Das Band einer MMW-Antenne wählen Sie anhand von Dienst, verfügbaren Frequenzen, Übertragungsweg, Hardware und Prüfung. Eine hohe Trägerfrequenz bestimmt weder Datenrate noch Radarauflösung allein. Kommunikation und Messung brauchen unterschiedliche Kriterien.
MMW und Wellenlänge
Die klassische Millimeterwellen-Einteilung umfasst etwa 30–300 GHz, entsprechend 10–1 mm im freien Raum. Im 5G-Sprachgebrauch werden häufig auch Frequenzen um 24, 26 und 28 GHz einbezogen.
24–100 GHz ist somit nicht die vollständige strenge Definition. Aus λ = c/f folgen etwa 12,5 mm bei 24 GHz, 5,00 mm bei 60 GHz und 3,89 mm bei 77 GHz. In Werkstoffen ist das jeweilige Ausbreitungsmodell erforderlich.
1. Kommunikation und Radar unterscheiden
Für Kommunikation definieren Sie Kapazität, Verzögerung, Nutzer und Verfügbarkeit. Für Radar benötigen Sie Reichweite, Geschwindigkeit, Winkel, Auflösungen und Aktualisierungsrate.
60 GHz garantieren keine Latenz unter 5 ms. Kanalbandbreite, Modulation und Signal-Rausch-Verhältnis beeinflussen die Kapazität; Netzwerk und Verarbeitung beeinflussen die Verzögerung.
Für die ideale Entfernungsauflösung eines passenden breitbandigen Radars gilt näherungsweise ΔR ≈ c/(2B). Bei B = 4 GHz sind das etwa 3,75 cm, nicht unter 3 cm. Winkelauflösung und Genauigkeit einer einzelnen Entfernungsschätzung sind andere Größen.
2. Tatsächlich nutzbare Kanäle prüfen
Bestimmen Sie Land, Dienst, Innen- oder Außeneinsatz und Gerätebänder. 5G-NR-Bandnummern, WiGig-Kanäle und Radarbereiche sind nicht austauschbar.
Eine Bandnummer im Standard erlaubt nicht weltweit dieselbe EIRP und Kanalbreite. Vergleichen Sie den aktuellen lokalen Frequenzplan, die Dienstregeln und die Sende- und Empfangsbereiche des konkreten Geräts.
Eine einzelne FCC-Regel ist keine weltweite Grenze. Weder 24-GHz- noch 60-GHz-Radarantennen lassen sich allein anhand der Mittenfrequenz rechtlich und technisch gleichsetzen.
3. Weg und Umgebung berechnen
Berücksichtigen Sie Entfernung, Abschattung, Reflexion, Regen und Gase. Die Sauerstoffabsorption nahe 60 GHz hängt von Frequenz und Atmosphäre ab. Genau 16 dB/km ist kein allgemeiner Wert jeder Verbindung.
Eine feste Richtfunkstrecke mit hohem Gewinn und ein Handgerät haben auch im gleichen Band unterschiedliche Grenzen. Eine Reichweite von 300–500 m ist kein allgemeines Maximum aller Millimeterwellen.
Nutzen Sie Leistung, Diagramme, Verluste, Rauschen und erforderliche Signalqualität im Linkbudget. Für draußen gehören Wetter und gewünschte Verfügbarkeit dazu, nicht nur ein Versuch bei klarem Himmel.
4. Antenne und Elektronik gemeinsam wählen
Kurze Wellenlängen können mehr Elemente im gleichen Bauraum ermöglichen. Prüfen Sie dennoch Gewinn, Strahlbreite, Schwenkung, Nebenkeulen und Speiseverluste.
Ein kleines Element besitzt nicht automatisch hohen Gesamtgewinn. Horn, Array und Reflektor erfüllen unterschiedliche Anforderungen an Richtung und Abdeckung.
Verstärker, Umsetzer, Gehäuse, Leitungen und Substrat müssen das Band unterstützen. Ein verfügbarer MMIC beweist nicht allein die Erfüllung von Kosten-, Rausch-, Linearitäts- und Temperaturzielen.
5. Ganzes Band und Einbau prüfen
Definieren Sie VNA-Bezugsebenen und Messaufbau und messen Sie Reflexion und Übertragung. VSWR unter 2 bestätigt allein weder Diagramm noch Wirkungsgrad oder Dienstqualität.
Messen Sie mit vorgesehenem Radom, Gehäuse und Metallteilen. Bei mobilen Geräten prüfen Sie Abschattung und Strahlwechsel; bei Radar verwenden Sie passende Szenen und Erfassungsbedingungen.
Die Kriterien müssen Bandränder und erforderliche Betriebszustände abdecken, nicht nur den günstigsten Punkt in Bandmitte.
Unterlagen für die Entscheidung
| Bereich | Festzuhalten |
|---|---|
| Dienst | Kommunikations- oder Messziel. |
| Band | Grenzen, Kanäle und Einsatzgebiet. |
| Weg | Entfernung, Hindernisse und Reserven. |
| Hardware | Antenne, RF-Kette und Thermik. |
| Prüfung | Anpassung, Strahlung und System. |
Quellen: ITU-R V.431 zur Einteilung, P.838 zum Regenmodell und TI-Einführung in mmWave-Radar, Seite 5 zum Zusammenhang von Bandbreite und Entfernungsauflösung.
