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毫米波通信技术的研究现状和进展
李艳莉
(电子科技大学成都学院电子信息工程系,成都611731)
摘要:简单介绍了毫米波的基本概念及相关背景, 分析了毫米波的传播特性和优点,阐述了毫米波地面通信、毫米波卫星通信的研究现状, 以毫米波通信技术在电子对抗中的军事应用为例进行论述, 最后展望毫米波通信技术将会开创未来新型应用领域并拥有广阔的发展前景。
关键词毫米波; 毫米波传播; 毫米波通信; 电子对抗
0 引言
随着移动通信、卫星通信以及星载电子等方面的迅猛发展,对系统的容量
要求越来越高。由于在高频微波频段有着极为丰富的频谱资源,现代通信系统正在向高频微波特别是毫米波频段发展。毫米波通信与传统的无线电短波、超短波和微波通信相比,具有不少独特之处。由于毫米波是以微波和光波作左右邻(它的波长介于微波和光波之间),因此兼有微波和光波的某些优长。通信设备的体积很小,可利用小巧尺寸的天线获得很高的方向性,便于通信的隐蔽和保密。毫米波在传播过程中受杂波影响小,对尘埃等微粒穿透能力强,通信比较稳定[1]。
早在20世纪40年代,科学家们就开始对毫米波通信进行过研究,但由于种
种原因毫米波通信并未得到实际应用。直至20世纪70年代,由于毫米波集成电
路和毫米波固体器件的研制成功并获得批量生产,使生产成本日趋下降,毫米波
通信才犹如枯木逢春,蓬勃发展开来。可以预计,随着科技的进步,毫米波通信
必将呈现出广阔的应用前景。
1 毫米波的传播特性
通常毫米波频段是指 30GHz~300GHz, 相应波长为 1mm~10mm。毫米波通信就是指以毫米波作为传输信息的载体而进行的通信。目前绝大多数的应用研究集中在几个“大气窗口”频率和三个“衰减峰”频率上[2][3]。
1)是一种典型的视距传输方式
毫米波属于甚高频段, 它以直射波的方式在空间进行传播,波束很窄,具有良好的方向性。一方面,由于毫米波受大气吸收和降雨衰落影响严重,所以单跳通信距离较短; 另一方面,由于频段高,干扰源很少,所以传播稳定可靠。因此,毫米波通信是一种典型的具有高质量、恒定参数的无线传输信道的通信技术。
2)具有“大气窗口”和“衰减峰”
“大气窗口”是指 35GHz、45GHz、94GHz、140GHz、 220GHz 频段, 在这些特殊频段附近, 毫米波传播受到的衰减较小。一般说来,“大气窗口”频段比较适用于点对点通信
,已经被低空空地导弹和地基雷达所采用。而在 60GHz、 120GHz、 180GHz 频段附近的衰减出现极大值, 约高达 15dB / km 以上, 被称作“衰减峰”。通常这些“衰减峰”频段被多路分集的隐蔽网络和系统优先选用,用以满足网络安全系数的要求。
3)降雨时衰减严重
与微波相比, 毫米波信号在恶劣的气候条件下,尤其是降雨时的衰减要大许多,严重影响传播效果。经过研究得出的结论是,毫米波信号降雨时衰减的大小与降雨的瞬时强度、距离长短和雨滴形状密切相关。进一步的验证表明: 通常情况下,降雨的瞬时强度越大、距离越远、雨滴越大,所引起的衰减也就越严重。因此,对付降雨衰减最有效的办法是在进行毫米波通信系统或通信线路设计时,留出足够的电平衰减余量。
4)对沙尘和烟雾具有很强的穿透能力
大气激光和红外对沙尘和烟雾的穿透力很差,而毫米波在这点上具有明显优势