Диапазон S: частоты и применение

Введение

Диапазон частот

Диапазон S – это обозначение, присвоенное Институтом инженеров электротехники и электроники (IEEE) части микроволнового диапазона электромагнитного спектра, охватывающей частоты от 2 до 4 гигагерц (ГГц). Таким образом, он пересекает общепринятую границу между диапазонами СВЧ и КВЧ на частоте 3,0 ГГц. Диапазон S используется радиолокационными системами аэропортового наблюдения для управления воздушным движением, метеорологическими радарами, радиолокационными системами надводных кораблей и некоторыми спутниками связи, особенно спутниками, используемыми НАСА для связи с космическим шаттлом и Международной космической станцией. Короткий радиолокационный диапазон 10 см приблизительно простирается от 1,55 до 5,2 ГГц. Диапазон S также включает в себя диапазон ISM 2,4–2,483 ГГц, широко используемый для маломощных нелицензируемых микроволновых устройств, таких как беспроводные телефоны, беспроводные наушники (Bluetooth), беспроводные сети (WiFi), устройства для открытия ворот гаража, системы бесключевого доступа в автомобиль, радионяни, а также медицинские аппараты для диатермии и микроволновые печи (обычно на частоте 2,495 ГГц). Региональная спутниковая навигационная сеть Индии (IRNSS) передает сигналы на частотах от 2,483778 до 2,500278 ГГц.

Wi-Fi

Наибольшее применение эта полоса находит в сетях Wi-Fi; стандарты IEEE 802.11b и 802.11g используют 2,4-гигагерцовый участок полосы S. Это самые распространенные компьютерные сети в мире, используемые повсеместно в домашних и малых офисных сетях для соединения настольных и портативных компьютеров, планшетов, смартфонов, смарт-телевизоров, принтеров и умных колонок между собой и с беспроводным маршрутизатором для подключения к Интернету, а также в точках беспроводного доступа в общественных местах, таких как кафе, отели, библиотеки и аэропорты, для предоставления публичного доступа в Интернет мобильным устройствам.

Мобильные услуги

Мобильные услуги работают в диапазоне частот от 2,3 ГГц до 2,6 ГГц, в частности в полосе от 2300 до 2400 МГц и от 2500 до 2690 МГц. Спектр в полосе 3,55–3,7 ГГц был продан с аукциона в Соединенных Штатах для использования в сервисах CBRS, а спектр между 3,45–3,55 ГГц и 3,7–3,98 ГГц был продан с аукциона FCC для 5G, хотя агентство обозначает этот спектр как C-диапазон.

Спутниковая связь

В Соединенных Штатах FCC одобрила спутниковую цифровую аудиорадиослужбу (DARS) в диапазоне S от 2,31 до 2,36 ГГц в 1995 году, используемую Sirius XM Radio. В последнее время она одобрила части полосы S между 2,0 и 2,2 ГГц для создания сетей мобильной спутниковой службы (MSS) в связи с вспомогательными наземными компонентами (ATC). Ряд компаний пытались развернуть такие сети, включая ICO Satellite Management (ныне Pendrell Corporation) и TerreStar (прекратившую существование). Диапазон 2,6 ГГц используется для китайского мультимедийного мобильного вещания – стандарта спутникового радио и мобильного телевидения, который, как и проприетарные системы в Соединенных Штатах, несовместим с открытыми стандартами, используемыми в остальном мире. В мае 2009 года Inmarsat и Solaris Mobile (совместное предприятие Eutelsat и SES (EchoStar Mobile)) получили от Европейской комиссии по 2×15 МГц полосы S. Компаниям предоставлено два года на начало предоставления общеевропейских услуг MSS сроком на 18 лет. Выделенные частоты составляют 1,98–2,01 ГГц для связи Земля-космос и 2,17–2,2 ГГц для связи космос-Земля. Спутник Eutelsat W2A был запущен в апреле 2009 года и находится на 10° восточной долготы. В Индонезии S-диапазон используется компанией MNC Vision для прямого спутникового телевидения (в отличие от аналогичных услуг в большинстве стран, использующих Ku-диапазон). Частота, обычно выделяемая для этой услуги, составляет 2,5–2,7 ГГц (LOF 1,570 ГГц). IndoStar 1 стал первым в мире коммерческим спутником связи, использующим частоты S-диапазона для вещания, эффективно проникающим в атмосферу и обеспечивающим высококачественную передачу сигнала на антенны малого диаметра 80 см в регионах с обильными осадками, таких как Индонезия. Для достижения аналогичной производительности приема в Ku или C-диапазонах требуется большая мощность передачи или значительно большая спутниковая тарелка для проникновения в влажную атмосферу.

Другие применения

Микроволновые печи работают на частоте 2495 или 2450 МГц в полосе ISM IEEE 802.16a. Некоторые цифровые беспроводные телефоны также работают в этой полосе. Стандарт 802.16e использует часть частотного диапазона S-диапазона в рамках стандартов WiMAX. Большинство производителей выпускают оборудование в диапазоне 3,5 ГГц. Точный частотный диапазон, выделенный для данного типа использования, варьируется в зависимости от страны. В Северной Америке 2,4–2,483 ГГц – это полоса ISM, используемая для нелицензируемых устройств спектра, таких как беспроводные телефоны, беспроводные наушники и видеопередатчики, а также для других потребительских электронных устройств, включая Bluetooth, работающий в диапазоне от 2,402 ГГц до 2,480 ГГц. Операторы радиосвязи и любительской спутниковой связи имеют два выделенных S-диапазона: 13 см (2,4 ГГц) и 9 см (3,4 ГГц). В этих диапазонах также работают любительские телевизионные ретрансляторы. Аэропортовские радиолокационные системы наблюдения обычно работают в диапазоне 2700–2900 МГц. Ускорители частиц могут питаться от источников СВЧ S-диапазона. Частоты затем стандартизируются на 2,998 ГГц, что соответствует длине волны 100 мм (Европа), или 2,856 ГГц (США). Национальная сеть радаров NEXRAD работает на частотах S-диапазона. До внедрения этой системы для наблюдения за погодой обычно использовались частоты C-диапазона. В Соединенных Штатах диапазон 3,55–3,7 ГГц становится общим спектром в соответствии с правилами, принятыми Федеральной комиссией по связи в апреле 2015 года в рамках Национального плана широкополосного доступа. Крупнейшим пользователем спектра CBRS (Citizens Broadband Radio Service) является Военно-морской флот США. Кабельные компании планируют использовать этот диапазон для беспроводного широкополосного доступа в сельской местности, а Charter Communications начала тестирование услуги в январе 2018 года. Этот диапазон также используется в качестве промежуточной частоты передачи в спутниковой связи, заменяя L-диапазон, где одно/общее коаксиальное соединение используется между модемом/IDU и антенной/ODU как для передачи, так и для приема сигналов. Это необходимо для предотвращения взаимных помех между передающими и принимающими сигналами, которые в противном случае не возникали бы при использовании двух коаксиальных соединений, где передающие и принимающие сигналы разделены и оба могут использовать весь частотный диапазон L-диапазона. При использовании одного коаксиального соединения с S-диапазоном для "сдвига частоты" передающего сигнала от L-диапазона обычно применяется множитель, например, 10, для формирования частоты SHF. Например, модем передает сигнал промежуточной частоты 2,815 ГГц (S-диапазон) на ODU, а затем ODU преобразует этот сигнал в 28,15 ГГц SHF (Ka-диапазон) для передачи на спутник.

Microwave ovens operate at 2495 or 2450 MHz in the ISM band IEEE 802.16a. Some digital cordless telephones operate in this band too. 802.16e standards use a part of the frequency range of S band; under WiMAX standards. Most vendors are manufacturing equipment in the range of 3.5 GHz. The exact frequency range allocated for this type of use varies between countries. In North America, 2.4–2.483 GHz is an ISM band used for unlicensed spectrum devices such as cordless phones, wireless headphones, and video senders, among other consumer electronics uses, including Bluetooth which operates between 2.402 GHz and 2.480 GHz. Amateur radio and amateur satellite operators have two S band allocations, 13 cm (2.4 GHz) and 9 cm (3.4 GHz). Amateur television repeaters also operate in these bands. Airport surveillance radars typically operate in the 2700–2900 MHz range. Particle accelerators may be powered by S band RF sources. The frequencies are then standardized at 2.998 GHz corresponding to a wavelength of 100 mm (Europe) or 2.856 GHz (US). The National NEXRAD Radar network operates with S band frequencies. Before implementation of this system, C band frequencies were commonly used for weather surveillance. In the United States, the 3.55 to 3.7 GHz band is becoming shared spectrum under rules adopted by the Federal Communications Commission in April 2015 as a result of the National Broadband Plan (United States). The biggest user of CBRS (Citizens Broadband Radio Service) spectrum is the United States Navy. Cable companies are planning to use the band for wireless broadband in rural areas, with Charter Communications beginning tests of the service in January 2018. The band is also used as a transmit intermediate frequency in satellite communications as a replacement for L band where a single/shared coaxial connection is used between the modem/IDU and antenna/ODU for both the transmit and receive signals. This is to prevent interference between the transmit and receive signals which would otherwise not occur on a dual coaxial setup where the transmit and receive signals are separate and both can use the whole L band frequency range. In a single coaxial connection using S Band to "frequency shift" the transmit signal away from L band, a multiplier such as 10, is usually applied to form the SHF frequency. For example, the modem would transmit at 2.815 GHz IF (S Band) to the ODU and then the ODU up converts this signal to 28.15 GHz SHF (Ka Band) towards the satellite.

Оптические коммуникации

S-диапазон также используется в оптической связи для обозначения диапазона длин волн от 1460 до 1530 нм.