Определения, приложения, свойства микроволн и миллиметровых или миллиметровых волн, используемых для высокоскоростной передачи данных с малой задержкой, 5G, радаров и многих других радиоприложений.
Микроволны и миллиметровые волны, миллиметровые волны — обе формы радиочастотного сигнала — единственная разница в диапазонах частот, которые они охватывают.
Хотя в некоторых обстоятельствах эти термины, как правило, используются довольно свободно, существуют определения как для микроволн, так и для миллиметровых волн, миллиметровых волн, которые объясняют, где эти полосы расположены в общем радиоспектре.
В связи с увеличением нагрузки на спектр с более низкой частотой и потребностью в более быстрой передаче данных с более широкой полосой пропускания в ближайшие годы значительно возрастет использование как микроволнового, так и миллиметрового диапазонов.
Часто при определении микроволн и миллиметровых волн миллиметрового диапазона необходимо различать их, хотя многие свойства обоих диапазонов очень похожи.
Что такое микроволновки
Хотя термин «микроволновая печь» слишком часто используется в отношении микроволновых печей, при использовании в радиочастотных конструкциях, радиосвязи, радарах и т.п. этот термин описывает сигналы в определенной части радиочастотного спектра.
Хотя это и не является определенным аспектом микроволн, многие люди считают микроволны областью радиоспектра, где емкость, индуктивность и сопротивление всех компонентов должны быть включены в конструкцию радиочастоты. Сосредоточенные компоненты, состоящие только из сопротивления, емкости или индуктивности, не подходят.
В связи с этим ВЧ и СВЧ компоненты, как правило, разрабатываются так, чтобы уменьшить уровень паразитной индуктивности и емкости, чтобы сделать конструкцию СВЧ-схемы максимально простой.
Обычно микроволновыми считаются частоты или диапазоны от 300 МГц до 30 ГГц, хотя часто многие люди склонны считать, что микроволновые частоты начинаются с 1 ГГц, а не с 300 МГц.
При частоте 300 МГц в нижней части диапазона УВЧ и технологии проектирования микроволновых радиочастот, использующей другой подход ввиду того факта, что сосредоточенные компоненты не подходят, частота 1 ГГц кажется более подходящей во многих случаях для быть границей, где начинаются микроволны.
Соответственно, существует множество электронных компонентов, разработанных специально для удовлетворения требований к конструкции микроволновых и миллиметровых волн.
Доступны не только специальные конденсаторы и резисторы, но и полупроводниковые устройства. Для этих частот полупроводниковые устройства, как правило, используют технологию составных полупроводников, чтобы обеспечить достижение требуемых характеристик на этих частотах. Технологии включают арсенид галлия, нитрид галлия и тому подобное.
В дополнение к ним доступны такие компоненты, как волноводы, циркуляторы, изоляторы и многое другое.
СВОДКА СВОЙСТВ МИКРОВОЛНОВОГО СПЕКТРА
| Тип полосы | Диапазон частот | Длина волны | Типичные области применения |
| микроволновка | 300 МГц — 30 ГГц | 1 — 0,1 метра | Наземное вещание, прямое спутниковое вещание, сотовая/мобильная связь, беспроводные локальные сети, спутниковая и наземная радиосвязь, радар, навигация. |
Одним из недостатков использования микроволновой печи является стоимость ее компонентов. Они могут быть намного выше, чем те, которые требуются для радиочастотного проектирования на более низких частотах — допуски более жесткие, микроволновые компоненты часто должны изготавливаться с использованием передовых технологий, особенно когда речь идет о полупроводниках. Все это увеличивает стоимость, и в результате микроволновые компоненты, как правило, намного дороже.
Преимущества микроволн по сравнению с более низкими частотами заключаются в том, что доступные уровни спектра намного выше, а это означает, что отдельные передачи могут использовать более широкую полосу пропускания. В свою очередь это означает, что они могут передавать данные на гораздо более высоких скоростях.
Следует помнить, что распространение сигналов несколько отличается от распространения на более низких частотах.
Сигналы, как правило, поступают только в пределах прямой видимости, а объекты на пути могут вызывать значительные уровни затухания. Это может быть недостатком, потому что сигналы не распространяются так далеко, и необходимо уделять больше внимания планированию доступных путей прохождения сигнала, хотя в некоторых обстоятельствах, например, при сотовой или мобильной связи, короткие расстояния могут быть хорошим преимуществом, обеспечивая высокий уровень помех. повторное использование частот.
В сочетании с доступными более высокими скоростями передачи данных это может оказаться полезным во многих случаях. Недостатком является то, что для обеспечения покрытия требуется больше узлов или базовых станций, хотя это потребуется только в районах с высокой нагрузкой.
Эта часть радиочастотного спектра все чаще используется для Wi-Fi и беспроводных локальных сетей. С сигналами для стандартных вариантов Wi-Fi, использующих диапазоны 2,4 ГГц, 5 ГГц, а теперь и 6 ГГц, беспроводная локальная сеть и общая беспроводная связь все чаще используют эту часть спектра.
Микроволновые сигналы также могут использоваться для двухточечных соединений. Антенны с параболическим отражателем обеспечивают высокий коэффициент усиления, который обеспечивает более высокие сигналы для борьбы с повышенными потерями на трассе. Радиосвязь «точка-точка» раньше была характерной чертой обычных телекоммуникационных сетей, но теперь она менее широко используется для телекоммуникационной инфраструктуры, поскольку оптоволоконные линии имеют гораздо большую пропускную способность.
Однако микроволновые линии все еще очень широко используются для мобильных базовых станций, потому что они могут легко соединить несколько базовых станций вместе и в местах, где нет доступных телекоммуникационных волоконных линий.
Что такое миллиметровые волны
Миллиметровые волны — это следующая полоса частот после микроволн. Как следует из названия, их длина волны измеряется в миллиметрах. В частности, они составляют от 10 до 1 мм, что соответствует частотам в диапазоне от 30 до 300 ГГц.
В некоторых случаях считается, что диапазон миллиметровых волн начинается с 26 ГГц, а не с 30 ГГц, поскольку полосы частот миллиметрового диапазона 5G находятся на частотах 26 и 28 ГГц. Эти миллиметровые диапазоны 5G обеспечивают мобильную связь с очень высокой пропускной способностью на короткие расстояния.
СВОДКА СВОЙСТВ СПЕКТРА MMWAVE
| Тип полосы | Диапазон частот | Длина волны | Типичные области применения |
| Миллиметровая волна (мм волна) | 30–300 ГГц | 10 — 1 мм | Радар, визуализация миллиметрового диапазона, медицинское сканирование, исследования каналов ближнего действия для беспроводной связи |
При использовании миллиметровых сигналов для радиосвязи, радиолокации или для любых других целей важным аспектом является затухание сигнала с пройденным расстоянием. Мало того, что затухание обычно увеличивается с увеличением частоты, также существуют пики, когда составляющие атмосферы реагируют на сигналы, и уровень поглощения увеличивается. Хотя это также присутствует в микроволновом диапазоне спектра, оно более выражено для миллиметровых сигналов.
Приведенный выше график представляет собой очень приблизительный график затухания сигналов миллиметрового диапазона с увеличением частоты. График будет меняться в зависимости от различных атмосферных параметров, включая температуру, влажность и т.п., но он дает общее представление об уровнях затухания, которые превышают и превышают нормальное затухание сигнала 1/d 2 для любого сигнала.
Опять же, для этих частот доступны электронные компоненты, предназначенные для использования на этих частотах. Электронные компоненты, как правило, предназначены для использования на этих частотах, чтобы паразитные уровни индуктивности, емкости и т.п. не маскировали требуемые характеристики. Также растет зависимость от использования специализированных монолитных микроволновых ИС и подобных устройств, которые могут работать на этих очень высоких частотах.
На этих частотах даже короткие пути могут вносить задержки, емкость, индуктивность и т.п. Также полупроводниковые технологии используют составные полупроводниковые подходы для достижения производительности на этих частотах.
Сравнение микроволн и миллиметровых волн
С точки зрения их частот, как микроволновые, так и миллиметровые диапазоны волн занимают очень высокие частотные диапазоны, и они могут обеспечивать высокие уровни ширины полосы для поддержки беспроводной связи с высокой скоростью передачи данных, беспроводных локальных сетей и т.п., а также обеспечения радиолокационных систем с узкой шириной луча.
Однако есть различия при сравнении сигналов микроволн и миллиметровых волн.
СРАВНЕНИЕ МИКРОВОЛН И МИЛЛИМЕТРОВЫХ ВОЛН — РАЗЛИЧИЯ И СХОДСТВА
| Параметр | Микроволновые диапазоны | Диапазоны миллиметровых волн |
| Диапазон частот | от 30 МГц до 30 ГГц | от 30 ГГц до 300 ГГц |
| Длины волн | от 1 м до 0,01 м | от 10 мм до 1 мм |
| Доступные полосы пропускания сигнала | Высокая | Очень высоко |
| Размеры антенны | Больше, чем для миллиметровых диапазонов, особенно в нижней части микроволнового диапазона. Они все же меньше, чем для более низких частот. | Маленький, особенно по сравнению с микроволновым диапазоном — например, дипольные элементы обычно имеют длину около половины длины волны, поэтому это означает, что они могут быть между 5 мм и 0,5 мм. |
| Дальность передачи | Зависит от частоты, но расстояния прямой видимости легко достижимы для антенн с высоким коэффициентом усиления высоко и без препятствий. | Достижимые расстояния ограничены из-за атмосферного поглощения и т. д. mmWave обычно не используется для линий радиосвязи на большие расстояния. |
| Затухание | Относительно устойчив к дождю, особенно на низких частотах | Высокое поглощение наблюдается, если на пути сигнала идет дождь. |
Сравнение микроволн и миллиметровых волн не всегда однозначно. Эти два диапазона примыкают друг к другу, и в любом случае определения того, что представляют собой микроволны и мм-волны, могут различаться. Соответственно, это сравнение следует рассматривать как общее представление свойств, и следует помнить, что свойства в верхней части микроволнового диапазона будут очень близки к свойствам в нижней части миллиметрового диапазона.
С точки зрения их использования, как микроволновые, так и миллиметровые диапазоны все чаще используются для мобильной связи. Хотя коммерциализация миллиметровых диапазонов 5G еще не началась, существуют планы по развитию и будущему использованию миллиметровых диапазонов для 5G и 6G.
И микроволны, и миллиметровые волны используются все шире. По мере совершенствования технологии проектирования микроволновых и миллиметровых волн и снижения затрат выгоды от использования этих областей спектра возрастают. Также увеличивается нагрузка на более низкие частоты, где спектр становится более перегруженным и где полосы пропускания, необходимые для беспроводной связи с высокой скоростью передачи данных, недоступны. При всех этих нагрузках использование микроволнового и миллиметрового диапазонов волн будет только увеличиваться.
Одной из захватывающих областей использования миллиметрового диапазона является мобильная связь. Хотя миллиметровые диапазоны 5G еще не используются, это одна из целей, которая позволит обеспечить очень высокую скорость передачи данных с малой задержкой.