Millimeter Wave Communication

Millimetra bylgja(mmBylgja) er rafsegulsviðið með bylgjulengd á milli 10 mm (30 GHz) og 1 mm (300 GHz).Það er vísað til sem ákaflega hátíðnisviðsins (EHF) af Alþjóðafjarskiptasambandinu (ITU).Millimetrabylgjur eru staðsettar á milli örbylgju- og innrauðra bylgna í litrófinu og er hægt að nota þær fyrir ýmis háhraða þráðlaus samskiptaforrit, eins og punkt-til-punkt bakhalstengingar.
Þjóðhagsþróun flýta fyrir gagnavexti
Með aukinni alþjóðlegri eftirspurn eftir gögnum og tengingum hafa tíðnisviðin sem nú eru notuð fyrir þráðlaus samskipti orðið sífellt fjölmennari, sem ýtir undir eftirspurnina eftir að fá aðgang að hærri tíðnibandbreidd innan millimetra bylgjusviðsins.Margar þjóðhagsþróun hafa flýtt fyrir eftirspurn eftir stærri gagnagetu og hraða.
1. Magn og tegundir gagna sem myndast og vinna úr stórum gögnum eykst veldishraða á hverjum degi.Heimurinn treystir á háhraða sendingu á miklu magni gagna á óteljandi tækjum á hverri sekúndu.Árið 2020 bjó hver einstaklingur til 1,7 MB af gögnum á sekúndu.(Heimild: IBM).Í byrjun árs 2020 var áætlað að gagnamagn á heimsvísu væri 44ZB (World Economic Forum).Árið 2025 er gert ráð fyrir að alþjóðleg gagnasköpun nái yfir 175 ZB.Með öðrum orðum, til að geyma svo mikið magn af gögnum þarf 12,5 milljarða af stærstu hörðum diskum nútímans.(International Data Corporation)
Samkvæmt áætlunum Sameinuðu þjóðanna var árið 2007 fyrsta árið þar sem íbúafjöldi í þéttbýli var meiri en íbúar í dreifbýli.Þessi þróun er enn viðvarandi og gert er ráð fyrir að árið 2050 muni meira en tveir þriðju hlutar jarðarbúa búa í þéttbýli.Þetta hefur valdið auknu álagi á fjarskipta- og gagnamannvirki í þessum þéttbýlustu svæðum.
3. Fjölpóla alheimskreppan og óstöðugleiki, allt frá heimsfaraldri til pólitísks umróts og átaka, gera það að verkum að lönd eru sífellt fús til að þróa fullveldisgetu sína til að draga úr hættunni á alþjóðlegum óstöðugleika.Ríkisstjórnir um allan heim vonast til að draga úr ósjálfstæði sínu á innflutningi frá öðrum svæðum og styðja við þróun innlendra vara, tækni og innviða.
4. Með viðleitni heimsins til að draga úr kolefnislosun er tæknin að opna ný tækifæri til að lágmarka ferðalög með mikið kolefni.Í dag eru fundir og ráðstefnur yfirleitt haldnar á netinu.Jafnvel læknisaðgerðir geta verið framkvæmdar í fjarska án þess að skurðlæknar þurfi að koma á skurðstofuna.Aðeins ofurhröður, áreiðanlegur og samfelldur gagnastraumur með litlum leynd getur náð þessari nákvæmu aðgerð.
Þessir þjóðhagsþættir hvetja fólk til að safna, senda og vinna sífellt fleiri gögn á heimsvísu og þurfa einnig sendingu á meiri hraða og með lágmarks leynd.

Hvaða hlutverki geta millimetrabylgjur gegnt?
Millimetra bylgjusviðið veitir breitt samfellt litróf, sem gerir kleift að senda meiri gagnaflutning.Eins og er, eru örbylgjuofntíðni sem notuð eru fyrir flest þráðlaus fjarskipti að verða fjölmenn og dreifð, sérstaklega með nokkrum bandbreiddum tileinkuðum sérstökum deildum eins og varnarmálum, geimferðum og neyðarsamskiptum.
Þegar þú færir litrófið upp verður tiltækur samfelldur litrófshluti mun stærri og hlutinn sem varðveittur verður minni.Með því að auka tíðnisviðið eykst í raun stærð „leiðslunnar“ sem hægt er að nota til að senda gögn og ná þannig fram stærri gagnastraumum.Vegna miklu stærri rásarbandbreiddar millimetrabylgna er hægt að nota minna flókið mótunarkerfi til að senda gögn, sem getur leitt til kerfa með mun minni leynd.
Hverjar eru áskoranirnar?
Það eru tengdar áskoranir við að bæta litrófið.Íhlutir og hálfleiðarar sem þarf til að senda og taka á móti merkjum á millimetrabylgjum eru erfiðari í framleiðslu - og það eru færri ferlar.Framleiðsla á millimetra bylgjuhlutum er líka erfiðara vegna þess að þeir eru mun minni, krefjast meiri samsetningarvikmarka og vandaðrar hönnunar samtenginga og holrúma til að draga úr tapi og forðast sveiflur.
Útbreiðsla er ein helsta áskorunin sem millímetrabylgjumerki standa frammi fyrir.Við hærri tíðni er líklegra að merki verði lokað eða minnkað af líkamlegum hlutum eins og veggjum, trjám og byggingum.Á byggingarsvæðinu þýðir þetta að millimetrabylgjumóttakarinn þarf að vera fyrir utan bygginguna til að dreifa merkinu innbyrðis.Fyrir fjarskipti og gervihnött til jarðsambands er meiri kraftmögnun nauðsynleg til að senda merki um langar vegalengdir.Á jörðu niðri má fjarlægðin milli punkta til punkta tengla ekki vera meiri en 1 til 5 kílómetrar, frekar en stærri fjarlægðin sem lágtíðnikerfi geta náð.
Þetta þýðir til dæmis að í dreifbýli þarf fleiri grunnstöðvar og loftnet til að senda millimetra bylgjumerki yfir langar vegalengdir.Að setja upp þessa viðbótarinnviði krefst meiri tíma og kostnaðar.Undanfarin ár hefur uppsetning gervihnattastjörnumerkja reynt að leysa þetta vandamál og þessi gervihnattastjörnumerki taka enn og aftur millimetrabylgju sem kjarna byggingarlistar þeirra.
Hvar er besta dreifingin fyrir millimetrabylgjur?
Stutt útbreiðslufjarlægð millimetra bylgna gerir þær mjög hentugar til að dreifa í þéttbýlum þéttbýlissvæðum með mikla gagnaumferð.Valkosturinn við þráðlaus net er ljósleiðaranet.Í þéttbýli er gríðarlega dýrt, eyðileggjandi og tímafrekt að grafa upp vegi til að setja upp nýja ljósleiðara.Þvert á móti er hægt að koma á millimetrabylgjutengingum á skilvirkan hátt með lágmarks truflunarkostnaði innan nokkurra daga.
Gagnahraði sem næst með millimetrabylgjumerkjum er sambærilegur við ljósleiðara, en veitir um leið minni leynd.Þegar þú þarft mjög hratt upplýsingaflæði og lágmarks leynd eru þráðlausir tenglar fyrsti kosturinn - þess vegna eru þeir notaðir í kauphöllum þar sem millisekúndna leynd getur verið mikilvæg.
Í dreifbýli er kostnaður við lagningu ljósleiðara oft óhóflegur vegna fjarlægðarinnar.Eins og getið er hér að ofan, krefjast millimetra bylgjuturnanet einnig umtalsverðrar innviðafjárfestingar.Lausnin sem kynnt er hér er að nota gervihnött á lágum jörðu (LEO) eða gervihnöttum í mikilli hæð (HAPS) til að tengja gögn við afskekkt svæði.LEO og HAPS netkerfi gera það að verkum að engin þörf er á að setja upp ljósleiðara eða byggja stutt þráðlaus netkerfi frá punkti til punkts, en veita samt framúrskarandi gagnahraða.Gervihnattasamskipti hafa nú þegar notað millimetra bylgjumerki, venjulega í neðri enda litrófsins - Ka tíðnisvið (27-31GHz).Það er pláss til að stækka við hærri tíðnir, eins og Q/V og E tíðnisviðin, sérstaklega afturstöð fyrir gögn til jarðar.
Skilamarkaður fjarskipta er í leiðandi stöðu í umskiptum frá örbylgjuofni yfir í millimetra bylgjutíðni.Þetta er knúið áfram af aukningu í neytendatækjum (handtölvum, fartölvum og Internet of Things (IoT)) undanfarinn áratug, sem hefur flýtt fyrir eftirspurn eftir meiri og hraðari gögnum.
Nú vonast gervihnattafyrirtæki til að fylgja fordæmi fjarskiptafyrirtækja og auka notkun millimetrabylgna í LEO og HAPS kerfum.Áður fyrr voru hefðbundin geostationary equatorial orbit (GEO) og medium Earth orbit (MEO) gervitungl of langt frá jörðinni til að koma á neytendasamskiptatengslum á millimetrabylgjutíðni.Hins vegar gerir stækkun LEO gervihnatta nú mögulegt að koma á millimetra bylgjutengingum og búa til þau afkastagetu net sem þarf á heimsvísu.
Aðrar atvinnugreinar hafa einnig mikla möguleika á að nýta millimetrabylgjutækni.Í bílaiðnaðinum þurfa sjálfstýrð ökutæki stöðugar háhraðatengingar og gagnanet með lítilli leynd til að starfa á öruggan hátt.Á læknisfræðilegu sviði þarf ofurhraða og áreiðanlega gagnastrauma til að gera skurðlæknum sem staðsettir eru fjarstýrðir kleift að framkvæma nákvæmar læknisaðgerðir.
Tíu ára Millimeter Wave Innovation
Filtronic er leiðandi sérfræðingur í millimetrabylgjusamskiptatækni í Bretlandi.Við erum eitt af fáum fyrirtækjum í Bretlandi sem getur hannað og framleitt háþróaða millimetrabylgjusamskiptaíhluti í stórum stíl.Við höfum innri RF verkfræðinga (þar á meðal millimetra bylgjusérfræðinga) sem þarf til að hugmynda, hanna og þróa nýja millimetra bylgjutækni.
Á síðasta áratug höfum við átt í samstarfi við leiðandi farsímafyrirtæki til að þróa röð af örbylgju- og millimetrabylgjusendum, aflmagnara og undirkerfum fyrir bakstraumsnet.Nýjasta varan okkar starfar í E-bandinu, sem veitir mögulega lausn fyrir ofurháa afkastagetu fóðrunartengla í gervihnattasamskiptum.Á síðasta áratug hefur það smám saman verið aðlagað og endurbætt, dregið úr þyngd og kostnaði, bætt afköst og bætt framleiðsluferli til að auka framleiðslu.Gervihnattafyrirtæki geta nú forðast margra ára innri prófanir og þróun með því að taka upp þessa sannreyndu geimdreifingartækni.
Við erum staðráðin í að vera í fararbroddi nýsköpunar, búa til tækni innbyrðis og þróa sameiginlega innri fjöldaframleiðsluferli.Við leiðum alltaf markaðinn í nýsköpun til að tryggja að tækni okkar sé tilbúin til notkunar þar sem eftirlitsstofnanir opna ný tíðnisvið.
Við erum nú þegar að þróa W-band og D-band tækni til að takast á við þrengsli og meiri gagnaumferð á E-bandinu á næstu árum.Við vinnum með viðskiptavinum iðnaðarins til að hjálpa þeim að byggja upp samkeppnisforskot með jaðartekjum þegar ný tíðnisvið eru opin.
Hvert er næsta skref fyrir millimetrabylgjur?
Nýtingarhlutfall gagna mun aðeins þróast í eina átt og tæknin sem byggir á gögnum er einnig stöðugt að batna.Aukinn veruleiki er kominn og IoT tæki eru að verða alls staðar nálæg.Til viðbótar við innlenda notkun er allt frá stórum iðnaðarferlum til olíu- og gassvæða og kjarnorkuvera að færast í átt að IoT tækni fyrir fjarvöktun - sem dregur úr þörfinni fyrir handvirkt inngrip þegar þessar flóknu stöðvar eru reknar.Árangur þessara og annarra tækniframfara mun ráðast af áreiðanleika, hraða og gæðum gagnanetanna sem styðja þau - og millimetrabylgjur veita nauðsynlega getu.
Millimetrabylgjur hafa ekki dregið úr mikilvægi tíðna undir 6GHz á sviði þráðlausra samskipta.Þvert á móti er það mikilvæg viðbót við litrófið, sem gerir kleift að afhenda mismunandi forrit með góðum árangri, sérstaklega þau sem krefjast stórra gagnapakka, lítillar leynd og meiri tengingarþéttleika.

Málið að nota millimetrabylgjur til að ná væntingum og tækifærum nýrrar gagnatengdrar tækni er sannfærandi.En það eru líka áskoranir.
Reglugerð er áskorun.Ómögulegt er að fara inn á hærra millimetra bylgjutíðnisviðið fyrr en eftirlitsyfirvöld gefa út leyfi fyrir tilteknar umsóknir.Engu að síður þýðir spáð veldisvöxtur eftirspurnar að eftirlitsstofnanir eru undir auknum þrýstingi til að losa meira litróf til að forðast þrengsli og truflanir.Samnýting litrófs milli óvirkra forrita og virkra forrita eins og veðurgervitungla krefst einnig mikilvægrar umræðu um viðskiptaforrit, sem mun leyfa breiðari tíðnisvið og samfellda litróf án þess að færa sig yfir á Asíu Kyrrahafstíðnina.
Þegar þú notar tækifærin sem ný bandbreidd gefur er mikilvægt að hafa viðeigandi tækni til að stuðla að hærri tíðni samskiptum.Þess vegna er Filtronic að þróa W-band og D-band tækni fyrir framtíðina.Þetta er líka ástæðan fyrir því að við erum í samstarfi við háskóla, stjórnvöld og atvinnulíf til að stuðla að þróun færni og þekkingar á þeim sviðum sem þarf til að mæta þörfum þráðlausrar tækni í framtíðinni.Ef Bretland ætlar að taka forystuna í þróun alþjóðlegra gagnasamskiptaneta í framtíðinni þarf það að beina fjárfestingum stjórnvalda inn á rétta svið RF tækni.
Sem samstarfsaðili í akademíu, stjórnvöldum og iðnaði gegnir Filtronic leiðandi hlutverki í þróun háþróaðrar samskiptatækni sem þarf að veita nýja virkni og möguleika í heimi þar sem þörf er á gögnum í auknum mæli.