Technologie PCB - Caractéristiques de la technologie sans fil 60GHz

Les applications d'interconnexion sans fil sont de plus en plus répandues. Cette tendance est évidente dans l'électronique grand public, où le marché des téléphones mobiles et des tablettes a rapidement poussé l'adoption de diverses normes sans fil au cours de la dernière décennie. Le nombre de hotspots Wi - fi dans la région a dépassé 175 millions et devrait atteindre 330 millions en 2018. Le nombre total de produits compatibles Bluetooth a également augmenté, le nombre de périphériques audio compatibles Bluetooth ayant augmenté de 400% entre 2014 et 2018. La plupart des technologies sans fil utilisent les mêmes bandes 2,4 GHz et 5 GHz, qui sont de plus en plus encombrées. Les abonnements aux smartphones ont été estimés à 3,4 milliards en 2015, ce qui signifie plus de besoins en données, poussant constamment les ressources des réseaux de téléphonie mobile et des bandes de fréquences autorisées à leurs limites.

Au cours des dernières années, une nouvelle solution est apparue qui peut répondre aux contraintes de ressources auxquelles sont confrontées les bandes de fréquences existantes et briser les limites des solutions sans fil existantes. Dans la bande des ondes millimétriques (30 GHz - 300 GHz), la bande des 60 GHz se distingue par son potentiel. Cette bande n'est pas autorisée dans de nombreux domaines, ce qui la rend très pratique pour de nombreuses applications. Cela ouvre la possibilité de l'émergence d'un nouvel ensemble d'émetteurs - récepteurs Gigabit intégrés capables de fournir une large bande passante sur les bandes déjà encombrées de 2,4 GHz et 5 GHz.

De nombreuses applications bénéficient de la technologie 60 GHz. Dans le domaine de la transmission de données, la technologie 60 GHz est utilisée pour remplacer les applications Wi - Fi existantes afin d’atteindre des taux de transfert de données allant jusqu’à 4,6 Gbit / s, cinq fois plus rapides que la norme 802.11ac [4]. Sans fil HD? La norme permet le streaming vidéo entre les appareils électroniques grand public. Les fabricants ajoutent déjà la prise en charge de wirelesshd pour les ordinateurs portables, les smartphones, les téléviseurs numériques, les vidéoprojecteurs et les casques de réalité virtuelle, et s’attendent à ce que wirelesshd soit utilisé dans les applications mobiles, les Home Cinemas et autres appareils informatiques. D'autres domaines ont également commencé à développer la technologie 60 GHz, y compris les applications de retour sans fil pour les immeubles de bureaux et les campus qui s'appuient sur des applications de transmission de données 60 GHz pour établir rapidement et facilement des interconnexions entre les bâtiments et les connecteurs sans fil pour des appareils plus légers et plus stables. Cependant, la demande de largeurs sans fil plus élevées et de transmissions vidéo haute définition à grande vitesse ne se limite pas à l'électronique grand public. L'industrie peut également bénéficier de la technologie des ondes millimétriques. Cet article fournit au lecteur un aperçu de la technologie 60 GHz, qui couvre non seulement les applications électroniques grand public existantes, mais explore également les applications potentielles de la technologie des ondes millimétriques dans de nombreux domaines industriels différents.

Aperçu de la technologie sans fil 60 GHz

Les organismes de réglementation, y compris la Federal Communications Commission des États - Unis, ont attribué des niveaux d'exemption à diverses industries. La bande de 60 GHz a une largeur de bande supérieure à 7 GHz [5]. Il fournit plus de 20 fois plus de ressources de bande passante par rapport à la bande passante de 5 GHz.

La bande de 60 GHz offre une large gamme spectrale, offre une capacité de réseau de l'ordre du gigaoctet et possède plusieurs caractéristiques clés de propagation et d'atténuation dont peuvent bénéficier les nouvelles solutions sans fil hautes performances.

Les bandes 2,4 GHz et 5 GHz conviennent aux transmissions de moyenne portée et sont idéales pour les architectures de réseaux locaux telles que le Wi - fi. La bande de 60 GHz a une distance de propagation du signal relativement courte et atténue lorsqu'elle traverse l'air et les structures solides, ce qui la rend idéale pour les applications à courte portée. Pour tirer pleinement parti des avantages de la bande de 60 GHz, des antennes à réseau phasé, des faisceaux hautement orientés et des technologies de contrôle des faisceaux sont nécessaires. Redis Semiconductor propose des émetteurs - récepteurs RF basés sur la technologie sibeam, fabriqués et encapsulés à l'aide de la technologie CMOS IC standard.

Application

La technologie des ondes millimétriques se caractérise par le fait que l'antenne doit être tournée dans une certaine plage pour viser et que différents types d'applications peuvent être classés en fonction de différentes plages. Pour montrer la technologie pertinente, nous sommes divisés en trois types d'application: 10mm, 1 - 10m et 100m et plus.

[10m] connecteur sans fil

Sur de très courtes distances (généralement autour de 10 mm), la technologie 60 GHz peut être utilisée comme une alternative efficace au câble. Des circuits intégrés émetteurs et récepteurs sans fil spécialement conçus peuvent être utilisés pour transmettre des données à très haut débit sur de courtes distances, remplaçant ainsi les connexions filaires.

La technologie 60 GHz peut également être utilisée comme solution alternative aux interfaces physiques. Il convient aux applications nécessitant la durabilité de l'équipement, car il élimine les interfaces physiques, l'une des pannes courantes de l'électronique et l'une des principales entrées d'eau, de poussière et d'autres particules pouvant nuire à l'électronique. Outre le taux d'échec, certaines interfaces dédiées, telles que celles qui connectent un ordinateur portable tablette amovible à un appareil de base ou à une base d'ordinateur portable classique, nécessitent généralement des coûts de développement et de mise en œuvre beaucoup plus élevés que les connecteurs standardisés.

[1 - 10m] données sans fil / audio

Dans les applications de moyenne portée (1 - 10 m), la technologie 60 GHz peut être utilisée comme solution de remplacement à haute vitesse pour les applications sans fil existantes, telles que les solutions de remplacement par câble pour le Wi - fi et la vidéo sans fil.

802.11ad est une norme de transmission de données à 60 GHz définie par l'IEEE, qui définit également les normes Wi - Fi 802.11a, 802.11b, 802.11n et 802.11ac. Les grandes entreprises du secteur, telles que Qualcomm, intègrent la norme 802.11ad dans leurs produits [6], ce qui permet une transmission vidéo et de données ultra - rapide pour les utilisateurs.

La technologie 60 GHz est particulièrement adaptée aux solutions de remplacement de câbles sans fil. Sa bande passante élevée, sa faible latence, son architecture point à point et ses caractéristiques de transmission intérieure en font une solution alternative idéale aux câbles intérieurs. Cette technologie peut fonctionner dans un système de cinéma maison (Figure 1) pour la transmission vidéo HD. Cette technologie donne aux consommateurs la liberté et la flexibilité de placer des périphériques de sortie de contenu vidéo et des écrans de télévision, offrant ainsi aux consommateurs une grande commodité. La norme wirelesshd devient une technologie dans le domaine de la transmission vidéo de haute qualité qui tire pleinement parti de la bande de 60 GHz pour une expérience utilisateur sans fil exceptionnelle.

Liaison sans fil extérieure Gigabit

La technologie des ondes millimétriques peut également jouer un rôle important dans les applications futures des infrastructures de liaison sans fil, telles que les infrastructures de communication mobile 5g de nouvelle génération, les extensions de liaison d'accès fixe et les liaisons point à point sur les campus. La capacité sans fil du canal 60 GHz et la liaison RF hautement optimisée permettent d'obtenir la « fibre sans fil» idéale pour remplacer les applications de retour optique existantes.

Il existe de nombreux scénarios sur le marché qui se font concurrence, mais la plupart des systèmes actuels sont basés sur la norme IEEE 802.11ad. En plus des applications intérieures mentionnées précédemment, la révision de la norme 802.11 existante couvre l'utilisation d'une bande de fréquence de 60 ghzmm pour les applications de liaison longue distance (jusqu'à 500 mètres). Il utilise la même technologie de contrôle de faisceau développée pour l'interconnexion de salles de 10 mètres pour prendre en charge d'autres applications telles que la connectivité des points d'accès et les liaisons de retour extérieures.

Applications industrielles

Les grandes opportunités offertes par la technologie 60 GHz dans le domaine de l'électronique grand public sont déjà évidentes et le développement technologique dans ce domaine continuera à évoluer rapidement. Alors que les solutions 60 GHz continuent de prendre de l'expansion sur le marché de l'électronique grand public, les fabricants de l'industrie explorent également comment utiliser la technologie. Pour de nombreuses applications industrielles, ils peuvent également bénéficier de la technologie 60 GHz et, comme pour de nombreuses applications dans l'électronique grand public, la technologie mmwave permet aux fabricants d'éliminer les câbles et d'améliorer la mobilité et la flexibilité. En outre, de nombreuses nouvelles applications, telles que la détection de cibles ou la reconnaissance gestuelle utilisant la technologie des ondes millimétriques, ont attiré l'attention dans le domaine industriel.

Vision mécanique

Les systèmes de vision mécanique industrielle sont principalement utilisés pour détecter ou guider les robots dans les produits manufacturés [7]. Ils sont des outils indispensables dans les usines modernes et contribuent à la fabrication de produits de haute qualité et précis dans divers domaines industriels tels que l'électronique, la fabrication et la production de vêtements de pointe. La vision mécanique se compose de trois éléments de base: un capteur d’image (similaire à une caméra, un capteur d’image capture des données brutes), un ordinateur ou un processeur qui analyse les données et des liens interconnectés. Les capteurs d'images de vision industrielle prennent désormais en charge des résolutions de plus en plus élevées, généralement connectées à un ordinateur via un câble multicœur, qui traite ensuite les images.

Il existe actuellement de nombreuses normes concernant la transmission de données par câble. Cependant, les solutions de câbles sont confrontées à de nombreuses contraintes. Pour les applications guidées par robot, les câbles peuvent affecter l'action et nécessitent une planification et une disposition minutieuses de la capture d'image et des câbles. En outre, les longueurs de câble standard (typiquement entre 5 et 30 mètres, sauf si des fibres optiques coûteuses sont utilisées) constituent un inconvénient majeur, d'autant plus que les câbles doivent traverser des machines industrielles et de nombreux obstacles, ce qui implique que l'ordinateur doit être proche de la zone de l'usine. Il existe de nombreux obstacles car les ordinateurs et les câbles doivent être gérés, tandis que les ordinateurs exposés à des environnements industriels difficiles peuvent entraîner une réduction de la durée de vie.

Les solutions sans fil traditionnelles ne sont pas une alternative idéale aux câbles, car elles ont une latence élevée et nécessitent une compression d'image. Étant donné que les lignes de production doivent ralentir pour s'adapter au temps de traitement requis par l'ordinateur, tout retard causé par l'utilisation d'une solution sans fil augmentera le temps de fabrication et les coûts. Dans le même temps, la compression d'image rendra plus difficile pour l'ordinateur d'analyser les images capturées.

Avec la solution sans fil 60 GHz, il est possible d'installer une ou plusieurs captures d'images sur la machine sans utiliser de câble vidéo. Ces capteurs d'images peuvent transmettre des données directement à un ordinateur ou être connectés à une liaison sans fil pour se connecter à un centre de contrôle. La vidéo sans fil permet aux robots de se déplacer librement, contribue à réduire les risques cachés dans les zones de l'usine, facilite l'installation de nouveaux équipements et permet aux ordinateurs de passer de la zone de l'usine à un environnement plus contrôlé. La demande de vision mécanique a considérablement augmenté au cours des dernières années et la technologie 60 GHz s'efforce d'offrir flexibilité et commodité aux systèmes dans les domaines de travail complexes d'aujourd'hui.

Chef de groupe

La surveillance industrielle est un autre domaine dans lequel la technologie des ondes millimétriques peut jouer un rôle. Les systèmes de surveillance dans de nombreux bureaux, usines et installations de fabrication sont obsolètes et ne peuvent offrir qu'une résolution d'image inférieure. La mise à niveau de ces systèmes nécessite souvent la réinstallation des câbles existants pour correspondre au nouvel équipement et coûte souvent des millions de dollars. Wirelesshd simplifie considérablement le processus de rénovation de ces installations en transmettant sans fil une vidéo de meilleure qualité à un récepteur situé à proximité, à condition qu'il soit connecté au réseau électrique existant dans l'ancien système.

Soins de santé

Les applications médicales peuvent également bénéficier grandement de la technologie 60 GHz. L'imagerie numérique est un outil de diagnostic essentiel pour les médecins, en particulier dans les salles d'opération, qui peut améliorer les images de meilleure qualité et fournir un traitement plus efficace aux patients. Cependant, l'insertion d'un ensemble complet d'équipements informatiques dans la salle d'opération posera de nombreux problèmes, et le problème sera un faisceau de câbles difficiles à stériliser, ce qui peut entraîner des risques pour la sécurité. Par exemple, la technologie des ondes millimétriques peut aider à diffuser des vidéos en direct sans fil à partir d'une caméra miniature vers un moniteur à proximité ou directement vers un écran de casque monté sur les lunettes du chirurgien. Cela garantit un environnement de salle stérile et réduit la charge de travail liée à l'installation de nouveaux équipements.

Une autre innovation potentielle de la technologie 60 GHz dans la salle d'opération est le contrôle gestuel. La reconnaissance gestuelle à ondes millimétriques peut détecter et lire les trajectoires de mouvement des doigts, ce qui est plus difficile à faire dans des environnements d'éclairage variables et aura un impact majeur sur les technologies de caméras infrarouges existantes. Un contrôle gestuel fiable peut remplacer les boutons sur la machine et faciliter la désinfection de l'appareil.

Résumé

La technologie 60 GHz est une nouvelle direction populaire dans le domaine de l'interconnexion sans fil. En plus de la variété passionnante d'électronique grand public sur le marché aujourd'hui, il existe un grand nombre d'applications industrielles basées sur la technologie des ondes millimétriques. Avec des avantages exceptionnels tels qu'une faible latence, une bande passante élevée et des interfaces standardisées, la technologie 60 GHz est idéale pour de nombreuses applications industrielles prometteuses.