非常に高い頻度

ウィキペディアから、無料の百科事典
ナビゲーションにジャンプ 検索にジャンプ
非常に高い頻度
ミリ波(ITU)
周波数範囲
30〜300 GHz
波長範囲
10〜1 mm
関連バンド
  • K  / L  / M(NATO)
  • K a  / V  / W  / mm(IEEE)
ミリメートルバンド(IEEE)
周波数範囲
110〜300 GHz
波長範囲
2.73〜1 mm
関連バンド
EHF(IEEE)

非常に高い周波数EHF)は、30〜300ギガヘルツ(GHz)電磁スペクトルの無線周波数の帯域を表すInternational Telecommunication Union(ITU)の指定です。超高周波帯と遠赤外線帯の間にあり、その下部はテラヘルツ帯です。この帯域の電波の波長は10〜1ミリメートルであるため、ミリメートル帯域とも呼ばれ、この帯域の放射はミリメートル波と呼ばれ、 MMWと略されることもあります。またはミリ波ミリメートルの長さの電磁波は、ベンガルの物理学者ジャガディッシュチャンドラボース が1894年から1896年にかけて、実験で最大60GHzに達したときに最初に調査されました。[1]

低帯域と比較して、この帯域の電波は大気の 減衰が大きく、大気中のガスに吸収されます。したがって、それらは短距離であり、約1キロメートルまでの距離の地上通信にのみ使用できます。吸収は、帯域の上端で波が数メートル以内にゼロに減衰するまで、周波数とともに増加します。砂漠環境を除いて、大気中の湿度による吸収は重要であり、雨による減衰(降雨フェージング)は、短距離でも深刻な問題です。ただし、伝搬範囲が短いため、低周波数よりも周波数の再利用距離を短くすることができます。波長が短いため、適度なサイズのアンテナのビーム幅を小さくすることができます。、周波数再利用の可能性をさらに高めます。ミリ波は、軍用火器管制レーダー空港のセキュリティスキャナー、短距離無線ネットワーク、および科学研究に使用されます。

ミリ波の主要な新しいアプリケーションでは、帯域の下部に近い特定の周波数範囲が、最新世代の携帯電話ネットワークである5Gネットワ​​ークで使用されています。[2]ミリ波回路とサブシステム(アンテナ、パワーアンプ、ミキサー、発振器など)の設計も、半導体とプロセスの制限、モデルの制限、パッシブデバイスのQファクターの低さにより、エンジニアに深刻な課題をもたらします。[3]

伝播

EHF帯域の周波数の関数としてのdB/km単位の大気減衰。水蒸気(H 2 O)や分子状酸素(O 2 )などの大気成分が原因で、特定の周波数での吸収のピークが問題になります。垂直スケールは対数です。

ミリ波は見通し内経路によってのみ伝播します。それらは電離層によって反射されず、低周波の電波のように地上波のように地球に沿って移動することもありません。[4]通常の電力密度では、それらは建物の壁によってブロックされ、葉を通過する際に大幅な減衰を受けます。[4] [5] [6]大気ガスによる吸収は、帯域全体で重要な要素であり、周波数とともに増加します。ただし、この吸収は、いくつかの特定の吸収線、主に60GHzの酸素と24GHzおよび184GHzの水蒸気の吸収線で最大になります。[5]これらの吸収ピーク間の「ウィンドウ」内の周波数では、ミリ波の大気減衰がはるかに少なく、範囲が広いため、多くのアプリケーションでこれらの周波数が使用されます。ミリメートルの波長は雨滴と同じオーダーのサイズであるため、降水は、吸収だけでなく散乱降雨フェージング)によって追加の減衰を引き起こします。[5] [6]高い自由空間損失と大気吸収は、有用な伝播を数キロメートルに制限します。[4]したがって、これらは、周波数の再利用を通じてスペクトルの利用を改善するパーソナルエリアネットワークなどの密集した通信ネットワークに役立ちます[4]

ミリ波は「光学的」伝搬特性を示し、直径5〜30 cm(2インチ〜1フィート)の小さな金属表面や誘電体レンズによって反射および集束することができます。それらの波長はそれらを操作する装置よりもはるかに小さいことが多いため、幾何光学の技術を使用することができます。ミリ波は建物のエッジによって回折される可能性がありますが、回折は低周波数よりも小さくなります。ミリメートルの波長では、表面が粗く見えるため、拡散反射が増加します。[4] マルチパス伝搬、特に屋内の壁や表面からの反射は、深刻な退色を引き起こします。[6] [7] ドップラーシフト歩行者の速度でも、周波数の変化は重要になる可能性があります。[4]携帯機器では、人体による影が問題になります。波は衣服を透過し、波長が短いため、小さな金属物体から反射するため、空港のセキュリティスキャン用の ミリ波スキャナーで使用されます。

アプリケーション

科学研究

この帯域は、電波天文学リモートセンシングで一般的に使用されています。地上ベースの電波天文学は、大気吸収の問題のため 、キットピークやアタカマ大型ミリ波アレイ(ALMA )などの高高度サイトに限定されています。

60 GHz付近の衛星ベースのリモートセンシングは、温度と圧力の関数である酸素分子から放出される放射を測定することにより、上層大気の温度を決定できます。57〜59.3 GHzでのITUの非排他的なパッシブ周波数割り当ては、気象および気候センシングアプリケーションの大気モニタリングに使用され、地球の大気中の酸素吸収および放出の特性により、これらの目的にとって重要です。1つのNASA衛星(Aqua)と4つのNOAA(15–18)衛星に搭載されたAdvanced Microwave Sounding Unit (AMSU)などの現在運用中の米国の衛星センサーと特殊センサーマイクロ波/イメージャー(SSMI / S)国防総省の衛星F-16は、この周波数範囲を利用しています。[8]

電気通信

米国では、36.0〜40.0 GHzの帯域が、ライセンスされた高速マイクロ波データリンクに使用され、60 GHz帯域は、最大2.5 Gbit / sのデータスループットを持つライセンスのない短距離(1.7 km)データリンクに使用できます。平坦な地形で一般的に使用されます。

71〜76、81〜86、および92〜95 GHz帯域は、ポイントツーポイントの高帯域幅通信リンクにも使用されます。これらの高周波は酸素吸収の影響を受けませんが、米国では連邦通信委員会(FCC)からの送信ライセンスが必要です。これらの周波数を使用した10ギガビット/秒のリンクも計画されています。92〜95 GHz帯域の場合、100 MHzの小さな範囲が宇宙無線用に予約されており、この予約された範囲は1秒あたり数ギガビット未満の伝送速度に制限されています。[9]

SafeCityアプリケーション用にインストールされたUAEにインストールされたCableFreeMMWリンクは、サイト間で1Gbit/sの容量を提供します。リンクは展開が速く、光ファイバーよりも低コストです。

このバンドは基本的に開発されておらず、高速のポイントツーポイントワイヤレスローカルエリアネットワークやブロードバンドインターネットアクセスなど、幅広い新製品やサービスで使用できますWirelessHDは、60GHzの範囲で動作するもう1つの最近のテクノロジーです。指向性の高い「ペンシルビーム」信号特性により、干渉を引き起こすことなく、さまざまなシステムを互いに近接して動作させることができます。潜在的なアプリケーションには、非常に高解像度の レーダーシステムが含まれます。

Wi-Fi標準IEEE802.11adおよびIEEE802.11ayは、60 GHz(Vバンド)スペクトルで動作し、それぞれ7 Gbit/sおよび少なくとも20Gbit /sのデータ転送速度を実現します

ミリ波帯の用途には、ポイントツーポイント通信、衛星間リンク、およびポイントツーマルチポイント通信が含まれます。2013年には、将来の5G携帯電話でミリ波を使用する計画があると推測されました。[10]さらに、車両通信にミリ波帯を使用することも、(半)自律的な車両通信をサポートするための魅力的なソリューションとして浮上しています。[11]

この帯域の波長が短いと、小さいアンテナを使用して、低い帯域の大きいアンテナと同じ高い指向性と高いゲインを実現できます。これらの周波数での高い自由空間損失と相まって、この高い指向性の直接の結果は、ポイントツーマルチポイントアプリケーションでの周波数のより効率的な使用の可能性です。より多くの指向性の高いアンテナを特定のエリアに配置できるため、最終的な結果として、 周波数の再利用が増え、ユーザーの密度が高くなります。この帯域の高い使用可能チャネル容量により、光ファイバ通信や回路基板の相互接続などの非常に短いリンクを使用するアプリケーションに対応できる可能性があります。[12]

武器システム

ソビエト空母ミンスクのCIWS銃用ミリ波火器管制レーダー

ミリ波レーダーは、戦車や航空機の短距離火器管制レーダー、および海軍艦艇の自動銃( CIWS)で使用され、入ってくるミサイルを撃墜します。ミリ波の波長が小さいため、ターゲットだけでなく、出て行く弾丸の流れを追跡することができ、コンピューターの射撃統制システムは、それらをまとめる目的を変更することができます。[要出典]

レイセオンとともに米空軍は、波長3 mm(周波数95 GHz)のミリメートル電波のビームを放射するアクティブディナイアルシステム(ADS)と呼ばれる非致死性の対人兵器システムを開発しました。[13] 武器は、あたかも皮膚が発火するかのように、ビーム内の人に激しい灼熱の痛みを感じさせます。軍用バージョンの出力は100キロワット(kW)であり[14] 、レイセオンによって後に開発されたサイレントガーディアンと呼ばれるより小さな法執行バージョンの出力は30kWでした。[15]

セキュリティスクリーニング

衣類やその他の有機材料は特定の周波数のミリ波に対して透過的であるため、最近のアプリケーションは、空港のセキュリティなどのアプリケーション向けに、衣類の下に運ばれる武器やその他の危険な物体を検出するスキャナーです。[16]場合によっては、スクリーナーが空港の乗客を衣服がないかのように見ることができるため、プライバシー擁護派はこのテクノロジーの使用に懸念を抱いています。

TSAは、ミリ波スキャナーを多くの主要空港に配備しています。

ソフトウェアをアップグレードする前は、このテクノロジーはスキャンされていた人々の体のどの部分も覆い隠していませんでした。しかし、乗客の顔はシステムによって意図的に隠されていました。写真は密室で技術者によって上映され、検索が完了するとすぐに削除されました。プライバシー擁護者は懸念しています。「私たちは飛行機に搭乗するために必要な検身にますます近づいています」とアメリカ自由人権協会のバリー・スタインハートは言いました。[17] この問題に対処するために、アップグレードにより、別の表示領域に役員がいる必要がなくなりました。新しいソフトウェアは、人間の一般的な画像を生成します。画像上で男性と女性の間に解剖学的な違いはなく、オブジェクトが検出された場合、ソフトウェアはその領域に黄色のボックスのみを表示します。デバイスが関心のあるものを検出しない場合、画像は表示されません。[18] 乗客はスキャンを拒否し、金属探知機でスクリーニングして軽くたたくことができます。[要出典]

2007年5月15日、アムステルダムのスキポール空港でミリ波を使用する3台のセキュリティスキャナーが使用されましたが、今後さらに設置される予定です。乗客の頭は警備員の視界から隠されています。

ミリ波スキャナーの1つのモデルのメーカーであるFarranTechnologiesによると、この技術は、検索領域をスキャン領域を超えて50メートルまで拡張し、セキュリティワーカーが気付かないうちに多数の人々をスキャンできるようにするために存在します。それらはスキャンされています。[19]

厚さ測定

ルーベン大学での最近の研究では、ミリ波はさまざまな産業で非核厚さゲージとしても使用できることが証明されています。ミリ波は、厚さの変化を検出するためのクリーンで非接触の方法を提供します。この技術の実用的なアプリケーションは、プラスチックの押出成形製紙ガラス製造ミネラルウール製造に焦点を当てています。

医学

非常に高い周波数の低強度(通常は10 mW / cm 2以下)の電磁放射は、病気の治療のための人間医学で使用される場合があります。たとえば、「短時間の低強度のMMW曝露は、細胞の成長と増殖速度、酵素の活性、細胞の遺伝的装置の状態、興奮性膜と末梢受容体の機能を変化させる可能性があります。」[20]この治療法は、特に40〜70GHzの範囲に関連しています[21] このタイプの治療は、ミリ波(MMW)療法または超高周波(EHF)療法と呼ばれることがあります。[22]この治療法は、東ヨーロッパ諸国(例えば、旧ソ連諸国)に関連している。[20]生物学と医学におけるロシアのジャーナル、ミリ波療法の科学的根拠と臨床応用を研究しています。[23]

警察スピードレーダー

交通警察は、Kaバンド(33.4〜36.0 GHz)で速度検出レーダーガンを使用しています。[24]

も参照してください

参照

  1. ^ 「マイルストーン:JC Boseによる最初のミリ波通信実験、1894-96」IEEEマイルストーンのリスト電気電子学会2019年10月1日取得
  2. ^ ユーザー機器(UE)の無線送受信。パート3:範囲1および範囲2他の無線機とのインターワーキング操作(PDF)(技術仕様)。3GPPTS38.101-3バージョン15.2.0リリース15。ETSI。2018年7月。p。11 2019年12月5日取得
  3. ^ du Preez、Jaco; シンハ、サウラブ(2017)。ミリ波パワーアンプスプリンガー。pp。1–35。ISBN 978-3-319-62166-1
  4. ^ a b c d e f Huang、Kao-Cheng; 王趙城(2011)。ミリ波通信システムジョン・ワイリー&サンズ。pp。セクション1.1.1–1.2。ISBN 978-1-118-10275-6
  5. ^ a b c 「ミリ波伝搬:スペクトル管理への影響」(PDF)工学技術局、会報第70号。連邦通信委員会(FCC)、米国商務省。1997年7月2017年5月20日取得
  6. ^ a b c du Preez、Jaco; シンハ、サウラブ(2016)。ミリ波アンテナ:構成とアプリケーションスプリンガー。pp。13–14。ISBN 978-3319350684
  7. ^ Seybold、John S.(2005)。RF伝搬の概要ジョン・ワイリーとサンズ。pp。55–58。ISBN 0471743682
  8. ^ FCC.gov [永続的なデッドリンク]、IEEE Geoscience and Remote Sensing Societyのコメント、FCC RM-11104、2007年10月17日
  9. ^ Rfdesign.comは WaybackMachineで2012-07-16にアーカイブされ、70 GHz、80 GHz、90 GHzのマルチギガビットワイヤレステクノロジー、 RF Design、2006年5月
  10. ^ Rappaport、TS; 太陽、シュウ; Mayzus、R .; 趙、ハング; アザール、Y .; 王、K .; ウォン、GN; シュルツ、JK; サミミ、M。(2013-01-01)。「5Gセルラー用のミリ波モバイル通信:それは機能します!」IEEEアクセス1:335–349。土井10.1109/ACCESS.2013.2260813ISSN2169-3536_ 
  11. ^ Asadi、Arash; クロス、サブリナ; シム、ゲクホン; クライン、アンジャ; ホリック、マティアス(2018-04-15)。「FML:5Gミリ波車両通信のための高速機械学習」IEEEInfocom'18
  12. ^ Peter Smulders(2013)。「100Gb/sワイヤレスおよびそれ以降への道:基本的な問題と主要な方向性」。IEEEコミュニケーションマガジン51(12):86–91。土井10.1109/MCOM.2013.6685762S2CID12358456_ {{cite journal}}:CS1 maint:作成者パラメーターを使用します(リンク
  13. ^ 「スライドショー:さようならの武器にこんにちは」有線2006年12月5日2016年8月16日取得
  14. ^ 「アクティブディナイアルシステム:安全な群衆制御のためのテラヘルツベースの軍事抑止力」Terasense GroupInc.2019-05-29 2020年5月3日取得
  15. ^ ハンブリング、デビッド(2009-05-08)。「」「ペインレイ」の最初の商業販売が迫っています」 。有線 2020年5月3日取得。
  16. ^ Newscientisttech.com 2007年3月11日、 WaybackMachineでアーカイブ
  17. ^ フランク、トーマス(2009年2月18日)。「タルサ空港でのトライアウトでは、ボディスキャナーが金属探知機に取って代わります」USAトゥデイ2010年5月2日取得
  18. ^ 「衆議院へのロバートケインの声明」(PDF)2011-11-03。p。2. 2011年11月25日にオリジナル(PDF)からアーカイブされました。
  19. ^ esa。「バットは空港のセキュリティのために宇宙技術を刺激します」esa.int 2018年4月7日取得
  20. ^ a b Pakhomov、AG、Murphy、PR(2000)。「新しい治療法としての低強度ミリ波」。プラズマ科学に関するIEEEトランザクション28(1):34–40。Bibcode2000ITPS ... 28...34P土井10.1109/27.842821S2CID22730643_ {{cite journal}}:CS1 maint:作成者パラメーターを使用します(リンク
  21. ^ Betskii、OV、Devyatkov、ND、Kislov、V。(2000)。「医学および生物学における低強度ミリ波」医用生体工学における批評的レビューBegellhouse.com。28(1&2):247–268。土井10.1615/CritRevBiomedEng.v28.i12.420PMID10999395_ {{cite journal}}:CS1 maint:作成者パラメーターを使用します(リンク
  22. ^ M. Rojavin、M。Ziskin(1998)。「ミリ波の医学的応用」QJM:国際医学ジャーナル91(1):57–66。土井10.1093 / qjmed/91.1.57PMID9519213_ {{cite journal}}:CS1 maint:作成者パラメーターを使用します(リンク
  23. ^ Benran.ruは WaybackMachineで2011年7月18日にアーカイブされました
  24. ^ 「ラジオおよびレーダー周波数帯」copradar.com 2020年4月30日取得

外部リンク