Презентация СВРиТ лекция 11 2026

1.

2. Специальные вопросы радиотехники и телекоммуникаций

Лекция 11
СВЧ устройства и их технологии.
Профессор-практик кафедры ТИ
Гармашова Ю.М.
j.garmashova@aues.kz

3.

Рекомендуемая литература
1. Лавренко Ю. Е., Грачев С. В. Устройства СВЧ: конспект лекций. – СПб.:
Изд-во СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2014. – 92 с.
2. Виноградов А.Ю. Устройства СВЧ и малогабаритные антенны:
учеб.пособие / А.Ю. Виноградов, Р.В. Кабетов, А.М. Сомов. - М. :
Горячая линия-Телеком, 2012,2015- 440с
3. Устройства СВЧ и антенные системы. Вып.1: Антенные системы
локации, навигации и радиосвязи / О.С. Алексеев, А.С. Артюх, А.В.
Ашихмин и др.; под ред. А.Ю. Гринева.- М.: Радиотехника, 2013.- 176с.
4. Моделирование, проектирование и технологии СВЧ-устройств и ФАР/
Ю.Г. Антонов, С.В. Балландович, Г.А. Костиков, М.И. Сугак, Ю.П.
Саломатов и др. (Коллективная монография под ред. А.Ю. Гринева) –
М.: Радиотехника, 2014.

4.

Цель лекции:
изучение студентами СВЧ-электроники в современном мире.
Содержание лекции
1. СВЧ-системы радиорелейной связи.
2. СВЧ-системы локальной передачи данных.
3. Системы волоконно-оптической связи.
4. Досмотровые комплексы безопасности.
5. Автомобильные радары, системы активной безопасности.

5.

Технологические направления развития СВЧ-электроники
1. Системы мобильной связи;
2. Интернет вещей и решения М2М;
3. СВЧ-системы радиорелейной связи;
4. СВЧ-системы локальной передачи данных;
5. Системы волоконно-оптической связи;
6. Досмотровые комплексы безопасности;
7. Автомобильные радары, системы активной безопасности;
8. Радары и системы СВЧ-зрения;
9. Системы миллиметрового и субмиллиметрового диапазонов;
10. СВЧ-электроника - гражданский рынок.

6.

СВЧ-системы радиорелейной связи
Е-диапазон (71–76/81–86 ГГц)
Параметры
Значение
Полоса радиочастот
71–76/81–86 ГГц - Е-диапазоном
(E-Band)
Суммарный спектр
10 ГГц
Типовое значение дальности
находится в пределах
от 3 до 7 км при Гбит/с в
радиоканале

7.

СВЧ-системы радиорелейной связи
Е-диапазон (71–76/81–86 ГГц)
Преимущества
• слабая
загруженность
миллиметрового
частотного
диапазона;
• свойственное данному диапазону быстрое затухание
радиоволн
устраняет
проблему
интерференции
различных источников сигнала (отсутствует вероятность
возникновения помех из-за переотражения от различных
препятствий в городских условиях), что позволяет
автоматически
решить
проблему
повторного
использования частот (частотного планирования);
• узкая диаграмма направленности.

8.

СВЧ-системы радиорелейной связи
Е-диапазон (71–76/81–86 ГГц)
Преимущества
Радиорелейные станции миллиметрового диапазона представляют
собой недорогую альтернативу волоконно-оптическим линиям связи.
Они быстро развертываются и не требуют наличия кабельной
канализации.
Использование:
• беспроводная вставка в ВОЛС при преодолении препятствий, не
позволяющих проложить оптический кабель: рек, озер, железнодорожных
путей, шоссе, исторических зданий и местности;
• построение распределительных сетей (backhaul) для инфраструктур
4G/LTE;
• быстрого развертывания временных линий связи;
• резервирования оптических каналов и колец.

9.

Требования к техническим характеристикам РЭС
диапазона 71–76/81–86 ГГц.

10.

Израильская компания Siklu
Две ИС – КМОП baseband-процессор
(телекоммуникационный процессор) и
SiGe СВЧ-трансивера.
Siklu EtherHaul 1200.
Линейка EH 1200 представлена как полнодуплексными
моделями с частотным разделением каналов FDD, так и с
временным разделением каналов TDD. Станции работают в
диапазоне E-band (71-76 ГГц, 81-86 ГГц).

11.

Siklu EtherHaul-1200F станция с антеной 1ft (Low)
Артикул
EH-1200F-ODU-L-1ft
Производитель
Siklu
Рабочая частота
71-76 ГГц / 81-86 ГГц
Пропускная способность радиоканала
Диаметр антенны
Тип разделения каналов
Web интерфейс
до 1000 Мбит/с
310 мм
FDD (частотное)
с Web интерфейсом
Потребляемая мощность
40 Вт
Линейка производителя
Siklu EH-1200F
Рабочие условия
от -45°C до +55°C

12.

Siklu EtherHaul-8010FX станция с адаптером под антенну (Low)
• пропускная способность до 10 Гбит/сек., полный дуплекс;
• E-band диапазон (71-76 ГГц, 81-86 ГГц) с частотным
разделением каналов FDD;
• Ширина канала до 2000 МГц;
• 9 уровней адаптивной регулировки;
• мощность передатчика до 18 дБм;
• для подключения один комбо порт 10G SFP+ / Ethernet 10GE
(CAT6a или выше) и один гигабитный порт Ethernet с
поддержкой протокола питания 802.3ab;
• питание осуществляется через колодку 36-57В или через
PoE.

13.

Siklu EtherHaul. Тысячная серия для монтажа на крышах.
Радиорелейные станции для создания линий "точка-точка" на расстояние до
6,9 км. Работают в E-band диапазоне, имеются FDD и TDD версии.
Металлический уличный корпус с удобной системой юстировки
Полностью внешнее решение (all outdoor) - уменьшает требования к
монтажной площадке
Поддержка технологии PoE, IEEE 802.3at
Поддержка питания через колодку 48 вольт
Ширина канала от 125 МГц до 2000 МГц
Скорость канала от 100 Мбит/сек до 10 Гбит/сек
Конфигурируемая центральная частота
Поддерживает ring, mesh и multi add-drop топологии, а также резервирование
линков (1+1, 2+0)
Поддержка стандартов синхронизации SyncE и 1588v2
Антенны: 1/2 ft (16 см), 1 ft (31 см), 2 ft (65 см)
Усиление антенн: 35/43/50 дБи

14.

Siklu EtherHaul. Соточная серия для уровня города.
Благодаря минимальным размерам и простому монтажу легко
устанавливается на городские столбы и стены зданий. Расстояние
радиомоста до 1 км, пропускная способность до 1000 Мбит/сек.
Металлический уличный корпус с удобной системой юстировки
Полностью внешнее решение (all outdoor) - уменьшает требования к
монтажной площадке
Поддержка технологии PoE, IEEE 802.3at
Поддержка питания через колодку 48 вольт
Ширина канала от 125 МГц до 500 МГц
Скорость канала от 100 Мбит/сек до 1 Гбит/сек
Поддержка стандартов синхронизации SyncE и 1588v2
Антенны: 1/2 ft (16 см), 1 ft (31 см), 2 ft (65 см)

15.

СВЧ-системы локальной передачи данных.
Коммерческие системы передачи данных в диапазоне
60 ГГц
WiGig (IEEE 802.11ad);
WirelessHD (IEEE 802.15.3c).
1. Чипсет
трансивера
36-элементная
антенная
решетка,
позволяющая реализовывать фирменную технологию OmniLink60
для динамического формирования ДН;
2. 60-гигагерцовое семейство КМОП-чипсетов Sil6300 третьего
поколения.
3. Трехдиапазонный (60, 2,4 и 5 ГГц) чипсет AR9004TB. Чипсет
отвечает требованиям стандартов Wi-Fi 802.11n и WiGig/802.11ad, в
AR9004TB реализована поддержка стандарта Bluetooth 4.0

16.

IEEE 802.11ad
• новый стандарт с дополнительным диапазоном
60 ГГц (частота не требует лицензирования);
• скорость передачи данных — до 7 Гбит/с;
• трёхдиапазонные устройства WiGig, работают на
частотах 2.4, 5 и 60 ГГц;
• физический
уровень
обеспечивает
низкое
энергопотребление и высокую производительность
WiGig-устройств, что гарантирует совместимость и связь
на гигабитных скоростях;

17.

IEEE 802.11ad
• уровень адаптации протоколов, предназначенный для
поддержки специальных системных интерфейсов,
включая шины для периферийных устройств ПК и
интерфейсов дисплея для HDTV, мониторов и
проекторов;
• формирование луча обеспечивает надёжную связь на
расстоянии более 10 метров;
• для WiGig-устройств широко используются улучшенные
функции безопасности и управления питанием.

18.

IEEE 802.11ad

19.

IEEE 802.15.3c
IEEE 802.15.3c-был опубликован 11 сентября 2009 г.
Целевая группа TG3c разработала альтернативный
физический уровень на основе миллиметровых волн (PHY)
для существующего стандарта 802.15.3 Wireless Personal
Area Network (WPAN) 802.15.3.
WPAN mmWave определен для работы в диапазоне
57–66 ГГц.
В зависимости от географического региона доступна полоса
пропускания от 2 до 9 ГГц (например, 57–64 ГГц доступна
как нелицензионная полоса, определенная FCC 47 CFR
15.255 в Северной Америке).

20.

IEEE 802.15.3c
WPAN миллиметрового диапазона обеспечивает очень
высокую скорость передачи данных на небольшом
расстоянии (10 м) для приложений, включая:
• высокоскоростной доступ в Интернет;
• загрузку потокового контента (видео по запросу, HDTV,
домашний кинотеатр и т. д.);
• потоковую передачу в реальном времени;
• беспроводную шину данных для замены кабеля.

21.

IEEE 802.15.3c
В стандарте было определено всего три режима PHY:
• режим с одной несущей (SC) (до 5,3 Гбит/с);
• режим высокоскоростного интерфейса (HSI) (с одной
несущей, до 5 Гбит/с);
• режим аудио / видео (AV) (OFDM до 3,8 Гбит/с).

22.

Системы волоконно-оптической связи
Магистральные сети и сети доступа
используют СВЧ-технологии в РЭА для реализации протоколов
класса 100GB и 400GB Ethernet и стандартов оптических
транспортных сетей OTN (Optical Transport Network) (с
агрегатной скоростью в канале на уровне 100 и 400 Гбит/с).
Огромную роль играют электронно-оптические системы, а
также системы модуляции/демодуляции,
мультиплексирования/демультиплексирования потоков
сигналов, процессоры когерентной обработки.
Оптические трансиверы для
центров обработки данных (ЦОД) 10-, 40- и 100-Гбит/с

23.

Оптический трансивер - QSFP SR4 - APQPSR43CDM01
4-канальные 40 гигабитные
трансиверы с форм-фактором
QSFP+ (Quad Small Form-factor
Pluggable - Съемный
четырехъядерный малый формфактор), работающим по
стандарту 40GBASE-LR4/SR4.

24.

Оптический трансивер - QSFP SR4 - APQPSR43CDM01
Трансивер
для построения
многомодового волокна.
коротких
линков
на
основе
Трансивер обладает четырьмя независимыми передатчиками,
изготовленными на основе VCSEL (Vertical-cavity surfaceemitting
laser – поверхностно излучающий лазер с вертикальным
резонатором), и четырьмя приемниками.
Каждый приёмо-передатчик работает на длине волны 850нм по
независимой паре многомодовых волокон на скорости 10G.
Суммарная скорость приёма/передачи одного QSFP порта
коммутатора при использовании трансиверов QSFP SR4
составляет 40Gbps по четырем парам многомодового волокна при
дальности работы до 150м.

25.

Оптический трансивер - QSFP SR4 - APQPSR43CDM01
Технические особенности:
• Рабочие длины волн трансиверов: TX: 850nm; RX: 850nm;
• Максимальная мощность передатчика одного канала: +1,5dBm;
• Минимальная чувствительность приёмника одного канала: -13dBm;
• Каждый канал с пропускной способностью 11.2 Гбит/с
• Общая пропускная способность 40 Гбит/с
• MTP/MPO оптический разъём
• Возможности цифровой диагностики (DDM)
• Возможно, осуществить передачу на дистанцию 150 м
• Питание +3,3 В, рабочий диапазон температур 0-70, 0С
• Трансиверы QSFP SR4 оборудованы специальными разъемами MPO
для подключения восьмижильного мультимодового кабеля.

26.

Досмотровые комплексы безопасности
Рентгеновские досмотровые комплексы заменяют
на системы миллиметрового диапазона –
в аэропортах и на других объектах.
Медицинская безопасность СВЧ-сканеров, и широта их
возможностей

27.

Досмотровые комплексы безопасности.
Компания General Optics
сверхкомпактные, цветные видеоэндоскопы высокого
разрешения jProbe для дистанционного визуального контроля в
промышленности.
Эндоскопы в области неразрушающего контроля и диагностики
автомобиля.

28.

Досмотровые комплексы безопасности.
Компания General Optics
Видеоэндоскоп jProbe VE имеет 7"
дисплей, который позволит
рассмотреть интересующий объект в
мельчайших деталях

29.

Досмотровые комплексы безопасности.
Компания General Optics
• Эндоскопия передаточных механизмов
• Эндоскопия авиационных двигателей
• Эндоскопия ружейных стволов
• Эндоскопия автомобиля
• Эндоскопия малых двигателей
• Эндоскопия в автомобилестроении
• Эндоскопия буровых установок
• Эндоскопия компрессоров
• Эндоскопия газотурбинных установок
• Эндоскопия литых изделий
• Эндоскопический поиск коррозии
• Эндоскопия насосного оборудования
• Эндоскопия теплообменников
• Эндоскопия электронных устройств
• Эндоскопия дизельных двигателей
• Эндоскопия объектов ЖКХ
• Другое

30.

Досмотровый сканер QPS100/QPS200.

31.

Досмотровый сканер QPS100/QPS200.
Сканер QPS - это полностью электронный прибор с низким
уровнем шума, без подвижных частей.
Мультистатический принцип работы: В то время как только
один из 3008 передатчиков активен в панели, все 3008
приемных антенн принимают отраженный сигнал.
Поскольку каждый передатчик также быстро проходит
через 128 частот до того, как следующий начинает
передачу, каждый цикл сканирования передает более
миллиарда комплексных значений на панель (амплитуда и
фаза), менее чем за 32 мс.

32.

Досмотровый сканер QPS100/QPS200.
Традиционные микроволновые сканеры освещают
объекты на частотах ниже 30 ГГц.
R&S QPS, достигает более высокого пространственного
разрешения, поскольку он работает в полосе частот
миллиметрового диапазона между 70 ГГц и 80 ГГц, этот
диапазон также используется датчиками парковки
транспортных средств.
При мощности около 1 мВт пиковая мощность передачи
примерно в три раза ниже, чем у излучений от мобильных
телефонов, и практически не обнаруживается в том месте,
где стоит сканируемый человек.

33.

Автомобильные радары, системы активной безопасности
Автомобильные радары разделяются на 2 основных класса:
Радары дальнего действия
Радары ближнего действия

34.

Автомобильные радары, системы активной безопасности
Радары дальнего действия
имеют узкий сектор обзора в горизонтальной
плоскости (несколько градусов) и большую
дальность.
Они используются для построения систем
адаптивного круиз контроля, системы экстренного
торможения, системы stop&go.

35.

Автомобильные радары, системы активной безопасности
Радары ближнего действия
имеют широкий сектор обзора в горизонтальной
плоскости.
Они применяются для систем помощи при
перестроении и контроля слепых зон.
Важными характеристиками радара являются
дальность действия, центральная частота, зона
обзора, ширина луча по азимуту и углу места.

36.

Автомобильные радары, системы активной безопасности
В основном используется две технологии
- 24...26 ГГц для предупреждения водителя о препятствиях
на дороге слева и справа, для городских условий - до 60м SRR (Short Range Radar - Радар ближнего действия);
- 76..77 ГГц для измерения расстояния до впереди идущей
машины на трассе, примерно до 250м LRR (Long Range
Radar - Радар дальнего действия).

37.

Автомобильные радары, системы активной безопасности
ETSI EN 301 091-1 V1.3.3 (2006-11)
ETSI EN 301 091-2:2018 V1.4.0 (2014-07)
European Standard (Telecommunications series)
Электромагнитная совместимость и вопросы радиочастотного
спектра;
Устройства ближнего действия;
Автомобильный транспорт и дорожная телематика;
Радиолокационное оборудование, работающее в диапазоне частот от
76 до 77 ГГц;
Часть 1: Технические характеристики и методы испытаний
радиолокационное оборудование, работающее в диапазоне от 76 до 77
ГГц
Часть 2. Стационарное радиолокационное оборудование

38.

Автомобильные радары, системы активной безопасности
Дальность действия радара определяется рядом факторов, таких как
мощность излучаемого сигнала и зависит от характеристик/размеров
наблюдаемого объекта.
Требования к дальности действия для радара задаются исходя из
требований к системам помощи водителю.
Центральная частота применяемого в радаре сигнала определяет
рабочую длину волны, что в конечном счёте сказывается на
линейных размерах устройства.
Чем меньше длина волны излучаемого сигнала, тем меньше размер
антенны при заданных требованиях к зоне обзора и ширине луча по
азимуту и углу места.

39.

Автомобильные радары, системы активной безопасности
Ширина луча по азимуту определяет возможность радара разделять
несколько объектов на одинаковой дальности, двигающихся с
одинаковой скоростью.
Например, если ширина полосы дорожного движения составляет 3 м,
то для разделения 2 объектов на дальности 100 м необходимо чтобы
ширина луча по азимуту составляла 1.7 градуса.
Ширина луча по азимуту зависит от линейных размеров антенны.
Чем больше антенна, тем луч уже. Ширина луча по азимуту у
современных радаров составляет 1 – 1.5 градуса.

40.

Автомобильные радары, системы активной безопасности
Для радара дальнего действия (Long Range Radar, LRR)
ключевым параметром является дальность обнаружения.
Установленная полоса частот для LRR-радаров 76-77 ГГц.
Радар дальнего действия используется в адаптивном
круиз-контроле, имеет частоту 77 ГГц, дальность
обнаружения 30-200 м, угол обзора до 30° и достаточное
разрешение на скоростях до 200 км/ч.

41.

Автомобильные радары, системы активной безопасности

42.

Автомобильные радары, системы активной безопасности

43.

Автомобильные радары, системы активной безопасности
В настоящее время развивается новый
класс автомобильных радаров:
4D-imaging радары.
Imaging радар. Point cloud. Arbe
Imaging радары оценивают обстановку в
широком секторе углов по азимуту. При
этом радары имеют высокое разрешение
по дальности, скорости, азимуту и углу
места. Антенная решетка радара состоит
из 48 передающих каналов и 48
приемных каналов. Разрешающая
способность по дальности составляет до
7.5 см, по азимуту 1 градус, по углу места
1.5 градуса.

44.

Автомобильные радары, системы активной безопасности
Для повышения точности привязки автомобиля к глобальным координатам
(GNSS) в настоящее время разрабатываются автомобильные радары с
синтезированной апертурой антенны (РСА).
На
радиолокационном
изображении
различимы
стационарные
объекты
(припаркованные
автомобили, забор).
РСА радары могут
использоваться для
получения
окружающей карты,
независимо от GNSS,
а так же для систем
помощи при
парковке.
Изображение с РСА радара

45.

Автомобильные радары, системы активной безопасности
В настоящее время в качестве зондирующего сигнала для автомобильных
микроволновых радаров используется FMCW сигнал, формируемый в аналоговом виде.
Система обнаружения препятствий ViSUM RADAR 40 AHD(1 датчик)
препятствий и контроля за объектами в зонах, недоступных для
обзора с места оператора. Система обнаруживает большую часть
объектов в тяжелых условиях эксплуатации: пыли, дождя, снега,
тумана в условиях низкой освещенности.
Радар работает в пределах прямой видимости: часть излучаемой
сенсором электромагнитной энергии отражается от объекта и
возвращается к сенсору. Система обнаруживает как неподвижные, так
и подвижные объекты в зоне действия и предупреждает оператора о
препятствиях с помощью звуковых сигналов, частота которых
возрастает по мере приближения обнаруженных объектов.

46.

Автомобильные радары, системы активной безопасности
Система обнаружения препятствий ViSUM RADAR 40 AHD(1 датчик)
Тип/частота/угол обнаружения радара
Микроволновой FMCW х 1 шт. 2T4R/ 76...77 GHz / 112°
горизонтальный / 14° вертикальный
Обнаруженные
радаром объекты
появляются на
экране монитора с
видеокамеры
расположенной
около радара и
оператор может
немедленно принять
необходимые меры.
Техника может быть
оборудована
несколькими
радарными
системами для
обеспечения
кругового обзора.

47.

Автомобильные радары, системы активной безопасности
Прогнозируется, что к 2035 году автомобильные
радары будут использовать сигналы с
ортогональным частотным разделением каналов
(OFDM), формируемые в цифровом виде

48.

Контрольные вопросы
1. В каком диапазоне частот работают
СВЧ-системы
радиорелейной связи?
2. РРЛ оборудование компании Siklu
3. В чем особенность стандартов WiGig (IEEE 802.11ad) и
WirelessHD (IEEE 802.15.3c)?
4. Какие характеристики имеют оптические трансиверы?
5. Где применяются досмотровые комплексы безопасности?
6. Пример досмотрового сканера QPS100/QPS200.
7. Какие две технологии применяются в автомобильных
радарах?

49.

Спасибо за внимание