초고주파수

Extremely high frequency
초고주파수
초고주파수(ITU)
주파수 범위
30 ~ 300 GHz
파장 범위
10 ~ 1 mm
관련 대역
밀리미터 밴드(IEEE)
주파수 범위
110~300GHz
파장 범위
2.73 ~ 1 mm
관련 대역
EHF(IEEE)
무선 대역
ITU
– (TLF) 1 (ELF) 2 (SLF) 3(ULF)
4(VLF) 5 (LF) 6(MF) 7 (HF)
8(VHF) 9(UHF) 10 (SHF) 11 (EHF)
12(THF)
EU/나토/미국 ECM
IEEE
기타 TV 및 라디오

초고주파수(EHF)는 30~300기가헤르츠(GHz)의 전자기 스펙트럼 내 무선 주파수 대역에 대한 국제전기통신연합(ITU)의 명칭입니다.초고주파 대역과 원적외선 대역 사이에 있으며, 그 하부가 테라헤르츠 대역입니다.이 대역의 전파는 10에서 1밀리미터의 파장을 가지고 있기 때문에 밀리미터 대역이라고도 하며, 이 대역의 방사선을 밀리미터파라고 하며, 때로는 MMW 또는 mmWave라고도 합니다.밀리미터 길이의 전자파는 1894-1896년 인도의 물리학자 자가디쉬 찬드라 보스에 의해 처음 연구되었는데,[1] 그는 실험에서 최대 60GHz에 도달했다.

낮은 대역에 비해 이 대역의 전파는 대기 감쇠가 높아 대기 중의 가스에 흡수됩니다.그러므로, 그것들은 단거리이고 지상 통신에 약 1킬로미터 정도밖에 사용할 수 없다.흡수율은 주파수에 따라 증가하며, 몇 미터 이내에 파형이 0으로 감쇠합니다.대기 중 습도에 의한 흡수는 사막 환경을 제외하고 중요하며, 비에 의한 감쇠(레인 페이드)는 단거리에서도 심각한 문제이다.단, 전파 범위가 짧기 때문에 저주파보다 주파수 재사용 거리가 짧아집니다.파장이 짧기 때문에 적당한 크기의 안테나는 빔 폭이 작기 때문에 주파수 재사용 가능성이 더욱 높아집니다.밀리미터파는 군용 사격통제레이더, 공항 보안 스캐너, 단거리 무선 네트워크, 과학 연구에 사용된다.

밀리미터파의 주요 새로운 적용에서, 대역의 하단 부근에 있는 특정 주파수 범위가 최신 세대의 휴대폰 네트워크인 5G [2]네트워크에서 사용되고 있다.밀리미터파 회로와 서브시스템(안테나, 파워앰프, 믹서, 발진기 등)의 설계도 반도체 및 프로세스의 한계, 모델의 한계 및 패시브 [3]디바이스의 Q계수 불량으로 인해 엔지니어에게 심각한 문제를 야기합니다.

전파

EHF 대역에 걸친 주파수의 함수로서의 대기 감쇠(dB/km).특정 주파수에서 흡수 피크는2 수증기(HO2) 및 분자 산소(O)와 같은 대기 성분 때문에 문제가 됩니다.수직 척도는 로그입니다.

밀리미터파는 가시선 경로로만 전파됩니다.그것들은 전리층에 반사되지도 않고 낮은 주파수의 전파처럼 [4]지구를 따라 이동하지도 않는다.일반적인 전력 밀도에서는 건물 벽에 의해 차단되며 [4][5][6]잎을 통해 상당한 감쇠가 발생합니다.대기 가스에 의한 흡수는 대역 전체에 걸쳐 중요한 요소이며 주파수에 따라 증가한다.그러나 이 흡수는 주로 60GHz의 산소와 24GHz 및 [5]184GHz의 수증기 등 몇 가지 특정 흡수 라인에서 최대입니다.흡수 피크 사이의 "윈도우" 주파수에서 밀리미터파는 대기 감쇠가 훨씬 적고 범위가 넓기 때문에 많은 응용 프로그램이 이러한 주파수를 사용합니다.밀리미터 파장은 빗방울과 같은 크기이기 때문에 강수 시 산란(빗방울 페이드)과 [5][6]흡수에 의한 추가적인 감쇠가 발생한다.높은 자유 공간 손실과 대기 흡수는 유용한 전파를 몇 [4]킬로미터로 제한한다.따라서, 퍼스널에리어 네트워크 등, 주파수의 [4]재이용에 의해서 주파수 사용율을 향상시키는, 촘촘한 통신 네트워크에 도움이 됩니다.

밀리미터파는 "광학적" 전파 특성을 나타내며 직경 5~30cm(2인치~1피트) 정도의 작은 금속 표면과 유전체 렌즈에 의해 반사되고 초점이 맞춰집니다.그들의 파장은 종종 그들을 조종하는 장비보다 훨씬 작기 때문에 기하학적 광학 기술이 사용될 수 있다.회절은 낮은 주파수에서보다 적지만, 밀리미터파는 건물 가장자리에 의해 회절될 수 있습니다.밀리미터 파장에서는 표면이 거칠어 보이기 때문에 확산 반사가 증가합니다.[4]멀티패스 전파, 특히 실내 벽과 표면으로부터의 반사는 심각한 [6][7]페이딩을 일으킵니다.도플러 주파수 이동은 보행자 [4]속도에서도 현저할 수 있습니다.휴대용 기기에서는 인체에 의한 음영이 문제입니다.파장은 옷과 파장이 작기 때문에 작은 금속 물체에서 반사될 수 있기 때문에 공항 보안 검색을 위해 밀리미터 파동 스캐너에 사용됩니다.

적용들

과학적 연구

밀리파 전파 망원경인 Atacama Large Millimeter Array(ALMA)의 일부

이 대역은 일반적으로 전파천문학과 원격감지 분야에서 사용됩니다.지상 전파 천문학은 대기 흡수 문제로 인해 Kit Peak 및 Atacama Large Millimeter Array(ALMA)와 같은 고고도 사이트로 제한됩니다.

60GHz 부근의 위성 기반 원격 감지는 온도와 압력의 함수인 산소 분자에서 방출되는 방사선을 측정해 대기 상층부의 온도를 측정할 수 있다.57–59.3GHz의 ITU 비배타적 수동 주파수 할당은 기상 및 기후 감지 애플리케이션의 대기 모니터링에 사용되며, 지구 대기 중 산소 흡수 및 방출 특성 때문에 이러한 목적을 위해 중요하다.현재 NASA 위성 1개(Aqua)와 NOAA 위성 4개(15-18)의 첨단 마이크로파 음향장치(AMSU)와 국방부 위성 F-16의 특수 센서 마이크로파/이미저(SSMI/S)와 같은 미국의 위성 센서는 이 주파수 범위를 [8]사용한다.

전기 통신

미국에서는 36.0~40.0GHz 대역은 라이선스 고속 마이크로파 데이터 링크에 사용되며 60GHz 대역은 데이터 스루풋이 최대 2.5Gbit/s인 무면허 단거리(1.7km) 데이터 링크에 사용할 수 있습니다.평지에서 흔히 사용됩니다.

71 ~ 76, 81 ~86 및 92 ~95 GHz 대역은 포인트 투 포인트 고대역폭 통신 링크에도 사용됩니다.이러한 고주파수는 산소 흡수에 영향을 받지 않지만, 미국 연방통신위원회(FCC)의 송신 면허가 필요합니다.이러한 주파수를 사용하는 10기가비트/초 링크에 대한 계획도 있습니다.92 ~ 95 GHz 대역의 경우, 스페이스 인 무선용으로 작은 100 MHz 범위가 예약되어 있기 때문에, 이 예약 범위는 초당 [9]수 기가비트 미만의 전송 레이트로 제한됩니다.

UAE에 설치되어 있는 CableFree MMW 링크는 세이프시티 애플리케이션용으로 설치되며 사이트 간에 1기가비트/초의 용량을 제공합니다.링크는 도입이 빠르고 파이버 광섬유보다 비용도 저렴합니다.

이 대역은 기본적으로 미개발로 고속 포인트 투 포인트 무선 로컬 에리어 네트워크 및 광대역 인터넷 접속 등 다양한 신제품 및 서비스에서 사용할 수 있습니다.무선HD는 60GHz 부근에서 작동하는 또 다른 최신 기술이다.지향성이 높은 "연필 빔" 신호 특성을 통해 서로 다른 시스템이 간섭을 일으키지 않고 서로 가까이에서 작동할 수 있습니다.잠재적인 용도에는 매우 높은 분해능을 가진 레이더 시스템이 포함됩니다.

Wi-Fi 표준 IEEE 802.11ad 및 IEEE 802.11ay는 60GHz(V밴드) 스펙트럼에서 동작하여 각각 7기가비트/초와 20기가비트/초 이상의 높은 데이터 전송 속도를 실현합니다.

밀리미터파 대역에는 포인트 투 포인트 통신, 위성 간 링크 및 포인트 투 멀티 포인트 통신이 포함됩니다.2013년에는 향후 5G 휴대폰에 [10]밀리미터파를 사용할 것이라는 관측이 나왔다.또한 차량 통신에 밀리미터 파대역을 사용하는 것도 (반)자율 차량 [11]통신을 지원하는 매력적인 솔루션으로 떠오르고 있다.

이 대역의 파장이 짧기 때문에 작은 안테나를 사용하여 낮은 대역의 큰 안테나와 동일한 높은 지향성과 높은 이득을 얻을 수 있습니다.이 높은 지향성의 직접적인 결과는 이러한 주파수에서 높은 빈 공간 손실과 결합되어 포인트 투 멀티 포인트애플리케이션에 주파수를 보다 효율적으로 사용할 수 있는 가능성입니다.특정 영역에 다수의 지시성 안테나를 배치할 수 있기 때문에 결과적으로 주파수 재사용이 증가하고 사용자의 밀도가 높아집니다.이 대역에서 사용 가능한 채널 용량이 크기 때문에 광섬유 통신을 사용하지 않는 애플리케이션이나 회로 [12]기판의 상호 접속 등 매우 짧은 링크를 사용하는 애플리케이션에 대응할 수 있습니다.

무기 체계

소련 항공모함 민스크의 CIWS 포용 밀리파 사격통제 레이더

밀리파 레이더는 탱크와 항공기에서는 단거리 사격통제레이더, 해군 함정에서는 날아오는 미사일을 격추하는 자동화포(CIWS)에 사용된다.밀리미터 파장의 작은 파장은 발사되는 총알의 흐름과 목표물을 추적할 수 있게 해주며, 컴퓨터 사격 통제 시스템이 그것들을 하나로 [citation needed]모으기 위한 목적을 바꿀 수 있게 해준다.

미 공군은 레이시온과 함께 파장 3mm(주파수 95GHz)[13]의 밀리미터 전파 빔을 발사하는 비살상 대인 무기 시스템(ADS)을 개발했다.이 흉기는 빔에 있는 사람이 피부에 불이 붙을 것 같은 심한 타는 듯한 통증을 느끼게 한다.군사 버전은 100kW의 [14]출력 전력을 가지고 있었고, 나중에 레이시온이 개발한 사일런트 가디언이라고 불리는 더 작은 사법 버전은 30kW의 [15]출력 전력을 가지고 있었다.

보안 검사

주요 기사: 밀리미터파 스캐너

의류 및 기타 유기 물질은 특정 주파수의 밀리미터 파장에 투명하기 때문에 최근 공항 [16]보안과 같은 응용 프로그램을 위해 옷 속에 휴대되는 무기 및 기타 위험한 물체를 탐지하는 스캐너가 사용되었습니다.사생활 보호 옹호자들은 이 기술의 사용에 대해 우려하고 있는데, 이는 일부 경우에, 심사관들이 공항 승객들을 마치 옷을 입지 않은 것처럼 볼 수 있기 때문이다.

TSA는 많은 주요 공항에 밀리미터파 스캐너를 배치했다.

소프트웨어 업그레이드 전에는 이 기술을 통해 스캔 대상자의 신체 일부가 가려지지 않았습니다.그러나 승객들의 얼굴은 이 시스템에 의해 의도적으로 가려졌다.사진은 밀폐된 방에서 기술자에 의해 선별된 후 검색이 완료되면 즉시 삭제되었습니다.프라이버시 옹호자들은 우려하고 있다."우리는 비행기에 탑승하기 위해 필요한 스트립 서치에 점점 더 가까워지고 있습니다,"라고 미국시민자유연합의 [17]배리 스타인하트는 말했다.이 문제를 해결하기 위해 업그레이드로 인해 별도의 뷰 영역에 담당자가 필요하지 않게 되었습니다.그 새로운 소프트웨어는 인간의 일반적인 이미지를 생성한다.이미지에서 남성과 여성의 해부학적 차이는 없으며, 물체가 감지되면 소프트웨어는 영역에 노란색 상자만 표시합니다.디바이스가 관심 있는 것을 검출할 수 없는 경우는,[18] 이미지는 표시되지 않습니다.승객들은 스캔을 거부하고 금속 탐지기를 통해 스캔을 받고 가볍게 [citation needed]두드릴 수 있다.

2007년 5월 15일 암스테르담의 스히폴 공항에서 밀리미터파를 이용한 보안 스캐너 3대가 사용되었으며, 이후 더 많은 보안 스캐너가 설치될 예정이다.승객의 머리는 보안 요원의 시야에서 가려져 있습니다.

밀리미터파 스캐너의 한 모델을 제조한 파란 테크놀로지스에 따르면, 이 기술은 검색 영역을 50미터까지 확장시켜 보안 요원들이 그들이 [19]스캔되고 있다는 것을 알지 못한 채 많은 사람들을 스캔할 수 있게 한다.

두께 측정

루벤 대학의 최근 연구는 밀리미터파가 다양한 산업에서 비핵 두께 측정기로도 사용될 수 있다는 것을 증명했다.밀리미터파는 두께의 변화를 감지하는 깨끗하고 접촉 없는 방법을 제공합니다.이 기술의 실용적 응용 분야는 플라스틱 압출, 제지, 유리 생산 및 미네랄 울 생산에 초점을 맞추고 있습니다.

약

매우 높은 주파수의 저강도(보통 10mW/cm2 이하) 전자파 방사선을 질병 치료를 위해 인체 의학에서 사용할 수 있다.예를 들어, "짧은 저강도 MMW 노출은 세포 성장과 증식 속도, 효소의 활동, 세포 유전 장치의 상태, 흥분성 막과 말초 [20]수용체의 기능을 변화시킬 수 있다."이 처리는 특히 40~[21]70GHz의 범위와 관련되어 있습니다.이러한 유형의 치료는 밀리미터파(MMW) 치료 또는 초고주파([22]EHF) 치료라고 할 수 있습니다.이 처리는 동유럽 국가(예: 구 소련 국가)[20]와 관련되어 있습니다.러시아 생물학 및 의학 저널 밀리미터 파동은 밀리미터 파동 [23]치료의 과학적 근거와 임상적 응용을 연구한다.

경찰 속도 레이더

교통경찰은 Ka밴드(33.4~36.0GHz)[24]에서 속도감지 레이더포를 사용한다.

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

  1. ^ "Milestones: First Millimeter-wave Communication Experiments by J.C. Bose, 1894-96". List of IEEE milestones. Institute of Electrical and Electronics Engineers. Retrieved 1 October 2019.
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외부 링크