電波スペクトル

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

電波スペクトルは、周波数が3  Hz〜3,000  GHz THz )の電磁スペクトル一部です電波と呼ばれるこの周波数範囲の電磁波は、現代の技術、特に電気通信で広く使用されています。異なるユーザー間の干渉を防ぐために、電波の生成と送信は、国際機関である国際電気通信連合(ITU)によって調整された国内法によって厳密に規制されています。[1]

無線スペクトルのさまざまな部分が、さまざまな無線伝送技術およびアプリケーションのためにITUによって割り当てられます。約40の無線通信サービスがITUの無線規則(RR)で定義されています。[2]場合によっては、無線スペクトルの一部が民間の無線送信サービスの運営者(たとえば、携帯電話事業者や放送テレビ局)に販売またはライセンス供与されます。割り当てられた周波数の範囲は、多くの場合、プロビジョニングされた用途(たとえば、セルラースペクトルまたはテレビスペクトル)によって参照されます。[3]ますます多くのユーザーが要求する固定リソースであるため、無線スペクトルはここ数十年でますます混雑しており、それをより効果的に利用する必要性は、トランク無線システムスペクトラム拡散などの現代の電気通信の革新を推進しています。超広帯域周波数再利用動的スペクトル管理、周波数プーリング、およびコグニティブ無線

制限

無線スペクトルの周波数境界は物理学の慣例の問題であり、いくぶん恣意的です。電波は電磁波の中で最も低い周波数のカテゴリーであるため、電波の周波数に下限はありません。[4]電波は、ITUによって次のように定義されています。「3000GHzより任意に低い周波数の電磁波、人工的なガイドなしで宇宙を伝播する」。[5]高周波端では、無線スペクトルは赤外線帯域によって制限されます。電波と赤外線の境界は、さまざまな科学分野のさまざまな周波数で定義されています。テラヘルツバンド、300ギガヘルツから3テラヘルツまでは、マイクロ波または赤外線のいずれかと見なすことができます。国際電気通信連合によって電波に分類されている最高の帯域です。[4]しかし、分光科学者はこれらの周波数を遠赤外線および中赤外線帯域の一部と見なしています。

それは固定資源であるため、無線通信に有用な周波数である無線スペクトルの実際的な制限と基本的な物理的考慮事項は、克服することが不可能な技術的制限によって決定されます。[6]したがって、無線スペクトルはますます混雑しつつありますが、現在使用されている周波数帯域幅以外に周波数帯域幅を追加する方法はありません。[6]無線通信に使用される最低周波数は、必要な送信アンテナのサイズの増加によって制限されます。[6]無線電力を効率的に放射するために必要なアンテナのサイズは、波長に比例して大きくなりますまたは周波数と逆に。約10kHz(波長30 km)未満では、直径kmの高架ワイヤーアンテナが必要であるため、これより低い周波数を使用する無線システムはほとんどありません。2番目の制限は、低周波数で使用可能な帯域幅の減少です。これにより、送信できるデータレートが制限されます。[6]約30kHz未満では、オーディオ変調は実用的ではなく、低速のボーレートデータ通信のみが使用されます。数百メートルの水中潜水艦と通信するために数カ国の海軍によって構築されたELF 潜水艦通信システムでは、無線通信に使用されている最低周波数は約80Hzです。これらは巨大な地上ダイポールを採用していますメガワットの送信機電力によって励起された長さ20〜60 kmのアンテナは、約1ビット/分(17ミリビット/秒、または1文字あたり約5分)の非常に遅い速度でデータを送信します。

無線通信に役立つ最高周波数は、大気によるマイクロ波エネルギーの吸収によって制限されます。[6]周波数が30GHz(ミリ波帯の始まり)を超えると、大気ガスは増加する量の電力を吸収するため、電波ビームの電力は送信アンテナからの距離とともに指数関数的に減少します。30 GHzでは、有用な通信は約1 kmに制限されますが、周波数が高くなると、波を受信できる範囲が狭くなります。300 GHzを超えるテラヘルツ帯域では、電波は数メートル以内でゼロに減衰するため[7] [8]、大気は本質的に不透明です。

バンド

ラジオバンド は、無線スペクトル周波数の小さな連続したセクションであり、チャネルは通常、同じ目的で使用または確保されます。干渉を防ぎ、無線スペクトルを効率的に使用できるようにするために、同様のサービスが帯域に割り当てられています。たとえば、放送、移動無線、またはナビゲーションデバイスは、重複しない周波数範囲に割り当てられます。

これらの帯域ごとに、ITUには、干渉を回避し、送信機受信機の互換性ためのプロトコルを設定するために、使用方法と共有方法を指示する帯域計画があります。[9]

ITU

慣例として、ITUは無線スペクトルを12の帯域に分割します。各帯域は、10(10 n )の累乗の波長で始まり、対応する周波数は3×10 8 nヘルツで、それぞれが10年をカバーします。周波数または波長の。これらのバンドにはそれぞれ伝統的な名前が付いています。たとえば、高周波(HF)という用語は、3 MHz〜30 MHzの周波数範囲に対応する100〜10メートルの波長範囲を示します。これは単なるシンボルであり、割り当てとは関係ありません。ITUはさらに、各帯域を異なるサービスに割り当てられたサブバンドに分割します。300 GHzを超えると、電磁放射の吸収 地球の大気は非常に大きいため、近赤外線および光学の窓の周波数範囲 で再び透明になるまで、大気は事実上不透明になります。

これらのITU無線帯域は、 ITU 無線規則で定義されています。第2条第2.1項は、「電波スペクトルは9つの周波数帯に細分され、次の表に従って累進整数で指定される」と述べています。[10]

この表は、1937年にブカレストで開催された第IV回CCIR会議の推奨に基づいて作成され、1947年にニュージャージー州アトランティックシティで開催された国際ラジオ会議によって承認されました。帯域の上限と下限のHz単位のおおよその幾何平均の対数は、 1942年にワイヤレスエンジニアの編集者に宛てた手紙で提案したBC Fleming-Williamsに由来します(たとえば、バンド7のおおよその幾何平均は10 MHz、または10 7 Hz。)[11]

バンド名 略語 ITUバンド番号 周波数と波長 使用例
極低周波 妖精 1 3〜30 Hz
100,000〜10,000 km
潜水艦とのコミュニケーション
超低周波 SLF 2 30〜300 Hz
10,000〜1,000 km
潜水艦とのコミュニケーション
超低周波 ULF 3 300〜3,000 Hz 1,000〜100
km
海底通信、鉱山内通信
非常に低い頻度 VLF 4 3〜30 kHz
100〜10 km
ナビゲーション時報、海底通信、ワイヤレス心拍数モニター地球物理学
低頻度 LF 5 30〜300 kHz
10〜1 km
ナビゲーション、時報、AM長波放送(ヨーロッパおよびアジアの一部)、RFIDアマチュア無線
中波 MF 6 300〜3,000 kHz 1,000〜100
m
AM(中波)放送、アマチュア無線、雪崩ビーコン
高周波 HF 7 3〜30 MHz
100〜10 m
短波放送、市民バンドラジオ、アマチュア無線およびオーバーザホライズン航空通信、RFIDオーバーザホライズンレーダー自動リンク確立(ALE)/ほぼ垂直入射スカイウェーブ(NVIS)無線通信、海洋および移動無線電話
超短波 VHF 8 30〜300 MHz
10〜1 m
FMテレビ放送、地上から航空機および航空機から航空機への視線通信、陸上移動および海上移動通信、アマチュア無線、気象ラジオ
極超短波 UHF 9 300〜3,000 MHz
1〜0.1 m
テレビ放送、マイクロ波オーブンマイクロ波デバイス/通信、ラジオ天文学携帯電話ワイヤレスLANBluetoothZigBeeGPS、および陸上移動、FRSおよびGMRSラジオ、アマチュア無線、衛星ラジオ、リモートコントロールシステムなどの双方向ラジオADSB
超高周波 SHF 10 3〜30 GHz
10〜1 cm
ラジオ天文学、マイクロ波デバイス/通信、ワイヤレスLAN、DSRC、最新のレーダー通信衛星、ケーブルおよび衛星テレビ放送、DBS、アマチュアラジオ、衛星ラジオ
非常に高い頻度 EHF 11 30〜300 GHz
10〜1 mm
電波天文学、高周波マイクロ波無線リレー、マイクロ波リモートセンシング指向性エネルギー兵器ミリ波スキャナー無線LAN802.11ad。
テラヘルツまたは非常に高い周波数 記号なし 12 300〜3,000 GHz
1〜0.1 mm
X線に代わる実験的医療イメージング、超高速分子動力学、物性物理学テラヘルツ時間領域分光法、テラヘルツコンピューティング/通信、リモートセンシング

IEEEレーダー帯域

マイクロ波範囲の周波数帯域は文字で示されます。この大会は第二次世界大戦の頃に始まり、マイクロ波の最初の応用であるレーダーで使用される周波数の軍事指定がありました。残念ながら、マイクロ波帯域には互換性のない命名システムがいくつかあり、特定のシステム内でも、文字で指定された正確な周波数範囲は、アプリケーション領域によって多少異なる場合があります。広く使用されている規格の1つは、米国電気電子学会によって確立されたIEEEレーダー帯域です。


IEEE規格に準拠したレーダー周波数帯[12]
バンド
指定
周波数範囲 文字の意味の説明
HF 0.003〜0.03 GHz 高周波[13]
VHF 0.03〜0.3 GHz 超短波[13]
UHF 0.3〜1 GHz 極超短波[13]
L 1〜2 GHz 長波
S 2〜4 GHz 短波
C 4〜8 GHz SとXの間の妥協
バツ 8〜12 GHz 第二次世界大戦で射撃統制に使用され、Xは十字に使用されます(十字線のように)。エキゾチック。[14]
クー_ 12〜18 GHz クルツアンダー
K 18〜27 GHz Kurz(ドイツ語で「略語」)
K a 27〜40 GHz Kurz-上記
V 40〜75 GHz
W 75〜110 GHz WはアルファベットのVに続く[要出典]
mmまたはG 110〜300 GHz [注1] ミリメートル[12]
  1. ^ mmという表記は、30〜300GHzの範囲を指す場合にも使用されます。[12]

EU、NATO、USECM周波数指定

NATOレターバンドの指定[15] [14] [16] 放送
バンド
指定
新しい命名法 古い命名法
バンド 周波数(MHz バンド 周波数(MHz)
A 0〜250 100〜150 バンド
I47 – 68 MHz(TV)
バンド
II87.5 – 108 MHz(FM)
G 150〜225 バンド
III174 – 230 MHz(TV)
B 250〜500 P 225 – 390
C 500 – 1 000 L 390 – 1 550 バンド
IV470 – 582 MHz(TV)
バンド
V582 – 862 MHz(TV)
D 1 000 – 2 000 S 1 550 – 3 900
E 2 000 – 3 000
F 3 000 – 4 000
G 4 000 – 6 000 C 3900 – 6200
H 6 000 – 8 000 バツ 6200 – 10900
8 000 – 10 000
J 10 000 – 20 000 クー 10900 – 20 000
K 20 000 – 40 000 Ka 20 000 – 36 000
L 40 000 – 60 000 Q 36 000 – 46 000
V 46 000 – 56 000
M 60 000 – 100 000 W 56 000 – 100 000
米軍/サクラント
N 100 000 – 200 000
O 100 000 – 200 000

導波管周波数帯

バンド 周波数範囲[17]
Rバンド 1.70〜2.60 GHz
Dバンド 2.20〜3.30 GHz
Sバンド 2.60〜3.95 GHz
Eバンド 3.30〜4.90 GHz
Gバンド 3.95〜5.85 GHz
Fバンド 4.90〜7.05 GHz
Cバンド 5.85〜8.20 GHz
Hバンド 7.05〜10.10 GHz
Xバンド 8.2〜12.4 GHz
Kuバンド_ 12.4〜18.0 GHz
Kバンド 18.0〜26.5 GHz
Kバンド_ 26.5〜40.0 GHz
Qバンド 33〜50 GHz
Uバンド 40〜60 GHz
Vバンド 50〜75 GHz
Eバンド 60〜90 GHz
Wバンド 75〜110 GHz
Fバンド 90〜140 GHz
Dバンド 110〜170 GHz
Yバンド 325〜500 GHz

電波帯域指定基準の比較

周波数帯指定の比較
周波数 IEEE [12] EU、
NATO、
USECM
ITU
番号。 略語
A  
3 Hz 1 妖精
30 Hz 2 SLF
300 Hz 3 ULF
3 kHz 4 VLF
30 kHz 5 LF
300 kHz 6 MF
3 MHz HF 7 HF
30 MHz VHF 8 VHF
250 MHz B
300 MHz UHF 9 UHF
500 MHz C
1 GHz L D
2 GHz S E
3 GHz F 10 SHF
4 GHz C G
6 GHz H
8 GHz バツ
10 GHz J
12 GHz クー_
18 GHz K
20 GHz K
27 GHz K a
30 GHz 11 EHF
40 GHz V L
60 GHz M
75 GHz W
100 GHz
110 GHz んん
300 GHz 12 THF
3 THz  

アプリケーション

放送

放送周波数:

テレビおよびFMラジオ放送周波数の指定は国によって異なります。テレビチャンネル周波数およびFM放送帯域を参照してください。VHFおよびUHF周波数は都市部での多くの用途に望ましいため、北米では、以前のテレビ放送帯域の一部が携帯電話やさまざまな陸上移動通信システムに再割り当てされています。まだテレビ専用の割り当て内でさえ、テレビバンドデバイスはローカル放送局のないチャンネルを使用します。

米国のApexバンドは、第二次世界大戦前のVHFオーディオ放送の割り当てでした。FM放送の導入により廃止されました。

エアバンド

エアバンドとは、航空機とのナビゲーションおよび音声通信に使用される118〜137MHzのVHF周波数を指します。大洋横断航空機は、HF無線および衛星トランシーバーも搭載しています。

マリンバンド

無線の開発の最大の動機は、岸の視界外の船と通信する必要性でした。ラジオのごく初期の頃から、大型の外航船は強力な長波および中波送信機を搭載していました。衛星システムは、以前は500 kHzやその他の周波数で使用されていた安全アプリケーションの一部を引き継いでいますが、高周波の割り当ては依然として船舶用に指定されています。2182 kHzは、海上緊急通信に現在も使用されている中波周波数です。

海洋VHF無線は、沿岸海域で使用されており、船舶間および沿岸局への比較的短距離の通信に使用されます。ラジオはチャネライズされており、さまざまな目的でさまざまなチャネルが使用されています。マリンチャンネル16は、電話や緊急事態に使用されます。

アマチュア無線周波数

アマチュア無線の周波数割り当ては世界中で異なります。いくつかのバンドは世界中のアマチュアに共通しており、通常はスペクトルのHF部分にあります。他の帯域は、特に無線スペクトルの VHF部分とUHF部分で、他のサービスへの割り当てが異なるためにのみ、国または地域の割り当てになります。

市民ラジオおよび個人ラジオサービス

市民バンドラジオは、スペクトルの上部HF部分(約27 MHz)でチャネライズドラジオを使用して、多くの国で割り当てられています。個人、中小企業、趣味の目的で使用されます。他の周波数割り当ては、さまざまな管轄区域の同様のサービスに使用されます。たとえば、UHFCBはオーストラリアで割り当てられます。さまざまな個人用無線サービスが世界中に存在し、通常、個人間または中小企業向けの短距離通信、簡素化されたライセンス要件、またはクラスライセンスの対象となる一部の国、および通常は約1ワット以下を使用するFMトランシーバーに重点を置いています。

産業、科学、医療

ISM帯域は当初、電子レンジ、無線周波数加熱、および同様の目的など、RFエネルギー非通信用途のために予約されていました。しかし、近年、これらの帯域の最大の使用は、ユーザーが無線通信士の免許を保持する必要がないため、短距離低電力通信システムによるものです。コードレス電話ワイヤレスコンピュータネットワークBluetoothデバイス、ガレージドア開閉装置はすべてISMバンドを使用しています。ISMデバイスには、帯域の他のユーザーからの干渉に対する規制上の保護はありません。

陸上モバイルバンド

特にスペクトルのVHFおよびUHF部分の周波数帯域は、固定基地局陸上移動車両搭載またはポータブルトランシーバーとの間の通信に割り当てられます。米国では、これらのサービスは非公式にビジネスバンドラジオとして知られています。緊急無線も参照してください

警察無線や消防署や救急車などの他の公安サービスは、一般的にスペクトルのVHFおよびUHF部分に見られます。トランキングシステムは、利用可能な限られた数の周波数を最も効率的に使用するためによく使用されます。

携帯電話サービスの需要により、携帯電話の周波数に割り当てられた無線スペクトルの大きなブロックが生まれました。

ラジコン

信頼性の高い無線制御は、目的専用の帯域を使用します。無線制御のおもちゃは、27MHzまたは49MHz帯域のライセンスのないスペクトルの一部を使用する場合がありますが、より高価な航空機、ボート、または陸上車両のモデルでは、ライセンスのない使用による干渉を避けるために、72MHz付近の専用の無線制御周波数を使用します。21世紀には、2.4GHzスペクトラム拡散RC制御システムへの移行が見られました。

認可されたアマチュア無線家は、北米で6メートル帯の一部を使用しています。クレーンや鉄道機関車の産業用リモートコントロールは、地域によって異なる割り当てられた周波数を使用します。

レーダー

レーダーアプリケーションは、比較的高出力のパルス送信機と高感度の受信機を使用するため、レーダーは他の目的に使用されていない帯域で動作します。ほとんどのレーダー帯域はスペクトルのマイクロ波部分にありますが、気象学の特定の重要なアプリケーションはUHF帯域の強力な送信機を利用します。

も参照してください

メモ

  1. ^ ITU無線規則–第1条、無線サービスの定義、第1.2条管理:国際電気通信連合憲章、国際電気通信連合条約、および行政規則で行われる義務の履行に責任を負う政府部門またはサービス。 (CS 1002)
  2. ^ 国際電気通信連合の無線規制、2020年版。
  3. ^ コリン・ロビンソン(2003)。ユーティリティ市場における競争と規制エドワードエルガーパブリッシング。p。175. ISBN 978-1-84376-230-0
  4. ^ a b 電波は、ITUによって次のように定義されています。「3000GHzよりも任意に低い周波数の電磁波、人工的なガイドなしで宇宙を伝播する」、Radio Regulations、2020Edition国際電気通信連合。
  5. ^ 無線規制、2020年版国際電気通信連合。
  6. ^ a b c d e Gosling、William(2000)。電波スペクトルの保存:電波工学の基礎ニューンズ。pp。11–14。ISBN 9780750637404
  7. ^ Coutaz、Jean-Louis; ガレット、フレデリック; ウォレス、ヴィンセントP.(2018)。テラヘルツ時間領域分光法の原理:入門教科書CRCプレス。p。18. ISBN 9781351356367
  8. ^ Siegel、Peter(2002)。「宇宙のエネルギーを研究する」教材NASAのウェブサイト2021年5月19日取得
  9. ^ バンドの詳細を参照してください: [1]
  10. ^ ITU無線規則、第1巻、第2条。2020年版。 「第2.1条:周波数および波長帯」(PDF)からオンラインで入手できますラジオ規制2016年版国際電気通信連合。2017年1月1日2020年2月18日取得
  11. ^ ブース、CF(1949)。「周波数の命名法」。郵便局電気技術者ジャーナル42(1):47–48。
  12. ^ a b c d e IEEE Std521-2002レーダー周波数帯域の標準文字指定
  13. ^ a bc [12]の2
  14. ^ a b ノーマン・フリードマン(2006)。海軍協会の世界海軍兵器システムガイド海軍協会プレス。pp。xiii。ISBN 978-1-55750-262-9
  15. ^ しし座流星群A.ベロフ; セルゲイM.スモルスキー; ビクターN.コケマソフ(2012)。RF、マイクロ波、およびミリ波コンポーネントのハンドブックアーテックハウス。pp。27–28。ISBN 978-1-60807-209-5
  16. ^ NATO連合無線周波数庁(ARFA)ハンドブック–第1巻; パートIV–付録、... G-2、...無線通信で使用される周波数および波長帯の命名法。
  17. ^ www.microwaves101.com「導波管の周波数帯域と内部寸法」
  18. ^ 非常に低い周波数(TLF)(電磁放射、3 Hz未満の周波数)

参考文献

外部リンク