СВЧ-передача - Microwave transmission

Атмосферное ослабление микроволны в сухом воздухе с уровнем водяного пара 0,001 мм. Нисходящие всплески на графике соответствуют частотам, на которых микроволны поглощаются сильнее, например, кислород молекулы.

СВЧ-передача это передача информации к микроволновая печь радиоволны. Хотя экспериментальная линия микроволновой связи длиной 40 миль (64 км) через Ла-Манш была продемонстрирована в 1931 году, разработка радар в Вторая Мировая Война предоставил технологию для практического использования микроволновой связи. В 1950-х годах крупные трансконтинентальные микроволновое реле сети, состоящие из цепочек ретрансляционных станций, связанных между собой Поле зрения лучи микроволн были построены в Европе и Америке для ретрансляции междугороднего телефонного трафика и телевизионных программ между городами. Спутники связи который передавал данные между наземными станциями с помощью микроволн, в 1960-х годах занимал большую часть междугороднего трафика. В последние годы наблюдается взрывной рост использования микроволнового спектра новыми телекоммуникационными технологиями, такими как беспроводные сети, и спутники прямого вещания которые транслируют телевидение и радио прямо в дома потребителей.

Использует

Микроволны широко используются для точка-точка коммуникации, потому что их небольшой длина волны позволяет удобно по размеру антенны 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; микроволновый диапазон имеет пропускная способность В 30 раз больше, чем у всех остальных радиоспектр под этим. Недостатком является то, что микроволны ограничены Поле зрения размножение; они не могут проходить вокруг холмов или гор, как это могут делать низкочастотные радиоволны.

Параболическая спутниковая антенна для Erdfunkstelle Raisting, основанный в Рейстинг, Бавария, Германия

Микроволновая радиопередача обычно используется в точка-точка системы связи на поверхности Земли, в спутниковая связь, И в радиосвязь в дальнем космосе. Другие части микроволнового радиодиапазона используются для радары, радионавигация системы, сенсорные системы и радиоастрономия.

Следующая более высокая часть радио электромагнитный спектр, где частоты выше 30 ГГц и ниже 100 ГГц, называются "миллиметровые волны "потому что их длины волн удобно измерять в миллиметрах, а их длины волн находятся в диапазоне от 10 мм до 3,0 мм (более высокочастотные волны имеют меньшую длину). Радиоволны в этом диапазоне обычно сильно ослабленный посредством Земная атмосфера и содержащиеся в нем частицы, особенно в сырую погоду. Кроме того, в широком диапазоне частот около 60 ГГц радиоволны сильно ослабляются молекулярный кислород в атмосфере. Электронные технологии, необходимые для работы в миллиметровом диапазоне волн, также намного труднее использовать, чем в микроволновом диапазоне.

Беспроводная передача информации
Беспроводная передача энергии

СВЧ радиореле

C-диапазон рупорные рефлекторные антенны на крыше коммутационного центра в Сиэтл, Вашингтон, часть США AT&T Long Lines микроволновая релейная сеть
Десятки посуды для СВЧ на Генрих-Герц-Турм в Гамбург, Германия

СВЧ радиореле это технология, широко используемая в 1950-х и 1960-х годах для передачи сигналы, например, междугородние телефонные звонки и телевизионные программы между двумя земными точками на узком луче микроволн. В микроволновая печь радиореле, микроволны передаются по Поле зрения путь между ретрансляционными станциями с использованием направленные антенны, образуя постоянную радиосвязь между двумя точками. Требование прямой видимости ограничивает расстояние между станциями до визуального горизонта примерно от 30 до 50 миль (от 48 до 80 км). До повсеместного использования спутники связи Для передачи телекоммуникационных сигналов на трансконтинентальные расстояния использовались цепочки радиорелейных станций.

Начиная с 1950-х годов сети микроволновых релейных линий, такие как AT&T Long Lines Система в США позволяла осуществлять междугородние телефонные звонки и телепрограммы между городами.[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] К ним относятся длинные прикованный цепочкой серия таких звеньев, которые пересекали горные хребты и континенты. Большая часть трансконтинентальных перевозок теперь осуществляется более дешевыми оптические волокна и спутники связи, но микроволновое реле остается важным для более коротких расстояний.

Планирование

Башня связи на Frazier Mountain, Южная Калифорния с микроволновыми реле

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 частоты ). Антенны должны быть высоко направленный (высоко прирост ); эти антенны устанавливаются на возвышенностях, таких как большие радиовышки, чтобы иметь возможность передавать на большие расстояния. Типичные типы антенн, используемых в установках радиорелейных линий: параболические антенны, диэлектрическая линза и рупорные рефлекторные антенны, 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 используемых высоких частот Поле зрения путь между станциями обязателен. Кроме того, чтобы избежать ослабления луча, область вокруг луча называется первой. Зона Френеля должен быть свободен от препятствий. Препятствия в сигнальном поле вызывают нежелательные затухание. Положение на вершине горы или гребне часто бывает идеальным.

Серийный грузовик используется для удаленные трансляции к телевизионные новости есть микроволновая тарелка на выдвижной телескопической мачте для передачи видео в реальном времени обратно в студию.

Препятствия, кривизна Земли, география области и вопросы приема, связанные с использованием близлежащей земли (например, в производство и лесное хозяйство ) являются важными вопросами, которые следует учитывать при планировании радиосвязи. В процессе планирования важно создать «профили путей», которые предоставляют информацию о местность и зоны Френеля, влияющие на путь 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 пространство и / или частота схемы разнесения могут применяться для смягчения этих эффектов.

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. Создание сильного дождя и снега дождь исчезнет также следует рассматривать как фактор ухудшения качества, особенно на частотах выше 10 ГГц. Все предыдущие факторы, вместе 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.

Самое длинное микроволновое радиореле, известное на сегодняшний день, пересекает красное море с перепадом 360 км (200 миль) между Jebel Erba (2170 м над ур. м.), 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 ур. М., 21 ° 5′36,89 ″ с.ш. 40 ° 17′29,80 ″ в.д. / 21.0935806 ° с.ш. 40.2916111 ° в. / 21.0935806; 40.2916111, Саудовская Аравия). Ссылка была построена в 1979 г. Телетра передать 300 телефонных каналов и один ТВ-сигнал в полосе частот 2 ГГц. (Расстояние прыжка - это расстояние между двумя микроволновыми станциями).[2]

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 обеспечить 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 связи стали широко использоваться микроволновые радиолинии. сотовая сеть. 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, произошедшее за последнее десятилетие, - это эволюция в сторону пакетное радио коробка передач. Поэтому новые контрмеры, такие как адаптивная модуляция, были приняты.

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 (МСЭ-R ) и местные правила (ETSI, FCC ). В последнее десятилетие выделенный спектр для каждого микроволнового диапазона стал чрезвычайно переполненным, что мотивировало использование методов увеличения пропускной способности, таких как повторное использование частот, Мультиплексирование с поляризационным разделением, XPIC, MIMO.

История

Антенны экспериментальной микроволновой релейной линии 1,7 ГГц 1931 года через Ла-Манш. Приемная антенна (фон, справа) был расположен за передающей антенной, чтобы избежать помех.
Армия США Сигнальный корпус переносная микроволновая релейная станция, 1945 г. Релейные микроволновые системы были впервые разработаны во время Второй мировой войны для безопасной военной связи.

История радиореле общение началось в 1898 г. с публикации Иоганн Маттауш в австрийском журнале Zeitschrift für Electrotechnik.[3][4] Но его предложение было примитивным и непригодным для практического использования. Первые эксперименты с ретранслятор станции для ретрансляции радиосигналов были созданы в 1899 году Эмилем Гуарини-Форезио.[3] Тем не менее Низкая частота и средняя частота радиоволны, использовавшиеся в течение первых 40 лет существования радио, доказали, что могут преодолевать большие расстояния с помощью земная волна и небесная волна размножение. Потребность в радиорелейной передаче возникла только в 1940-х годах. микроволны, который путешествовал Поле зрения и поэтому они были ограничены визуальным горизонтом на расстоянии около 40 миль (64 км).

В 1931 году англо-французский консорциум во главе с Андре К. Клавье продемонстрировал экспериментальную микроволновую ретрансляционную линию через Английский канал с помощью тарелок длиной 10 футов (3 м).[5] Телефония, телеграф и факсимиле данные передавались двунаправленными лучами 1,7 ГГц на 40 миль (64 км) между Дувр, Великобритания и Кале, Франция. Излучаемая мощность, создаваемая миниатюрным Трубка Баркгаузена-Курца расположенный в фокусе тарелки, составлял полватта. 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 радар в течение Вторая Мировая Война предоставили большую часть микроволновой технологии, которая сделала возможными практические микроволновые каналы связи, в частности клистрон генератор и методика проектирования параболических антенн. Хотя это и не широко известно, американские военные использовали как портативные, так и стационарные микроволновые станции связи в Европейский театр во время Второй мировой войны.

После войны телефонные компании использовали эту технологию для создания крупных микроволновых радиорелейных сетей для передачи междугородних телефонных звонков. В 1950-е годы подразделение телефонной компании США, AT&T Long Lines, построил трансконтинентальную систему микроволновых релейных линий по всей территории США, которая теперь охватывает большую часть территории США. длинная дистанция телефонный трафик, а также телевизионная сеть сигналы.[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 более позднюю 416C, произведенную Western Electric] в передатчиках, а затем в TD3, который использовал твердое состояние электроника.

Richtfunkstelle Berlin-Frohnau

Замечательны были микроволновые релейные связи с Западный Берлин вовремя Холодная война, которые пришлось построить и эксплуатировать из-за большого расстояния между Западная Германия и Берлин 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 релейные системы продолжали использоваться до 1960-х годов, когда многие из этих систем были вытеснены тропосферное рассеяние или же спутник связи системы. Когда НАТО была сформирована военная часть, большая часть имеющейся техники 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 использовалась гибкая УВЧ кабель, а не жесткий волновод требуется для высокочастотных систем, что делает его идеальным для тактического применения. Типичная установка микроволнового реле или переносной фургон имели две радиосистемы (плюс резервные), соединяющие две Поле зрения места. Эти радиоприемники часто передавали 24 телефон каналы мультиплексирование с частотным разделением на микроволновом носителе (например, Lenkurt 33C FDM). Любой канал может быть назначен для передачи до 18 телетайп коммуникации вместо этого. Подобные системы от Германия и другие страны-члены также использовались.

Микроволновые ретрансляционные сети дальней связи были построены во многих странах до 1980-х годов, когда технология потеряла свою долю фиксированной связи в пользу более новых технологий, таких как опто-волоконный кабель и спутники связи, которые предлагают более низкую стоимость за бит.

СВЧ-шпионаж

Во время холодной войны спецслужбы США, такие как Национальное Агенство Безопасности (АНБ), как сообщается, смогли перехватить советский микроволновый трафик с помощью таких спутников, как Риолит.[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 применения из-за более низких эксплуатационных расходов, более эффективного инфраструктура, а также обеспечение прямого доступа к оборудованию переносному радисту.

СВЧ связь

А микроволновая связь это система связи, которая использует луч радиоволн в микроволновом диапазоне частот для передачи видео, аудио, или же данные между двумя точками, расстояние между которыми может составлять от нескольких футов или метров до нескольких миль или километров. СВЧ-каналы обычно используются телевизионными компаниями для передачи программ, например, через страну или из страны. внешняя трансляция обратно в студию.

Мобильные устройства могут быть установлены на камеру, что позволяет камерам свободно перемещаться без кабелей. Их часто можно увидеть на полях спортивных площадок на Steadicam системы.

Свойства микроволновых каналов

Использование микроволновых каналов

  • В общении между спутники и базовые станции
  • 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 дождь между двумя локациями

Тропосфер

Наземные радиорелейные линии связи ограничены расстоянием до визуального горизонт, несколько десятков миль или километров в зависимости от высоты башни. Тропосферное рассеяние («тропосферное рассеяние» или «рассеяние») - это технология, разработанная в 1950-х годах, позволяющая использовать 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 тропосфера небольшая 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 каналы тропосферного рассеяния используются только в особых обстоятельствах, когда нельзя полагаться на спутники и другие каналы дальней связи, например, в военной связи.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ а б 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». Телетра. Получено 2012-10-02 - через Facebook.
  3. ^ а б 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. ^ Маттауш, Дж. (16 января 1898 г.). "Telegraphie ohne Draht. Eine Studie" [Телеграф без провода. Изучение] (PDF). Zeitschrift für Elektrotechnik (на немецком). Elektrotechnischen Vereines в Вене. XVI (3): 35–36 - через www.slyusar.kiev.ua.
  5. ^ Фри, E.E. (август 1931). «Прожекторное радио с новыми 7-дюймовыми волнами» (PDF). Радио Новости. Vol. 8 нет. 2. Нью-Йорк: Radio Science Publications. стр. 107–109. Получено 24 марта, 2015.
  6. ^ "Микроволны охватывают Ла-Манш" (PDF). Коротковолновое ремесло. Vol. 6 шт. 5. Нью-Йорк: Popular Book Co., сентябрь 1935 г., стр. 262, 310.. Получено 24 марта, 2015.
  7. ^ "Сахарные совковые антенны для улавливания микроволн". Популярная механика. Журналы Hearst. Февраль 1985. с. 87.
  8. ^ Джеймс Бэмфорд (2008). Фабрика теней. Doubleday. п.176. ISBN  978-0-385-52132-1.
  9. ^ Кинкейд, Шерил-Аннет (май 2007 г.). Анализ микроволнового спектра, регистрируемого локатором солнечных всплесков радиоизлучения (MSc). Дентон, Техас: Университет Северного Техаса. Получено 2012-10-02 - через Электронную библиотеку ЕНТ.
  • Руководство по проектированию микроволновой радиопередачи, Тревор Мэннинг, Artech House, 1999

внешняя ссылка