تردد عالي للغاية
| تردد عالي للغاية | |
|---|---|
نطاق التردد | 30 إلى 300 جيجاهرتز |
مدى الطول الموجي | 10-1 ملم |
الفرق ذات الصلة | |
| نطاق المليمتر (IEEE) | |
نطاق التردد | 110 إلى 300 جيجاهرتز |
مدى الطول الموجي | 2.73 إلى 1 ملم |
الفرق ذات الصلة | EHF (معهد مهندسي الكهرباء والإلكترونيات) |
التردد العالي للغاية هو تسمية الاتحاد الدولي للاتصالات لنطاق الترددات الراديوية في الطيف الكهرومغناطيسي من 30 إلى 300 جيجا هرتز (GHz). يقع بين نطاق التردد الفائق الارتفاع ونطاق الأشعة تحت الحمراء البعيدة ، والجزء السفلي منه هو نطاق التيراهيرتز . تبلغ أطوال الموجات الراديوية في هذا النطاق من عشرة إلى واحد مليمتر، لذلك يُطلق عليه أيضًا نطاق المليمتر ويُطلق على الإشعاع في هذا النطاق موجات المليمتر ، والتي يُختصر أحيانًا MMW أو mmWave . تم التحقيق في الموجات الكهرومغناطيسية بطول المليمتر لأول مرة بواسطة جاغاديش تشاندرا بوس ، الذي ولّد موجات بتردد يصل إلى 60 جيجا هرتز أثناء التجارب في 1894-1896. [1]
بالمقارنة مع النطاقات المنخفضة، فإن الموجات الراديوية في هذا النطاق لها توهين جوي كبير : يتم امتصاصها بواسطة الغازات الموجودة في الغلاف الجوي. يزداد الامتصاص مع التردد حتى يتم توهين الموجات في الطرف العلوي من النطاق إلى الصفر في غضون بضعة أمتار. يكون الامتصاص عن طريق الرطوبة في الغلاف الجوي كبيرًا باستثناء البيئات الصحراوية، ويشكل التوهين الناتج عن المطر ( تلاشي المطر ) مشكلة خطيرة حتى على مسافات قصيرة. ومع ذلك، يسمح نطاق الانتشار القصير بمسافات إعادة استخدام تردد أصغر من الترددات المنخفضة. يسمح الطول الموجي القصير للهوائيات ذات الحجم المتواضع بأن يكون لها عرض شعاع صغير ، مما يزيد من إمكانية إعادة استخدام التردد. تُستخدم الموجات المليمترية في رادارات مكافحة الحرائق العسكرية ، وأجهزة مسح أمن المطارات ، والشبكات اللاسلكية قصيرة المدى ، والبحث العلمي.
في تطبيق رئيسي جديد للموجات المليمترية، يتم استخدام نطاقات تردد معينة بالقرب من أسفل النطاق في أحدث جيل من شبكات الهاتف المحمول ، شبكات الجيل الخامس . [2] كما يمثل تصميم دائرة الموجات المليمترية والأنظمة الفرعية (مثل الهوائيات ومكبرات الطاقة والخلاطات والمذبذبات) تحديات شديدة للمهندسين بسبب قيود أشباه الموصلات والعمليات وقيود النموذج وعوامل Q الضعيفة للأجهزة السلبية. [3]
التكاثر

تنتشر الموجات المليمترية فقط من خلال مسارات خط البصر . لا تنكسر بواسطة الغلاف الأيوني ولا تنتقل على طول الأرض مثل الموجات الأرضية كما تفعل الموجات الراديوية ذات التردد المنخفض. [4] عند كثافات القدرة النموذجية، يتم حظرها بواسطة جدران المباني وتعاني من التوهين الكبير أثناء المرور عبر أوراق الشجر. [4] [5] [6] يعد الامتصاص بواسطة الغازات الجوية عاملاً مهمًا في جميع أنحاء النطاق ويزداد مع التردد. ومع ذلك، فإن هذا الامتصاص يصل إلى أقصى حد عند عدد قليل من خطوط الامتصاص المحددة ، وخاصة خطوط الأكسجين عند 60 جيجاهرتز وبخار الماء عند 24 جيجاهرتز و184 جيجاهرتز. [5] عند الترددات الموجودة في "النوافذ" بين ذروات الامتصاص هذه، يكون للموجات المليمترية توهين جوي أقل بكثير ونطاق أكبر، لذلك تستخدم العديد من التطبيقات هذه الترددات. تكون أطوال الموجات المليمترية بنفس ترتيب حجم قطرات المطر ، لذلك يتسبب هطول الأمطار في توهين إضافي بسبب التشتت ( تلاشي المطر ) بالإضافة إلى الامتصاص. [5] [6] إن فقدان المساحة الحرة العالي والامتصاص الجوي يحدان من الانتشار المفيد إلى بضعة كيلومترات. [4] وبالتالي، فهي مفيدة لشبكات الاتصالات المزدحمة مثل شبكات المنطقة الشخصية التي تعمل على تحسين استخدام الطيف من خلال إعادة استخدام التردد . [4]
تظهر الموجات المليمترية خصائص انتشار "بصرية" ويمكن أن تنعكس وتركز بواسطة أسطح معدنية صغيرة وعدسات عازلة يبلغ قطرها من 5 إلى 30 سم (2 بوصة إلى قدم واحدة). نظرًا لأن أطوال موجاتها غالبًا ما تكون أصغر بكثير من المعدات التي تتلاعب بها، يمكن استخدام تقنيات البصريات الهندسية . يكون الانعراج أقل من الترددات المنخفضة، على الرغم من أنه يمكن انعراج الموجات المليمترية بواسطة حواف المباني. عند أطوال الموجات المليمترية، تبدو الأسطح أكثر خشونة، لذا يزداد الانعكاس المنتشر . [4] يسبب انتشار المسارات المتعددة ، وخاصة الانعكاس من الجدران والأسطح الداخلية، بهتانًا خطيرًا. [6] [7] يمكن أن يكون تحول دوبلر للتردد كبيرًا حتى عند سرعات المشاة. [4] في الأجهزة المحمولة، يعد التظليل بسبب جسم الإنسان مشكلة. نظرًا لأن الموجات تخترق الملابس ويسمح لها طولها الموجي الصغير بالانعكاس من الأجسام المعدنية الصغيرة، يتم استخدامها في ماسحات الموجات المليمترية لفحص أمن المطارات.
التطبيقات
البحث العلمي

يُستخدم هذا النطاق عادةً في علم الفلك الراديوي والاستشعار عن بعد . يقتصر علم الفلك الراديوي الأرضي على المواقع المرتفعة مثل Kitt Peak وAtacama Large Millimeter Array ( ALMA ) بسبب مشكلات الامتصاص الجوي.
يمكن للاستشعار عن بعد المستند إلى الأقمار الصناعية بالقرب من 60 جيجاهرتز تحديد درجة الحرارة في الغلاف الجوي العلوي من خلال قياس الإشعاع المنبعث من جزيئات الأكسجين والذي يعد دالة على درجة الحرارة والضغط. يتم استخدام تخصيص التردد السلبي غير الحصري للاتحاد الدولي للاتصالات عند 57-59.3 جيجاهرتز لمراقبة الغلاف الجوي في تطبيقات الاستشعار الجوي والمناخي وهو مهم لهذه الأغراض بسبب خصائص امتصاص الأكسجين وانبعاثه في الغلاف الجوي للأرض. تستخدم أجهزة استشعار الأقمار الصناعية الأمريكية العاملة حاليًا مثل وحدة السبر بالموجات الدقيقة المتقدمة (AMSU) على قمر صناعي واحد تابع لوكالة ناسا (Aqua) وأربعة أقمار صناعية تابعة للإدارة الوطنية للمحيطات والغلاف الجوي (15-18) وجهاز استشعار الموجات الدقيقة/التصوير الخاص (SSMI/S) على قمر وزارة الدفاع F-16 نطاق التردد هذا. [8]
الاتصالات السلكية واللاسلكية
في الولايات المتحدة، يتم استخدام النطاق 36.0–40.0 جيجاهرتز لروابط البيانات عالية السرعة بالموجات الدقيقة المرخصة، ويمكن استخدام النطاق 60 جيجاهرتز لروابط البيانات قصيرة المدى (1.7 كم) غير المرخصة مع إنتاجية بيانات تصل إلى 2.5 جيجابت /ثانية. يتم استخدامه بشكل شائع في التضاريس المسطحة.
تُستخدم أيضًا نطاقات 71–76 و81–86 و92–95 جيجاهرتز لروابط الاتصالات عالية النطاق من نقطة إلى نقطة . لا تعاني هذه الترددات العالية من امتصاص الأكسجين، ولكنها تتطلب ترخيصًا للإرسال في الولايات المتحدة من لجنة الاتصالات الفيدرالية (FCC). هناك خطط لروابط 10 جيجابت/ثانية باستخدام هذه الترددات أيضًا. في حالة نطاق 92–95 جيجاهرتز، تم حجز نطاق صغير يبلغ 100 ميجاهرتز لأجهزة الراديو المحمولة في الفضاء، مما يحد من هذا النطاق المحجوز إلى معدل إرسال أقل من بضعة جيجابت في الثانية. [9]

إن النطاق غير متطور بشكل أساسي ومتاح للاستخدام في مجموعة واسعة من المنتجات والخدمات الجديدة، بما في ذلك شبكات المنطقة المحلية اللاسلكية عالية السرعة من نقطة إلى نقطة والوصول إلى الإنترنت عريض النطاق . WirelessHD هي تقنية حديثة أخرى تعمل بالقرب من نطاق 60 جيجاهرتز. تسمح خصائص الإشارة عالية الاتجاه "شعاع القلم الرصاص" لأنظمة مختلفة بالعمل بالقرب من بعضها البعض دون التسبب في تداخل. تشمل التطبيقات المحتملة أنظمة الرادار ذات الدقة العالية جدًا.
تعمل معايير Wi-Fi IEEE 802.11ad و IEEE 802.11ay في طيف 60 جيجاهرتز ( النطاق V ) لتحقيق معدلات نقل بيانات تصل إلى 7 جيجابت في الثانية و 20 جيجابت في الثانية على الأقل ، على التوالي.
تشمل استخدامات نطاقات الموجات المليمترية الاتصالات من نقطة إلى نقطة، والروابط بين الأقمار الصناعية ، والاتصالات من نقطة إلى نقاط متعددة . في عام 2013، تم التكهن بوجود خطط لاستخدام الموجات المليمترية في الهواتف المحمولة 5G المستقبلية . [10] بالإضافة إلى ذلك، فإن استخدام نطاقات الموجات المليمترية للاتصالات بالمركبات يظهر أيضًا كحل جذاب لدعم الاتصالات بالمركبات (شبه) المستقلة. [11]
تسمح الأطوال الموجية الأقصر في هذا النطاق باستخدام هوائيات أصغر لتحقيق نفس الاتجاهية العالية والمكسب العالي مثل تلك الأكبر في النطاقات المنخفضة. والنتيجة المباشرة لهذه الاتجاهية العالية، إلى جانب فقدان المساحة الحرة العالي عند هذه الترددات، هي إمكانية استخدام أكثر كفاءة للترددات لتطبيقات النقطة إلى نقاط متعددة. ونظرًا لأنه يمكن وضع عدد أكبر من الهوائيات عالية التوجيه في منطقة معينة، فإن النتيجة الصافية هي إعادة استخدام ترددات أكبر وكثافة أعلى للمستخدمين. قد تسمح سعة القناة العالية القابلة للاستخدام في هذا النطاق بخدمة بعض التطبيقات التي قد تستخدم بخلاف ذلك اتصالات الألياف الضوئية أو روابط قصيرة جدًا مثل توصيل لوحات الدوائر. [12]
أنظمة الأسلحة
تُستخدم موجات المليمتر الرادارية في أنظمة التحكم في إطلاق النار قصيرة المدى في الدبابات والطائرات، وفي المدافع الآلية ( CIWS ) على السفن البحرية لإسقاط الصواريخ القادمة. يسمح الطول الموجي الصغير لموجات المليمتر بتتبع تدفق الرصاصات الصادرة وكذلك الهدف، مما يسمح لنظام التحكم في إطلاق النار بالكمبيوتر بتغيير الهدف لجمعهما معًا. [ بحاجة لمصدر ]
بالتعاون مع شركة رايثيون، طورت القوات الجوية الأمريكية نظام أسلحة غير قاتلة مضادة للأفراد يسمى نظام الإنكار النشط (ADS) والذي يصدر شعاعًا من موجات الراديو المليمترية بطول موجي 3 مم (تردد 95 جيجاهرتز). [13] يتسبب السلاح في شعور الشخص الموجود في الشعاع بألم حارق شديد، وكأن جلده سيشتعل. كانت النسخة العسكرية ذات قوة خرج 100 كيلو وات (كيلو وات)، [14] وكانت النسخة الأصغر لإنفاذ القانون، والتي تسمى Silent Guardian والتي طورتها شركة رايثيون لاحقًا، ذات قوة خرج 30 كيلو وات. [15]
فحص أمني

الملابس والمواد العضوية الأخرى شفافة لموجات المليمتر من ترددات معينة، لذلك كان أحد التطبيقات الحديثة هو الماسحات الضوئية للكشف عن الأسلحة والأشياء الخطرة الأخرى التي يتم حملها تحت الملابس، لتطبيقات مثل أمن المطارات. [16] يشعر المدافعون عن الخصوصية بالقلق بشأن استخدام هذه التكنولوجيا لأنها، في بعض الحالات، تسمح للفاحصين برؤية ركاب المطار كما لو كانوا بدون ملابس.
قامت إدارة أمن النقل بنشر أجهزة مسح الموجات المليمترية في العديد من المطارات الرئيسية .
قبل ترقية البرنامج، لم تكن التكنولوجيا تخفي أي جزء من أجساد الأشخاص الذين يتم مسحهم. ومع ذلك، تم إخفاء وجوه الركاب عمدًا بواسطة النظام. تم فحص الصور بواسطة فنيين في غرفة مغلقة، ثم تم حذفها فور اكتمال البحث. يشعر المدافعون عن الخصوصية بالقلق. قال باري شتاينهاردت من الاتحاد الأمريكي للحريات المدنية: "نحن نقترب أكثر فأكثر من التفتيش العاري المطلوب للصعود إلى الطائرة". [17] لمعالجة هذه المشكلة، ألغت الترقيات الحاجة إلى وجود ضابط في منطقة عرض منفصلة. يولد البرنامج الجديد صورة عامة للإنسان. لا يوجد تمييز تشريحي بين الذكر والأنثى في الصورة، وإذا تم اكتشاف جسم، يعرض البرنامج مربعًا أصفر فقط في المنطقة. إذا لم يكتشف الجهاز أي شيء مثير للاهتمام، فلن يتم تقديم أي صورة. [18] يمكن للركاب رفض المسح ويتم فحصهم عبر جهاز كشف المعادن وتفتيشهم. [19]
وفقًا لشركة Farran Technologies، وهي الشركة المصنعة لأحد نماذج ماسح الموجات المليمترية، فإن التكنولوجيا موجودة لتوسيع منطقة البحث إلى ما يصل إلى 50 مترًا خارج منطقة المسح مما يسمح لعمال الأمن بمسح عدد كبير من الأشخاص دون أن يدركوا أنه يتم مسحهم. [20]
قياس السُمك
أثبتت الدراسات الحديثة في جامعة لوفين أن الموجات المليمترية يمكن استخدامها أيضًا كمقياس غير نووي للسمك في العديد من الصناعات. توفر الموجات المليمترية طريقة نظيفة وخالية من التلامس للكشف عن الاختلافات في السمك. تركز التطبيقات العملية للتكنولوجيا على بثق البلاستيك وتصنيع الورق وإنتاج الزجاج وإنتاج الصوف المعدني .
الدواء
يحتاج هذا القسم إلى التوسع بإضافة: قياس ضغط الدم ونسبة السكر في الدم باستخدام الموجات المليمترية. يمكنك المساعدة عن طريق الإضافة إليه. ( مايو 2023 ) |
يمكن استخدام الإشعاع الكهرومغناطيسي منخفض الكثافة (عادةً 10 ميلي واط/سم 2 أو أقل) ذي التردد العالي للغاية في الطب البشري لعلاج الأمراض . على سبيل المثال، "يمكن أن يؤدي التعرض القصير والمنخفض الكثافة للإشعاع الكهرومغناطيسي إلى تغيير معدلات نمو الخلايا وانتشارها، ونشاط الإنزيمات ، وحالة الجهاز الوراثي للخلية، ووظيفة الأغشية القابلة للإثارة والمستقبلات الطرفية." [21] يرتبط هذا العلاج بشكل خاص بنطاق 40-70 جيجاهرتز . [22] يمكن تسمية هذا النوع من العلاج بالعلاج بالموجات المليمترية أو العلاج بالتردد العالي للغاية . [23] يرتبط هذا العلاج بدول أوروبا الشرقية (على سبيل المثال، دول الاتحاد السوفييتي السابق ). [21] تدرس المجلة الروسية الموجات المليمترية في علم الأحياء والطب الأساس العلمي والتطبيقات السريرية للعلاج بالموجات المليمترية. [24]
رادار السرعة للشرطة
تستخدم شرطة المرور أجهزة رادار للكشف عن السرعة في نطاق Ka (33.4–36.0 جيجاهرتز). [25]
انظر أيضا
- الحماية الكهرومغناطيسية
- مجلة الأشعة تحت الحمراء، والمليمترية، والموجات التيراهيرتزية
- تأثير حافة السكين
- ميكروويف
- إشعاع تيراهرتز
مراجع
- ^ "Milestones: First Millimeter-wave Communication Experiments by JC Bose, 1894-96". قائمة إنجازات معهد مهندسي الكهرباء والإلكترونيات . معهد مهندسي الكهرباء والإلكترونيات . 14 يونيو 2022.
- ^ إرسال واستقبال الراديو لمعدات المستخدم (UE)؛ الجزء 3: التشغيل البيني للنطاق 1 والنطاق 2 مع أجهزة راديو أخرى (PDF) (المواصفات الفنية). 3GPP TS 38.101-3 الإصدار 15.2.0 الإصدار 15. ETSI. يوليو 2018. ص. 11. تم الاسترجاع في 5 ديسمبر 2019 .
- ^ دو بريز، جاكو؛ سينها، سوراب (2017). مكبرات الطاقة بالموجات المليمترية. سبرينغر. ص. 1-35. رقم ISBN 978-3-319-62166-1.
- ^ abcdef هوانغ، كاو تشنغ؛ زهاو تشنغ وانغ (2011). أنظمة الاتصالات بالموجات المليمترية. جون وايلي وأولاده. ص. الأقسام 1.1.1–1.2. ISBN 978-1-118-10275-6.
- ^ abc "انتشار الموجات المليمترية: آثار إدارة الطيف" (PDF) . مكتب الهندسة والتكنولوجيا، النشرة رقم 70. لجنة الاتصالات الفيدرالية (FCC)، وزارة التجارة الأمريكية. يوليو 1997. تم الاسترجاع في 20 مايو 2017 .
- ^ abc du Preez, Jaco; Sinha, Saurabh (2016). هوائيات الموجات المليمترية: التكوينات والتطبيقات. Springer. ص 13-14. ISBN 978-3-319-35068-4.
- ^ Seybold, John S. (2005). Introduction to RF Propagation. John Wiley and Sons. pp. 55–58. ISBN 0-471-74368-2.
- ^ FCC.gov [ رابط ميت دائم ] ، تعليقات جمعية علوم الأرض والاستشعار عن بعد التابعة لمعهد مهندسي الكهرباء والإلكترونيات، FCC RM-11104، 17/10/07
- ^ تم أرشفة Rfdesign.com في 2012-07-16 على موقع Wayback Machine ، تقنية لاسلكية متعددة الجيجابت عند 70 جيجاهرتز و80 جيجاهرتز و90 جيجاهرتز، RF Design ، مايو 2006
- ^ Rappaport, TS; Sun, Shu; Mayzus, R.; Zhao, Hang; Azar, Y.; Wang, K.; Wong, GN; Schulz, JK; Samimi, M. (2013-01-01). "اتصالات الموجات المليمترية المتنقلة لشبكات الجيل الخامس الخلوية: ستنجح!". IEEE Access . 1 : 335–349. Bibcode :2013IEEEA...1..335R. doi : 10.1109/ACCESS.2013.2260813 . ISSN 2169-3536.
- ^ أسادي، أراش؛ كلوس، سابرينا؛ سيم، جيك هونغ؛ كلاين، أنيا؛ هوليك، ماتياس (2018-04-15). "FML: التعلم الآلي السريع لاتصالات المركبات بالموجات المليمترية 5G". IEEE Infocom'18 .
- ^ بيتر سمولدرز (2013). "الطريق إلى 100 جيجابت/ثانية لاسلكيًا وما بعد ذلك: القضايا الأساسية والاتجاهات الرئيسية". مجلة اتصالات معهد مهندسي الكهرباء والإلكترونيات . 51 (12): 86-91. doi :10.1109/MCOM.2013.6685762. S2CID 12358456.
- ^ "عرض الشرائح: قل مرحباً بسلاح الوداع". Wired . 5 ديسمبر 2006 . تم الاسترجاع في 16 أغسطس 2016 .
- ^ "نظام الإنكار النشط: رادع عسكري قائم على ترددات تيراهرتز للتحكم الآمن في الحشود". Terasense Group Inc. 2019-05-29 . تم الاسترجاع في 2020-05-03 .
- ^ هامبلينج، ديفيد (2009-05-08). ""احتمالات بيع أول منتج تجاري لـ""شعاع الألم"". Wired . تم الاسترجاع في 2020-05-03 .
- ^ Newscientisttech.com محفوظ في 11 مارس 2007، على موقع Wayback Machine
- ^ فرانك، توماس (18 فبراير 2009). "أجهزة مسح الجسم تحل محل أجهزة الكشف عن المعادن في تجربة في مطار تولسا". يو إس إيه توداي . تم الاسترجاع في 2 مايو 2010 .
- ^ "بيان روبرت كين لمجلس النواب" (PDF) . 2011-11-03. ص. 2. مؤرشف من الأصل (PDF) في 2011-11-25.
- ^ كورتيز، جو. "خيارات التفتيش الثلاثة في نقاط تفتيش إدارة أمن النقل". Trip Savvy . تم الاسترجاع في 11 يناير 2024 .
- ^ esa. "الخفاش يلهم تكنولوجيا الفضاء لأمن المطارات". esa.int . تم الاسترجاع في 7 أبريل 2018 .
- ^ ab Pakhomov, AG; Murphy, PR (2000). "الموجات المليمترية منخفضة الكثافة كطريقة علاجية جديدة". معاملات معهد مهندسي الكهرباء والإلكترونيات في علوم البلازما . 28 (1): 34–40. رمز Bibcode :2000ITPS...28...34P. doi :10.1109/27.842821. S2CID 22730643.
- ^ Betskii, OV; Devyatkov, ND; Kislov, V. (2000). "Low Intensity Millimeter Waves in Medicine and Biology". Critical Reviews in Biomedical Engineering . 28 (1&2). Begellhouse.com: 247–268. doi :10.1615/CritRevBiomedEng.v28.i12.420. PMID 10999395.
- ^ م. روجافين؛ م. زيسكين (1998). "التطبيق الطبي للموجات المليمترية". مجلة الطب الدولية . 91 (1): 57-66. doi : 10.1093/qjmed/91.1.57 . PMID 9519213.
- ^ تم أرشفة Benran.ru في 2011-07-18 على موقع Wayback Machine
- ^ "نطاقات التردد الراديوي والراداري". copradar.com . تم الاسترجاع في 30 أبريل 2020 .
روابط خارجية
- نشرة لجنة الاتصالات الفيدرالية بشأن انتشار الموجات الدقيقة
- نظرة عامة على الترددات 70/80/90 جيجاهرتز من FCC. محفوظ في 19 ديسمبر 2005 على موقع Wayback Machine
- قواعد لجنة الاتصالات الفيدرالية 57–64 جيجاهرتز.
- تعريف نطاقات التردد (VLF، ELF... إلخ.)
- براءة اختراع أمريكية رقم 7220488 – درع المجال المغناطيسي المنحرف

