Диапазон X: характеристики и применение микроволнового излучения.

Введение

Микроволновый диапазон радиочастот от 8 до 12 ГГц
микроволновый спектр

X-диапазон – обозначение полосы частот в микроволновой области радиочастотного спектра. В некоторых случаях, например, в области связи, диапазон частот X-диапазона устанавливается приблизительно в пределах 7,0–11,2 ГГц. В радиолокации диапазон частот определен Институтом инженеров электротехники и электроники (IEEE) как 8,0–12,0 ГГц. X-диапазон используется для радиолокации, спутниковой связи и беспроводных компьютерных сетей.

Радар

X-диапазон используется в радиолокационных приложениях, включая непрерывные, импульсные, однополяризационные, двухполяризационные, синтезированные апертурные и фазированные антенные решетки. Поддиапазоны частот X-диапазона используются в гражданских, военных и государственных учреждениях для мониторинга погоды, управления воздушным движением, контроля морского судоходства, отслеживания целей обороны и определения скорости транспортных средств правоохранительными органами. X-диапазон часто применяется в современных радарах. Более короткие длины волн X-диапазона обеспечивают получение изображений с более высоким разрешением с помощью радиолокаторов высокого разрешения для идентификации и различения целей. Метеорологические радары X-диапазона обладают значительным потенциалом для наблюдений на малых расстояниях, однако потеря мощности сигнала (ослабление) в дождливых условиях ограничивает их применение на больших расстояниях.

Наземная связь и сетевое взаимодействие

Сегмент X-диапазона 10,15–10,7 ГГц используется для наземной широкополосной связи во многих странах, таких как Бразилия, Мексика, Саудовская Аравия, Дания, Украина, Испания и Ирландия. Alvarion, CBNL, CableFree и Ogier производят системы для этого, однако у каждой из них – запатентованный радиоканал. DOCSIS (Data Over Cable Service Interface Specification) – стандарт, используемый для предоставления кабельного интернета клиентам, использует часть частот X-диапазона. Домашнее/офисное абонентское оборудование (CPE) имеет один коаксиальный кабель с адаптером питания, подключаемый к стандартному кабельному модему. Местный генератор обычно работает на частоте 9750 МГц, как и малошумящий блок (LNB) для Ku-диапазона спутникового телевидения. Для двусторонних приложений, таких как широкополосная связь, обычно используется смещение частоты передачи (TX offset) в 350 МГц.

Космические коммуникации для науки и исследований

Небольшие участки диапазона X выделяются Международным союзом электросвязи (МСЭ) исключительно для дальней космической связи. Основным пользователем этого выделения является американская сеть дальней космической связи NASA Deep Space Network (DSN). Комплексы DSN расположены в Голдстоуне, Калифорния (в пустыне Мохаве), вблизи Канберры, Австралия, и вблизи Мадрида, Испания, и обеспечивают непрерывную связь с Землей практически в любую точку Солнечной системы, независимо от вращения Земли. (Станции DSN также способны использовать более старые и низкочастотные выделения для дальней космической радиосвязи в диапазоне S, а также некоторые более высокие частоты на более или менее экспериментальной основе, например, в диапазоне K.) Известные программы исследования дальнего космоса, использовавшие связь в диапазоне X, включают посадочные аппараты Viking Mars, миссии Voyager к Юпитеру, Сатурну и за их пределы, орбитальный аппарат Galileo Jupiter, миссию New Horizons к Плутону и поясу Койпера, марсоход Curiosity и орбитальный аппарат Cassini-Huygens к Сатурну. Важным применением связи в диапазоне X стало использование двух посадочных аппаратов программы "Викинг". Когда планета Марс проходила рядом с Солнцем или за ним, с точки зрения Земли, посадочный аппарат Viking передавал два одновременных непрерывных несущих сигнала, один в диапазоне S и один в диапазоне X, в направлении Земли, где они принимались наземными станциями DSN. Одновременные измерения на двух разных частотах позволили теоретическим физикам проверить математические предсказания общей теории относительности Альберта Эйнштейна. Эти результаты являются одними из наиболее убедительных подтверждений общей теории относительности. Новая европейская двойная миссия ExoMars также будет использовать связь в диапазоне X на приборе LaRa для изучения внутренней структуры Марса и для точных измерений вращения и ориентации Марса путем мониторинга двусторонних сдвигов частоты Доплера между наземной платформой и Землей. Она также будет обнаруживать изменения углового момента, вызванные перераспределением масс, например, миграцией льда из полярных шапок в атмосферу.

Small portions of the X band are assigned by the International Telecommunication Union (ITU) exclusively for deep space telecommunications. The primary user of this allocation is the American NASA Deep Space Network (DSN). DSN facilities are in Goldstone, California (in the Mojave Desert), near Canberra, Australia, and near Madrid, Spain, and provide continual communications from the Earth to almost any point in the Solar System independent of Earth rotation. (DSN stations are also capable of using the older and lower S band deep space radio communications allocations, and some higher frequencies on a more or less experimental basis, such as in the K band.) Notable deep space probe programs that have employed X band communications include the Viking Mars landers; the Voyager missions to Jupiter, Saturn, and beyond; the Galileo Jupiter orbiter; the New Horizons mission to Pluto and the Kuiper belt, the Curiosity rover and the Cassini Huygens Saturn orbiter. An important use of the X band communications came with the two Viking program landers. When the planet Mars was passing near or behind the Sun, as seen from the Earth, a Viking lander would transmit two simultaneous continuous wave carriers, one in the S band and one in the X band in the direction of the Earth, where they were picked up by DSN ground stations. By making simultaneous measurements at the two different frequencies, the resulting data enabled theoretical physicists to verify the mathematical predictions of Albert Einstein's General Theory of Relativity. These results are some of the best confirmations of the General Theory of Relativity. The new European double Mars Mission ExoMars will also use X band communication, on the instrument LaRa, to study the internal structure of Mars, and to make precise measurements of the rotation and orientation of Mars by monitoring two way Doppler frequency shifts between the surface platform and Earth. It will also detect variations in angular momentum due to the redistribution of masses, such as the migration of ice from the polar caps to the atmosphere.

Требования по частотам НАТО в X-диапазоне

Международный союз электросвязи (МСЭ), международный орган, который выделяет радиочастоты для гражданского использования, не уполномочен выделять полосы частот для военной радиосвязи. Это также относится к спутникам связи военного назначения в X-диапазоне. Однако для удовлетворения потребностей в военном радиочастотном спектре, например, для фиксированной спутниковой службы и мобильной спутниковой службы, страны НАТО договорились о Совместном гражданско-военном соглашении о частотах НАТО (NJFA). (a) (b) (c) (d) 7250–7750 МГц ФИКСИРОВАННАЯ СПУТНИКОВАЯ (s E), МОБИЛЬНАЯ СПУТНИКОВАЯ (s E) (S5.461) 1. Важные военные требования к спутниковым каналам связи; поддиапазон 7250–7300 МГц предназначен для морских и наземных мобильных земных станций. 2. Военные требования к фиксированным системам в некоторых странах. 1. Это гармонизированная полоса НАТО типа 1 для спутниковых каналов связи. 2. 7250–7300 МГц спарено с 7975–8025 МГц для распределения МОБИЛЬНОЙ СПУТНИКОВОЙ связи. 3. В большинстве стран НАТО, включая Регион 2 МСЭ, услуги ФИКСИРОВАННОЙ и МОБИЛЬНОЙ связи не должны внедряться в полосе 7250–7300 МГц. 4. В полосе 7300–7750 МГц переносные земные станции не могут требовать защиты от других служб. 7750–7900 МГц ФИКСИРОВАННАЯ Военные требования к существующим в некоторых странах стационарным системам НАТО. 7900–8400 МГц ФИКСИРОВАННАЯ СПУТНИКОВАЯ (E s), МОБИЛЬНАЯ СПУТНИКОВАЯ (E s) (S5.461), ФИКСИРОВАННАЯ Спутник исследования Земли (s E) (S5.462A) 1. Важные военные требования к спутниковым каналам приема; поддиапазон 7975–8025 МГц предназначен для морских и наземных мобильных спутниковых земных станций. 2. Военные требования к спутникам исследования Земли (канал приема) в полосе 8025–8400 МГц. 3. Военные требования к фиксированным системам в некоторых странах. 1. Это гармонизированная полоса НАТО типа 1 для спутниковых каналов приема. 2. 7975–8025 МГц спарено с 7250–7300 МГц для распределения МОБИЛЬНОЙ СПУТНИКОВОЙ связи. 3. В большинстве стран НАТО, включая Регион 2 МСЭ, услуги ФИКСИРОВАННОЙ и МОБИЛЬНОЙ связи не должны внедряться в 7975–8025 МГц. 4. В полосах 7900–7975 МГц и 8025–8400 МГц переносные земные станции не должны создавать вредные помехи для других служб. 8500 МГц – 10,5 ГГц РАДИОЛОКАЦИЯ РАДИОЛОКАЦИЯ Военные требования к наземным, воздушным и морским радиолокационным станциям. Желательно использовать гармонизированный диапазон НАТО типа 2 в отдельных поддиапазонах.

The International Telecommunication Union (ITU), the international body which allocates radio frequencies for civilian use, is not authorised to allocate frequency bands for military radio communication. This is also the case pertaining to X band military communications satellites. However, in order to meet military radio spectrum requirements, e. g. for fixed satellite service and mobile satellite service, the NATO nations negotiated the NATO Joint Civil/Military Frequency Agreement (NJFA). (a) (b) (c) (d) 7250 7750MHz FIXEDFIXED SATELLlTE (s E), MOBILE SATELLlTE (s E) (S5.461)1. Essential military requirements for satellite downlinks; the mobile satellite sub band 7250 7300 MHz is for naval and land mobile earth stations.2. Military requirement for fixed systems in some countries.1. This is a harmonised NATO band type 1 for satellite downlinks. 2. 7250 7300 MHz is paired with 7975 8025 MHz for the MOBILE SATELLlTE allocation.3. The FIXED and MOBILE services are not to be implemented in the band 7250 7300 MHz in most NATO countries, including ITU Region 2.4. In the band 7300 7750 MHz the transportable earth stations cannot claim protection
from the other services.7750 7900MHz FIXED Military requirements for existing NATO fixed systems in some countries.7900 8400MHz FIXED SATELLlTE (E s),MOBILE SATELLlTE (E s) (S5.461), FIXEDEarth exploration satellite (s E) (S5.462A), 1. Essential military requirements for satellite uplinks; the mobile satellite sub band 7975 8025 MHz is for naval and land mobile satellite earth stations. 2. Military requirement for earth exploration satellite (downlink) purposes in the band 8025 8400 MHz. 3. Military requirement for fixed systems in some countries.1. This is a harmonised NATO band type 1 for satellite uplinks. 2. 7975 8025 MHz is paired with 7250 7300 MHz for the MOBILE SATELLlTE allocation. 3. The FIXED and MOBILE services are not to be implemented in 7975 8025 MHz in most NATO countries, including ITU Region 2.4. In the bands 7900 7975 and 8025 8400 MHz the transportable earth stations must not cause harmful interference to other services.8500 MHz 10.5 GHz RADIOLOCATION Radiolocation Military requirement for land, airborne and naval radars. Harmonised NATO band type 2 in selected sub bands is desirable.

Радиолюбители

Радиорегламент Международного союза электросвязи допускает радиолюбительскую работу в диапазоне частот от 10,000 до 10,500 ГГц, а любительские спутниковые связи – в диапазоне от 10,450 до 10,500 ГГц. Радиолюбители называют этот диапазон 3-сантиметровой полосой, а AMSAT – X-диапазоном.

Другие применения

Датчики движения часто используют 10,525 ГГц. Для детекторов переходов светофоров предлагается использовать 10,4 ГГц. Comreg в Ирландии выделил 10,450 ГГц для датчиков трафика как SRD. Многие спектрометры электронного парамагнитного резонанса (ЭПР) работают вблизи 9,8 ГГц. Ускорители частиц могут питаться от радиочастотных источников X-диапазона. Затем частоты стандартизируются на 11,9942 ГГц (Европа) или 11,424 ГГц (США), что соответствует второй гармонике C-диапазона и четвертой гармонике S-диапазона. Европейская частота X-диапазона используется для компактного линейного коллайдера (CLIC).