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ST60毫米波水介质数据传输测试报告 [复制链接]

 

 

ST60毫米波水介质数据传输测试报告

 

 

 

 

文档编号

TR_ST60_0001

关键字

ST6060GHz,水介质数据传输,水介质通讯

摘要

本测试报告记录了对ST6060GHz高速数据通讯用于水介质数据传输的测试,通过对通讯模块之间间隔的不同介质的数据传输和速度比较,包括空气、纯净水、不同浓度氯化钠溶液(饱和浓度26.4%1/8饱和浓度、海水等盐度的3.5‰浓度)、不同浓度泥沙混合液。

结果表明,只有在两个通讯模块外壳压合接触紧密、间隙非常小、中间的水(包括纯净水、饱和氯化钠溶液、海水等盐度的3.5‰氯化钠溶液、泥沙混合液)层厚度极低的情况下,ST60才能穿透水介质,实现数据传输;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Mars4zhu

2022-03-09

 

 

 

 

 

 

1 背景 1

2 测试目的 1

3 ST60毫米波的学习和初步试用 1

3.1 60GHz毫米波介绍 1

3.2 SK201E资料收集和ST60毫米波技术简介 2

3.3 ST60用于电脑与公网的网速测试 3

3.4 ST60用于电脑与树莓派4的点对点网速测试 4

4 ST60毫米波水介质数据传输的评估测试步骤 4

5 搭建水介质中的数据传输的评估测试装置。 5

6 不同水质的测试用水配备 7

7 评测结果汇总 8

7.1 传输介质:空气 8

7.2 传输介质:纯净水 9

7.3 传输介质:氯化钠溶液 10

7.3.1 饱和氯化钠溶液 10

7.3.2 不同浓度的氯化钠溶液 11

7.4 传输介质:泥水混合液 11

7.4.1 饱和泥水混合液 11

7.4.2 不同浓度的泥水混合液 12

7.5 试验结果汇总表 13

8 结论 13

9 版本历史(Revision History 14

 

 

 

 

 

 

 

 

 

插图索引

 

21   SK201E模块的ST60高速通讯功能框图 1

31   网络搜索“毫米波 投屏”的结果 2

32   SK201E模块的实物图 2

33   电脑与公网直接连接和通过ST60连接的网速测试 3

34   电脑与公网通过ST60连接的网速测试 3

35   电脑与树莓派4通过ST60连接的点对点网速测试 4

36   SK201E模块的ST60高速通讯功能框图 4

51   三套不同厚度的液体容器评测工具 5

52   两块玻璃板的三种间隙厚度配置(0.9mm0.45mm~0.1mm 6

61   配制的不同浓度的氯化钠溶液及其原料(食盐、纯净水) 7

62   配制的不同浓度的泥水混合液及其原料(泥土、纯净水) 8

71   间隙介质:空气,间距:0.1~10mm,传输速度为950Mps 8

72   错开位置再恢复的数据传输速率变化 9

73   介质纯净水,玻璃板单边或双边放置身份证,无法连接,数据传输速率为0 9

74   介质纯净水,玻璃板放置身份证、去掉身份证的数据传输速率变化 10

75   介质氯化钠溶液,玻璃板放置身份证、去掉身份证的数据传输速率变化 10

76   介质氯化钠溶液,玻璃板放置较厚的氯化钠溶液层时的数据传输速率变化 11

75   介质泥水混合液,玻璃板放置身份证、去掉身份证的数据传输速率变化 12

75   介质泥水混合液,玻璃板夹一张纸巾的数据传输速率为0 12

 

 

 

 

 

表格索引

 

71   ST60毫米波水介质数据传输测试结果汇总(单位:Mbps 13

 

 

 
  1. 背景

近年来随着技术的飞速发展及跨界融合,水底勘探能力也实现了长足进步。过去面对复杂多变的水底环境,勘探作业时,定位、激发与接收信号过程会产生一定误差,这也会影响最终的勘探结果。OBN全称Ocean Bottom Node,简称海底节点,它是一种位于海底,可以独立采集、记录信号的仪器。

“海底节点”就是一个个独立的检波器,它既摆脱了电缆的束缚,又能够在海底灵活部署,定位更准,采集的数据质量更高。目前的工作流程主要是:利用水介质机器人将自备电源的OBN布置在海底→记录信号→回收OBN→下载数据→重新部署,然后对本周期累计记录的数据进行处理和分析。由于数据量大且水底无法使用Wifi等高速无线通信。目前此流程最耗费时间和人力的工作,就是将节点从水中捞出,下载数据后重新部署。

  1. 测试目的

基于ST60的短距离高速无线通信技术的无接触连接器,可以在将设备完全密封防水的情况下,实现设备内部与外部的高速无线通信;

image-20220310173216-1.png  

21  SK201E模块的ST60高速通讯功能框图

通过将信号线通过磁吸等方式吸附在水底仪器上,直接传输数据回水面而无需捞出仪器,极大的降低工作量和复杂度,提升了效率。实现仪器的全密闭,无插拔,无耗损,维护成本低;因此申请此模块的试用,探索ST60用于密闭式水底仪器的高速数据传输的可行性。

  1. ST60毫米波的学习和初步试用
    1. 60GHz毫米波介绍

简单搜索了一下毫米波的应用,由于WIFI6技术的飞速发展,目前实验室测试已经能达到1.2Gbps甚至2.4Gbps的通讯,实用场景下也能达到800Mbps左右的速率,前几天也看到了中兴推出了WIFI7的芯片,速率达到了5Gbps甚至10Gbps,因此在消费类数据传输上,60GHz毫米波的应用差距比较大;

然而在一些相对比较小众的应用场合,如无线投屏、实时VR、低延时数据控制等场景中,毫米波却大显身手。譬如搜索“毫米波 投屏”就能看到一些投屏器的评测文章。

image-20220310173251-3.png  

31  网络搜索“毫米波 投屏”的结果

 

    1. SK201E资料收集和ST60毫米波技术简介

SK201E是深圳易普森科技股份有限公司推出的SKLink无线毫米波产品,采用PCB天线设计,通过60GH毫米波支持全双工千兆以太网,实现千兆网的隔空连接。其接口为RJ45连接器,基于意法半导体领先的ST60A2毫米波收发器设计。

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32  SK201E模块的实物图

作为缘于WIFI无线传输的精简版,意法半导体的ST60系列非接触式连接技术抛弃了其协议栈,采用半导体加工工艺,基于60GHz毫米波频段实现了超高带宽、低功耗、近距离、点对点的无线连接和传输。

    1. ST60用于电脑与公网的网速测试

使用超五类网线(CAT5e),将电脑与宽带公网的有线网口直接连接,采用speedtest.cn进行网速测试。

然后采用两根CAT5e网线,分别连接电脑和ST60,以及ST60和有线网口,然后用胶带将ST60固定到测试盒和玻璃盖板上,将上下两个ST60对齐,采用speedtest.cn进行网速测试。

image-20220310173305-4.png  

33  电脑与公网直接连接和通过ST60连接的网速测试

image-20220310173316-5.png  

34  电脑与公网通过ST60连接的网速测试

通过初步测试发现,直接连接和通过ST60连接,测出的网速完全相同,都是安装的宽带(号称千兆网,实测却是500Morz)的正常下载和上传网速(一般家用宽带上传速度都远低于下载速度,宽带网速以下载网速为准)。

    1. ST60用于电脑与树莓派4的点对点网速测试

为了测试ST60在水介质数据通讯的功能和性能,采用一个树莓派4的千兆网口代表水介质设备,用CAT5e网线将电脑与树莓派4直接连接,此时测得网速为948Mbps,如果考虑到网络通讯报文的额外开销的话,刚好接近网卡满速1Gbps

然后采用两根CAT5e网线,分别连接电脑和ST60,以及ST60和有线网口,采用speedtest.cn进行网速测试。

image-20220310173325-6.png  

35  电脑与树莓派4通过ST60连接的点对点网速测试

将树莓派4ST60之间的网线换成普通的百兆网线,并将电脑网卡设置为1Gbps100Mbps,测试发现,两者都是100Mbps时,可以建立连接并稳定在100Mbps的满速通讯,

而当树莓派4的连接为100Mbps,电脑的连接是1Gbps时,两者无法通过ST60建立网络连接。

image-20220310173334-7.png  

36  SK201E模块的ST60高速通讯功能框图

  1. ST60毫米波水介质数据传输的评估测试步骤

测试步骤主要如下:

  1. 搭建水介质中的数据传输的评估装置;
  2. 模拟真实使用场景下的各种干扰因素等情况下的数据传输性能,如:
  1. 空气;
  2. 纯净水;
  3. 海水(采用不同浓度的氯化钠溶液模拟);
  4. 浑浊水(采用不同浓度的泥水混合液);

总结分析,撰写评测报告。

  1. 搭建水介质中的数据传输的评估测试装置。

由于缺乏合适的竖直摆放扁平状水容器,因此采用了一个约1cm厚的亚克力盒子、一个约4mm厚度的透明塑料包装盒(内存条包装盒)、以及两块玻璃板叠放中间形成缝隙充水,来实现不同厚度的液体容器;用透明胶带将SK201E模块固定在容器的上下两端,并进行测试;

image-20220310173344-8.png  

51  三套不同厚度的液体容器评测工具

测试后发现,即使是纯净水,在两个不同厚度的盒子上下两端都无法建立通讯,后续测试重点全部集中在两块玻璃板叠放中间的缝隙;采用的缝隙距离有:

  1. 0.9mm: 用身份证(标准厚度0.9mm)在两边隔开玻璃板;
  2. ~0.45mm: 用身份证(标准厚度0.9mm)在单边隔开玻璃板,中央的ST60间距就是0.45mm左右;
  3. ~0.1mm:使用纸巾浸润相应的测试溶液后,夹入两块玻璃板中间,并压紧;

 

image-20220310173359-9.png  

image-20220310173359-10.png  

image-20220310173359-11.png  

52  两块玻璃板的三种间隙厚度配置(0.9mm0.45mm~0.1mm

 

  1. 不同水质的测试用水配备

由于本品主要目的是用于海洋水介质仪器设备的数据传输,因此使用氯化钠(食用盐)和泥土来配备海水和浑浊水。

海水中含有很多盐类物质,其中70%为氯化钠,14%为氯化镁。为了表示海水中所含盐类物质的多少,人们常用盐度来表示,即1000克海水中所含溶解盐类物质的总量。

因绝对盐度不能直接测量,所以,随着盐度的测定方法的变化和改进,在实际应用中引入了相应的盐度定义。在实用盐标中采用了高纯度的KCl,用标准的称量法制备成一定浓度(32.4357)的溶液,作为盐度的准确参考标准,而与海水样品的氯度无关,并且定义盐度:在一个标准大气压下,15℃的环境温度中,海水样品与标准KCl溶液的电导比。

盐度的大小取决于蒸发与降水的多少,同时与结冰、融冰、大陆径流及洋流等因素也有很大关系。太平洋海水平均盐度为35‰,但各个海区含盐量的多少悬殊很大。地球上盐度最高的海域红海,盐度在3.6 ~ 3.8%之间;盐度最低的海域:波罗的海,盐度只有7 ~ 8‰。

采用家用的食用盐(氯化钠),以及周边采集的泥土,配备成不同浓度(简易配备方法:常温20℃下标准氯化钠溶液的饱和浓度为26.4%,以此饱和溶液为基准,按照多份等量水,逐级稀释为不同浓度)的溶液,用来模拟水的不同浓度以及浑浊度;

image-20220310173426-12.png  

61  配制的不同浓度的氯化钠溶液及其原料(食盐、纯净水)

 

image-20220310173440-13.png  

62  配制的不同浓度的泥水混合液及其原料(泥土、纯净水)

  1. 评测结果汇总
    1. 传输介质:空气

经评测,速度保持在950Mbps左右,接近千兆网卡的满速1Gbps

间距超过1cm,也能保持同等950Mbps的通讯速率。

image-20220310173515-14.png  

71  间隙介质:空气,间距:0.1~10mm,传输速度为950Mps

将玻璃板碰动一下,位置错开后再恢复对齐位置,网速会有波动,如果错开位置过大,则传输速率降低至0,再次对齐位置后,速率恢复至950Mbps

image-20220310173528-15.png  

72  错开位置再恢复的数据传输速率变化

    1. 传输介质:纯净水
  1. 两块玻璃板双边夹一张身份证(玻璃板中间间隙0.9mm-纯净水:无通讯
  2. 两块玻璃板单边夹一张身份证(玻璃板中间间隙0.45mm-纯净水:无通讯

image-20220310173539-16.png  

73  介质纯净水,玻璃板单边或双边放置身份证,无法连接,数据传输速率为0

  1. 去掉身份证,两块玻璃板中间只有纯净水,通过表面张力贴合在一起,可见两层玻璃间夹有一层水膜-纯净水:通讯速率950Mbps

image-20220310173548-17.png  

74  介质纯净水,玻璃板放置身份证、去掉身份证的数据传输速率变化

  1. 两块玻璃板中间夹一张纸巾(暂缺厚度测量工具,估算约0.05~0.1mm左右)-纯净水:无通讯。
    1. 传输介质:氯化钠溶液
      1. 饱和氯化钠溶液
  1. 单边夹一张身份证(0.9mm厚度)-饱和氯化钠溶液:无通讯
  2. 去掉身份证,表面张力形成的夹层(上玻璃轻放后不按紧,可见两层玻璃间夹有一层液膜)-饱和氯化钠溶液:通讯速率950Mbps

image-20220310173558-18.png  

75  介质氯化钠溶液,玻璃板放置身份证、去掉身份证的数据传输速率变化

  1. 再次测试不夹身份证,加大氯化钠溶液的量,通过表面张力形成的夹层(上玻璃轻放后不按紧,可见两层玻璃间夹有一层液膜)-饱和氯化钠溶液:可见数据传输速率不稳定,最开始能达到最高速度950Mbps,随后降低,最后降低到0

image-20220310173608-19.png  

76  介质氯化钠溶液,玻璃板放置较厚的氯化钠溶液层时的数据传输速率变化

 

  1. 两块玻璃板中间夹一张纸巾(暂缺厚度测量工具,估算约0.05~0.1mm左右)-饱和氯化钠溶液浸润:无通讯。

 

      1. 不同浓度的氯化钠溶液

结果与饱和氯化钠溶液相近,不再赘述。

    1. 传输介质:泥水混合液
      1. 饱和泥水混合液
  1. 单边夹一张身份证(0.9mm厚度)-泥水混合液:无通讯。
  2. 去掉身份证,表面张力形成的夹层(上玻璃轻放后不按紧,可见两层玻璃间夹有一层液膜)-泥水混合液:通讯速率950Mbps

 

image-20220310173624-20.png  

77  介质泥水混合液,玻璃板放置身份证、去掉身份证的数据传输速率变化

  1. 夹一张纸巾(暂缺厚度测量工具,估算约0.05~0.1mm左右)-泥水混合液:无通讯。

image-20220310173633-21.png  

78  介质泥水混合液,玻璃板夹一张纸巾的数据传输速率为0

 

      1. 不同浓度的泥水混合液

结果与饱和泥水混合液相近,不再重复试验内容和结果。

 

    1. 试验结果汇总表

71  ST60毫米波水介质数据传输测试结果汇总(单位:Mbps

介质类型

空气

纯净水

饱和氯化钠溶液(26.4%

海水等盐度氯化钠溶液

35‰)

饱和泥水混合液

稀释泥水混合液

间距0.9mm

(双边身份证)

950

0

0

0

0

0

间距0.45mm

(单边身份证)

950

0

0

0

0

0

间距~0.1mm

(紧密贴合)

950

950

950

950

950

950

间距~0.1mm

(松散贴合)

950

0

0~950

0

0

0

间距~0.1mm

(纸巾)

950

0

0

0

0

0

 

  1. 结论

ST60用于水介质全封闭防水设备的数据通讯,需要采用压紧空隙,确保通讯模块中间的水层厚度最低(至少低于0.05mm)才有可能实现数据通讯,如果无法做到这些措施,则ST60的数据传输无法建立连接。

 

 

 

 
  1. 版本历史(Revision History

 

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2022-03-09

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五彩晶圆(初级)

楼主测试得很详细,学习了


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这是专业检测啊!看着非常规范。


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