Utjecaj mikrovalnog zračenja na ljude. Projektni rad iz fizike na temu: „Mikrotalasno zračenje. Njegova upotreba u mikrotalasnim pećnicama. Komparativna analiza peći različitih proizvođača

Opseg radio emisije je suprotan gama zračenju i takođe je neograničen s jedne strane - od dugih talasa i niskih frekvencija.

Inženjeri ga dijele na mnogo dijelova. Najkraći radio talasi se koriste za bežični prenos podataka (Internet, ćelijska i satelitska telefonija); metar, decimetar i ultrakratki talasi (VHF) zauzimaju lokalne televizijske i radio stanice; kratki talasi (HF) se koriste za globalne radio komunikacije - reflektuju se od jonosfere i mogu da kruže oko Zemlje; srednji i dugi talasi se koriste za regionalno radio emitovanje. Ultradugi talasi (ELW) - od 1 km do hiljada kilometara - prodiru kroz njih slana voda i koriste se za komunikaciju sa podmornicama, kao i za traženje minerala.

Energija radio talasa je izuzetno niska, ali oni pobuđuju slabe vibracije elektrona u metalnoj anteni. Ove vibracije se zatim pojačavaju i snimaju.

Atmosfera prenosi radio talase dužine od 1 mm do 30 m. Oni omogućavaju posmatranje jezgara galaksija, neutronskih zvezda i dr. planetarni sistemi, ali najimpresivnije dostignuće radio astronomije su rekordno detaljne slike kosmičkih izvora, čija rezolucija prelazi desethiljaditi dio lučne sekunde.

Mikrovalna

Mikrovalne pećnice su podopseg radio emisije pored infracrvenog. Naziva se i ultravisokofrekventnim (mikrotalasnim) zračenjem jer ima najveću frekvenciju u radio opsegu.

Mikrovalni opseg je od interesa za astronome jer detektuje reliktno zračenje preostalo iz vremena Velikog praska (drugo ime je mikrotalasna kosmička pozadina). Emitovan je prije 13,7 milijardi godina, kada je vruća materija Univerzuma postala transparentna za vlastito termalno zračenje. Kako se svemir širio, CMB se hladio i danas je njegova temperatura 2,7 K.

CMB zračenje dolazi na Zemlju iz svih pravaca. Danas su astrofizičari zainteresovani za nehomogenosti u sjaju neba u mikrotalasnom opsegu. Koriste se za utvrđivanje kako su se jata galaksija počela formirati u ranom svemiru kako bi se provjerila ispravnost kosmoloških teorija.

Ali na Zemlji, mikrotalasne pećnice se koriste za takve svakodnevne zadatke kao što su zagrevanje doručka i razgovor preko mobilnog telefona.

Atmosfera je providna za mikrovalne pećnice. Mogu se koristiti za komunikaciju sa satelitima. Postoje i projekti za prijenos energije na daljinu pomoću mikrovalnih zraka.

Izvori

Sky Reviews

Mikrovalno nebo 1.9 mm(WMAP)

Kosmička mikrotalasna pozadina, takođe nazvana kosmičko mikrotalasno pozadinsko zračenje, je ohlađeni sjaj vrelog Univerzuma. Prvi su ga otkrili A. Penzias i R. Wilson 1965. (Nobelova nagrada 1978.) Prva mjerenja su pokazala da je zračenje potpuno ujednačeno po cijelom nebu.

Godine 1992. najavljeno je otkriće anizotropije (nehomogenosti) kosmičkog mikrotalasnog pozadinskog zračenja. Ovaj rezultat je dobio sovjetski satelit Relikt-1, a potvrdio ga je američki satelit COBE (vidi Nebo u infracrvenom spektru). COBE je takođe utvrdio da je spektar kosmičkog mikrotalasnog pozadinskog zračenja veoma blizak spektru crnog tela. Za ovaj rezultat dodijeljena je Nobelova nagrada 2006.

Varijacije u sjaju kosmičkog mikrotalasnog pozadinskog zračenja preko neba ne prelaze stoti deo procenta, ali njihovo prisustvo ukazuje na suptilne nehomogenosti u distribuciji materije koja je postojala na rana faza evolucije Univerzuma i služili su kao zameci galaksija i njihovih klastera.

Međutim, tačnost COBE i Relict podataka nije bila dovoljna za testiranje kosmoloških modela, pa je 2001. godine lansiran novi, precizniji WMAP (Wilkinson Microwave Anisotropy Probe) aparat, koji je do 2003. napravio detaljnu kartu raspodjele intenziteta. kosmičkog mikrotalasnog pozadinskog zračenja preko nebeske sfere. Na osnovu ovih podataka, kosmološki modeli i ideje o evoluciji galaksija se sada usavršavaju.

CMB je nastao kada je Univerzum bio star oko 400 hiljada godina i, usled širenja i hlađenja, postao je providan za sopstveno toplotno zračenje. U početku je zračenje imalo Plankov (crno tijelo) spektar s temperaturom od oko 3000 K i uzima u obzir bliski infracrveni i vidljivi opseg spektra.

Kako se svemir širio, kosmičko mikrovalno pozadinsko zračenje doživjelo je crveni pomak, što je dovelo do smanjenja njegove temperature. Danas je temperatura kosmičkog mikrotalasnog pozadinskog zračenja 2,7 TO i spada u mikrotalasne i daleko infracrvene (submilimetarske) opsege spektra. Grafikon prikazuje približan prikaz Planckovog spektra za ovu temperaturu. Spektar kosmičkog mikrotalasnog pozadinskog zračenja prvi je izmjeren satelitom COBE (vidi Nebo u infracrvenom), za koji je 2006. godine dodijeljena Nobelova nagrada.

Radio nebo na talasu 21 cm, 1420 MHz(Dickey & Lockman)

Poznata spektralna linija sa talasnom dužinom 21.1 cm je još jedan način promatranja neutralnog atomskog vodika u svemiru. Linija se pojavljuje zbog takozvanog hiperfinog cijepanja tla nivo energije atom vodonika.

Energija nepobuđenog atoma vodika ovisi o relativnoj orijentaciji spinova protona i elektrona. Ako su paralelne, energija je nešto veća. Takvi atomi mogu spontano da se transformišu u stanje sa antiparalelnim spinovima, emitujući kvantum radio emisije koja nosi mali višak energije. To se u prosjeku događa pojedinačnom atomu svakih 11 miliona godina. Ali ogromna distribucija vodonika u svemiru omogućava promatranje oblaka plina na ovoj frekvenciji.

Radio nebo na talasu 73.5 cm, 408 MHz(bon)

Ovo je najduža talasna dužina svih istraživanja neba. Izveden je na talasnoj dužini na kojoj se uočava značajan broj izvora u Galaksiji. Osim toga, izbor valne dužine određen je tehničkim razlozima. Za izradu istraživanja korišten je jedan od najvećih svjetskih rotirajućih radio teleskopa - 100-metarski bonski radio teleskop.

Terrestrial Application

Glavna prednost mikrotalasne pećnice je da se tokom vremena hrana zagreva po celoj zapremini, a ne samo sa površine.

Mikrovalno zračenje, koje ima veću talasnu dužinu, prodire dublje od infracrvenog zračenja ispod površine proizvoda. Unutar hrane, elektromagnetne vibracije pobuđuju rotacijske razine molekula vode, čije kretanje uglavnom uzrokuje zagrijavanje hrane. Na taj način se odvija mikrotalasna (mikrotalasna) sušenje hrane, odmrzavanje, kuvanje i zagrevanje. Takođe varijable električne struje pobuđuju struje visoke frekvencije. Ove struje se mogu pojaviti u tvarima u kojima su prisutne pokretne nabijene čestice.

Ali oštre i tanke metalne predmete ne možete stavljati u mikrovalnu pećnicu (ovo se posebno odnosi na posuđe s metalnim ukrasima presvučenim srebrom i zlatom). Čak i tanak prsten pozlaćenja duž ruba ploče može izazvati snažno električno pražnjenje koje će oštetiti uređaj koji stvara elektromagnetski val u peći (magnetron, klistron).

Princip rada celularne telefonije zasniva se na korišćenju radio kanala (u mikrotalasnom opsegu) za komunikaciju između pretplatnika i jedne od baznih stanica. Informacije se između baznih stanica prenose po pravilu putem digitalnih kablovskih mreža.

Domet bazne stanice - veličine ćelije - je od nekoliko desetina do nekoliko hiljada metara. Zavisi od pejzaža i jačine signala, koja je odabrana tako da nema previše aktivnih pretplatnika u jednoj ćeliji.

U GSM standardu, jedna bazna stanica može podržati najviše 8 telefonskih razgovora istovremeno. Tokom masovnih događaja i prirodnih katastrofa, broj pozivatelja se naglo povećava, što preopterećuje bazne stanice i dovodi do prekida u ćelijskoj komunikaciji. Za takve slučajeve, mobilni operateri imaju mobilne bazne stanice koje se mogu brzo isporučiti u područja s velikim brojem ljudi.

Postoji mnogo kontroverzi o mogućoj šteti mikrotalasnog zračenja mobilnih telefona. Tokom razgovora, predajnik je u neposrednoj blizini glave osobe. Ponovljene studije još uvijek nisu uspjele pouzdano registrirati negativne efekte radio-emisije mobilnih telefona na zdravlje. Iako se efekti slabog mikrotalasnog zračenja na tjelesno tkivo ne mogu u potpunosti isključiti, nema razloga za ozbiljnu zabrinutost.

Televizijske slike se prenose na metarskim i decimetarskim talasima. Svaki okvir je podijeljen na linije duž kojih se svjetlina mijenja na određeni način.

Predajnik televizijske stanice stalno emituje radio signal striktno fiksne frekvencije, naziva se noseća frekvencija. Prijamni krug televizora je prilagođen tome - u njemu se javlja rezonancija na željenoj frekvenciji, što omogućava da se pokupe slabe elektromagnetne oscilacije. Informacije o slici se prenose amplitudom oscilacija: velika amplituda znači visoku svjetlinu, mala amplituda znači tamno područje slike. Ovaj princip se naziva amplitudna modulacija. Radio stanice (osim FM stanica) prenose zvuk na sličan način.

Prelaskom na digitalnu televiziju mijenjaju se pravila za kodiranje slike, ali sam princip noseće frekvencije i njene modulacije ostaju isti.

Parabolična antena za prijem signala sa geostacionarnog satelita u mikrotalasnom i VHF opsegu. Princip rada je isti kao i kod radio-teleskopa, ali tanjir ne mora biti pomičan. U trenutku instalacije usmjerava se na satelit koji uvijek ostaje na jednom mjestu u odnosu na zemaljske strukture.

To se postiže postavljanjem satelita u geostacionarnu orbitu na visini od oko 36 hiljada. km iznad Zemljinog ekvatora. Period okretanja duž ove orbite je tačno jednak periodu rotacije Zemlje oko svoje ose u odnosu na zvijezde - 23 sata 56 minuta 4 sekunde. Veličina antene zavisi od snage satelitskog predajnika i njegovog uzorka zračenja. Svaki satelit ima primarnu servisnu zonu u kojoj njegove signale prima antena prečnika 50-100 cm, i perifernu zonu, gdje signal brzo slabi i za prijem može biti potrebna antena do 2-3. m.

Razvoj mikrotalasne tehnologije u poslednje dve decenije doprineo je njenom uvođenju u fizioterapijsku praksu. Mikrovalne pećnice imaju niz fizička svojstva, koji se može koristiti za liječenje određenih bolesti (npr. psorijaza, reumatizam i druge autoimune bolesti). Osobine ovih talasa su sledeće: a) njihova energija može da se koncentriše na pojedine delove tela; b) odbijaju se od gustih površina; c) njihova frekvencija je bliska frekvenciji relaksacionih vibracija vode; d) termogeničniji su od ultrakratkih talasa.

Pod uticajem mikrotalasa u tkivima živog organizma nastaju vibracije jona i dipolnih molekula vode koje oni sadrže.. Apsorpcija energije talasa u tkivima usled vibracija jona je praktično nezavisna od frekvencije, dok se apsorpcija usled vibracija dipolnih molekula vode povećava sa povećanjem frekvencije. Međutim, ovo povećanje se događa do frekvencije specifične za svako tijelo molekula (tzv. frekvencija opuštanja). Na višim frekvencijama, zbog inercije, molekuli više nemaju vremena reagirati na prečeste promjene valnih polja, pa se apsorpcija energije valova naglo smanjuje. Za molekule vode, ova granična frekvencija relaksacije je oko 2-10 Hz (valna dužina oko 1,5 cm). Zbog ovih karakteristika, kako se talasna dužina skraćuje, uloga molekula u ukupnoj apsorpciji energije talasa u tkivima raste. U opsegu talasnih dužina od 10 centimetara, otprilike polovina se apsorbuje usled vibracija molekula vode. ukupna energija, au 3-centimetarskom - već 98%. Budući da se tijelo sastoji od više od polovine vode, značaj ove činjenice za djelovanje mikrovalova je jasan, posebno za tkiva sa visokim sadržajem vode (krv, limfa, mišići, nervni sistem).

Mikrovalne pećnice imaju i termalne i ekstratermalne efekte. Prvi put je njihov ekstratermalni efekat na ljude ustanovio S. Ya. Turlygin, koji je uočio pojavu pospanosti nakon izlaganja centimetarskim talasima vrlo niskog intenziteta. To je kasnije potvrđeno brojnim zapažanjima. Kada se osoba sistematski izlaže mikrotalasima velike snage na licu, uočava se zamućenje sočiva, funkcionalne promene na nervnom sistemu, poremećaj rada vizuelnih i olfaktornih analizatora i dr., što je dovelo do potrebe da se u industriji etabliraju. maksimalno dozvoljene doze izlaganja ljudi tokom radnog vremena - ne više od 0,01 mW/cm2.

Općenito djelovanje intenzivnog mikrovalnog polja na životinje pri PFM (gustoće fluksa snage) od 0,2-0,3 W/cm21 uzrokuje promjene u disanju, otkucaju srca i krvnom tlaku, dok su lokalni efekti pod istim uvjetima praćeni brzo prolaznim promjenama u hemodinamike i disanja, očito refleksnog porijekla. Regulatorni značaj nervnog sistema kada je izložen mikrotalasnom polju pojavljuje se kada se vagusni nervi presecaju kod životinja; istovremeno se bilježi manji porast disanja, ali teži hemodinamski poremećaj kao rezultat isključivanja regulatornog utjecaja vagusnog živca.

Kod žabe, mikrotalasno polje od 0,3 W/cm2 uzrokuje promjene u srčanoj aktivnosti slične dvofaznom efektu električno polje UHF. U prvoj fazi, ponekad kratkotrajno, dolazi do povećanja srčanog ritma i intenziviranja, nakon čega slijedi usporavanje i prestanak srčane aktivnosti u dijastoli. Nakon prestanka izlaganja, kontrakcije se obnavljaju; Ponekad se zapažaju aritmije. Ovi efekti se smatraju termalnim zbog visokog PMT mikrotalasnog polja korištenog u eksperimentima.

Veliki fiziološki značaj koristi mikrovalno polje niskog intenziteta (PPM 0,05 W/cm2, trajanje 30 minuta), kada psi obično dožive blagi porast otkucaja srca i nestanak respiratorne aritmije; kod nekih životinja se javlja usporavanje ritma. Prema elektrokardiografiji, uz produženo ponovljeno izlaganje mikrovalnom polju može se suditi o aktiviranju kompenzacijskih mehanizama i razvoju adaptacije, koja se kod pasa može poremetiti jačim izlaganjem. Utvrđene promjene ukazuju na razvoj privremenih distrofičnih procesa u miokardu i smatraju se refleksnim; unutar prvog sata nakon izlaganja, ove promjene nestaju. Kod pasa s umjetno induciranim infarktom miokarda, korištenje mikrovalnog polja uzrokuje povećanje otkucaja srca, smanjenje svih elektrokardiogramskih valova u svakoj elektrodi, a S-T interval se još više diže iznad izoelektrične linije. Mikrovalno polje pogoršava funkcije bolesnog srca.

Prilikom normalizacije pokazatelja srčane funkcije nakon eksperimentalnog infarkta miokarda, korištenje mikrovalnog polja niskog intenziteta uzrokuje fazne promjene srčane aktivnosti kod životinja, što se može smatrati distrofičnim. Ove promjene se posmatraju kao ukupni uticaj, a lokalno na području glave. Opterećenje mišića u kombinaciji sa slabim mikrovalnim poljem dovodi do trajnijih promjena.

Na osnovu elektrokardiografskih podataka možemo zaključiti da se pod uticajem mikrotalasnog polja biohemijski procesi u tkivima srca, čija težina zavisi od intenziteta izlaganja mikrotalasima.

Određivanje elektrolitskog sastava periferna krvživotinje koje koriste elektroforezu nakon izlaganja intenzivnom mikrovalnom polju (PPM 0,1-0,2 W/cm2) ukazuje na fazne promjene sadržaja kalija i natrijuma. U početku se odnos K/Na u plazmi povećava, a zatim smanjuje. Kada se uporede sa elektrokardiografskim podacima, jasno je da se nakon izlaganja visokom sadržaju kalijuma u krvi pojavljuju šiljasti visoki T talasi u svim odvodima, a kod niskog sadržaja kalijuma javljaju se niski, spljošteni. Na osnovu promjene omjera kalija i natrijuma u krvi može se pretpostaviti da pod utjecajem mikrovalova dolazi do promjene permeabilnosti ćelijskih membrana na intra- i ekstracelularne katione.

Biohemijske studije su od velikog interesa za mehanizam djelovanja mikrovalnog polja na tijelo. Proučavanje redoks procesa u tkivima (jetra, bubrezi, srčani mišić) određivanjem aktivnosti enzima u njima (citokrom oksidaza, dehidraza i adenozin trifosfataza) otkriva djelovanje mikrovalnog polja na organizam. Upotreba intenzivnog mikrotalasnog polja (PPM 0,1-0,3 W/cm2) dovodi do nagli pad redoks procesi u tkivima kunića; u ovom slučaju se manifestuje toplotni efekat mikrotalasnog polja. Slabo mikrotalasno polje (PPM 0,005-0,01 W/cm2) izaziva primetno povećanje redoks procesa u tkivima. Ponovljeno izlaganje zečeva mikrovalnom polju dovodi do manjih pomaka u redoks procesima u odnosu na jednokratno izlaganje. To se može objasniti činjenicom da ponovljeno izlaganje stimulira kompenzacijske i adaptivne mehanizme i uzrokuje manje pomake u redoks procesima u životinjskim tkivima. Uticaj kompenzacijskih mehanizama bio je izraženiji u centralnom nervnom sistemu nego u srcu.

Proučavanje metabolizma proteina kod životinja i pod lokalnom i općom izloženošću mikrovalnim poljima otkrilo je neke karakteristike. Izloženost području srca dnevno tokom 10 dana (PPM 0,02 W/cm2 sa površinom emitera od 10 cm2) nije izazvala značajnije promene u metabolizmu proteina srčanog mišića, ali uz intenzivniju ekspoziciju (PPM 0,1 W/ cm2) povećanje sadržaja proteina sa aktivnošću fosforilaze uz istovremeno smanjenje frakcije miogena.

U srčanom mišiću životinja uočene su značajne promjene u sadržaju pojedinih frakcija proteina, koje su ovisile o intenzitetu izlaganja.

Reakcija precipitacije u Uchterlon agaru korišćena je za proučavanje antigenskog sastava krvnog seruma životinja izloženih opštoj izloženosti mikrotalasima u obliku kursa od 20 procedura po 10 minuta dnevno (PPM 0,006 i 0,04 W/cm2). Krvni serum je ispitan 24-25 dana nakon posljednje ekspozicije. To je pokazala reakcija taloženja u agaru opšta akcija mikrovalne pećnice (PPM 0,006 W/cm2) ne dovode do promjena u antigenskom sastavu seruma životinjske krvi. Antiserum na serum eksperimentalnih životinja jednako je reagirao sa serumom eksperimentalnih i zdravih životinja.

U imunološkim studijama krvnog seruma životinja izloženih općoj mikrovalnoj ekspoziciji sa PPM od 0,04 W/cm2, u reakciji precipitacije u agaru nađen je manji broj taložnih linija, što ukazuje na pojednostavljenje antigenskog sastava krvnog seruma. i jačanje imunog sistema. Serumi u odnosu na serum zdravih životinja različito su reagirali sa serumom zdravih i eksperimentalnih životinja; istovremeno su serumi protiv eksperimentalnog seruma na isti način reagirali sa serumom zdravih i pokusnih životinja. Čini se da nalazi pokazuju da serum zdravih životinja sadrži antigene koji nisu prisutni u serumu životinja izloženih mikrovalnoj pećnici.

Pojednostavljenje antigenskog sastava krvnog seruma kada se izloži termalnim dozama mikrovalova ukazuje na duboki pomak u tjelesnom metabolizmu. Pod utjecajem netermalnih doza mikrovalova nije uočena takva pojava.

Proučavanje više nervne aktivnosti pasa metodom uslovljeni refleksi pokazuje da izlaganje mikrovalnom polju uzrokuje značajne promjene koje zavise od gustine toka snage, trajanja izlaganja i tipološke karakteristikeživotinja. Promjene u funkcionalnom stanju korteksa moždane hemisfere mozak kod pasa uočen je čak i nakon jednokratnog izlaganja slabom mikrovalnom polju (PPM 0,005-0,01 W/cm2). Budući da ova snaga polja nije izazvala povećanje tjelesne temperature, uočeni efekat nije bio povezan s pregrijavanjem. Slabo mikrotalasno polje pojačavalo je proces ekscitacije, a jako, u kojem su uočeni nedostatak daha i pregrijavanje, dovelo je do razvoja inhibicije u centralnom nervnom sistemu.

Jačanje uvjetnih i bezuvjetnih refleksa ukazuje na to da mikrovalno polje djeluje i na moždanu koru i na subkortikalne formacije. Uz produženo izlaganje slabom mikrovalnom polju, uočavaju se fazne promjene u višoj nervnoj aktivnosti: prvo povećanje procesa ekscitacije, a zatim njegovo slabljenje na početni nivo uz povećanu inhibiciju.

Proučavanje elektroencefalografskih parametara kod životinja pod općom izloženošću otkrilo je vezu između prirode bioloških električna aktivnost mozga i intenziteta izlaganja mikrotalasnom polju. Intenzivna i dugotrajna izloženost izazvalo je promjene u osnovnim ritmovima električne aktivnosti, kao i amplitude. Prilikom izlaganja na glavi životinje, ove promjene su se javljale pod slabim utjecajima mikrovalnog polja.

Trenutno naučnici pokušavaju da leče mikrotalasnim talasima maligne formacije, što bi konačno moglo omogućiti stvaranje jedinstvenog tretmana za rak dojke. Međutim, sve je još u fazi eksperimenata na životinjama.

>Mikrovalne pećnice

Istražite moć i uticaj mikrovalne pećnice. Pročitajte o rasponima mikrovalnih pećnica, učestalosti i dužini zračenja, šta su mikrovalni izvori i kako pećnica radi.

Mikrovalna– elektromagnetni talasi dužine 1 m – 1 mm).

Cilj učenja

Razumjeti tri mikrovalna opsega.

Glavne tačke

Područje mikrovalne pećnice preklapaju valovi najviše frekvencije.
Prefiks "mikro" u mikrotalasnoj pećnici ne označava talasnu dužinu.
Mikrovalne pećnice su podijeljene u tri opsega: ekstremno visoke frekvencije (30-300 GHz), ultra visoke frekvencije (3-30 GHz) i ultra visoke frekvencije (300 MHz-3 GHz).
Lista izvora uključuje vještačke sprave kao što su predajni tornjevi, radari, maseri, kao i prirodni - Sunčevo i kosmičko mikrotalasno pozadinsko zračenje.
Mikrotalasi se mogu proizvesti od atoma i molekula. Oni apsorbuju i emituju zrake ako temperatura poraste iznad apsolutne nule.

Uslovi

Radar - metoda traženja udaljenih objekata i označavanja njihovog položaja, brzine i drugih karakteristika kroz analizu poslanih radio talasa reflektovanih od površine.
Toplotno uzbuđenje je toplotno kretanje atoma i molekula ako je temperatura u objektu iznad apsolutne nule.
Teraherc zračenje su elektromagnetski talasi čije se frekvencije približavaju terahercu.

Mikrovalna

Mikrotalasi su elektromagnetni talasi čija talasna dužina postoji u opsegu od 1m - 1mm (300 MHz - 300 GHz). Područje mikrovalne pećnice obično se preklapa s valovima najviše frekvencije. Oni su u stanju da se kreću u uslovima vakuuma brzinom svetlosti.

Prefiks "mikro" u "mikrotalasnoj" ne označava talasnu dužinu u mikrometarskom opsegu. To samo znači da se mikrotalasi čine malim jer imaju kraće talasne dužine u poređenju sa radio emisijama. Podjela između različitih vrsta zraka najčešće je proizvoljna.

Ovdje su glavne kategorije elektromagnetnih talasa. Linije razdvajanja se na nekim mjestima razlikuju, a druge kategorije se mogu preklapati. Mikrovalne pećnice zauzimaju visokofrekventni dio radio dijela elektromagnetnog spektra

Podkategorije mikrovalnih pećnica

Mikrovalne pećnice su podijeljene u tri raspona:

izuzetno visoke frekvencije (30-300 Hz). Ako su indikatori viši, onda smo suočeni sa dalekom IR svjetlošću, koja se naziva i teraherc zračenje. Ovaj opseg se najčešće koristi u radioastronomiji i daljinskom senzoru.
ultra visoke frekvencije (3-30 GHz). Naziva se centimetarski pojas jer frekvencija varira između 10-1 cm.Opseg je primjenjiv na radarske predajnike, mikrovalne pećnice, komunikacijske satelite i kratke zemaljske kanale za prijenos podataka.
Ultravisoka frekvencija (300 MHz - 3 GHz) je decimetarski opseg, jer se talasna dužina kreće od 10 cm do 1 m. Prisutni su u televizijskom emitovanju, bežičnim telefonskim komunikacijama, voki-tokijima, satelitima itd.

Mikrotalasni izvori

To su visokofrekventni elektromagnetski valovi stvoreni strujama u makroskopskim krugovima i uređajima. Mogu se dobiti i iz atoma i molekula ako djeluju kao dio elektromagnetnih zraka nastalih tijekom termičkog miješanja.

Važno je to zapamtiti više informacija prenose na visokim frekvencijama, što mikrovalne pećnice čini idealnim za komunikacijske uređaje. Zbog kratkih talasnih dužina, između predajnika i prijemnika mora biti uspostavljena jasna linija vidljivosti.

Sunce takođe proizvodi mikrotalasne zrake, iako ih većina blokira planetarna atmosfera. CMB zračenje prožima sav prostor. Njegovo otkriće potvrđuje teoriju Velikog praska.

CMB zračenje iz Velikog praska sa povećanom ekspanzijom

Uređaji sa mikrotalasima

Mikrotalasni izvori velike snage koriste posebne vakuumske cijevi za stvaranje mikrovalnih pećnica. Uređaji rade prema razni principi koristeći balističko kretanje elektrona u uslovima vakuuma. Na njih utiču električna ili magnetna polja.

Magnetronska šupljina koja se koristi u mikrotalasnoj pećnici

Mikrovalne pećnice koriste mikrovalne pećnice za zagrijavanje hrane. Potrebne frekvencije od 2,45 GHz nastaju zahvaljujući ubrzanju elektrona. Nakon čega se u pećnici formira naizmjenično električno polje.

Voda i neke komponente hrane imaju negativan naboj na jednom kraju i pozitivan na drugom. Raspon mikrovalnih frekvencija je odabran na način da polarni molekuli, u pokušaju da očuvaju svoje pozicije, apsorbiraju energiju i povećavaju temperaturne indikatore (dielektrično zagrijavanje).

Radar je tokom Drugog svetskog rata koristio mikrotalasne pećnice. Pronalaženje i sinhronizacija mikrovalnih odjeka može izračunati udaljenost do objekata kao što su oblaci ili avioni. Doplerov pomak u radarskom ehu može ukazati na brzinu vozila ili čak na intenzitet kišne oluje. Složeniji sistemi prikazuju naše i druge planete. Mazer je uređaj sličan laseru koji povećava svjetlosnu energiju stimulirajući fotone.

Sadržaj članka

ULTRA VISOKI FREKVENCIJSKI OPAS, frekventni opseg elektromagnetnog zračenja (100-300.000 miliona herca), koji se nalazi u spektru između ultra-visokih televizijskih frekvencija i frekvencija dalekog infracrvenog područja. Ovaj opseg frekvencija odgovara talasnim dužinama od 30 cm do 1 mm; stoga se naziva i decimetarski i centimetarski talasni opseg. U zemljama engleskog govornog područja to se zove mikrotalasni opseg; To znači da su talasne dužine veoma male u poređenju sa talasnim dužinama konvencionalnog radio emitovanja, koje su reda veličine nekoliko stotina metara.

Pošto je mikrotalasno zračenje srednje talasne dužine između svetlosnog zračenja i običnih radio talasa, ono ima neka svojstva i svetlosti i radio talasa. Na primjer, poput svjetlosti, putuje pravolinijski i blokiraju ga gotovo svi čvrsti objekti. Slično kao i svjetlost, ona je fokusirana, širi se kao snop i reflektira se. Mnoge radarske antene i drugi mikrovalni uređaji su uvećane verzije optički elementi kao što su ogledala i sočiva.

U isto vrijeme, mikrovalno zračenje je slično radio zračenju po tome što se generiše sličnim metodama. Klasična teorija radio talasa se odnosi na mikrotalasno zračenje i može se koristiti kao sredstvo komunikacije zasnovano na istim principima. Ali zahvaljujući višim frekvencijama, pruža veće mogućnosti za prenošenje informacija, što komunikaciju čini efikasnijom. Na primjer, jedan mikrovalni snop može istovremeno prenijeti nekoliko stotina telefonskih razgovora. Sličnost mikrotalasnog zračenja i svetlosti i povećana gustoća informacija koje ona nosi pokazali su se kao veoma korisni za radar i druga polja tehnologije.

PRIMJENA MIKROTALASNOG ZRAČENJA

Radar.

Talasi u opsegu decimetar-centimetar ostali su predmet čisto naučne radoznalosti sve do izbijanja Drugog svjetskog rata, kada je postojala hitna potreba za novim i efikasnim elektronskim sredstvom za rano otkrivanje. Tek tada su počela intenzivna istraživanja mikrotalasnog radara, iako je njegova fundamentalna mogućnost demonstrirana još 1923. godine u američkoj mornaričkoj istraživačkoj laboratoriji. Suština radara je da se kratki, intenzivni impulsi mikrovalnog zračenja emituju u svemir, a zatim se dio tog zračenja bilježi, vraćajući se sa željenog udaljenog objekta - morskog plovila ili zrakoplova.

Veza.

Mikrotalasni radio talasi se široko koriste u komunikacijskoj tehnologiji. Pored raznih vojnih radio sistema, u svim zemljama svijeta postoje brojne komercijalne mikrovalne komunikacione linije. Pošto takvi radio talasi ne prate zakrivljenost zemljine površine, i prostiru se u pravoj liniji, ove komunikacijske veze se obično sastoje od relejnih stanica instaliranih na vrhovima brda ili radio tornjevima u intervalima od pribl. 50 km. Parabolične ili rog antene postavljene na tornjeve primaju i emituju mikrotalasne signale. Na svakoj stanici, signal se pojačava elektronskim pojačalom prije reemitovanja. Pošto mikrotalasno zračenje omogućava visoko ciljani prijem i prenos, prenos ne zahteva velike količine električne energije.

Iako se sistem stubova, antena, prijemnika i predajnika može činiti veoma skupim, na kraju se sve to više nego isplati zahvaljujući velikom informacionom kapacitetu mikrotalasnih komunikacionih kanala. Gradovi širom Sjedinjenih Država povezani su složenom mrežom od više od 4.000 mikrovalnih relejnih veza, formirajući komunikacijski sistem koji se proteže od jedne do druge obale oceana. Kanali ove mreže su sposobni da istovremeno emituju hiljade telefonskih razgovora i brojne televizijske programe.

Komunikacioni sateliti.

Sistem radio-relejnih stubova neophodnih za prenos mikrotalasnog zračenja na velike udaljenosti, naravno, može se izgraditi samo na kopnu. Za interkontinentalnu komunikaciju potrebna je drugačija relejna metoda. Tu u pomoć priskaču glasnici umjetni sateliti Zemlja; lansirane u geostacionarnu orbitu, mogu obavljati funkcije mikrovalnih komunikacionih relejnih stanica.

Elektronski uređaj nazvan aktivni-relejni satelit prima, pojačava i prenosi mikrovalne signale koje prenose zemaljske stanice. Prvi eksperimentalni sateliti ovog tipa (Telstar, Relay i Syncom) uspješno su prenosili televizijske prijenose s jednog kontinenta na drugi početkom 1960-ih. Na osnovu ovog iskustva razvijeni su komercijalni interkontinentalni i domaći komunikacijski sateliti. Intelsat-ovi najnoviji interkontinentalni sateliti lansirani su na različite lokacije u geostacionarnoj orbiti na takav način da se njihova područja pokrivenosti preklapaju kako bi pružila uslugu pretplatnicima širom svijeta. Svaki Intelsat satelit najnovije modifikacije korisnicima pruža hiljade visokokvalitetnih komunikacijskih kanala za istovremeni prijenos telefonskih, televizijskih, faks signala i digitalnih podataka.

Toplinska obrada prehrambenih proizvoda.

Mikrovalno zračenje se koristi za termičku obradu prehrambeni proizvodi kod kuće iu prehrambenoj industriji. Energija koju stvaraju vakuumske cijevi velike snage može se koncentrirati u malu zapreminu za visokoefikasnu termičku obradu proizvoda u tzv. mikrovalne ili mikrovalne pećnice, koje karakteriziraju čistoća, bešumnost i kompaktnost. Takvi uređaji se koriste u kuhinjama za avione, željezničkim vagonima-restoranima i automatima, gdje je potrebna brza priprema i kuhanje hrane. Industrija takođe proizvodi mikrotalasne pećnice za kućnu upotrebu.

Naučno istraživanje.

Mikrovalna radijacija je igrala ulogu važnu ulogu u istraživanju elektronskih svojstava čvrste materije. Kada se takvo tijelo nađe u magnetskom polju, slobodni elektroni u njemu počinju rotirati oko linija magnetskog polja u ravni okomitoj na smjer magnetsko polje. Frekvencija rotacije, nazvana ciklotronska frekvencija, direktno je proporcionalna jačini magnetnog polja i obrnuto proporcionalna efektivnoj masi elektrona. (Efektivna masa određuje ubrzanje elektrona pod uticajem neke sile u kristalu. Razlikuje se od mase slobodnog elektrona, koja određuje ubrzanje elektrona pod uticajem neke sile u vakuumu. Razlika je zbog prisustva privlačnih i odbojnih sila koje djeluju na elektron u kristalu koji okružuje atome i druge elektrone.) Ako mikrovalno zračenje pada na čvrsto tijelo smješteno u magnetskom polju, tada se ovo zračenje jako apsorbira kada je njegova frekvencija jednaka ciklotronska frekvencija elektrona. Ovaj fenomen zove se ciklotronska rezonanca; omogućava da se izmeri efektivna masa elektrona. Takva mjerenja su pružila mnogo vrijednih informacija o elektronskim svojstvima poluprovodnika, metala i metaloida.

Mikrovalno zračenje takođe igra važnu ulogu u svemirskim istraživanjima. Astronomi su naučili mnogo o našoj galaksiji proučavajući talasnu dužinu od 21 cm koju emituje vodonik u međuzvjezdanom prostoru. Sada je moguće izmjeriti brzinu i smjer kretanja krakova galaksije, kao i lokaciju i gustinu područja vodoničnog plina u svemiru.

IZVORI MIKROTALASNOG ZRAČENJA

Brzi napredak u oblasti mikrotalasne tehnologije u velikoj je meri povezan sa pronalaskom posebnih vakuumskih uređaja - magnetrona i klistrona, sposobnih da generišu velike količine Mikrotalasna energija. Generator baziran na konvencionalnoj vakuum triodi, korišten na niske frekvencije, u mikrotalasnom opsegu ispada da je vrlo neefikasan.

Dva glavna nedostatka triode kao mikrovalnog generatora su konačno vrijeme leta elektrona i međuelektrodni kapacitet. Prvi je zbog činjenice da je elektronu potrebno neko (iako kratko) vrijeme da preleti između elektroda vakuumske cijevi. Za to vreme mikrotalasno polje uspeva da promeni svoj smer u suprotnom smeru, tako da je elektron primoran da se okrene nazad pre nego što stigne do druge elektrode. Kao rezultat toga, elektroni osciliraju unutar lampe bez ikakve koristi, a da ne predaju svoju energiju oscilatornom kolu vanjskog kola.

Magnetron.

Magnetron, izumljen u Velikoj Britaniji prije Drugog svjetskog rata, nema ovih nedostataka, jer se temelji na potpuno drugačijem pristupu stvaranju mikrovalnog zračenja - principu volumetrijskog rezonatora. Baš kao cijev za orgulje date veličine Postoje vlastite akustične rezonantne frekvencije, a volumetrijski rezonator ima svoje elektromagnetne rezonancije. Zidovi rezonatora djeluju kao induktivnost, a prostor između njih djeluje kao kapacitivnost određenog rezonantnog kola. Dakle, rezonator šupljine je sličan paralelnom rezonantnom krugu niskofrekventnog oscilatora s odvojenim kondenzatorom i induktorom. Dimenzije rezonatora šupljine se biraju, naravno, tako da željena rezonantna ultravisoka frekvencija odgovara datoj kombinaciji kapacitivnosti i induktivnosti.

Magnetron (slika 1) ima nekoliko volumetrijskih rezonatora lociranih simetrično oko katode koja se nalazi u centru. Uređaj se postavlja između polova jakog magneta. U ovom slučaju, elektroni koje emituje katoda prisiljeni su da se kreću duž kružnih putanja pod utjecajem magnetskog polja. Brzina im je takva da su striktno određeno vrijeme sijeku otvorene žljebove rezonatora na periferiji. Istovremeno, odaju svoju kinetičku energiju, uzbudljive vibracije u rezonatorima. Elektroni se zatim vraćaju na katodu i proces se ponavlja. Zahvaljujući ovom uređaju, vrijeme leta i međuelektrodni kapaciteti ne ometaju stvaranje mikrovalne energije.

Magnetroni se mogu napraviti velika veličina, a zatim daju snažne impulse mikrotalasne energije. Ali magnetron ima svoje nedostatke. Na primjer, rezonatori za vrlo visoke frekvencije postaju toliko mali da ih je teško proizvesti, a sam takav magnetron, zbog svoje male veličine, ne može biti dovoljno snažan. Osim toga, magnetron zahtijeva težak magnet, a potrebna masa magneta raste sa povećanjem snage uređaja. Stoga snažni magnetroni nisu prikladni za instalacije u avionu.

Klystron.

Ovaj električni vakuum uređaj, zasnovan na malo drugačijem principu, ne zahtijeva vanjsko magnetsko polje. U klistronu (slika 2), elektroni se kreću pravolinijski od katode do reflektirajuće ploče, a zatim nazad. Pri tome prelaze otvoreni otvor rezonatora šupljine u obliku krafne. Kontrolna mreža i rezonatorske mreže grupišu elektrone u odvojene "grupe" tako da elektroni prelaze rezonatorski jaz samo u određenim trenucima. Praznine između snopova se usklađuju sa rezonantnom frekvencijom rezonatora na način da se kinetička energija elektrona prenosi na rezonator, zbog čega se u njemu uspostavljaju snažne elektromagnetne oscilacije. Ovaj proces se može uporediti sa ritmičkim ljuljanjem prvobitno nepokretnog zamaha.

Prvi klistroni su bili uređaji prilično male snage, ali su kasnije srušili sve rekorde magnetrona kao mikrovalnih generatora velike snage. Stvoreni su Klystroni koji isporučuju do 10 miliona vati snage po impulsu i do 100 hiljada vati u kontinuiranom režimu. Klystronski sistem istraživačkog linearnog akceleratora čestica proizvodi 50 miliona vati mikrotalasne snage po impulsu.

Klistroni mogu raditi na frekvencijama do 120 milijardi herca; međutim, njihova izlazna snaga u pravilu ne prelazi jedan vat. Razvijaju se opcije dizajna za klistron dizajniran za velike izlazne snage u milimetarskom opsegu.

Klistroni mogu poslužiti i kao pojačala za mikrotalasne signale. Za ovo vam je potrebno ulazni signal naneti na rešetke rezonatora šupljine, a zatim će se gustina elektronskih snopova promeniti u skladu sa ovim signalom.

Lampa putujućih talasa (TWT).

Drugi elektrovakumski uređaj za generiranje i pojačavanje elektromagnetnih valova u mikrovalnom opsegu je lampa putujućih valova. Sastoji se od tanke evakuirane cijevi umetnute u magnetsku zavojnicu za fokusiranje. Unutar cijevi se nalazi zavojnica za usporavanje. Elektronski snop prolazi duž ose spirale, a talas pojačanog signala teče duž same spirale. Promjer, dužina i korak spirale, kao i brzina elektrona, odabrani su na način da elektroni predaju dio svoje kinetičke energije putujućem valu.

Radio talasi putuju brzinom svetlosti, dok je brzina elektrona u snopu mnogo sporija. Međutim, budući da je mikrovalni signal prisiljen da putuje spiralno, njegova brzina duž ose cijevi je bliska brzini snopa elektrona. Zbog toga putujući val dugo djeluje s elektronima i pojačava se, apsorbirajući njihovu energiju.

Ako se na lampu ne primeni nikakav spoljni signal, onda se nasumični električni šum na određenoj rezonantnoj frekvenciji pojačava i TWT putujućeg talasa radi kao mikrotalasni generator, a ne kao pojačalo.

Izlazna snaga TWT-a je znatno manja od snage magnetrona i klistrona na istoj frekvenciji. Međutim, TWT-ovi se mogu podesiti preko neobično širokog frekventnog opsega i mogu poslužiti kao vrlo osjetljiva pojačala niske razine šuma. Ova kombinacija svojstava čini TWT veoma vrednim uređajem u mikrotalasnoj tehnologiji.

Ravne vakuumske triode.

Iako se klistroni i magnetroni preferiraju kao mikrovalni oscilatori, poboljšanja su donekle vratila važnu ulogu vakuumskih trioda, posebno kao pojačala na frekvencijama do 3 milijarde herca.

Poteškoće povezane s vremenom leta eliminiraju se zbog vrlo malih udaljenosti između elektroda. Neželjeni međuelektrodni kapacitet je minimiziran jer su elektrode mrežaste i sve vanjske veze su napravljene na velikim prstenovima smještenim izvan lampe. Kao što je uobičajeno u mikrovalnoj tehnologiji, koristi se volumetrijski rezonator. Rezonator čvrsto zatvara lampu, a prstenasti konektori obezbjeđuju kontakt duž cijelog obima rezonatora.

Gunn diodni generator.

Takav poluprovodnički mikrotalasni generator predložio je 1963. J. Gunn, zaposlenik Watson istraživačkog centra IBM Corporation. Trenutno takvi uređaji pružaju snagu od samo reda miliwata na frekvencijama ne većim od 24 milijarde herca. Ali unutar ovih granica ima nesumnjive prednosti u odnosu na klistrone male snage.

Budući da je Gunn dioda monokristal galij arsenida, u principu je stabilniji i izdržljiviji od klistrona, koji mora imati zagrijanu katodu da bi stvorio tok elektrona i zahtijeva visok vakuum. Osim toga, Gunn dioda radi na relativno niskom naponu napajanja, dok napajanje klistrona zahtijeva glomazna i skupa napajanja s naponima u rasponu od 1000 do 5000 V.

KOMPONENTE KOLA

Koaksijalni kablovi i talasovodi.

Da biste prenijeli elektromagnetne valove u mikrovalnom opsegu ne kroz eter, već kroz metalne provodnike, trebate posebne metode i posebno oblikovane provodnike. Konvencionalne žice koje prenose električnu energiju, pogodne za prenos niskofrekventnih radio signala, neefikasne su na ultra visokim frekvencijama.

Svaki komad žice ima kapacitet i induktivnost. Ovi tzv distribuirani parametri postaju veoma važni u mikrotalasnoj tehnologiji. Kombinacija kapacitivnosti provodnika s vlastitom induktivnošću na ultra visokim frekvencijama igra ulogu rezonantnog kola, gotovo potpuno blokirajući prijenos. Budući da je nemoguće eliminirati utjecaj distribuiranih parametara u žičanim dalekovodima, moramo se okrenuti drugim principima za prijenos mikrovalnih valova. Ovi principi su oličeni u koaksijalnim kablovima i talasovodima.

Koaksijalni kabl se sastoji od unutrašnjeg provodnika i cilindričnog spoljašnjeg provodnika koji ga okružuje. Razmak između njih je ispunjen plastičnim dielektrikom, kao što je teflon ili polietilen. Na prvi pogled ovo može izgledati slično paru običnih žica, ali na ultravisokim frekvencijama njihova je funkcija drugačija. Mikrovalni signal uveden sa jednog kraja kabla zapravo se ne širi kroz metal provodnika, već kroz prazninu između njih ispunjenu izolacionim materijalom.

Koaksijalni kablovi su dobri u prenošenju mikrotalasnih signala do nekoliko milijardi herca, ali na višim frekvencijama njihova efikasnost opada i nisu pogodni za prenos velikih snaga.

Konvencionalni kanali za prenos mikrotalasnih talasa su u obliku talasovoda. Talovod je pažljivo obrađena metalna cijev pravokutnog ili kružnog poprečnog presjeka unutar koje se širi mikrovalni signal. Jednostavno rečeno, talasovod usmjerava val, uzrokujući da se s vremena na vrijeme odbija od zidova. Ali u stvari, širenje vala duž talasovoda je širenje oscilacija električnog i magnetskog polja vala, kao u slobodnom prostoru. Takvo širenje u talasovodu moguće je samo ako su njegove dimenzije u određenom odnosu sa frekvencijom emitovanog signala. Zbog toga je talasovod precizno proračunat, precizno obrađen i namenjen samo za uski frekventni opseg. Slabo ili nikako ne prenosi druge frekvencije. Tipična distribucija električnih i magnetnih polja unutar talasovoda prikazana je na Sl. 3.

Što je frekvencija talasa veća, to su manje dimenzije odgovarajućeg pravougaonog talasovoda; na kraju se ispostavi da su te dimenzije toliko male da se njegova izrada pretjerano komplikuje i smanjuje se maksimalna snaga koju prenosi. Stoga je započeo razvoj kružnih valovoda (kružnog poprečnog presjeka), koji mogu imati dovoljno velike veličinečak i na visokim frekvencijama u mikrotalasnom opsegu. Upotreba kružnog talasovoda je otežana nekim poteškoćama. Na primjer, takav valovod mora biti ravan, inače je njegova efikasnost smanjena. Pravokutni valovovodi se lako savijaju, mogu im se dati željeni krivolinijski oblik, a to ni na koji način ne utiče na širenje signala. Radarske i druge mikrotalasne instalacije obično izgledaju kao zamršeni labirinti talasovoda koji povezuju različite komponente i prenose signal od jednog uređaja do drugog unutar sistema.

Komponente čvrstog stanja.

Komponente čvrstog stanja, kao što su poluprovodnici i ferit, igraju važnu ulogu u mikrotalasnoj tehnologiji. Tako se germanijumske i silicijumske diode koriste za detekciju, prebacivanje, ispravljanje, pretvaranje frekvencije i pojačavanje mikrotalasnih signala.

Za pojačanje se također koriste posebne diode - varikapi (sa kontroliranim kapacitetom) - u krugu koji se zove parametarsko pojačalo. Široko rasprostranjena pojačala ove vrste koriste se za pojačavanje ekstremno malih signala, budući da ne unose gotovo nikakav vlastiti šum ili izobličenje.

Pojačalo za mikrovalnu pećnicu u čvrstom stanju s nizak nivo buka je takođe rubin maser. Takav maser, čiji se rad zasniva na kvantnim mehaničkim principima, pojačava mikrovalni signal zbog prijelaza između nivoa unutrašnja energija atoma u kristalu rubina. Rubin (ili drugi odgovarajući maser materijal) je uronjen u tečni helijum tako da pojačalo radi na ekstremno niskim temperaturama (samo nekoliko stepeni iznad apsolutne nule). Stoga je nivo termičke buke u krugu vrlo nizak, što maser čini pogodnim za radio astronomiju, ultra-osjetljive radare i druga mjerenja gdje je potrebno detektirati i pojačati ekstremno slabe mikrovalne signale.

Feritni materijali kao što su magnezijum željezni oksid i itrijum željezni granat se široko koriste za proizvodnju mikrovalnih prekidača, filtera i cirkulatora. Feritni uređaji su kontrolirani magnetnim poljima, a slabo magnetsko polje je dovoljno da kontrolira protok snažnog mikrovalnog signala. Feritni prekidači imaju prednost u odnosu na mehaničke što nemaju pokretne dijelove koji su podložni habanju, a prebacivanje je vrlo brzo. Na sl. Slika 4 prikazuje tipičan feritni uređaj - cirkulator. Djelujući poput kružnog toka, cirkulator osigurava da signal putuje samo duž određenih staza povezujući različite komponente. Cirkulatori i drugi feritni prekidači se koriste kada se više komponenti mikrotalasnog sistema povezuje na istu antenu. Na sl. 4, cirkulator ne dozvoljava da preneseni signal prođe do prijemnika, a primljeni signal do predajnika.

Tunelska dioda, relativno nov poluprovodnički uređaj koji radi na frekvencijama do 10 milijardi herca, također se koristi u mikrovalnoj tehnologiji. Koristi se u oscilatorima, pojačalima, frekventnim pretvaračima i prekidačima. Njegova radna snaga je mala, ali je to prvi poluprovodnički uređaj koji može efikasno raditi na tako visokim frekvencijama.

Antene.

Mikrovalne antene su veoma raznovrsne neobičnih oblika. Veličina antene je približno proporcionalna talasnoj dužini signala, pa su dizajni koji bi bili previše glomazni na nižim frekvencijama sasvim prihvatljivi za mikrotalasni opseg.

Dizajni mnogih antena uzimaju u obzir ona svojstva mikrovalnog zračenja koja ga približavaju svjetlu. Tipični primjeri uključuju rog antene, parabolične reflektore, metalna i dielektrična sočiva. Koriste se i spiralne i spiralne antene, često proizvedene u obliku štampanih kola.

Grupe proreznih talasovoda mogu se rasporediti tako da proizvedu željeni uzorak zračenja za izračenu energiju. Često se koriste i dipoli poput poznatih televizijskih antena postavljenih na krovovima. Takve antene često imaju identične elemente smještene u intervalima jednakim talasnoj dužini, što povećava usmjerenost zbog smetnji.

Mikrovalne antene su tipično dizajnirane da budu izuzetno usmjerene jer je u mnogim mikrotalasnim sistemima važno da se energija prenosi i prima u tačno definisanom pravcu. Usmjerenost antene raste s povećanjem njenog promjera. Ali možete smanjiti antenu uz zadržavanje njene usmjerenosti ako pređete na više radne frekvencije.

Mnoge "zrcalne" antene sa paraboličnim ili sferičnim metalnim reflektorom dizajnirane su posebno za primanje izuzetno slabih signala koji dolaze, na primjer, iz međuplanetarnih svemirskih letjelica ili iz udaljenih galaksija. U Arecibu (Portoriko) nalazi se jedan od najvećih radioteleskopa sa metalnim reflektorom u obliku sfernog segmenta, čiji je prečnik 300 m. Antena ima fiksnu (“meridijansku”) osnovu; njegov prijemni radio snop kreće se po nebu zbog rotacije Zemlje. Najveća (76 m) potpuno pokretna antena nalazi se u Jodrell Bank (UK).

Novo u oblasti antena - antena sa elektronskom kontrolom usmerenosti; takvu antenu nije potrebno mehanički rotirati. Sastoji se od brojnih elemenata - vibratora, koji se mogu elektronski povezati jedni s drugima na različite načine i na taj način osigurati osjetljivost "antenskog niza" u bilo kojem željenom smjeru.

Ultravisokofrekventno zračenje

Prezentacija za lekciju "Skala elektromagnetnih talasa"

nastavnici MAOU Liceja br. 14

Ermakova T.V.

Pošto je mikrotalasno zračenje srednje talasne dužine između svetlosnog zračenja i običnih radio talasa, ono ima neka svojstva svetlosti i radio talasa

Na primjer, on, poput svjetlosti, putuje pravolinijski i blokiran je gotovo svim čvrstim objektima. Slično kao i svjetlost, ona je fokusirana, širi se kao snop i reflektira se. Mnoge radarske antene i drugi mikrotalasni uređaji su uvećane verzije optičkih elemenata kao što su ogledala i sočiva.

Svojstva mikrotalasnog zračenja

U isto vrijeme, mikrovalno zračenje je slično radio zračenju po tome što se generiše sličnim metodama. Klasična teorija radio talasa se odnosi na mikrotalasno zračenje i može se koristiti kao sredstvo komunikacije zasnovano na istim principima. Ali zahvaljujući višim frekvencijama daje više

široke mogućnosti za prenošenje informacija, što omogućava povećanje efikasnosti komunikacije. Na primjer, jedan mikrovalni snop može istovremeno prenijeti nekoliko stotina telefonskih razgovora.

Svojstva mikrotalasnog zračenja

Generator baziran na konvencionalnoj vakuum triodi, koji se koristi na niskim frekvencijama, pokazao se vrlo neefikasnim u mikrovalnom rasponu. Dva glavna nedostatka triode kao mikrovalnog generatora su konačno vrijeme leta elektrona i međuelektrodni kapacitet. Prvi je zbog činjenice da je elektronu potrebno neko (iako kratko) vrijeme da preleti između elektroda vakuumske cijevi. Za to vreme mikrotalasno polje uspeva da promeni svoj smer u suprotnom smeru, tako da je elektron primoran da se okrene nazad pre nego što stigne do druge elektrode. Kao rezultat toga, elektroni osciliraju unutar lampe bez ikakve koristi, a da ne predaju svoju energiju oscilatornom kolu vanjskog kola.

IZVORI MIKROTALASNOG ZRAČENJA

Magnetron, izumljen u Velikoj Britaniji prije Drugog svjetskog rata, nema ove nedostatke, jer se temelji na potpuno drugačijem pristupu generiranju mikrovalnog zračenja - principu volumetrijskog rezonatora.

MAGNETRON je elektronska cijev s dvije elektrode koja stvara mikrovalno zračenje zbog kretanja elektrona pod utjecajem međusobno okomitih električnog i magnetskog polja. Koristi se kao generatorska lampa za radio i radarske predajnike u mikrotalasnom opsegu.

1 - katoda; 2 - strujni vodovi grijača; 3 - anodni blok; 4 - volumetrijski rezonatori; 5 - izlazna komunikacijska petlja; 6 - koaksijalni kabl.

Magnetron

Na osnovu malo drugačijeg principa, nije potrebno vanjsko magnetsko polje. U klistronu, elektroni se kreću pravolinijski od katode do reflektirajuće ploče i zatim natrag. Pri tome prelaze otvoreni otvor rezonatora šupljine u obliku krafne. Kontrolna mreža i rezonatorske mreže grupišu elektrone u zasebne "grupe" tako da elektroni prelaze rezonatorski jaz samo u određenim trenucima. Praznine između snopova se usklađuju sa rezonantnom frekvencijom rezonatora na način da se kinetička energija elektrona prenosi na rezonator, zbog čega se u njemu uspostavljaju snažne elektromagnetne oscilacije.

1 - katoda; 2 - rezonator; 3 - reflektirajuća ploča; 4 - rešetke rezonatora; 5 - izlazna komunikacijska petlja; 6 - kontrolna mreža.

Klystron

To je tanka evakuisana cijev umetnuta u magnetsku zavojnicu za fokusiranje. Unutar cijevi se nalazi zavojnica za usporavanje. Elektronski snop prolazi duž ose spirale, a talas pojačanog signala teče duž same spirale. Promjer, dužina i korak spirale, kao i brzina elektrona, odabrani su na način da elektroni predaju dio svoje kinetičke energije putujućem valu. Radio talasi putuju brzinom svetlosti, dok je brzina elektrona u snopu mnogo sporija. Međutim, budući da je mikrovalni signal prisiljen da putuje spiralno, njegova brzina duž ose cijevi je bliska brzini snopa elektrona.

Lampa putujućih talasa (TWT).

Iako se klistroni i magnetroni preferiraju kao mikrovalni oscilatori, poboljšanja su donekle vratila važnu ulogu vakuumskih trioda, posebno kao pojačala na frekvencijama do 3 milijarde herca.

Ravne vakuumske triode

Gunn dioda je monokristal galij arsenida; u principu je stabilniji i izdržljiviji od klistrona, koji mora imati zagrijanu katodu da bi stvorio tok elektrona i zahtijeva visok vakuum. Osim toga, Gunn dioda radi na relativno niskom naponu napajanja, dok napajanje klistrona zahtijeva glomazna i skupa napajanja s naponima u rasponu od 1000 do 5000 V.

Generator na Gunn diodi

Nakon Drugog svjetskog rata počela su intenzivna istraživanja mikrovalnog radara, iako je njegova fundamentalna mogućnost demonstrirana još 1923. godine u Laboratoriju za istraživanje mornarice SAD-a. Suština radara je da se kratki, intenzivni impulsi mikrovalnog zračenja emituju u svemir, a zatim se dio tog zračenja bilježi, vraćajući se sa željenog udaljenog objekta - morskog plovila ili zrakoplova.

PRIMJENA MIKROTALASNOG ZRAČENJA

Pored raznih vojnih radio sistema, u svim zemljama svijeta postoje brojne komercijalne mikrovalne komunikacione linije. Budući da takvi radio valovi ne prate zakrivljenost zemljine površine već putuju pravolinijski, ove komunikacijske veze se obično sastoje od relejnih stanica instaliranih na vrhovima brda ili radio tornjevima u intervalima od pribl. 50 km.

PRIMJENA MIKROTALASNOG ZRAČENJA

Ovdje u pomoć dolaze povezani umjetni zemaljski sateliti; lansirane u geostacionarnu orbitu, mogu obavljati funkcije mikrovalnih komunikacionih relejnih stanica. Elektronski uređaj nazvan aktivni-relejni satelit prima, pojačava i prenosi mikrovalne signale koje prenose zemaljske stanice.

PRIMJENA MIKROTALASNOG ZRAČENJA

Termičku obradu. Mikrovalno zračenje koristi se za termičku obradu prehrambenih proizvoda kod kuće iu prehrambenoj industriji. Energija koju stvaraju vakuumske cijevi velike snage može se koncentrirati u malu zapreminu za visokoefikasnu termičku obradu proizvoda u tzv. mikrovalne ili mikrovalne pećnice, koje karakteriziraju čistoća, bešumnost i kompaktnost. Industrija takođe proizvodi mikrotalasne pećnice za kućnu upotrebu.

PRIMJENA MIKROTALASNOG ZRAČENJA

Termičku obradu. Američka vojska predstavila je moćni mikrotalasni emiter, "termalno" oružje koje može rastjerati gomile demonstranata i postaviti nevidljivi "zid" kroz koji osoba ne može proći. Instalacija je nazvana “Active Denial System” (ADS), pod nadimkom “Heat ray” i “Microwave gun”.

PRIMJENA MIKROTALASNOG ZRAČENJA

. Mikrovalno zračenje je igralo važnu ulogu u proučavanju elektronskih svojstava čvrstih materija. Kada se takvo tijelo nađe u magnetskom polju, slobodni elektroni u njemu počinju rotirati oko linija magnetskog polja u ravni koja je okomita na smjer magnetskog polja. Frekvencija rotacije, nazvana ciklotronska frekvencija, direktno je proporcionalna jačini magnetnog polja i obrnuto proporcionalna efektivnoj masi elektrona.

Takva mjerenja su pružila mnogo vrijednih informacija o elektronskim svojstvima poluprovodnika, metala i metaloida. Mikrovalno zračenje takođe igra važnu ulogu u svemirskim istraživanjima.

PRIMJENA MIKROTALASNOG ZRAČENJA

Trenutno postoje dva glavna standarda za sigurne nivoe zračenja u svijetu. Jedan od njih razvio je Amerikanac Nacionalni institut Standardima (ANSI) i predlaže da se zračenje sa gustinom snage od 10 mW/cm2 smatra sigurnim. Za mikrotalasne pećnice standard je gustina snage od 1 mW/cm2 na udaljenosti od 5 cm od pećnice.

Evropski standard (uključujući ruski) sugeriše da nivo gustine zračenja ne bi trebalo da prelazi 10 μW (0,01 mW) po kvadratni centimetar na udaljenosti od 50 cm od izvora zračenja

Sigurnost pri korištenju mikrovalnih uređaja