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毫米波通讯的特色及远景

毫米波的波长从10毫米至1毫米、频率从30吉赫(GHz)至300吉赫(GHz)的电磁波称为毫米波,利用毫米波进行通信的方法叫毫米波通信。毫米波通信分毫米波波导

毫米波的波长从10毫米至1毫米、频率从30吉赫(GHz)至300吉赫(GHz)的电磁波称为毫米波,运用毫米波进行通讯的方法叫毫米波通讯。毫米波通讯分毫米波波导通讯和毫米波无线电通讯两大类。

传达特性

一般毫米波频段是指30GHz~300GHz,相应波长为1mm~10mm。毫米波通讯便是指以毫米波作为传输信息的载体而进行的通讯。现在绝大大都的使用研讨会集在几个“大气窗口”频率和三个“衰减峰”频率上。

1)是一种典型的视距传输方法

毫米波归于甚高频段,它以直射波的方法在空间进行传达,波束很窄,具有杰出的方向性。一方面,因为毫米波受大气吸收和降雨式微影响严峻,所以单跳通讯间隔较短;另一方面,因为频段高,搅扰源很少,所以传达安稳牢靠。因而,毫米波通讯是一种典型的具有高质量、稳定参数的无线传输信道的通讯技能。

2)具有“大气窗口”和“衰减峰”

“大气窗口”是指35GHz、45GHz、94GHz、140GHz、220GHz频段,在这些特别频段邻近,毫米波传达遭到的衰减较小。一般说来,“大气窗口”频段比较适用于点对点通讯,现已被低空空地导弹和地基雷达所选用。而在60GHz、120GHz、180GHz频段邻近的衰减呈现极大值,约高达15dB/km以上,被称作“衰减峰”。一般这些“衰减峰”频段被多路分集的荫蔽网络和体系优先选用,用以满意网络安全系数的要求。

3)降雨时衰减严峻

与微波比较,毫米波信号在恶劣的气候条件下,尤其是降雨时的衰减要大许多,严峻影响传达作用。经过研讨得出的结论是,毫米波信号降雨时衰减的巨细与降雨的瞬时强度、间隔长短和雨滴形状密切相关。进一步的验证标明:一般情况下,降雨的瞬时强度越大、间隔越远、雨滴越大,所引起的衰减也就越严峻。因而,抵挡降雨衰减最有用的方法是在进行毫米波通讯体系或通讯线路规划时,留出满足的电平衰减余量。

4)对沙尘和烟雾具有很强的穿透才能

大气激光和红外对沙尘和烟雾的穿透力很差,而毫米波在这点上具有显着优势。很多现场试验结果标明,毫米波关于沙尘和烟雾具有很强的穿透力,简直能无衰减地经过沙尘和烟雾。甚至在由爆破和金属箔条发生的较高强度散射的条件下,即便呈现式微也是短期的,很快就会康复。跟着离子的分散和下降,不会引起毫米波通讯的严峻中止。

毫米波通讯的研讨现状

当时的毫米波通讯体系首要包含地球上的点对点通讯和经过卫星的通讯或播送体系。现在地球上的点对点毫米波通讯一般用于对保密要求较高的接力通讯中。毫米波自身就具有很强的荫蔽性和抗搅扰性,一起因为毫米波在大气中的衰减和运用小口径天线就能够取得极窄的波束和很小的旁瓣,所以对毫米波通讯的截获和搅扰变得十分困难。

1、毫米波地上通讯

毫米波地上通讯体系的传统使用是接力 ( 中继)通讯。毫米波传达的很多试验标明,运用多跳的毫米波接力(中继)通讯是可行的。为了削减危险,首先从毫米波频段的低端和厘米波频段的高端下手。在开发高频段大容量通讯体系的一起, 更高频段的中、低容量短程毫米波通讯设备也相继出台。

到 20 世纪 90 时代,迎来了全球信息化的浪潮。因特网迅猛开展,交互多媒体事务、宽带视频事务以及专用网络和无线电通讯的事务量的急剧增加,迫切需求进步传输速率、传输带宽和传输质量。用户对宽带接入的需求日益剧烈,推进了各种宽带接入网络和设备的研发,运用毫米波的无线宽带接入技能应运而生。

2、毫米波卫星通讯

因为丰厚的频率资源,在卫星通讯中毫米波通讯得到了敏捷开展。例如,在星际通讯时一般运用5mm(60GHz)波段,因为在此频率处大气损耗极大,地上无法对星际通讯内容进行侦听。而在星际因为大气极为淡薄,不会形成信号的式微。美国的“战术、战略和中继卫星体系”便是一个比如。该体系由五颗卫星组成,上行频率为44GHz,下行频率为20GHz,带宽为2GHz,星际通讯频率为60GHz。

与其他通讯方法比较, 卫星通讯的首要长处是:

a)通讯间隔远,建站本钱与通讯间隔无关。

b)以播送方法作业, 便于完成多址衔接。

c)通讯容量大, 能传送的事务类型多。

d)能够自发、 自收、 监测等。

20 世纪 70~80 时代,卫星通讯大多是运用对地停止轨迹(又称同步轨迹)进行的。到20 世纪90 时代今后,运用中、低轨迹的卫星通讯体系接连不断。但是在大容量通讯服务方面,运用对地停止轨迹的卫星通讯体系仍然是唱主角的。据统计,20 世纪90 时代的10 年间,发射送入同步轨迹上的通讯卫星多达200 颗,其间C波段的最多,Ku 波段的次之。由此带来的卫星通讯频谱拥堵问题也日益突出,向更高频段推进已成为必然趋势。

实践上早在 20 世纪 70 时代初, 就现已开端了毫米波卫星通讯的试验研讨。此范畴大部分开发作业在美国、前苏联和日本进行。到 20 世纪 80 时代末至 90 时代,除了推出持续用于规模更广、内容更多的毫米波频段试验卫星外,开端呈现了实用化的Ka 波段卫星通讯体系。需求指出的是,其间许多卫星选用了一系列先进的技能,包含多波束天线、星上交流、星上处理和高速传输等。

3、毫米波通讯在电子对抗中的使用

军事上的需求是推进毫米波体系开展的重要因素。现在, 毫米波在雷达、 制导、 战术和战略通讯、 电子对抗、 遥感、 辐射丈量等方面得到了广泛使用。其间战略通讯与电子对抗是十分重要的使用方向。电子对抗是指仇视两边均运用电子设备或器件所进行的电磁奋斗, 是现代化战役中的一种重要手法。

跟着毫米波雷达和制导体系的开展, 相应的电子对抗手法也开展起来。现代战役除掉强火力和高密度外, 一个重要的特色便是整个战役是在剧烈的电子对抗中进行的。因而, 要求通讯设备有必要具有很强的抗搅扰才能, 而毫米波在这方面表现出显着的优势。例如, 挑选 60GHz、 120GHz、 200GHz 三个“ 衰减峰” 频段上的舰对舰的毫米波通讯, 运用这些频段上信号严峻衰减的特色, 可极大进步舰对舰之间通讯的抗搅扰和抗截获才能。国外还大力开展了毫米波频段的测向机、 搅扰机和信号分析器等电子对抗设备的研发。

毫米波波束很窄, 天线的旁瓣能够做得很低,使侦查和有源搅扰都比较困难, 因而, 无源搅扰在毫米波段有较大的开展。对 35GHz 以下的毫米波,现在最常用的搅扰手法便是投进非谐振的毫米波箔条和气溶胶, 对敌方毫米波雷达波束进行散射,它能够搅扰较宽的频段而不用事前准确测定敌方雷达的频率。除此之外, 也还能够运用爆破、 热电离或放射性元素发生等离子体, 对毫米波进行吸收和散射, 以搅扰敌方雷达。

现役的大都雷达侦查、告警体系的频率掩盖规模均已扩展到0.5GHz~40GHz。据报道, 美国的电子对抗设备中部分雷达侦查设备频率可到达110GHz, 正在向 300GHz 开展。雷达告警设备频率已扩展到 40GHz~60GHz, 北约正研发一种车载毫米波告警设备, 频段为 40GHz~140GHz。此外, 通讯侦查频段掩盖 10GHz 毫米波段, 通讯搅扰部分40GHz 以下已实用化, 正在向 110GHz 开展。在毫米波段还能够运用隐身技能。在抵挡有源毫米波雷达时, 同在微波波段相同, 能够选用减小雷达截面的外形规划, 或许在外表涂敷铁氧体等毫米波吸收资料, 以减小反射波的强度。关于经过检测金属方针的低毫米波辐射与布景辐射之间的反差来盯梢方针的无源雷达, 则要在方针外表涂敷毫米波辐射较强的伪装物, 使其辐射和布景辐射根本持平, 从而使方针融合于布景中。

总归,毫米波通讯使用于军事上是十分必要和有重大意义的, 是很有开展前途的通讯手法,具有波束窄、数据率高、电波荫蔽、保密和抗搅扰性能好、开设敏捷、运用方便灵敏以及全天候作业的特色。除了使用于电子对抗范畴外,军用毫米波通讯的使用包含远(外空间)近(大气层)距保密通讯、快速应急通讯、对潜通讯、卫星通讯、星际通讯、微波干线上下山的走线和电缆中止抢通设备等

毫米波通讯远景展望

毫米波通讯技能是一个典型的军民两用技能。在军事范畴中能够使用于星际间通讯或中继、毫米波频段的保密通讯和毫米波敌我识别体系等;而在民用范畴能够使用于宽带多媒体移动通讯体系、丈量雷达、车船防撞、地势测绘、射电地理、以交互式大容量电视播送及卫星的毫米波链路体系等诸多方面,并将进一步扩展其商场。

总归,国内、外在毫米波通讯范畴进行了很多的研讨作业,内容触及了从根底传达理论到实践体系使用的方方面面,这些都充分说明了毫米波通讯是一种很有开展远景的无线通讯技能。

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