Миллиметровые волны раздвинут границы будущего беспроводных технологий. Часть 1
Современные технологии, наконец, сделали миллиметровые волны пригодными для практического использования, позволив беспроводным средствам связи продолжить развитие прежде, чем был исчерпан доступный спектр
Миллиметровый диапазон занимает спектр частот от 30 до 300 ГГц. Он находится между СВЧ (от 1 до 30 ГГц) и инфракрасным диапазоном, который иногда также называется областью крайне высоких частот (КВЧ). Длина волны (λ) находится в диапазоне от 1 до 10 мм. Когда-то эта часть спектра, по существу, не использовалась, просто потому, что электронных компонентов, способных генерировать или принимать миллиметровые волны, было очень мало, а может быть, и не было вовсе.
Но за последние примерно десять лет все изменилось. Миллиметровые волны теперь практичны и доступны для использования, им находят все больше новых областей применения. Самое полезное заключается в том, что они «разгрузили» нижние частоты и реально расширили границы возможностей средств беспроводных коммуникаций (см. Таблицу 1). Если мы станем увеличивать частоту еще больше, то уже начнем использовать свет.
| Таблица 1. | Диапазоны сантиметровых и миллиметровых волн | |||||||||
На самом деле, небольшая дальность распространения может быть преимуществом. Например, это снижает помехи от других близлежащих радиостанций. Способствуют уменьшению помех и антенны с большим усилением, характеризующиеся высокой направленностью. Такие антенны с узкой диаграммой направленности увеличивают мощность и дальность передачи. Кроме того, они обеспечивают защиту от перехвата сигналов. Еще одним преимуществом являются малые размеры оборудования, работающего на миллиметровых волнах. Микросхемы всегда позволяли создавать миниатюрные устройства, а в миллиметровом диапазоне и сами антенны можно уменьшить до размеров микросхемы. Обычный полуволновый вибратор, предназначенный для работы на частоте 900 МГц, имеет длину 15 см, но полуволновая антенна для частоты 60 ГГц, может иметь длину всего 2.5 мм в свободном пространстве, или даже меньше, если будет изготовлена на диэлектрической подложке. Это означает, что вся конструкция радио, включая антенну, может быть очень компактной. На подложке микросхемы несложно создать фазированную антенную решетку с большим количеством элементов, которая будет способна направлять и фокусировать энергию для увеличения коэффициента усиления, мощности и расстояния передачи. Непростой задачей является также создание схем, способных работать на частотах миллиметрового диапазона. Но благодаря таким полупроводниковым материалам, как германид кремния (SiGe), арсенид галлия (GaAs), фосфид индия (InP) и нитрид галлия (GaN), а также новым технологическим процессам, изготовление транзисторов субмикронного размера, работающих на таких частотах, вполне возможно. Области применения Передача видеосигналов требует огромной пропускной способности и, соответственно, высочайшей скорости передачи данных. Для трансляции видео высокой четкости формата 1080p требуется скорость во много гигабит в секунду. Если же до передачи использовать сжатие сигнала, то скорость может быть снижена. В этом случае будет достаточно нескольких сотен Мб/с, но пострадает качество изображения. Сжатие всегда ухудшает качество, но зато позволяет использовать для передачи такие доступные беспроводные стандарты, как Wi-Fi 802.11n. Пропускная способность стандарта 802.11ac, которому выделена полоса 5 ГГц, существенно выше, и теперь обеспечивает гигабитные скорости передачи данных. Технологии миллиметровых волн делают гигабитные скорости обычными и сравнительно легко достижимыми, что позволяет говорить о передаче несжатого видео, как о реальности. Распространенные приложения включают в себя передачу видеосигнала от ресивера цифрового ТВ к телевизору HDTV, передачу между DVD-плеером и телевизором или от игровой приставки к телевизору. Видео также может быть отправлено с ПК или ноутбука на монитор или док-станцию. Сегодня также популярна передача сигналов с ноутбуков или планшетов на телевизоры HDTV. Среди других приложений можно упомянуть беспроводные проекторы высокой четкости и беспроводные видеокамеры. Технологии миллиметровых волн позволяют организовать передачу данных по беспроводному каналу, используя протоколы таких популярных видеоинтерфейсов, как HDMI 1.3 или DisplayPort 1.2. Технология применима также и к беспроводной версии PCI Express. В настоящее время наблюдается интерес к внедрению беспроводной версии USB 3.0. Этот интерфейс начинает занимать ведущее место не только в ПК и планшетах, но и в телевизорах и других потребительских устройствах. Согласно спецификации USB 3.0, максимальная скорость передачи данных составляет 5 Гб/с; в реальных приложениях достигается 80% от этого значения. Прорабатывается также версия USB, работающая со скоростью 10 Гб/с. Согласитесь, как неплохо иметь USB-адаптер миллиметрового диапазона, способный обеспечить такие скорости. Из других областей применения оборудования миллиметрового диапазона можно отметить концентраторы беспроводных базовых станций, РЛС ближнего действия и сканеры в аэропортах. Интересной сферой применения потенциально могут быть беспроводные соединения «плата-плата» или «микросхема-микросхема». На частотах миллиметрового диапазона кабели, разъемы и даже короткие дорожки печатной платы являются источниками ослабления сигнала. Организация короткой (несколько дюймов или меньше) беспроводной связи решает эту проблему. Сейчас много внимания привлекает нелицензируемый ISM-диапазон (диапазон для промышленных, научных и медицинских устройств), занимающий частоты от 57 до 64 ГГц. Он уже используется для беспроводных концентраторов, а в дальнейшем ожидается его более широкое использование. Предполагается, что этот диапазон будет востребован также стандартами беспроводной связи малой дальности IEEE 802.11ad и WirelessHD. IEEE 802.11ad WiGig Обозначение 802.11ad является расширением введенного IEEE (Институт инженеров по электротехнике и электронике) популярного семейства стандартов беспроводных локальных сетей 802.11, известных как WiFi. Версия 11ad предназначена для 60-гигагерцового диапазона. Она совместима со всеми предыдущими версиями, включая 11a/b/g/n/ac, поскольку уровни управления доступом к среде (MAC) у них схожи. 11ad также известна под коммерческим названием WiGig. Альянс Wireless Gigabit (WiGig) Alliance поддерживает и продвигает 11ad и недавно объявил о планах по консолидации Wi-Fi Alliance под брендом Wi-Fi Alliance. WiGig использует нелицензируемый 60-гигагерцовый ISM-диапазон с полосой частот от 57 до 64 ГГц, разделенный на четыре участка по 2.16 ГГц. Основная схема модуляции, мультиплексирование с ортогональным частотным разделением (OFDM), может обеспечить скорость передачи данных до 7 Гб/с, что делает эту беспроводную технологию одной из самых высокоскоростных. Стандарт также определяет режим с одной несущей, который потребляет меньше энергии и лучше подходит для некоторых портативных устройств. Режим с одной несущей может обеспечить скорость до 4.6 Гб/с. На обеих скоростях можно передавать несжатое видео. Также спецификация WiGig предусматривает средства обеспечения безопасности посредством использования алгоритма шифрования AES. На частоте 60 ГГц, благодаря небольшим размерам, для усиления сигнала и увеличения дистанции передачи обычно используются направленные антенны. Типичная максимальная дальность связи составляет 10 м. В изделиях WiGig используются антенные решетки, обеспечивающие управление формой луча. Такое адаптивное формирование диаграммы направленности позволяет отслеживать путь луча между передатчиком и приемником, чтобы избежать препятствий и максимально увеличить скорость, даже при изменении окружающих условий. Одной интересной особенностью стандарта является использование уровня адаптации протокола (Protocol Adaptation Layer – PAL). Эта программная структура взаимодействует с MAC-уровнем и позволяет осуществить упрощенную беспроводную реализацию других высокоскоростных стандартных интерфейсов, подобных USB, HDMI, DisplayPort и PCI Express.
Компания Wilocity, основной производитель радиоустройств WiGig, выпускает однокристальные трансиверы диапазона 60 ГГц. Чаще всего они используются в сочетании со стандартными решениями 802.11n. Например, такую микросхему Qualcomm Atheros устанавливает на одной плате со своим трансивером AR9642 стандарта 802.11n, в итоге получается модуль, способный работать в трех основных диапазонах Wi-Fi – 2.4, 5 и 60 ГГц (Рисунок 2). У Wilocity также имеется договоренность об использовании своих устройств в Wi-Fi трансиверах компании Marvell. Сегодня в беспроводных локальных сетях, роутерах и горячих точках доступа все чаще используются три диапазона, одним из которых может быть диапазон стандарта 11ac. Перевод: Mikhail R по заказу РадиоЛоцман Источник Сайт про изобретения своими руками МозгоЧиныСайт про изобретения своими руками Модель мини волны своими рукамиМодель мини волны своими руками
Привет всем мозгочинам! Посмотрите, как маленькая волна становится большой волной! Модель мини волны небольшая, но мощная. После нескольких минут настройки вы сможете продемонстрировать большую волну. Данная модель является отличным устройством, которое пригодится в учебных классах для демонстрации движения и колебания волн.
15 минут на сборку $1.50 доллара
Шаг 1: Начало сборки
Возьмите сверло для дрели диаметром немного меньше, чем болт и просверлите деревянный брусок наполовину. Наденьте гайку на болт и вкрутите его. Повторите для второй стороны. При желании можно добавить две стойки на каждой стороне. Это обеспечит более устойчивое положение модели. Шаг 2: Надежно привяжите бечевку
Начните с первой стойки, надежно привяжите бечевку, оберните вокруг второй стойки, затем вернитесь к первой стойке и завяжите узел. Натяните как можно сильнее. Обрежьте излишки и нанесите горячий клей, чтобы обеспечить надежность крепления бечевки. Шаг 3: Маленькие гантели
Сделайте самые маленькие в мире гантели! Начните с выравнивания ваших палочек, а затем нанесите метку по центру каждой палочки. Далее на каждый кончик палочки наденьте гайку. Нанесите немного горячего клея на место установки гаек и повторите процедуру для остальных палочек. Эти гантели помогут продемонстрировать возникновение и распространение волны. Шаг 4: Измерение, разметка и приклеивание
Рассчитайте расстояние между гантелями и нанесите соответствующие метки на бечевке. Я нанес метки через каждые 1,3 см, но затем решил приклеить гантели через каждые 2,5 см вдоль всей бечевки. Нанесите клей на обе бечевки и прочно закрепите каждую гантель. После завершения данной процедуры пора проверить работу полученной волны! Шаг 5: Привет волна!
Теперь ваша модель готова к демонстрации волны! Хочу дать несколько полезных советов и замечаний:
Наслаждайтесь работой модели и проводите свои исследования волн! Источник | ||||||||||
