Обзор современных методов согласования элементов радиотехнического тракта в миллиметровом диапазоне

-

Весь текст будет доступен после покупки

Современный этап развития радиотехнических и телекоммуникационных систем характеризуется экспоненциальным ростом требований к скорости передачи данных. Традиционные диапазоны частот приближаются к исчерпанию спектрального ресурса, что обуславливает активное освоение миллиметрового диапазона волн (ММВ) от 30 до 300 ГГц. Стратегический интерес к данному участку спектра связан с наличием обширных незанятых частотных ресурсов, позволяющих реализовать многогигабитные скорости передачи информации. Переход к милиметровым волнам (24–52,6 ГГц и выше) обусловлен исчерпанием ресурса частот ниже 6 ГГц, потребностью в широкой полосе пропускания для высоких скоростей передачи данных и низкой задержки. Применение ММВ является критически важным для перспективных технологий, включая системы связи пятого и последующих поколений, радиорелейные линии, спутниковую связь и высокоскоростные беспроводные интерфейсы. [1-4]
Переход к высшим частотам сопряжен с техническими сложностями. Увеличение потерь в среде распространения и проводниках, уменьшение геометрических размеров элементов, рост влияния паразитных эффектов и технологических допусков требуют новых подходов к проектированию. Ключевой задачей, определяющей эффективность всего тракта, становится проблема согласования. Качество согласования напрямую влияет на коэффициент стоячей волны, полосу пропускания, уровень потерь на отражение, стабильность работы активных компонентов и, как следствие, на энергетику и надежность системы в целом. Традиционные методы согласования, эффективные в сантиметровом диапазоне, зачастую неприменимы или требуют значительной модификации в условиях ММВ из-за преобладания распределенных параметров. [3-6]

Весь текст будет доступен после покупки

1. Физические особенности миллиметрового диапазона
Физическая сущность миллиметрового диапазона, определяемая длиной волны от 10 до 1 мм, вносит фундаментальные отличия в принципы построения радиотехнических трактов. Ключевыми преимуществами являются возможность создания антенных систем с узкой диаграммой направленности и высоким коэффициентом усиления при меньших апертурных размерах, чем в других диапазонах, а также существенное уменьшение габаритов пассивных и активных компонентов. Миллиметровые волны предоставляют широкие полосы частот (до нескольких гигагерц), что обеспечивает возможность сверхвысоких скоростей передачи данных (до 10 Гбит/с и более), тогда как в сантиметровом диапазоне достижение подобных скоростей ограничено дефицитом спектра и необходимостью сложных схем модуляции. Однако переход к миллиметровым длинам волн сопряжен с рядом принципиальных сложностей, которые выходят на первый план при проектировании трактов. [3-5]
Одно из отличий миллиметровых волн (ММВ, 30–300 ГГц) от сантиметровых (1–30 ГГц) заключается в ином характере взаимодействия с атмосферой. Если распространение сантиметровых волн в основном ограничивается ослаблением в интенсивных осадках, то для ММВ дополнительно критичным становится резонансное молекулярное поглощение на строго определённых частотах (кислородом ?60 ГГц, парами воды ?22,2 и 180 ГГц), а также сильное нерезонансное затухание в гидрометеорах (дождь, облака, туман), которое в десятки раз превышает потери в сантиметровых волнах. Это приводит к значительно меньшей дальности устойчивой связи ММВ, высокой зависимости от текущих метеоусловий и необходимости учёта вертикального профиля атмосферы при проектировании трасс, особенно наклонных. Однако, технологический прогресс позволил компенсировать атмосферные потери за счёт использования высоконаправленных антенн с большим коэффициентом усиления, адаптивных систем модуляции и кодирования, а также топологии плотных сетей с короткими пролётами. В итоге ММВ нашли нишу там, где требуется экстремальная пропускная способность на ограниченных расстояниях (радиорелейные линии, малые соты, фиксированный беспроводной доступ, межспутниковая связь) или где сильное поглощение, напротив, полезно для минимизации помех и обеспечения безопасности (например, связь на 60 ГГц в пределах одной комнаты). [1, 7]

Весь текст будет доступен после покупки

1. Жижин, В. Будущее широкополосной радиосвязи: миллиметровый диапазон / В. Жижин // Беспроводные технологии. – 2017. – № 1. – С. 51-55.
2. Zhouyue, Pi Ведение в широкополосные системы связи миллиметрового диапазона / Pi Zhouyue, Khan Farooq // Технологии. – 2011. – № 6. – С. 10-19.
3. С.H.Doann. Millimeterwave CMOS Design. – IEEE Journal Solid-States Circuits, Jan. 2005.
4. The Role of Millimeter-Wave Technologies in 5G/6G Wireless Communications / HONG DEBIN HOU WEI, HAO JIANG ZHI, YU CHAO [и др.] // IEEE Journal of Microwaves. – 2021. – Т. 1, № 1. – С. 101 - 122.
5. Вечтомов, В. А. Межспутниковая линия связи ММВ диапазона / В. А. Вечтомов // Решетневские чтения. – 2014. – № 1. – С. 63-65.
6. Быстров, Р.П. Миллиметровые волны в системах связи / Р.П. Быстров, А.В. Петров, А.В. Соколов // Журнал радиоэлектронники. – 2000. – № 5. – С. 1-12.
7. Иванов, М.А. Моделирование факторов, влияющих на распространение радиоволн миллиметрового диапазона в атмосфере : специальность 05.13.18 - математическое моделирование, численные методы и комплексы программ : автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук / Иванов Михаил Анатольевич. – Санкт - Петербург, 2005. – 16 с.

Весь текст будет доступен после покупки