az egyesítés célját.
A Raytheon segítségével az amerikai légierő kifejlesztett egy nem halálos, személyi elhárító fegyverrendszert, az Active Denial System (ADS) elnevezést, amely milliméteres rádióhullámokat bocsát ki 3 mm hullámhosszon (95 GHz frekvencia). A fegyver hatására a sugárban tartózkodó személy intenzív égő fájdalmat érez, mintha a bőre kigyulladna. A katonai változat kimeneti teljesítménye 100 kilowatt (kW) volt, egy kisebb bűnüldözési változat, a Silent Guardian , amelyet Raytheon fejlesztett ki, 30 kW volt.
Biztonsági szűrés
A ruházat és más szerves anyagok átlátszóak bizonyos frekvenciák milliméteres hullámaira, ezért egy nemrégiben használt alkalmazás szkennerek a fegyverek és más ruházat alatt hordott veszélyes tárgyak észlelésére, például a repülőtéri biztonsághoz. A magánélet védelmezőit aggasztja ennek a technológiának a használata, mert bizonyos esetekben lehetővé teszi a szűrők számára, hogy ruházat nélkül lássák a repülőtéri utasokat.
A TSA milliméteres hullámszkennereket telepített számos nagy repülőtérre.
A szoftverfrissítés előtt a technológia nem takarta el a vizsgált személyek testének egyetlen részét sem. Az utasok arcát azonban szándékosan maszkolta a rendszer. A fényképeket a technikusok zárt helyiségben vetítették, majd a keresés befejezése után azonnal törölték. A magánélet védelmezői aggódnak. "Egyre közelebb kerülünk a szükséges szalagkutatáshoz, hogy repülőgépre szállhassunk"-mondta Barry Steinhardt, az Amerikai Állampolgári Szabadságok Szövetségének tagja. A probléma megoldása érdekében a frissítéseknek köszönhetően nincs szükség tisztviselőre külön megtekintési területen. Az új szoftver generál egy általános képet az emberről. A képen nincs anatómiai különbség a férfi és a nő között, és ha objektumot észlel, a szoftver csak egy sárga mezőt jelenít meg a területen. Ha a készülék nem észlel semmi érdekeset, akkor nem jelenik meg kép. Az utasok visszautasíthatják a szkennelést, és fémdetektoron keresztül átvizsgálhatják és leütögethetik.
2007. május 15 -én három milliméteres hullámokat használó biztonsági szkennert helyeztek üzembe az amszterdami Schiphol repülőtéren , és várhatóan később telepítenek többet. Az utas fejét a biztonsági személyzet látja.
A Farran Technologies, a milliméteres hullámszkenner egyik modelljének gyártója szerint a technológia létezik arra, hogy a keresési területet akár 50 méterre is kiterjesszék a szkennelési területen túlra, ami lehetővé tenné a biztonsági dolgozók számára, hogy nagyszámú embert szkenneljenek anélkül, hogy tudnának róla. szkennelés alatt állnak.
Vastagságmérés
A Leuveni Egyetem legújabb tanulmányai bebizonyították, hogy a milliméteres hullámok nem nukleáris vastagságmérőként is használhatók a különböző iparágakban. A milliméteres hullámok tiszta és érintésmentes módot nyújtanak a vastagság változásának észlelésére. A technológia gyakorlati alkalmazása a műanyag extrudálásra , a papírgyártásra , az üveggyártásra és az ásványgyapot -gyártásra összpontosít .
Orvosság
Alacsony intenzitás (általában 10 mW / cm 2 vagy ennél kisebb) elektromágneses sugárzás, rendkívül magas frekvencia használható a humán gyógyászatban kezelésére betegségek . Például: "Egy rövid, alacsony intenzitású MMW-expozíció megváltoztathatja a sejtek növekedési és szaporodási sebességét, az enzimek aktivitását , a sejtgenetikai készülék állapotát, az ingerlhető membránok és a perifériás receptorok működését." Ez a kezelés különösen a 40–70 GHz tartományhoz kapcsolódik . Ezt a fajta kezelést nevezhetjük milliméteres hullám (MMW) vagy rendkívül nagyfrekvenciás (EHF) terápiának . Ez a bánásmód a kelet -európai nemzetekkel (például a volt Szovjetunió nemzeteivel) kapcsolatos. A Russian Journal Millimeter hullámok a biológiában és az orvostudományban tanulmányozza a milliméteres hullámterápia tudományos alapjait és klinikai alkalmazását.
Rendőrségi sebességradar
Közlekedési rendőrség a sebesség-detektáló radar fegyvereket a Ka-sávban (33,4-36,0 GHz).
Lásd még
- Elektromágneses árnyékolás
- Journal of Infrared, Millimeter és Terahertz Waves
- Késélű hatás
- mikrohullámú sütő
- Terahertzes sugárzás