Wolna encyklopedia

Mikrofale to rodzaj promieniowania elektromagnetycznego o długości fali pomiędzy podczerwienią i falami ultrakrótkimi, zaliczane są do fal radiowych. W różnych opracowaniach spotyka się różne zakresy promieniowania uznawanego za promieniowanie mikrofalowe np: 1 mm (częstotliwość 300 GHz) do 30 cm (1 GHz)^[1], częstotliwość = 3·10⁹ - 3·10¹² Hz, a długości λ = 10^-4 - 0,1 m ^[2]. W elektronice stosowanie sygnałów o częstotliwościach mikrofalowych oznacza, że rozmiary urządzenia (w najprostszym przypadku falowodu) są zbliżone do długości fali przenoszonego sygnału i opis obwodu przy pomocy elementów o stałych skupionych nie jest wystarczająco dokładny.

Spis treści 1 Pochłanianie mikrofal 2 Zastosowania 3 Zobacz też 4 Przypisy 5 Linki zewnętrzne

Pochłanianie mikrofal

Promieniowanie mikrofalowe może być pochłaniane przez materię na dwa różne sposoby. Pierwszym z nich jest polaryzacja dipolowa. Jeśli w materiale są cząsteczki chemiczne będące dipolami, to w wyniku działania pola elektrycznego fali elektromagnetycznej starają się ustawić zgodnie z kierunkiem i zwrotem tego pola. Wektor pola elektrycznego zmienia zwrot co pół okresu fali promieniowania. Dipole zmieniają więc również ustawienie, podążając za polem. Podczas obrotów uderzają w sąsiadujące z nimi cząsteczki, przekazując im nabytą od promieniowania energię. Te przekazują ją kolejnym i w ten sposób ciepło rozprzestrzenia się w materiale. Mechanizm polaryzacji dipolowej, odpowiada za ogrzewanie jednak tylko substancje, których cząsteczki są dipolami, takie jak woda, metanol, DMF, octan etylu, chloroform, chlorek metylenu, kwas octowy. Substancje takie jak heksan, benzen, eter dietylowy czy czterochlorek węgla nie ogrzewają się pod wpływem promieniowania mikrofalowego.

Drugi mechanizm pochłaniania promieniowania mikrofalowego opiera się na przewodnictwie jonowym. Gdy w materiale znajdują się jony, zaczynają one przemieszczać się zgodnie z kierunkiem pola elektrycznego: dodatnie w jedną, a ujemne w przeciwną stronę. Zderzając się przy tym z innymi cząsteczkami, powodują rozprzestrzenianie się energii cieplnej w materiale.

Istnienie fal elektromagnetycznych, którymi są też mikrofale, przewidział jako wniosek z równań odkrytych przez siebie James Clerk Maxwell w 1864 roku. Pierwsze doświadczenia, przeprowadzone przez H. Hertza, pokazujące istnienie fal elektromagnetycznych wysyłały i odbierały fale w zakresie UHF zaliczanym do mikrofal. Rozwój techniki i teorii mikrofal wystąpił dopiero w latach 30. XX w okresie prac nad radarami.

Ziemska atmosfera pochłania całkowicie promieniowanie mikrofalowe o częstotliwości powyżej 300 GHz.

Zastosowania

Podstawowe zastosowania mikrofal to radar i łączność

• radary mikrofalowe od 300 MHz do setek GHz, w większości tych urządzeń, od 1 do kilkudziesięciu GHz: do wykrywania, namierzania, rozpoznania, identyfikacji; w zastosowaniach militarnych i cywilnych, na lądzie, wodzie, w powietrzu i w przestrzeni kosmicznej
• naprowadzanie broni na cel
• militarne systemy rozpoznawcze zwiad elektroniczny
• radarowy pomiar prędkości
• radar antykolizyjny
• radar meteorologiczny
• łączność radioliniowa punkt - punkt, również na większe odległości - z zastosowaniem wielu przęseł radiolinii
• łączność satelitarna do i z satelity na ziemię, w tym: łączność telefoniczna, faksowa, szeroko pojęta transmisja danych, radiodyfuzja satelitarna: telewizja i radiofonia
• łączność międzysatelitarna
• łączność z satelitami badawczymi, sondami kosmicznymi międzyplanetarnymi i do badania dalekiego kosmosu sondy Viking,Pionier,Deep Space 1
• radioastronomia - badanie kosmosu w zakresie mikrofalowym przy pomocy radioteleskopów, każde ciało niebieskie emituje promieniowanie elektromagnetyczne, radioźródła, pulsary , badanie mikrofalowego promieniowania tła jest podstawą teorii tzw. Wielkiego Wybuchu
• kuchenka mikrofalowa używa magnetronu do wytwarzania fal o częstotliwości ok. 2,45 GHz, co pozwala na rozmrażanie,podgrzewanie,gotowanie żywności; taka częstotliwość promieniowania działa na cząsteczki wody, które zaczynają drgać wytwarzając przez to ciepło.
• suszenie mikrofalowe w przemyśle , osuszanie budynków
• maser to urządzenie podobne do lasera, tyle że działa w zakresie mikrofalowym - jako wzorce częstotliwości i czasu
• broń elektromagnetyczna planuje się wyposażenie wielozadaniowego samolotu Lockheed F-35 Lightning II w broń energetyczną prawdopodobnie w wysokoenergetyczny generator wiązki mikrofal; broń obezwładniająca do rozpraszania tłumu
• telefony komórkowe standardu GSM pracują w częstotliwościach 870-960 MHz, DCS 1710-1880 MHz oraz UMTS
• nawigacja system globalnego pozycjonowania (GPS) wykorzystuje fale o częstotliwości 1575,42 MHz i inne systemy nawigacyjne: rosyjski GLONAS, europejski Galileo
• bezprzewodowe sieci komputerowe (WLAN) jak np. IEEE 802.11 używają mikrofal w zakresie 2,4 GHz bądź 5 GHz (w przypadku 802.11a)
• łączność pomiędzy urządzeniami bluetooth używają mikrofal w zakresie 2,4 GHz
• transmisja danych w telewizji kablowej odbywa się w tym samym zakresie, tyle że medium jest kabel, a nie powietrze
• energetyka prowadzone są badania nad przekazywaniem energii elektrycznej przy pomocy mikrofal na duże odległości np z orbity na ziemię
• w nowoczesnych komputerach, jeśli procesor taktowany jest sygnałem rzędu 1 GHz lub większym
• reaktor mikrofalowy używany w chemii do przeprowadzania reakcji w warunkach naświetlania mikrofalami.

Większość zastosowań opiera się na zakresie fal od 1 do 40 GHz.

Zakresy mikrofalowe definiuje się jako:

Symbol	Zakres częstotliwości
L Band	1 – 2 GHz
S Band	2 – 4 GHz
C Band	4 – 8 GHz
X Band	8 – 12 GHz
Ku	12 – 18 GHz
K Band	18 – 26 GHz
Ka	26 – 40 GHz
Z Band	299,9 – 300 GHz

Według nowego podziału:

Symbol	Zakres częstotliwości
A	poniżej 250 MHz
B	250-500 MHz
C	500-1000 MHz
D	1 – 2 GHz
E	2 – 3 GHz
F	3 – 4 GHz
G	4 – 6 GHz
H	6 – 8 GHz
I	8 – 10 GHz
J	10 – 20 GHz
K	20 – 40 GHz
L	40 – 60 GHz
M	60 – 100 GHz

Postacie związane z badaniem i wykorzystywaniem mikrofal: Michael Faraday, James Maxwell, Heinrich Hertz, Guglielmo Marconi, Samuel Morse, Lord Kelvin, Oliver Heaviside, John William Strutt, Oliver Lodge.

Zobacz też

• promieniowanie tła
• radio
• optyka
• Promieniowanie elektromagnetyczne
• Kuchenka mikrofalowa

Przypisy

Linki zewnętrzne

• Projektowanie podstawowych układów mikrofalowych