Επίδραση στο άτομο της ακτινοβολίας μικροκυμάτων. Εργασία έργου στη φυσική με θέμα: «Ακτινοβολία μικροκυμάτων. Η χρήση του σε φούρνους μικροκυμάτων. Συγκριτική ανάλυση κλιβάνων από διαφορετικούς κατασκευαστές

Το εύρος εκπομπής ραδιοφώνου είναι αντίθετο από την ακτινοβολία γάμμα και είναι επίσης απεριόριστο αφενός - από μεγάλα κύματα και χαμηλές συχνότητες.

Οι μηχανικοί το χωρίζουν σε πολλά τμήματα. Τα συντομότερα ραδιοκύματα χρησιμοποιούνται για ασύρματη μετάδοση δεδομένων (Διαδίκτυο, κινητή και δορυφορική τηλεφωνία). μετρητές, δεκατόμετρα και υπερμικρά κύματα (VHF) καταλαμβάνουν τους τοπικούς τηλεοπτικούς και ραδιοφωνικούς σταθμούς. Τα σύντομα κύματα (HF) χρησιμοποιούνται για την παγκόσμια ραδιοεπικοινωνία - αντανακλώνται από την ιονόσφαιρα και μπορούν να γυρίσουν γύρω από τη Γη. Τα μεσαία και μεγάλα κύματα χρησιμοποιούνται για περιφερειακές εκπομπές. Πολύ μεγάλα κύματα (VLW) - από 1 km έως χιλιάδες χιλιόμετρα - διαπερνούν αλμυρό νερόκαι χρησιμοποιούνται για επικοινωνία με υποβρύχια, καθώς και για αναζήτηση ορυκτών.

Η ενέργεια των ραδιοκυμάτων είναι εξαιρετικά χαμηλή, αλλά διεγείρουν ασθενείς ταλαντώσεις ηλεκτρονίων σε μια μεταλλική κεραία. Αυτές οι ταλαντώσεις στη συνέχεια ενισχύονται και καταγράφονται.

Η ατμόσφαιρα εκπέμπει ραδιοκύματα με μήκος από 1 mm έως 30 μ. Σας επιτρέπουν να παρατηρήσετε τους πυρήνες των γαλαξιών, των άστρων νετρονίων και άλλων. πλανητικά συστήματα, αλλά το πιο εντυπωσιακό επίτευγμα της ραδιοαστρονομίας είναι οι εικόνες με εξαιρετικά λεπτομερείς εικόνες διαστημικές πηγές, του οποίου η ανάλυση υπερβαίνει το δέκατο χιλιοστό του δευτερολέπτου του τόξου.

ΦΟΥΡΝΟΣ ΜΙΚΡΟΚΥΜΑΤΩΝ

Τα μικροκύματα είναι ένα υποεύρος ραδιοεκπομπών που γειτνιάζει με το υπέρυθρο. Ονομάζεται επίσης ακτινοβολία μικροκυμάτων επειδή έχει την υψηλότερη συχνότητα στη ζώνη ραδιοφώνου.

Το εύρος των μικροκυμάτων ενδιαφέρει τους αστρονόμους, καθώς καταγράφει την ακτινοβολία λειψάνων που έμεινε από την εποχή του Big Bang (άλλο όνομα είναι το μικροκυματικό κοσμικό υπόβαθρο). Εκπέμπεται πριν από 13,7 δισεκατομμύρια χρόνια, όταν η καυτή ύλη του Σύμπαντος έγινε διαφανής στη δική της θερμική ακτινοβολία. Καθώς το σύμπαν επεκτεινόταν, το κοσμικό υπόβαθρο μικροκυμάτων ψύχθηκε και σήμερα η θερμοκρασία του είναι 2,7 Κ.

Η ακτινοβολία λειψάνων έρχεται στη Γη από όλες τις κατευθύνσεις. Σήμερα, οι αστροφυσικοί ενδιαφέρονται για τις ανομοιογένειες της λάμψης του ουρανού στην περιοχή των μικροκυμάτων. Χρησιμοποιούνται για τον προσδιορισμό του τρόπου με τον οποίο άρχισαν να σχηματίζονται τα σμήνη γαλαξιών στο πρώιμο σύμπαν, προκειμένου να δοκιμαστεί η ορθότητα των κοσμολογικών θεωριών.

Και στη Γη, τα μικροκύματα χρησιμοποιούνται για καθημερινές εργασίες όπως η θέρμανση του πρωινού και η ομιλία σε κινητό τηλέφωνο.

Η ατμόσφαιρα είναι διαφανής στα μικροκύματα. Μπορούν να χρησιμοποιηθούν για επικοινωνία με δορυφόρους. Υπάρχουν επίσης έργα για τη μεταφορά ενέργειας από απόσταση χρησιμοποιώντας δέσμες μικροκυμάτων.

Πηγές

έρευνες του ουρανού

Ουρανός μικροκυμάτων 1.9 mm(WMAP)

Το κοσμικό υπόβαθρο μικροκυμάτων, που ονομάζεται επίσης κοσμικό υπόβαθρο μικροκυμάτων, είναι η ψυχρή λάμψη του ζεστού Σύμπαντος. Ανακαλύφθηκε για πρώτη φορά από τους A. Penzias και R. Wilson το 1965 (Βραβείο Νόμπελ το 1978) Οι πρώτες μετρήσεις έδειξαν ότι η ακτινοβολία είναι εντελώς ομοιόμορφη σε όλο τον ουρανό.

Το 1992 ανακοινώθηκε η ανακάλυψη της ανισοτροπίας (ανομοιογένειας) του κοσμικού μικροκυματικού υποβάθρου. Αυτό το αποτέλεσμα ελήφθη από τον σοβιετικό δορυφόρο "Relikt-1" και επιβεβαιώθηκε από τον αμερικανικό δορυφόρο COBE (βλ. Ουρανός στο υπέρυθρο). Το COBE έχει επίσης καθορίσει ότι το φάσμα CMB είναι πολύ κοντά στο μαύρο σώμα. Αυτό το αποτέλεσμα τιμήθηκε με το Νόμπελ το 2006.

Οι διακυμάνσεις στη φωτεινότητα της ακτινοβολίας λειψάνων στον ουρανό δεν ξεπερνούν το ένα εκατοστό του τοις εκατό, αλλά η παρουσία τους δείχνει ελάχιστα αισθητές ανομοιογένειες στην κατανομή της ύλης που υπήρχαν στον πρώιμο στάδιοεξέλιξη του Σύμπαντος και χρησίμευσε ως έμβρυα γαλαξιών και των σμήνων τους.

Ωστόσο, η ακρίβεια των δεδομένων COBE και Relikt δεν ήταν αρκετή για τη δοκιμή κοσμολογικών μοντέλων, και ως εκ τούτου, το 2001, κυκλοφόρησε μια νέα, πιο ακριβής συσκευή WMAP (Wilkinson Microwave Anisotropy Probe), η οποία μέχρι το 2003 είχε κατασκευάσει έναν λεπτομερή χάρτη του κατανομή της έντασης της ακτινοβολίας υποβάθρου στην ουράνια σφαίρα. Με βάση αυτά τα δεδομένα, τα κοσμολογικά μοντέλα και οι ιδέες για την εξέλιξη των γαλαξιών βελτιώνονται τώρα.

Η ακτινοβολία λειψάνων προέκυψε όταν η ηλικία του Σύμπαντος ήταν περίπου 400 χιλιάδες χρόνια και, λόγω διαστολής και ψύξης, έγινε διαφανές στη δική του θερμική ακτινοβολία. Αρχικά, η ακτινοβολία είχε φάσμα Planck (μαύρο σώμα) με θερμοκρασία περίπου 3000 κκαι αντιπροσώπευε το εγγύς υπέρυθρο και το ορατό εύρος του φάσματος.

Καθώς το Σύμπαν επεκτεινόταν, το κοσμικό υπόβαθρο μικροκυμάτων παρουσίασε μια μετατόπιση προς το κόκκινο, που οδήγησε σε μείωση της θερμοκρασίας του. Επί του παρόντος, η θερμοκρασία της ακτινοβολίας υποβάθρου είναι 2,7 ΠΡΟΣ ΤΗΝκαι πέφτει στα μικροκύματα και στο εύρος των μακρινών υπέρυθρων (υποχιλιοστών) του φάσματος. Το γράφημα δείχνει μια κατά προσέγγιση άποψη του φάσματος Planck για αυτή τη θερμοκρασία. Το φάσμα CMB μετρήθηκε για πρώτη φορά από τον δορυφόρο COBE (βλέπε υπέρυθρο ουρανό), για τον οποίο απονεμήθηκε το βραβείο Νόμπελ το 2006.

Ραδιοφωνικός ουρανός στο κύμα 21 εκ, 1420 MHz(Dickey & Lockman)

Η περίφημη φασματική γραμμή με μήκος κύματος 21,1 εκείναι ένας άλλος τρόπος για να παρατηρήσουμε ουδέτερο ατομικό υδρογόνο στο διάστημα. Η γραμμή προκύπτει λόγω του λεγόμενου υπερλεπτού διαχωρισμού του κύριου επίπεδο ενέργειαςένα άτομο υδρογόνου.

Η ενέργεια ενός μη διεγερμένου ατόμου υδρογόνου εξαρτάται από τον αμοιβαίο προσανατολισμό των σπιν πρωτονίων και ηλεκτρονίων. Εάν είναι παράλληλες, η ενέργεια είναι ελαφρώς μεγαλύτερη. Τέτοια άτομα μπορούν αυθόρμητα να μεταβούν σε μια κατάσταση με αντιπαράλληλες περιστροφές, εκπέμποντας ένα κβάντο ραδιοεκπομπής που μεταφέρει μια μικροσκοπική περίσσεια ενέργειας. Με ένα μόνο άτομο, αυτό συμβαίνει κατά μέσο όρο μία φορά κάθε 11 εκατομμύρια χρόνια. Όμως η τεράστια κατανομή υδρογόνου στο σύμπαν καθιστά δυνατή την παρατήρηση νεφών αερίων σε αυτή τη συχνότητα.

Ραδιοφωνικός ουρανός σε κύμα 73,5 εκ, 408 MHz(Βόννη)

Αυτό είναι το μεγαλύτερο μήκος κύματος από όλες τις επισκοπήσεις του ουρανού. Διεξήχθη σε ένα μήκος κύματος στο οποίο παρατηρείται σημαντικός αριθμός πηγών στον Γαλαξία. Επιπλέον, η επιλογή του μήκους κύματος καθορίστηκε από τεχνικούς λόγους. Ένα από τα μεγαλύτερα ραδιοτηλεσκόπια πλήρους περιστροφής στον κόσμο, το ραδιοτηλεσκόπιο της Βόννης 100 μέτρων, χρησιμοποιήθηκε για την κατασκευή της έρευνας.

Εφαρμογή Earth

Το κύριο πλεονέκτημα του φούρνου μικροκυμάτων είναι ότι με την πάροδο του χρόνου, τα προϊόντα θερμαίνονται σε όλο τον όγκο και όχι μόνο από την επιφάνεια.

Η ακτινοβολία μικροκυμάτων, που έχει μεγαλύτερο μήκος κύματος, διεισδύει βαθύτερα από το υπέρυθρο κάτω από την επιφάνεια των προϊόντων. Μέσα στο φαγητό, οι ηλεκτρομαγνητικές δονήσεις διεγείρουν τα περιστροφικά επίπεδα των μορίων του νερού, η κίνηση των οποίων ουσιαστικά προκαλεί τη θέρμανση του φαγητού. Έτσι, πραγματοποιείται ξήρανση προϊόντων σε φούρνο μικροκυμάτων (MW), απόψυξη, μαγείρεμα και θέρμανση. Επίσης μεταβλητές ηλεκτρικά ρεύματαδιεγείρουν ρεύματα υψηλής συχνότητας. Αυτά τα ρεύματα μπορούν να προκύψουν σε ουσίες όπου υπάρχουν κινητά φορτισμένα σωματίδια.

Αλλά αιχμηρά και λεπτά μεταλλικά αντικείμενα δεν πρέπει να τοποθετούνται σε φούρνο μικροκυμάτων (αυτό ισχύει ιδιαίτερα για πιάτα με διακοσμητικά με ψεκασμένο μέταλλο για ασήμι και χρυσό). Ακόμη και ένας λεπτός δακτύλιος επιχρύσωσης κατά μήκος της άκρης της πλάκας μπορεί να προκαλέσει μια ισχυρή ηλεκτρική εκκένωση που θα καταστρέψει τη συσκευή που δημιουργεί ηλεκτρομαγνητικό κύμα στον κλίβανο (μαγνήτρον, κλυστρόν).

Η αρχή λειτουργίας της κινητής τηλεφωνίας βασίζεται στη χρήση ενός ραδιοφωνικού καναλιού (στην περιοχή μικροκυμάτων) για την επικοινωνία μεταξύ του συνδρομητή και ενός από τους σταθμούς βάσης. Οι πληροφορίες μεταδίδονται μεταξύ των σταθμών βάσης, κατά κανόνα, μέσω ψηφιακών καλωδιακών δικτύων.

Η εμβέλεια του σταθμού βάσης - μέγεθος κυψέλης - από αρκετές δεκάδες έως αρκετές χιλιάδες μέτρα. Εξαρτάται από το τοπίο και την ισχύ του σήματος, το οποίο επιλέγεται έτσι ώστε να μην υπάρχουν πάρα πολλοί ενεργοί συνδρομητές σε ένα κελί.

Στο πρότυπο GSM, ένας σταθμός βάσης δεν μπορεί να παρέχει περισσότερες από 8 τηλεφωνικές συνομιλίες ταυτόχρονα. Σε μαζικές εκδηλώσεις και κατά τη διάρκεια φυσικών καταστροφών, ο αριθμός των καλούντων αυξάνεται δραματικά, γεγονός που υπερφορτώνει τους σταθμούς βάσης και οδηγεί σε διακοπές στις κυψελωτές επικοινωνίες. Για τέτοιες περιπτώσεις, οι φορείς εκμετάλλευσης κινητής τηλεφωνίας διαθέτουν σταθμούς βάσης κινητής τηλεφωνίας που μπορούν να παραδοθούν γρήγορα σε μια πολυσύχναστη περιοχή.

Πολλές διαμάχες εγείρουν το ερώτημα της πιθανής βλάβης της ακτινοβολίας μικροκυμάτων από τα κινητά τηλέφωνα. Κατά τη διάρκεια μιας συνομιλίας, ο πομπός βρίσκεται πολύ κοντά στο κεφάλι του ατόμου. Μελέτες που έχουν διεξαχθεί επανειλημμένα δεν έχουν ακόμη καταφέρει να καταγράψουν με αξιοπιστία τις αρνητικές επιπτώσεις της εκπομπής ραδιοφώνου από τα κινητά τηλέφωνα στην υγεία. Αν και είναι αδύνατο να αποκλειστεί εντελώς η επίδραση της ασθενούς ακτινοβολίας μικροκυμάτων στους ιστούς του σώματος, δεν υπάρχουν λόγοι για σοβαρή ανησυχία.

Η τηλεοπτική εικόνα μεταδίδεται σε μετρικά και δεκατιανά κύματα. Κάθε καρέ χωρίζεται σε γραμμές, κατά μήκος των οποίων η φωτεινότητα αλλάζει με συγκεκριμένο τρόπο.

Ο πομπός ενός τηλεοπτικού σταθμού εκπέμπει συνεχώς ένα ραδιοφωνικό σήμα αυστηρά σταθερής συχνότητας, ονομάζεται συχνότητα φορέα. Το κύκλωμα λήψης της τηλεόρασης προσαρμόζεται σε αυτό - εμφανίζεται ένας συντονισμός σε αυτό στην επιθυμητή συχνότητα, γεγονός που καθιστά δυνατή την καταγραφή αδύναμων ηλεκτρομαγνητικών ταλαντώσεων. Οι πληροφορίες σχετικά με την εικόνα μεταδίδονται από το πλάτος των ταλαντώσεων: μεγάλο πλάτος - υψηλή φωτεινότητα, χαμηλό πλάτος - μια σκοτεινή περιοχή της εικόνας. Αυτή η αρχή ονομάζεται διαμόρφωση πλάτους. Οι ραδιοφωνικοί σταθμοί (εκτός από τους σταθμούς FM) μεταδίδουν ήχο με τον ίδιο τρόπο.

Με τη μετάβαση στην ψηφιακή τηλεόραση, οι κανόνες κωδικοποίησης εικόνας αλλάζουν, αλλά διατηρείται η ίδια η αρχή της φέρουσας συχνότητας και η διαμόρφωσή της.

Παραβολική κεραία λήψης σήματος από γεωστατικό δορυφόρο στις ζώνες μικροκυμάτων και VHF. Η αρχή λειτουργίας είναι η ίδια με αυτή ενός ραδιοτηλεσκοπίου, αλλά το πιάτο δεν χρειάζεται να είναι κινητό. Κατά τη στιγμή της εγκατάστασης, αποστέλλεται στον δορυφόρο, ο οποίος παραμένει πάντα στην ίδια θέση σε σχέση με τις επίγειες δομές.

Αυτό επιτυγχάνεται με την εκτόξευση ενός δορυφόρου σε μια γεωστατική τροχιά με υψόμετρο περίπου 36.000 km. χλμπάνω από τον ισημερινό της γης. Η περίοδος περιστροφής κατά μήκος αυτής της τροχιάς είναι ακριβώς ίση με την περίοδο περιστροφής της Γης γύρω από τον άξονά της σε σχέση με τα αστέρια - 23 ώρες 56 λεπτά 4 δευτερόλεπτα. Το μέγεθος του πιάτου εξαρτάται από την ισχύ του δορυφορικού πομπού και το σχέδιο ακτινοβολίας του. Κάθε δορυφόρος έχει μια κύρια περιοχή εξυπηρέτησης όπου τα σήματα του λαμβάνονται από ένα πιάτο με διάμετρο 50–100 εκκαι την περιφερειακή ζώνη, όπου το σήμα εξασθενεί γρήγορα και μπορεί να απαιτεί κεραία έως και 2–3 Μ.

Η ανάπτυξη της τεχνολογίας μικροκυμάτων τις τελευταίες δύο δεκαετίες συνέβαλε στην εισαγωγή τους στη φυσιοθεραπευτική πρακτική. Τα μικροκύματα έχουν έναν αριθμό φυσικές ιδιότητες, το οποίο μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη θεραπεία ορισμένων ασθενειών (όπως ψωρίαση, ρευματισμοί και άλλα αυτοάνοσα νοσήματα). Οι ιδιότητες αυτών των κυμάτων είναι οι εξής: α) η ενέργειά τους μπορεί να συγκεντρωθεί σε ξεχωριστά μέρη του σώματος. β) αντανακλώνται από πυκνές επιφάνειες. γ) η συχνότητά τους είναι κοντά στη συχνότητα των ταλαντώσεων χαλάρωσης του νερού. δ) είναι πιο θερμογόνα από τα υπερμικρά κύματα.

Υπό την επίδραση των μικροκυμάτων στους ιστούς ενός ζωντανού οργανισμού, προκύπτουν ταλαντώσεις ιόντων και των διπολικών μορίων νερού που περιέχονται σε αυτά.. Η απορρόφηση στους ιστούς της κυματικής ενέργειας λόγω των δονήσεων των ιόντων είναι πρακτικά ανεξάρτητη από τη συχνότητα, ενώ η απορρόφηση λόγω δονήσεων των διπολικών μορίων του νερού αυξάνεται με την αύξηση της συχνότητας. Ωστόσο, αυτή η αύξηση συμβαίνει μέχρι μια συχνότητα που καθορίζεται για κάθε σώμα μορίων (η λεγόμενη συχνότητα χαλάρωσης). Σε υψηλότερες συχνότητες, λόγω αδράνειας, τα μόρια δεν έχουν πλέον χρόνο να ανταποκριθούν σε πολύ συχνές αλλαγές στα κυματικά πεδία και επομένως η απορρόφηση της κυματικής ενέργειας μειώνεται απότομα. Για τα μόρια του νερού, αυτό το όριο συχνότητας χαλάρωσης είναι περίπου 2-10 Hz (μήκος κύματος περίπου 1,5 cm). Λόγω αυτών των χαρακτηριστικών, καθώς το μήκος κύματος γίνεται μικρότερο, ο ρόλος των μορίων στη συνολική απορρόφηση της κυματικής ενέργειας στους ιστούς αυξάνεται. Στην περιοχή μήκους κύματος των 10 cm, λόγω δονήσεων των μορίων του νερού, περίπου το ήμισυ του συνολική ενέργεια, και σε 3 εκατοστά - ήδη 98%. Δεδομένου ότι το σώμα είναι περισσότερο από το μισό νερό, η σημασία αυτού του γεγονότος για τη δράση των μικροκυμάτων είναι κατανοητή, ειδικά για ιστούς με υψηλή περιεκτικότητα σε νερό (αίμα, λέμφος, μύες, νευρικό σύστημα).

Τα μικροκύματα έχουν τόσο θερμικά όσο και εξωθερμικά αποτελέσματα. Για πρώτη φορά, η εξωθερμική επίδρασή τους σε ένα άτομο διαπιστώθηκε από τον S. Ya. Turlygin, ο οποίος παρατήρησε την εμφάνιση υπνηλίας μετά από έκθεση σε κύματα εκατοστών πολύ χαμηλής έντασης. Αυτό επιβεβαιώθηκε αργότερα από πολυάριθμες παρατηρήσεις. Σε άτομο με συστηματική έκθεση σε μικροκύματα υψηλής ισχύος στο πρόσωπο, παρατηρούνται θόλωση του φακού, λειτουργικές αλλαγές στο νευρικό σύστημα, δυσλειτουργία των οπτικών και οσφρητικών αναλυτών κ.λπ., γεγονός που οδήγησε στην ανάγκη εγκατάστασης στη βιομηχανία οι μέγιστες επιτρεπόμενες δόσεις έκθεσης σε ένα άτομο κατά τις ώρες εργασίας - όχι περισσότερες από 0,01 mW/cm2.

Η γενική έκθεση των ζώων σε έντονο πεδίο μικροκυμάτων σε PFM (πυκνότητα ροής ισχύος) 0,2-0,3 W / cm21 προκαλεί αλλαγή στην αναπνοή, τον καρδιακό ρυθμό και την αρτηριακή πίεση, ενώ οι τοπικές επιδράσεις στις ίδιες συνθήκες συνοδεύονται από ταχείες μεταβατικές αλλαγές στην αιμοδυναμική και στην αναπνοή, προφανώς αντανακλαστική προέλευση. Η ρυθμιστική σημασία του νευρικού συστήματος όταν εκτίθεται σε πεδίο μικροκυμάτων εμφανίζεται όταν κόβονται τα πνευμονογαστρικά νεύρα στα ζώα. Ταυτόχρονα, σημειώνεται μικρότερη αύξηση της αναπνοής, αλλά πιο σοβαρή αιμοδυναμική διαταραχή ως αποτέλεσμα της απενεργοποίησης της ρυθμιστικής επίδρασης του πνευμονογαστρικού νεύρου.

Σε έναν βάτραχο, ένα πεδίο μικροκυμάτων στα 0,3 W/cm2 προκαλεί αλλαγές στην καρδιακή δραστηριότητα παρόμοιες με το διφασικό φαινόμενο ηλεκτρικό πεδίο UHF. Σε πρώτη φάση, μερικές φορές βραχυπρόθεσμα, παρατηρείται αύξηση και αύξηση του καρδιακού ρυθμού, ακολουθούμενη από επιβράδυνση και καρδιακή ανακοπή στη διαστολή. Μετά τη διακοπή της έκθεσης, οι συσπάσεις αποκαθίστανται. μερικές φορές παρατηρούνται αρρυθμίες. Αυτές οι επιδράσεις θεωρούνται ως θερμικές λόγω του υψηλού PPM του πεδίου μικροκυμάτων που χρησιμοποιείται στα πειράματα.

μεγάλο φυσιολογική σημασίαέχει τη χρήση χαμηλής έντασης του πεδίου μικροκυμάτων (PPM 0,05 W / cm2, διάρκεια 30 λεπτά), όταν οι σκύλοι έχουν συνήθως ελαφρά αύξηση στον καρδιακό ρυθμό και εξαφάνιση της αναπνευστικής αρρυθμίας, σε ορισμένα ζώα εμφανίζεται μείωση του ρυθμού. Σύμφωνα με δεδομένα ηλεκτροκαρδιογραφίας, με παρατεταμένη επαναλαμβανόμενη έκθεση σε πεδίο μικροκυμάτων, μπορεί κανείς να κρίνει τη συμπερίληψη αντισταθμιστικών μηχανισμών και την ανάπτυξη προσαρμογής, η οποία μπορεί να διαταραχθεί στους σκύλους από ισχυρότερες κρούσεις. Οι καθιερωμένες αλλαγές υποδεικνύουν την ανάπτυξη προσωρινών δυστροφικών διεργασιών στο μυοκάρδιο και θεωρούνται ως αντανακλαστικά. μέσα στην πρώτη ώρα μετά την έκθεση, αυτές οι αλλαγές εξαφανίζονται. Σε σκύλους με τεχνητά επαγόμενο έμφραγμα του μυοκαρδίου, η χρήση πεδίου μικροκυμάτων προκαλεί αύξηση του καρδιακού ρυθμού, μείωση σε όλα τα δόντια του ηλεκτροκαρδιογραφήματος σε κάθε απαγωγή και το διάστημα S-T ανεβαίνει ακόμη περισσότερο πάνω από την ισοηλεκτρική γραμμή. Το πεδίο μικροκυμάτων βλάπτει τη λειτουργία μιας άρρωστης καρδιάς.

Με την ομαλοποίηση των δεικτών καρδιακής λειτουργίας μετά από πειραματικό έμφραγμα του μυοκαρδίου, η χρήση μικροκυματικού πεδίου χαμηλής έντασης σε ζώα προκαλεί αλλαγές φάσης στην καρδιακή δραστηριότητα, οι οποίες μπορούν να θεωρηθούν ως δυστροφικές. Αυτές οι αλλαγές θεωρούνται ως συνολικό αντίκτυπο, και τοπικά στην περιοχή του κεφαλιού. Η μυϊκή φόρτιση σε συνδυασμό με ένα ασθενές πεδίο μικροκυμάτων οδηγεί σε πιο σταθερές αλλαγές.

Με βάση τα ηλεκτροκαρδιογραφικά δεδομένα, μπορεί να συναχθεί το συμπέρασμα ότι υπό την επίδραση του πεδίου μικροκυμάτων, βιοχημικές διεργασίεςστους ιστούς της καρδιάς, η σοβαρότητα των οποίων εξαρτάται από την ένταση της έκθεσης στα μικροκύματα.

Προσδιορισμός της ηλεκτρολυτικής σύστασης περιφερικό αίμαζώα με ηλεκτροφόρηση μετά από έκθεση σε έντονο πεδίο μικροκυμάτων (PPM 0,1-0,2 W / cm2) υποδεικνύει αλλαγές φάσης στην περιεκτικότητα σε κάλιο και νάτριο. Αρχικά, η αναλογία K/Na στο πλάσμα αυξάνεται και στη συνέχεια μειώνεται. Σε σύγκριση με τα ηλεκτροκαρδιογραφικά δεδομένα, μπορεί να φανεί ότι μετά από έκθεση με υψηλή περιεκτικότητα σε κάλιο στο αίμα, εμφανίζονται αιχμηρά υψηλά κύματα Τ σε όλα τα ηλεκτρόδια και με μειωμένη περιεκτικότητα σε αυτά, τα χαμηλά πεπλατυσμένα. Σύμφωνα με την αλλαγή στην αναλογία καλίου και νατρίου στο αίμα, μπορεί να θεωρηθεί ότι υπό την επίδραση των μικροκυμάτων υπάρχει μια αλλαγή στη διαπερατότητα των κυτταρικών μεμβρανών σε ενδο- και εξωκυτταρικά κατιόντα.

Μεγάλο ενδιαφέρον για τον μηχανισμό δράσης του πεδίου μικροκυμάτων στο σώμα παρουσιάζουν βιοχημικές μελέτες. Η μελέτη των διεργασιών οξειδοαναγωγής σε ιστούς (ήπαρ, νεφρά, καρδιακός μυς) με τον προσδιορισμό της δραστηριότητας των ενζύμων σε αυτούς (κυτοχρωμική οξειδάση, αφυδράση και τριφωσφατάση αδενοσίνης) αποκαλύπτει την επίδραση του πεδίου μικροκυμάτων στο σώμα. Η χρήση ενός έντονου πεδίου μικροκυμάτων (PPM 0,1-0,3 W / cm2) οδηγεί σε απότομη πτώσηδιεργασίες οξειδοαναγωγής σε ιστούς κουνελιού. Σε αυτή την περίπτωση, εκδηλώνεται η θερμική επίδραση του πεδίου μικροκυμάτων. Ένα ασθενές πεδίο μικροκυμάτων (PPM 0,005-0,01 W/cm2) προκαλεί αισθητή αύξηση στις διεργασίες οξειδοαναγωγής στους ιστούς. Η πολλαπλή έκθεση των κουνελιών σε ένα πεδίο μικροκυμάτων οδηγεί σε μικρότερες αλλαγές στις διεργασίες οξειδοαναγωγής σε σύγκριση με μία μεμονωμένη έκθεση. Αυτό μπορεί να εξηγηθεί από το γεγονός ότι η επαναλαμβανόμενη έκθεση διεγείρει αντισταθμιστικούς-προσαρμοστικούς μηχανισμούς, προκαλεί μικρότερες αλλαγές στις διεργασίες οξειδοαναγωγής στους ζωικούς ιστούς. Η επίδραση των αντισταθμιστικών μηχανισμών ήταν πιο έντονη στο κεντρικό νευρικό σύστημα παρά στην καρδιά.

Η μελέτη του μεταβολισμού των πρωτεϊνών σε ζώα υπό τοπική και γενική έκθεση στο πεδίο των μικροκυμάτων αποκάλυψε ορισμένα χαρακτηριστικά. Η έκθεση στην περιοχή της καρδιάς καθημερινά για 10 ημέρες (PPM 0,02 W/cm2 με περιοχή εκπομπής 10 cm2) δεν προκάλεσε σημαντικές αλλαγές στον μεταβολισμό των πρωτεϊνών του καρδιακού μυός, με πιο έντονη έκθεση (PPM 0,1 W /cm2) αύξηση της περιεκτικότητας σε πρωτεΐνες με δραστηριότητα φωσφορυλάσης με ταυτόχρονη μείωση του κλάσματος μυογόνου.

Σημαντικές αλλαγές στην περιεκτικότητα μεμονωμένων πρωτεϊνικών κλασμάτων σημειώθηκαν στον καρδιακό μυ των ζώων, οι οποίες εξαρτήθηκαν από την ένταση της έκθεσης.

Η αντίδραση κατακρήμνισης άγαρ Uchterlony χρησιμοποιήθηκε για τη μελέτη της αντιγονικής σύνθεσης του ορού αίματος ζώων που υποβλήθηκαν σε γενική έκθεση σε μικροκύματα με τη μορφή πορείας 20 διαδικασιών για 10 λεπτά ημερησίως (PPM 0,006 και 0,04 W/cm2). Ο ορός αίματος εξετάστηκε την 24-25η ημέρα μετά την τελευταία έκθεση. Η δοκιμή καθίζησης άγαρ έδειξε ότι γενική δράσημικροκυμάτων (PPM 0,006 W / cm2) δεν οδηγεί σε αλλαγή στην αντιγονική σύνθεση του ορού αίματος των ζώων. Ο αντιορός στον ορό των πειραματόζωων αντέδρασε εξίσου με τον ορό τόσο των πειραματόζωων όσο και των υγιών ζώων.

Σε ανοσολογικές μελέτες του ορού αίματος ζώων που υποβλήθηκαν σε ολική έκθεση σε μικροκύματα με PPM 0,04 W / cm2, βρέθηκε μικρότερος αριθμός γραμμών καθίζησης στην αντίδραση κατακρήμνισης άγαρ, γεγονός που έδειξε απλοποίηση της αντιγονικής σύνθεσης του αίματος ορού και ενίσχυση του ανοσοποιητικού. Οι οροί έναντι του ορού των υγιών ζώων αντέδρασαν διαφορετικά με τον ορό υγιών και πειραματόζωων. Ταυτόχρονα, οι οροί έναντι των ορών των πειραματόζωων αντέδρασαν με τους ορούς των υγιών και των πειραματόζωων με τον ίδιο τρόπο. Τα δεδομένα που ελήφθησαν φαίνεται να υποδεικνύουν ότι υπάρχουν αντιγόνα στον ορό υγιών ζώων που δεν υπάρχουν στον ορό ζώων που εκτέθηκαν σε μικροκύματα.

Η απλοποίηση της αντιγονικής σύνθεσης του ορού του αίματος υπό την επίδραση θερμικών δόσεων μικροκυμάτων υποδηλώνει μια βαθιά αλλαγή στο μεταβολισμό του σώματος. Κάτω από τη δράση μη θερμικών δόσεων μικροκυμάτων, ένα τέτοιο φαινόμενο δεν παρατηρήθηκε.

Η μελέτη της υψηλότερης νευρικής δραστηριότητας των σκύλων με τη μέθοδο εξαρτημένα αντανακλαστικάδείχνει ότι η έκθεση σε ένα πεδίο μικροκυμάτων προκαλεί σημαντικές αλλαγές που εξαρτώνται από την πυκνότητα ροής ισχύος, τη διάρκεια της έκθεσης και τυπολογικά χαρακτηριστικάζώο. Αλλαγή στη λειτουργική κατάσταση του φλοιού ημισφαίριατου εγκεφάλου σε σκύλους παρατηρήθηκε ήδη με μία μόνο έκθεση σε αδύναμο πεδίο μικροκυμάτων (PPM 0,005-0,01 W/cm2). Δεδομένου ότι αυτή η ένταση πεδίου δεν προκάλεσε αύξηση στη θερμοκρασία του σώματος, το παρατηρούμενο αποτέλεσμα δεν συσχετίστηκε με υπερθέρμανση. Ένα αδύναμο πεδίο μικροκυμάτων ενίσχυσε τη διαδικασία διέγερσης και ένα ισχυρό, στο οποίο παρατηρήθηκε δύσπνοια και υπερθέρμανση, οδήγησε στην ανάπτυξη αναστολής στο κεντρικό νευρικό σύστημα.

Η ενίσχυση τόσο των ρυθμισμένων όσο και των μη ρυθμισμένων αντανακλαστικών δείχνει ότι το πεδίο μικροκυμάτων δρα τόσο στον εγκεφαλικό φλοιό όσο και στους υποφλοιώδεις σχηματισμούς. Με παρατεταμένη έκθεση σε αδύναμο πεδίο μικροκυμάτων, παρατηρούνται αλλαγές φάσης στην υψηλότερη νευρική δραστηριότητα: πρώτα, αύξηση της διαδικασίας διέγερσης και, στη συνέχεια, εξασθένησή της στο αρχικό επίπεδο με αυξημένη αναστολή.

Η μελέτη ηλεκτροεγκεφαλογραφικών δεικτών σε ζώα υπό γενική έκθεση αποκάλυψε μια σχέση μεταξύ της φύσης του βιο ηλεκτρική δραστηριότηταεγκεφάλου και την ένταση της έκθεσης στο πεδίο των μικροκυμάτων. Εντατική και μακρά έκθεσηπροκάλεσε αλλαγές στους κύριους ρυθμούς της ηλεκτρικής δραστηριότητας, καθώς και στο πλάτος. Όταν εκτέθηκαν στο κεφάλι του ζώου, αυτές οι αλλαγές εμφανίστηκαν κάτω από ασθενή έκθεση στο πεδίο μικροκυμάτων.

Οι επιστήμονες προσπαθούν επί του παρόντος να θεραπεύσουν τα κύματα μικροκυμάτων. κακοήθεις σχηματισμοί, που, ίσως, επιτέλους επιτρέψει τη δημιουργία μιας μοναδικής θεραπείας για τον καρκίνο του μαστού. Ωστόσο, ενώ όλα είναι στο στάδιο των πειραμάτων σε ζώα.

> Φούρνοι μικροκυμάτων

Μελετήστε τη δύναμη και την επιρροή φούρνους μικροκυμάτων. Διαβάστε για το εύρος των μικροκυμάτων, τη συχνότητα και το μήκος της ακτινοβολίας, ποιες είναι οι πηγές των μικροκυμάτων, τη λειτουργία του φούρνου.

ΦΟΥΡΝΟΣ ΜΙΚΡΟΚΥΜΑΤΩΝ- ηλεκτρομαγνητικά κύματα με μήκος 1 m - 1 mm).

Εκμάθηση εργασίας

Κατανοήστε τις τρεις σειρές των μικροκυμάτων.

Βασικά σημεία

Η περιοχή των μικροκυμάτων καλύπτεται από κύματα υψηλότερης συχνότητας.
Το πρόθεμα "micro" σε φούρνο μικροκυμάτων δεν υποδεικνύει το μήκος κύματος.
Τα μικροκύματα χωρίζονται σε τρεις περιοχές: εξαιρετικά υψηλή συχνότητα (30-300 GHz), εξαιρετικά υψηλή (3-30 GHz) και εξαιρετικά υψηλή συχνότητα (300 MHz-3 GHz).
Ο κατάλογος των πηγών περιλαμβάνει τεχνητές συσκευέςόπως πύργοι μετάδοσης, ραντάρ, μέιζερ, καθώς και φυσικά - ο Ήλιος και η κοσμική ακτινοβολία υποβάθρου μικροκυμάτων.
Τα μικροκύματα μπορούν να κατασκευαστούν από άτομα και μόρια. Απορροφούν και εκπέμπουν ακτίνες εάν η θερμοκρασία ανέβει πάνω από το απόλυτο μηδέν.

Οροι

Ραντάρ - μια μέθοδος αναζήτησης μακρινών αντικειμένων και ένδειξης της θέσης, της ταχύτητας και άλλων χαρακτηριστικών τους μέσω της ανάλυσης των απεσταλμένων ραδιοκυμάτων που αντανακλώνται από την επιφάνεια.
Θερμική διαταραχή είναι η θερμική κίνηση των ατόμων και των μορίων εάν η θερμοκρασία σε ένα αντικείμενο είναι πάνω από το απόλυτο μηδέν.
Ακτινοβολία Terahertz - ηλεκτρομαγνητικά κύματα των οποίων οι συχνότητες πλησιάζουν τα terahertz.

ΦΟΥΡΝΟΣ ΜΙΚΡΟΚΥΜΑΤΩΝ

Τα μικροκύματα είναι ηλεκτρομαγνητικά κύματα των οποίων το μήκος κύματος βρίσκεται στην περιοχή από 1 m - 1 mm (300 MHz - 300 GHz). Η περιοχή των μικροκυμάτων καλύπτεται συνήθως από κύματα υψηλότερης συχνότητας. Είναι σε θέση να κινούνται στο κενό με την ταχύτητα του φωτός.

Το πρόθεμα "micro" στο "φούρνος μικροκυμάτων" δεν υποδεικνύει μήκος κύματος στην περιοχή μικρομέτρου. Λέει μόνο ότι τα μικροκύματα φαίνονται μικρά επειδή έχουν μικρότερα μήκη κύματος σε σύγκριση με την εκπομπή. Η διαίρεση μεταξύ διαφορετικών τύπων δοκών είναι τις περισσότερες φορές αυθαίρετη.

Εδώ είναι οι κύριες κατηγορίες Ηλεκτρομαγνητικά κύματα. Οι διαχωριστικές γραμμές διαφέρουν σε ορισμένα σημεία, ενώ άλλες κατηγορίες μπορεί να επικαλύπτονται. Τα μικροκύματα καταλαμβάνουν το τμήμα υψηλής συχνότητας του τμήματος ραδιοφώνου του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος

Υποκατηγορίες μικροκυμάτων

Τα μικροκύματα χωρίζονται σε τρεις περιοχές:

εξαιρετικά υψηλή συχνότητα (30-300 Hz). Εάν οι δείκτες είναι υψηλότεροι, τότε βρισκόμαστε αντιμέτωποι με μακρινό υπέρυθρο φως, που ονομάζεται επίσης ακτινοβολία terahertz. Αυτή η ζώνη χρησιμοποιείται συχνότερα στη ραδιοαστρονομία και την τηλεπισκόπηση.
εξαιρετικά υψηλή συχνότητα (3-30 GHz). Ονομάζεται ζώνη εκατοστών επειδή η συχνότητα κυμαίνεται μεταξύ 10-1 εκ. Η ζώνη είναι εφαρμόσιμη σε πομπούς ραντάρ, φούρνους μικροκυμάτων, δορυφόρους επικοινωνιών και σύντομες επίγειες ζεύξεις για μεταφορά δεδομένων.
Υπερυψηλές συχνότητες (300 MHz - 3 GHz) - εύρος δεκατιόμετρων, αφού το μήκος κύματος κυμαίνεται από 10 cm έως 1 m. Υπάρχουν σε τηλεοπτικές εκπομπές, ασύρματες τηλεφωνικές επικοινωνίες, walkie-talkies, δορυφόρους κ.λπ.

Πηγές μικροκυμάτων

Αυτά είναι ηλεκτρομαγνητικά κύματα υψηλής συχνότητας που παράγονται από ρεύματα σε μακροσκοπικά κυκλώματα και συσκευές. Μπορούν επίσης να ληφθούν από άτομα και μόρια, εάν δρουν ως μέρος των ηλεκτρομαγνητικών δεσμών που σχηματίζονται κατά τη θερμική ανάμειξη.

Είναι σημαντικό να το θυμάστε αυτό περισσότερες πληροφορίεςμεταδίδεται σε υψηλές συχνότητες, επομένως τα μικροκύματα είναι ιδανικά για συσκευές επικοινωνίας. Λόγω των μικρών μηκών κύματος, πρέπει να δημιουργηθεί μια σαφής οπτική γωνία μεταξύ πομπού και δέκτη.

Ο Ήλιος παράγει επίσης ακτίνες μικροκυμάτων, αν και μεγάλο μέρος τους εμποδίζεται από την ατμόσφαιρα του πλανήτη. Η ακτινοβολία λειψάνων διαπερνά όλο τον χώρο. Το εύρημα του επιβεβαιώνει τη θεωρία του Big Bang.

Ακτινοβολία CMB με αυξημένη διαστολή

Συσκευές μικροκυμάτων

Οι πηγές μικροκυμάτων υψηλής ισχύος χρησιμοποιούν ειδικούς σωλήνες κενού για την παραγωγή μικροκυμάτων. Οι συσκευές λειτουργούν σύμφωνα με διαφορετικές αρχέςχρησιμοποιώντας τη βαλλιστική κίνηση των ηλεκτρονίων στο κενό. Επηρεάζονται από ηλεκτρικά ή μαγνητικά πεδία.

Κοιλότητα Magnetron που χρησιμοποιείται σε φούρνο μικροκυμάτων

Οι φούρνοι μικροκυμάτων χρησιμοποιούν φούρνο μικροκυμάτων για να ζεστάνουν τα τρόφιμα. Οι απαραίτητες συχνότητες των 2,45 GHz δημιουργούνται λόγω της επιτάχυνσης των ηλεκτρονίων. Μετά από αυτό, σχηματίζεται ένα εναλλασσόμενο ηλεκτρικό πεδίο στο φούρνο.

Το νερό και ορισμένα συστατικά των τροφίμων έχουν αρνητικό φορτίο στο ένα άκρο και θετικό φορτίο στο άλλο. Το εύρος των συχνοτήτων μικροκυμάτων επιλέγεται με τέτοιο τρόπο ώστε τα πολικά μόρια, σε μια προσπάθεια να εξοικονομήσουν τις θέσεις τους, να απορροφούν ενέργεια και να αυξάνουν τη θερμοκρασία τους (διηλεκτρική θέρμανση).

Το ραντάρ κατά το Δεύτερο Παγκόσμιο Κύμα χρησιμοποιούσε μικροκύματα. Ο εντοπισμός και ο χρονισμός των ηχών μικροκυμάτων μπορεί να υπολογίσει την απόσταση από αντικείμενα όπως σύννεφα ή αεροσκάφη. Η μετατόπιση Doppler σε μια ηχώ ραντάρ μπορεί να υποδεικνύει την ταχύτητα ενός οχήματος ή ακόμα και την ένταση μιας καταιγίδας. Πιο πολύπλοκα συστήματα εμφανίζουν τους δικούς μας και τους εξωγήινους πλανήτες. Το μέιζερ είναι μια συσκευή που μοιάζει με λέιζερ που ενισχύει την φωτεινή ενέργεια διεγείροντας τα φωτόνια.

Το περιεχόμενο του άρθρου

Εύρος ΥΠΕΡ ΥΨΗΛΩΝ ΣΥΧΝΟΤΗΤΩΝ,το εύρος συχνοτήτων της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας (100-300.000 εκατομμύρια Hertz), που βρίσκεται στο φάσμα μεταξύ υπερυψηλών τηλεοπτικών συχνοτήτων και μακρινών υπέρυθρων συχνοτήτων. Αυτό το εύρος συχνοτήτων αντιστοιχεί σε μήκη κύματος από 30 cm έως 1 mm. γι' αυτό ονομάζεται και εύρος δεκατοστών και εκατοστών κυμάτων. Στις αγγλόφωνες χώρες, ονομάζεται ζώνη μικροκυμάτων. που σημαίνει ότι τα μήκη κύματος είναι πολύ μικρά σε σύγκριση με τα συμβατικά μήκη κύματος εκπομπής της τάξης των μερικών εκατοντάδων μέτρων.

Δεδομένου ότι η ακτινοβολία μικροκυμάτων είναι ενδιάμεσο σε μήκος κύματος μεταξύ της ακτινοβολίας φωτός και των συμβατικών ραδιοκυμάτων, έχει ορισμένες ιδιότητες τόσο του φωτός όσο και των ραδιοκυμάτων. Για παράδειγμα, όπως και το φως, διαδίδεται σε ευθεία γραμμή και εμποδίζεται από όλα σχεδόν τα στερεά αντικείμενα. Όπως το φως, εστιάζεται, διαδίδεται ως δέσμη και ανακλάται. Πολλές κεραίες ραντάρ και άλλες συσκευές μικροκυμάτων είναι, σαν να λέγαμε, μεγεθυσμένες εκδόσεις οπτικά στοιχείαείδη καθρεπτών και φακών.

Ταυτόχρονα, η ακτινοβολία μικροκυμάτων είναι παρόμοια με την εκπομπή ραδιοφωνικής εκπομπής στο ότι παράγεται με παρόμοιες μεθόδους. Η ακτινοβολία μικροκυμάτων είναι εφαρμόσιμη στην κλασική θεωρία των ραδιοκυμάτων και μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως μέσο επικοινωνίας, με βάση τις ίδιες αρχές. Αλλά λόγω των υψηλότερων συχνοτήτων, παρέχει περισσότερες ευκαιρίες για μετάδοση πληροφοριών, γεγονός που καθιστά δυνατή την αύξηση της αποτελεσματικότητας της επικοινωνίας. Για παράδειγμα, μια δέσμη μικροκυμάτων μπορεί να μεταφέρει ταυτόχρονα πολλές εκατοντάδες τηλεφωνικές συνομιλίες. Η ομοιότητα της ακτινοβολίας μικροκυμάτων με το φως και η αυξημένη πυκνότητα των πληροφοριών που μεταφέρει αποδείχθηκαν πολύ χρήσιμες για το ραντάρ και άλλους τομείς της τεχνολογίας.

ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑΣ ΜΙΚΡΟΚΥΜΑΤΩΝ

Ραντάρ.

Το κύμα δεκατοστόμετρου παρέμεινε θέμα καθαρά επιστημονικής περιέργειας μέχρι το ξέσπασμα του Β' Παγκοσμίου Πολέμου, όταν υπήρξε επείγουσα ανάγκη για ένα νέο και αποτελεσματικό ηλεκτρονικό εργαλείο έγκαιρης ανίχνευσης. Μόνο τότε ξεκίνησε η εντατική έρευνα στο ραντάρ μικροκυμάτων, αν και η θεμελιώδης δυνατότητα του αποδείχθηκε ήδη από το 1923 στο Ναυτικό Ερευνητικό Εργαστήριο των ΗΠΑ. Η ουσία του ραντάρ είναι ότι οι σύντομοι, έντονοι παλμοί ακτινοβολίας μικροκυμάτων εκπέμπονται στο διάστημα και στη συνέχεια καταγράφεται μέρος αυτής της ακτινοβολίας, επιστρέφοντας από το επιθυμητό απομακρυσμένο αντικείμενο - ένα πλοίο ή αεροσκάφος.

Σύνδεση.

Τα ραδιοκύματα μικροκυμάτων χρησιμοποιούνται ευρέως στην τεχνολογία των επικοινωνιών. Εκτός από τα διάφορα στρατιωτικά ραδιοφωνικά συστήματα, υπάρχουν πολυάριθμες εμπορικές ζεύξεις μικροκυμάτων σε όλες τις χώρες του κόσμου. Δεδομένου ότι τέτοια ραδιοκύματα δεν ακολουθούν την καμπυλότητα η επιφάνεια της γης, αλλά διαδίδονται σε ευθεία γραμμή, αυτοί οι σύνδεσμοι αποτελούνται συνήθως από σταθμούς αναμετάδοσης εγκατεστημένους σε κορυφές λόφων ή σε πύργους ραδιοφώνου σε διαστήματα περίπου. 50 χλμ. Παραβολικές κεραίες ή κεραίες κόρνας που τοποθετούνται στον πύργο λαμβάνουν και μεταδίδουν σήματα μικροκυμάτων. Σε κάθε σταθμό, πριν από την αναμετάδοση, το σήμα ενισχύεται από έναν ηλεκτρονικό ενισχυτή. Δεδομένου ότι η ακτινοβολία μικροκυμάτων επιτρέπει στενά εστιασμένη λήψη και μετάδοση, η μετάδοση δεν απαιτεί μεγάλες ποσότητες ηλεκτρικής ενέργειας.

Αν και το σύστημα των πύργων, των κεραιών, των δεκτών και των πομπών μπορεί να φαίνεται πολύ ακριβό, τελικά όλα αυτά είναι κάτι παραπάνω από αποπληρωμένα λόγω της μεγάλης χωρητικότητας πληροφοριών των καναλιών επικοινωνίας μικροκυμάτων. Οι πόλεις των Ηνωμένων Πολιτειών διασυνδέονται με ένα σύνθετο δίκτυο με περισσότερες από 4.000 ζεύξεις αναμετάδοσης μικροκυμάτων, σχηματίζοντας ένα σύστημα επικοινωνίας που εκτείνεται από τη μια ακτή του ωκεανού στην άλλη. Τα κανάλια αυτού του δικτύου είναι σε θέση να μεταδίδουν ταυτόχρονα χιλιάδες τηλεφωνικές συνομιλίες και πολυάριθμα τηλεοπτικά προγράμματα.

Δορυφόροι επικοινωνίας.

Το σύστημα των πύργων αναμετάδοσης που είναι απαραίτητο για τη μετάδοση της ακτινοβολίας μικροκυμάτων σε μεγάλες αποστάσεις μπορεί φυσικά να κατασκευαστεί μόνο στην ξηρά. Για τη διηπειρωτική επικοινωνία απαιτείται διαφορετικός τρόπος αναμετάδοσης. Εδώ έρχονται να σώσουν οι σύνδεσμοι. τεχνητούς δορυφόρουςΓη; εκτοξεύονται σε γεωστατική τροχιά, μπορούν να χρησιμεύσουν ως σταθμοί αναμετάδοσης για επικοινωνίες μικροκυμάτων.

Μια ηλεκτρονική συσκευή που ονομάζεται δορυφόρος ενεργού ρελέ λαμβάνει, ενισχύει και αναμεταδίδει σήματα μικροκυμάτων που μεταδίδονται από επίγειους σταθμούς. Οι πρώτοι πειραματικοί δορυφόροι αυτού του τύπου (Telstar, Relay και Syncom) πραγματοποίησαν με επιτυχία την αναμετάδοση τηλεοπτικών εκπομπών από τη μια ήπειρο στην άλλη ήδη στις αρχές της δεκαετίας του 1960. Με βάση αυτή την εμπειρία, έχουν αναπτυχθεί εμπορικοί διηπειρωτικοί και εγχώριοι δορυφόροι επικοινωνιών. Οι δορυφόροι της τελευταίας διηπειρωτικής σειράς Intelsat εκτοξεύτηκαν σε διαφορετικά σημεία της γεωστατικής τροχιάς με τέτοιο τρόπο ώστε οι περιοχές κάλυψης τους, αλληλοκαλυπτόμενες, να παρέχουν υπηρεσίες σε συνδρομητές σε όλο τον κόσμο. Κάθε δορυφόρος της σειράς Intelsat των τελευταίων τροποποιήσεων παρέχει στους πελάτες χιλιάδες κανάλια επικοινωνίας υψηλής ποιότητας για την ταυτόχρονη μετάδοση τηλεφώνου, τηλεόρασης, σημάτων φαξ και ψηφιακών δεδομένων.

Θερμική επεξεργασία προϊόντων διατροφής.

Η ακτινοβολία μικροκυμάτων χρησιμοποιείται για θερμική επεξεργασία τρόφιμαστο σπίτι και στη βιομηχανία τροφίμων. Η ενέργεια που παράγεται από ισχυρούς σωλήνες κενού μπορεί να συγκεντρωθεί σε μικρό όγκο για εξαιρετικά αποδοτικό μαγείρεμα προϊόντων στο λεγόμενο. φούρνοι μικροκυμάτων ή φούρνοι μικροκυμάτων, που χαρακτηρίζονται από καθαριότητα, αθόρυβο και συμπαγή. Τέτοιες συσκευές χρησιμοποιούνται σε γαλέρες αεροσκαφών, σιδηροδρομικά βαγόνια τραπεζαρίας και μηχανήματα αυτόματης πώλησης όπου απαιτείται προετοιμασία και μαγείρεμα γρήγορου φαγητού. Η βιομηχανία παράγει επίσης οικιακούς φούρνους μικροκυμάτων.

Επιστημονική έρευνα.

παίζεται η ακτινοβολία μικροκυμάτων σημαντικός ρόλοςστην έρευνα για τις ηλεκτρονικές ιδιότητες στερεά. Όταν ένα τέτοιο σώμα βρίσκεται σε μαγνητικό πεδίο, τα ελεύθερα ηλεκτρόνια σε αυτό αρχίζουν να περιστρέφονται γύρω από τις γραμμές του μαγνητικού πεδίου σε ένα επίπεδο κάθετο προς την κατεύθυνση μαγνητικό πεδίο. Η συχνότητα περιστροφής, που ονομάζεται κυκλοτρόνιο, είναι ευθέως ανάλογη με την ένταση του μαγνητικού πεδίου και αντιστρόφως ανάλογη με την ενεργό μάζα του ηλεκτρονίου. (Η ενεργή μάζα καθορίζει την επιτάχυνση ενός ηλεκτρονίου υπό την επίδραση κάποιας δύναμης σε έναν κρύσταλλο. Διαφέρει από τη μάζα ενός ελεύθερου ηλεκτρονίου, που καθορίζει την επιτάχυνση ενός ηλεκτρονίου υπό τη δράση κάποιας δύναμης στο κενό. Η διαφορά είναι λόγω της παρουσίας ελκτικών και απωστικών δυνάμεων που δρουν σε ένα ηλεκτρόνιο σε έναν κρύσταλλο που περιβάλλει άτομα και άλλα ηλεκτρόνια.) Εάν η ακτινοβολία μικροκυμάτων πέφτει σε ένα στερεό σώμα σε μαγνητικό πεδίο, τότε αυτή η ακτινοβολία απορροφάται έντονα όταν η συχνότητά της είναι ίση με το συχνότητα κυκλοτρονίου του ηλεκτρονίου. Αυτό το φαινόμενοονομάζεται συντονισμός κυκλοτρονίων. επιτρέπει σε κάποιον να μετρήσει την αποτελεσματική μάζα ενός ηλεκτρονίου. Τέτοιες μετρήσεις παρείχαν πολύτιμες πληροφορίες σχετικά με τις ηλεκτρονικές ιδιότητες των ημιαγωγών, των μετάλλων και των μεταλλοειδών.

Η ακτινοβολία μικροκυμάτων παίζει επίσης σημαντικό ρόλο στην εξερεύνηση του διαστήματος. Οι αστρονόμοι έχουν μάθει πολλά για τον γαλαξία μας μελετώντας την ακτινοβολία 21 cm που εκπέμπεται από το αέριο υδρογόνο στο διαστρικό διάστημα. Τώρα είναι δυνατό να μετρηθεί η ταχύτητα και να προσδιοριστεί η κατεύθυνση κίνησης των βραχιόνων του Γαλαξία, καθώς και η θέση και η πυκνότητα των περιοχών αερίου υδρογόνου στο διάστημα.

ΠΗΓΕΣ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑΣ ΜΙΚΡΟΚΥΜΑΤΩΝ

Η ταχεία πρόοδος στον τομέα της τεχνολογίας μικροκυμάτων συνδέεται σε μεγάλο βαθμό με την εφεύρεση ειδικών συσκευών ηλεκτροκενού - το μάγνητρον και το κλυστρόν, ικανά να παράγουν μεγάλες ποσότητεςενέργεια μικροκυμάτων. Ένας ταλαντωτής που βασίζεται σε ένα συμβατικό τρίοδο κενού που χρησιμοποιείται σε χαμηλές συχνότητες, στην περιοχή των μικροκυμάτων είναι πολύ αναποτελεσματική.

Τα δύο κύρια μειονεκτήματα της τριόδου ως γεννήτριας μικροκυμάτων είναι ο πεπερασμένος χρόνος πτήσης του ηλεκτρονίου και η χωρητικότητα μεταξύ ηλεκτροδίων. Το πρώτο οφείλεται στο γεγονός ότι το ηλεκτρόνιο χρειάζεται κάποιο (αν και σύντομο) χρόνο για να πετάξει μεταξύ των ηλεκτροδίων του σωλήνα κενού. Κατά τη διάρκεια αυτής της περιόδου, το πεδίο μικροκυμάτων έχει χρόνο να αλλάξει την κατεύθυνση του προς το αντίθετο, έτσι ώστε το ηλεκτρόνιο να αναγκαστεί επίσης να γυρίσει πίσω πριν φτάσει στο άλλο ηλεκτρόδιο. Ως αποτέλεσμα, τα ηλεκτρόνια δονούνται άχρηστα μέσα στη λάμπα, χωρίς να δίνουν την ενέργειά τους στο ταλαντευτικό κύκλωμα του εξωτερικού κυκλώματος.

Μαγνήτρον.

Στο magnetron, που εφευρέθηκε στη Μεγάλη Βρετανία πριν από τον Δεύτερο Παγκόσμιο Πόλεμο, αυτές οι ελλείψεις απουσιάζουν, καθώς λαμβάνεται ως βάση μια εντελώς διαφορετική προσέγγιση για τη δημιουργία ακτινοβολίας μικροκυμάτων - η αρχή του συντονιστή κοιλότητας. Ακριβώς όπως ένας σωλήνας οργάνων δεδομένου μεγέθουςέχουν τις δικές τους ακουστικές συχνότητες συντονισμού και ο συντονιστής κοιλότητας έχει τους δικούς του ηλεκτρομαγνητικούς συντονισμούς. Τα τοιχώματα του συντονιστή λειτουργούν ως επαγωγή και ο χώρος μεταξύ τους λειτουργεί ως χωρητικότητα κάποιου κυκλώματος συντονισμού. Έτσι, ο συντονιστής κοιλότητας είναι παρόμοιος με το κύκλωμα παράλληλου συντονισμού ενός ταλαντωτή χαμηλής συχνότητας με ξεχωριστό πυκνωτή και επαγωγέα. Οι διαστάσεις του συντονιστή κοιλότητας επιλέγονται, φυσικά, έτσι ώστε η επιθυμητή συχνότητα συντονισμού μικροκυμάτων να αντιστοιχεί σε έναν δεδομένο συνδυασμό χωρητικότητας και επαγωγής.

Το μαγνήτρον (Εικ. 1) έχει αρκετούς συντονιστές κοιλότητας διατεταγμένους συμμετρικά γύρω από την κάθοδο που βρίσκεται στο κέντρο. Το όργανο τοποθετείται ανάμεσα στους πόλους ενός ισχυρού μαγνήτη. Σε αυτή την περίπτωση, τα ηλεκτρόνια που εκπέμπονται από την κάθοδο, υπό τη δράση ενός μαγνητικού πεδίου, αναγκάζονται να κινηθούν κατά μήκος κυκλικών τροχιών. Η ταχύτητά τους είναι τέτοια που είναι αυστηρά συγκεκριμένη ώραδιασχίστε τις ανοιχτές αυλακώσεις των αντηχείων στην περιφέρεια. Ταυτόχρονα, εγκαταλείπουν την κινητική τους ενέργεια, συναρπαστικές ταλαντώσεις στους συντονιστές. Στη συνέχεια, τα ηλεκτρόνια επιστρέφουν στην κάθοδο και η διαδικασία επαναλαμβάνεται. Χάρη σε μια τέτοια συσκευή, ο χρόνος πτήσης και οι χωρητικότητες μεταξύ ηλεκτροδίων δεν παρεμβαίνουν στην παραγωγή ενέργειας μικροκυμάτων.

Μπορούν να γίνουν μαγνητόνια μεγάλο μέγεθος, και στη συνέχεια δίνουν ισχυρούς παλμούς ενέργειας μικροκυμάτων. Αλλά το magnetron έχει τα μειονεκτήματά του. Για παράδειγμα, οι συντονιστές για πολύ υψηλές συχνότητες γίνονται τόσο μικροί που είναι δύσκολο να κατασκευαστούν και ένα τέτοιο μαγνήτρον από μόνο του, λόγω του μικρού του μεγέθους, δεν μπορεί να είναι αρκετά ισχυρό. Επιπλέον, απαιτείται ένας βαρύς μαγνήτης για το magnetron και η απαιτούμενη μάζα του μαγνήτη αυξάνεται με την αύξηση της ισχύος της συσκευής. Επομένως, τα ισχυρά μαγνητρόνια δεν είναι κατάλληλα για εγκαταστάσεις επί του αεροσκάφους.

Κλύστρον.

Αυτή η συσκευή ηλεκτροκενού, που βασίζεται σε μια ελαφρώς διαφορετική αρχή, δεν απαιτεί εξωτερικό μαγνητικό πεδίο. Σε ένα klystron (Εικ. 2), τα ηλεκτρόνια κινούνται σε ευθεία γραμμή από την κάθοδο στην ανακλαστική πλάκα και μετά πίσω. Ταυτόχρονα, διασχίζουν το ανοιχτό κενό του αντηχείου κοιλότητας σε μορφή ντόνατ. Το πλέγμα ελέγχου και τα πλέγματα συντονισμού ομαδοποιούν τα ηλεκτρόνια σε ξεχωριστές «συστάδες» έτσι ώστε τα ηλεκτρόνια να διασχίζουν το διάκενο του συντονιστή μόνο σε ορισμένες χρονικές στιγμές. Τα κενά μεταξύ των δεσμών ταιριάζουν με τη συχνότητα συντονισμού του συντονιστή με τέτοιο τρόπο ώστε η κινητική ενέργεια των ηλεκτρονίων να μεταφέρεται στον συντονιστή, με αποτέλεσμα να δημιουργούνται ισχυρές ηλεκτρομαγνητικές ταλαντώσεις σε αυτόν. Αυτή η διαδικασία μπορεί να συγκριθεί με τη ρυθμική αιώρηση μιας αρχικά ακίνητης αιώρησης.

Τα πρώτα κλυστρόνια ήταν μάλλον συσκευές χαμηλής ισχύος, αλλά αργότερα έσπασαν όλα τα ρεκόρ των μαγνητρονίων ως γεννήτριες μικροκυμάτων υψηλής ισχύος. Δημιουργήθηκαν Klystron που παρέδιδαν έως και 10 εκατομμύρια watt ισχύος ανά παλμό και έως και 100 χιλιάδες Watt σε συνεχή λειτουργία. Το σύστημα κλυστρόν του ερευνητικού γραμμικού επιταχυντή σωματιδίων αποδίδει 50 εκατομμύρια watt μικροκυματικής ισχύος ανά παλμό.

Τα Klystron μπορούν να λειτουργήσουν σε συχνότητες έως και 120 δισεκατομμύρια Hertz. Ωστόσο, η ισχύς εξόδου τους, κατά κανόνα, δεν υπερβαίνει το ένα watt. Αναπτύσσονται παραλλαγές του σχεδιασμού του klystron που έχουν σχεδιαστεί για υψηλές ισχύς εξόδου στην περιοχή χιλιοστών.

Τα Klystrons μπορούν επίσης να χρησιμεύσουν ως ενισχυτές σήματος μικροκυμάτων. Για αυτό χρειάζεστε σήμα εισόδουεφαρμόζεται στα πλέγματα του συντονιστή κοιλότητας και, στη συνέχεια, η πυκνότητα των δεσμίδων ηλεκτρονίων θα αλλάξει σύμφωνα με αυτό το σήμα.

Λάμπα ταξιδιού κυμάτων (TWT).

Μια άλλη συσκευή ηλεκτροκενού για τη δημιουργία και την ενίσχυση ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων στην περιοχή μικροκυμάτων είναι μια λάμπα κινούμενου κύματος. Είναι ένας λεπτός εκκενωμένος σωλήνας που εισάγεται σε ένα μαγνητικό πηνίο εστίασης. Στο εσωτερικό του σωλήνα υπάρχει ένα επιβραδυντικό πηνίο σύρματος. Μια δέσμη ηλεκτρονίων διέρχεται κατά μήκος του άξονα της σπείρας και ένα κύμα του ενισχυμένου σήματος τρέχει κατά μήκος της ίδιας της σπείρας. Η διάμετρος, το μήκος και το βήμα της έλικας, καθώς και η ταχύτητα των ηλεκτρονίων επιλέγονται με τέτοιο τρόπο ώστε τα ηλεκτρόνια να δίνουν μέρος της κινητικής τους ενέργειας στο κινούμενο κύμα.

Τα ραδιοκύματα διαδίδονται με την ταχύτητα του φωτός, ενώ η ταχύτητα των ηλεκτρονίων στη δέσμη είναι πολύ μικρότερη. Ωστόσο, δεδομένου ότι το σήμα μικροκυμάτων αναγκάζεται να πάει σε μια σπείρα, η ταχύτητα της κίνησής του κατά μήκος του άξονα του σωλήνα είναι κοντά στην ταχύτητα της δέσμης ηλεκτρονίων. Επομένως, το οδοιπορικό κύμα αλληλεπιδρά με τα ηλεκτρόνια για αρκετά μεγάλο χρονικό διάστημα και ενισχύεται απορροφώντας την ενέργειά τους.

Εάν δεν εφαρμόζεται εξωτερικό σήμα στη λάμπα, τότε ο τυχαίος ηλεκτρικός θόρυβος ενισχύεται σε μια συγκεκριμένη συχνότητα συντονισμού και το κύμα που ταξιδεύει TWT λειτουργεί ως γεννήτρια μικροκυμάτων και όχι ως ενισχυτής.

Η ισχύς εξόδου του TWT είναι πολύ μικρότερη από αυτή των μαγνητρονίων και των κλυστρονίων στην ίδια συχνότητα. Ωστόσο, τα TWT μπορούν να συντονιστούν σε ένα ασυνήθιστα ευρύ φάσμα συχνοτήτων και μπορούν να χρησιμεύσουν ως πολύ ευαίσθητοι ενισχυτές χαμηλού θορύβου. Αυτός ο συνδυασμός ιδιοτήτων κάνει το TWT μια πολύτιμη συσκευή στην τεχνολογία μικροκυμάτων.

Επίπεδες τρίοδες κενού.

Αν και τα κλυστρόνια και τα μαγνητρόνια προτιμώνται ως γεννήτριες μικροκυμάτων, οι βελτιώσεις έχουν αποκαταστήσει σε κάποιο βαθμό τον σημαντικό ρόλο των τριοδίων κενού, ειδικά ως ενισχυτές σε συχνότητες έως 3 δισεκατομμύρια Hertz.

Οι δυσκολίες που σχετίζονται με το χρόνο πτήσης εξαλείφονται λόγω των πολύ μικρών αποστάσεων μεταξύ των ηλεκτροδίων. Η ανεπιθύμητη χωρητικότητα μεταξύ των ηλεκτροδίων ελαχιστοποιείται καθώς τα ηλεκτρόδια είναι δικτυωμένα και όλες οι εξωτερικές συνδέσεις γίνονται σε μεγάλους δακτυλίους έξω από τη λάμπα. Όπως συνηθίζεται στην τεχνολογία μικροκυμάτων, χρησιμοποιείται αντηχείο κοιλότητας. Το αντηχείο περιβάλλει σφιχτά τη λάμπα και οι σύνδεσμοι δακτυλίου παρέχουν επαφή γύρω από ολόκληρη την περιφέρεια του αντηχείου.

Γεννήτρια διόδων Gunn.

Μια τέτοια γεννήτρια μικροκυμάτων ημιαγωγών προτάθηκε το 1963 από τον J. Gunn, υπάλληλο του Ερευνητικού Κέντρου Watson της IBM. Επί του παρόντος, τέτοιες συσκευές παράγουν ισχύ της τάξης των milliwatts σε συχνότητες που δεν υπερβαίνουν τα 24 δισεκατομμύρια Hertz. Αλλά μέσα σε αυτά τα όρια, έχει αναμφισβήτητα πλεονεκτήματα έναντι των κλυστρόνων χαμηλής ισχύος.

Δεδομένου ότι η δίοδος Gunn είναι ένας ενιαίος κρύσταλλος αρσενιδίου του γαλλίου, είναι καταρχήν πιο σταθερή και ανθεκτική από ένα klystron, το οποίο πρέπει να έχει μια θερμαινόμενη κάθοδο για να δημιουργήσει μια ροή ηλεκτρονίων και απαιτείται υψηλό κενό. Επιπλέον, η δίοδος Gunn λειτουργεί σε σχετικά χαμηλή τάση τροφοδοσίας, ενώ το klystron απαιτεί ογκώδη και ακριβά τροφοδοτικά με τάση 1000 έως 5000 V.

ΕΞΑΡΤΗΜΑΤΑ ΚΥΚΛΩΜΑΤΟΣ

Ομοαξονικά καλώδια και κυματοδηγοί.

Για τη μετάδοση ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων της περιοχής μικροκυμάτων όχι μέσω του αιθέρα, αλλά μέσω μεταλλικών αγωγών, ειδικές μεθόδουςκαι ειδικά διαμορφωμένους αγωγούς. Τα συνηθισμένα καλώδια που μεταφέρουν ηλεκτρική ενέργεια, κατάλληλα για τη μετάδοση ραδιοφωνικών σημάτων χαμηλής συχνότητας, είναι αναποτελεσματικά στις συχνότητες μικροκυμάτων.

Οποιοδήποτε κομμάτι σύρματος έχει χωρητικότητα και επαγωγή. Αυτά τα λεγόμενα. Οι κατανεμημένες παράμετροι γίνονται πολύ σημαντικές στην τεχνολογία μικροκυμάτων. Ο συνδυασμός της χωρητικότητας του αγωγού με τη δική του αυτεπαγωγή στις συχνότητες μικροκυμάτων παίζει το ρόλο ενός κυκλώματος συντονισμού, εμποδίζοντας σχεδόν πλήρως τη μετάδοση. Δεδομένου ότι είναι αδύνατο να εξαλειφθεί η επίδραση των κατανεμημένων παραμέτρων στις ενσύρματες γραμμές μεταφοράς, πρέπει κανείς να στραφεί σε άλλες αρχές για τη μετάδοση κυμάτων μικροκυμάτων. Αυτές οι αρχές ενσωματώνονται σε ομοαξονικά καλώδια και κυματοδηγούς.

Ένα ομοαξονικό καλώδιο αποτελείται από ένα εσωτερικό σύρμα και έναν κυλινδρικό εξωτερικό αγωγό που το περιβάλλει. Το κενό μεταξύ τους γεμίζεται με ένα πλαστικό διηλεκτρικό, όπως τεφλόν ή πολυαιθυλένιο. Με την πρώτη ματιά, αυτό μπορεί να φαίνεται σαν ένα ζευγάρι συνηθισμένων καλωδίων, αλλά σε εξαιρετικά υψηλές συχνότητες η λειτουργία τους είναι διαφορετική. Το σήμα μικροκυμάτων που εισάγεται από το ένα άκρο του καλωδίου διαδίδεται στην πραγματικότητα όχι μέσω του μετάλλου των αγωγών, αλλά μέσω του κενού μεταξύ τους που είναι γεμάτο με μονωτικό υλικό.

Τα ομοαξονικά καλώδια μεταδίδουν σήματα μικροκυμάτων μέχρι αρκετά δισεκατομμύρια hertz, αλλά σε υψηλότερες συχνότητες η απόδοσή τους μειώνεται και είναι ακατάλληλα για μετάδοση υψηλών δυνάμεων.

Τα συμβατικά κανάλια μικροκυμάτων έχουν τη μορφή κυματοδηγών. Ένας κυματοδηγός είναι ένας προσεκτικά κατασκευασμένος μεταλλικός σωλήνας με ορθογώνια ή κυκλική διατομή, μέσα στον οποίο διαδίδεται ένα σήμα μικροκυμάτων. Με απλά λόγια, ο κυματοδηγός κατευθύνει το κύμα, αναγκάζοντάς το να αναπηδά από τους τοίχους κάθε τόσο. Αλλά στην πραγματικότητα, η διάδοση ενός κύματος κατά μήκος ενός κυματοδηγού είναι η διάδοση των ταλαντώσεων των ηλεκτρικών και μαγνητικών πεδίων του κύματος, όπως στον ελεύθερο χώρο. Μια τέτοια διάδοση σε έναν κυματοδηγό είναι δυνατή μόνο εάν οι διαστάσεις του είναι σε μια ορισμένη αναλογία με τη συχνότητα του εκπεμπόμενου σήματος. Επομένως, ο κυματοδηγός υπολογίζεται με ακρίβεια, επεξεργάζεται εξίσου με ακρίβεια και προορίζεται μόνο για ένα στενό εύρος συχνοτήτων. Εκπέμπει κακώς άλλες συχνότητες ή δεν εκπέμπει καθόλου. Μια τυπική κατανομή ηλεκτρικών και μαγνητικών πεδίων μέσα στον κυματοδηγό φαίνεται στο Σχ. 3.

Όσο μεγαλύτερη είναι η συχνότητα του κύματος, τόσο μικρότερο είναι το μέγεθος του αντίστοιχου ορθογώνιου κυματοδηγού. στο τέλος, αυτές οι διαστάσεις αποδεικνύονται τόσο μικρές που η κατασκευή του είναι υπερβολικά περίπλοκη και η μέγιστη ισχύς που μεταδίδεται από αυτό μειώνεται. Ως εκ τούτου, ξεκίνησε η ανάπτυξη κυκλικών κυματοδηγών (κυκλικής διατομής), οι οποίοι μπορούν να έχουν αρκετό μεγάλα μεγέθηακόμα και σε υψηλές συχνότητες μικροκυμάτων. Η χρήση ενός κυκλικού κυματοδηγού περιορίζεται από ορισμένες δυσκολίες. Για παράδειγμα, ένας τέτοιος κυματοδηγός πρέπει να είναι ευθύς, διαφορετικά η απόδοσή του μειώνεται. Οι ορθογώνιοι κυματοδηγοί, από την άλλη πλευρά, λυγίζονται εύκολα, μπορούν να τους δοθεί το επιθυμητό καμπυλόγραμμο σχήμα και αυτό δεν επηρεάζει με κανέναν τρόπο τη διάδοση του σήματος. Ραντάρ και άλλες εγκαταστάσεις μικροκυμάτων συνήθως μοιάζουν με περίπλοκο λαβύρινθο μονοπατιών κυματοδηγών που συνδέουν διαφορετικά εξαρτήματα και μεταδίδουν ένα σήμα από τη μια συσκευή στην άλλη μέσα στο σύστημα.

συστατικά στερεάς κατάστασης.

Τα εξαρτήματα στερεάς κατάστασης όπως οι ημιαγωγοί και οι φερρίτες παίζουν σημαντικό ρόλο στην τεχνολογία μικροκυμάτων. Έτσι, για ανίχνευση, μεταγωγή, διόρθωση, μετατροπή συχνότητας και ενίσχυση σημάτων μικροκυμάτων, χρησιμοποιούνται δίοδοι γερμανίου και πυριτίου.

Για την ενίσχυση, χρησιμοποιούνται επίσης ειδικές δίοδοι - varicaps (με ελεγχόμενη χωρητικότητα) - σε ένα κύκλωμα που ονομάζεται παραμετρικός ενισχυτής. Οι ευρέως χρησιμοποιούμενοι ενισχυτές αυτού του είδους χρησιμοποιούνται για την ενίσχυση εξαιρετικά μικρών σημάτων, καθώς σχεδόν δεν εισάγουν το δικό τους θόρυβο και παραμόρφωση.

Ενισχυτής μικροκυμάτων στερεάς κατάστασης με χαμηλό επίπεδοΟ θόρυβος είναι επίσης ένα ρουμπινί μέιζερ. Ένας τέτοιος μέιζερ, του οποίου η δράση βασίζεται σε αρχές κβαντομηχανικής, ενισχύει το σήμα μικροκυμάτων λόγω των μεταβάσεων μεταξύ των επιπέδων εσωτερική ενέργειαάτομα σε ένα ρουμπινί κρύσταλλο. Το ρουμπίνι (ή άλλο κατάλληλο υλικό μέιζερ) βυθίζεται σε υγρό ήλιο, έτσι ώστε ο ενισχυτής να λειτουργεί σε εξαιρετικά χαμηλές θερμοκρασίες (μόνο λίγους βαθμούς πάνω από το απόλυτο μηδέν). Επομένως, το επίπεδο θερμικού θορύβου στο κύκλωμα είναι πολύ χαμηλό, καθιστώντας το μέιζερ κατάλληλο για ραδιοαστρονομία, υπερευαίσθητο ραντάρ και άλλες μετρήσεις στις οποίες πρέπει να ανιχνεύονται και να ενισχύονται εξαιρετικά αδύναμα σήματα μικροκυμάτων.

Τα υλικά φερρίτη, όπως το οξείδιο του σιδήρου του μαγνησίου και ο γρανάτης σιδήρου υττρίου, χρησιμοποιούνται ευρέως για την κατασκευή διακοπτών μικροκυμάτων, φίλτρων και κυκλοφορητών. Οι συσκευές φερρίτη ελέγχονται από μαγνητικά πεδία και ένα ασθενές μαγνητικό πεδίο είναι αρκετό για τον έλεγχο της ροής ενός ισχυρού σήματος μικροκυμάτων. Οι διακόπτες φερρίτη έχουν το πλεονέκτημα έναντι των μηχανικών ότι δεν υπάρχουν κινούμενα μέρη για φθορά και η εναλλαγή είναι πολύ γρήγορη. Στο σχ. Το 4 δείχνει μια τυπική συσκευή φερρίτη - έναν κυκλοφορητή. Λειτουργώντας σαν κυκλικός κόμβος, ο κυκλοφορητής διασφαλίζει ότι το σήμα ακολουθεί μόνο ορισμένες διαδρομές που συνδέουν τα διάφορα εξαρτήματα. Κυκλοφορητές και άλλες συσκευές μεταγωγής φερρίτη χρησιμοποιούνται κατά τη σύνδεση πολλών εξαρτημάτων ενός συστήματος μικροκυμάτων στην ίδια κεραία. Στο σχ. 4, ο κυκλοφορητής δεν περνά το μεταδιδόμενο σήμα στον δέκτη και το λαμβανόμενο σήμα στον πομπό.

Στην τεχνολογία μικροκυμάτων, χρησιμοποιείται επίσης μια δίοδος σήραγγας - μια σχετικά νέα συσκευή ημιαγωγών που λειτουργεί σε συχνότητες έως και 10 δισεκατομμύρια Hertz. Χρησιμοποιείται σε γεννήτριες, ενισχυτές, μετατροπείς συχνότητας και διακόπτες. Η ισχύς λειτουργίας του είναι μικρή, αλλά είναι η πρώτη συσκευή ημιαγωγών που μπορεί να λειτουργεί αποτελεσματικά σε τόσο υψηλές συχνότητες.

Κεραίες.

Οι κεραίες μικροκυμάτων είναι πολύ διαφορετικές ασυνήθιστα σχήματα. Το μέγεθος της κεραίας είναι περίπου ανάλογο με το μήκος κύματος του σήματος, και επομένως, για την περιοχή μικροκυμάτων, σχέδια που θα ήταν πολύ ογκώδη σε χαμηλότερες συχνότητες είναι αρκετά αποδεκτά.

Τα σχέδια πολλών κεραιών λαμβάνουν υπόψη εκείνες τις ιδιότητες της ακτινοβολίας μικροκυμάτων που την φέρνουν πιο κοντά στο φως. Χαρακτηριστικά παραδείγματα είναι οι κεραίες κόρνας, οι παραβολικοί ανακλαστήρες, οι μεταλλικοί και οι διηλεκτρικοί φακοί. Χρησιμοποιούνται επίσης ελικοειδείς και ελικοειδείς κεραίες, που συχνά κατασκευάζονται με τη μορφή τυπωμένων κυκλωμάτων.

Ομάδες κυματοδηγών με σχισμή μπορούν να διαταχθούν έτσι ώστε να λαμβάνεται το επιθυμητό σχέδιο ακτινοβολίας για την ακτινοβολούμενη ενέργεια. Συχνά χρησιμοποιούνται επίσης δίπολα του τύπου των γνωστών κεραιών τηλεόρασης που τοποθετούνται σε ταράτσες. Τέτοιες κεραίες έχουν συχνά πανομοιότυπα στοιχεία σε απόσταση μεταξύ τους σε διαστήματα μήκους κύματος που αυξάνουν την κατευθυντικότητα μέσω παρεμβολών.

Οι κεραίες μικροκυμάτων είναι συνήθως σχεδιασμένες να είναι εξαιρετικά κατευθυντικές, γιατί σε πολλά συστήματα μικροκυμάτων είναι πολύ σημαντικό η ενέργεια να μεταδίδεται και να λαμβάνεται ακριβώς στη σωστή κατεύθυνση. Η κατευθυντικότητα της κεραίας αυξάνεται με την αύξηση της διαμέτρου της. Αλλά μπορείτε να μειώσετε την κεραία, διατηρώντας παράλληλα την κατευθυντικότητά της, εάν μεταβείτε σε υψηλότερες συχνότητες λειτουργίας.

Πολλές κεραίες "ανακλαστήρες" με παραβολικό ή σφαιρικό μεταλλικό ανακλαστήρα έχουν σχεδιαστεί ειδικά για να λαμβάνουν εξαιρετικά αδύναμα σήματα, όπως αυτά που προέρχονται από διαπλανητικά διαστημόπλοια ή από μακρινούς γαλαξίες. Στο Arecibo (Πουέρτο Ρίκο) υπάρχει ένα από τα μεγαλύτερα ραδιοτηλεσκόπια με μεταλλικό ανακλαστήρα σε μορφή σφαιρικού τμήματος, η διάμετρος του οποίου είναι 300 μ. Η κεραία έχει μια σταθερή («μεσημβρινή») βάση. Η ραδιοδέσμη λήψης του κινείται στον ουρανό λόγω της περιστροφής της Γης. Η μεγαλύτερη (76 m) πλήρως κινητή κεραία βρίσκεται στην Jodrell Bank (Ηνωμένο Βασίλειο).

Νέο στον τομέα των κεραιών - κεραία με ηλεκτρονικό έλεγχο κατευθυντικότητας? μια τέτοια κεραία δεν χρειάζεται να περιστραφεί μηχανικά. Αποτελείται από πολυάριθμα στοιχεία - δονητές, τα οποία μπορούν να συνδεθούν ηλεκτρονικά με διαφορετικούς τρόπους μεταξύ τους και έτσι να εξασφαλίσουν την ευαισθησία της «συστοιχίας κεραιών» προς οποιαδήποτε επιθυμητή κατεύθυνση.

ακτινοβολία μικροκυμάτων

Παρουσίαση για το μάθημα "Κλίμακα ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων"

καθηγητές του λυκείου ΜΑΟΥ №14

Ermakova T.V.

Για παράδειγμα, όπως και το φως, διαδίδεται σε ευθεία γραμμή και εμποδίζεται από όλα σχεδόν τα στερεά αντικείμενα. Όπως το φως, εστιάζεται, διαδίδεται ως δέσμη και ανακλάται. Πολλές κεραίες ραντάρ και άλλες συσκευές μικροκυμάτων είναι, σαν να λέγαμε, μεγεθυσμένες εκδόσεις οπτικών στοιχείων όπως καθρέφτες και φακοί.

Ιδιότητες της ακτινοβολίας μικροκυμάτων

Ταυτόχρονα, η ακτινοβολία μικροκυμάτων είναι παρόμοια με την εκπομπή ραδιοφωνικής εκπομπής στο ότι παράγεται με παρόμοιες μεθόδους. Η ακτινοβολία μικροκυμάτων είναι εφαρμόσιμη στην κλασική θεωρία των ραδιοκυμάτων και μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως μέσο επικοινωνίας, με βάση τις ίδιες αρχές. Αλλά χάρη στις υψηλότερες συχνότητες, δίνει περισσότερα

άφθονες ευκαιρίες για μεταφορά πληροφοριών, που βελτιώνει την αποτελεσματικότητα της επικοινωνίας. Για παράδειγμα, μια δέσμη μικροκυμάτων μπορεί να μεταφέρει ταυτόχρονα πολλές εκατοντάδες τηλεφωνικές συνομιλίες.

Ιδιότητες της ακτινοβολίας μικροκυμάτων

Ένας ταλαντωτής που βασίζεται σε ένα συμβατικό τρίοδο κενού, που χρησιμοποιείται σε χαμηλές συχνότητες, αποδεικνύεται ότι είναι πολύ αναποτελεσματικός στην περιοχή μικροκυμάτων. Τα δύο κύρια μειονεκτήματα της τριόδου ως γεννήτριας μικροκυμάτων είναι ο πεπερασμένος χρόνος πτήσης του ηλεκτρονίου και η χωρητικότητα μεταξύ ηλεκτροδίων. Το πρώτο οφείλεται στο γεγονός ότι το ηλεκτρόνιο χρειάζεται κάποιο (αν και σύντομο) χρόνο για να πετάξει μεταξύ των ηλεκτροδίων του σωλήνα κενού. Κατά τη διάρκεια αυτής της περιόδου, το πεδίο μικροκυμάτων έχει χρόνο να αλλάξει την κατεύθυνση του προς το αντίθετο, έτσι ώστε το ηλεκτρόνιο να αναγκαστεί επίσης να γυρίσει πίσω πριν φτάσει στο άλλο ηλεκτρόδιο. Ως αποτέλεσμα, τα ηλεκτρόνια δονούνται άχρηστα μέσα στη λάμπα, χωρίς να δίνουν την ενέργειά τους στο ταλαντευτικό κύκλωμα του εξωτερικού κυκλώματος.

ΠΗΓΕΣ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑΣ ΜΙΚΡΟΚΥΜΑΤΩΝ

MAGNETRON Είναι ένας ηλεκτρονικός λαμπτήρας δύο ηλεκτροδίων που παράγει ακτινοβολία μικροκυμάτων λόγω της κίνησης των ηλεκτρονίων υπό τη δράση αμοιβαία κάθετων ηλεκτρικών και μαγνητικών πεδίων. Χρησιμοποιείται ως λαμπτήρας γεννήτριας για πομπούς ραδιοφώνου και ραντάρ στην περιοχή μικροκυμάτων.

1 - κάθοδος; 2 - καλώδια ρεύματος του θερμαντήρα. 3 - μπλοκ ανόδου. 4 - συντονιστές κοιλότητας. 5 - βρόχος επικοινωνίας εξόδου. 6 - ομοαξονικό καλώδιο.

Μαγνήτρον

Με βάση μια ελαφρώς διαφορετική αρχή, δεν απαιτείται εξωτερικό μαγνητικό πεδίο. Σε ένα κλυστρόνιο, τα ηλεκτρόνια κινούνται σε ευθεία γραμμή από την κάθοδο στην ανακλαστική πλάκα και μετά πίσω. Ταυτόχρονα, διασχίζουν το ανοιχτό κενό του αντηχείου κοιλότητας σε μορφή ντόνατ. Το πλέγμα ελέγχου και τα πλέγματα συντονισμού ομαδοποιούν τα ηλεκτρόνια σε ξεχωριστές «συστάδες» έτσι ώστε τα ηλεκτρόνια να διασχίζουν το διάκενο του συντονιστή μόνο σε ορισμένες χρονικές στιγμές. Τα κενά μεταξύ των δεσμών ταιριάζουν με τη συχνότητα συντονισμού του συντονιστή με τέτοιο τρόπο ώστε η κινητική ενέργεια των ηλεκτρονίων να μεταφέρεται στον συντονιστή, με αποτέλεσμα να δημιουργούνται ισχυρές ηλεκτρομαγνητικές ταλαντώσεις σε αυτόν.

1 - κάθοδος; 2 - αντηχείο? 3 - ανακλαστική πλάκα. 4 - πλέγματα αντηχείων. 5 - βρόχος επικοινωνίας εξόδου. 6 - πλέγμα ελέγχου.

Κλύστρον

Είναι ένας λεπτός εκκενωμένος σωλήνας που εισάγεται σε ένα μαγνητικό πηνίο εστίασης. Στο εσωτερικό του σωλήνα υπάρχει ένα επιβραδυντικό πηνίο σύρματος. Μια δέσμη ηλεκτρονίων διέρχεται κατά μήκος του άξονα της σπείρας και ένα κύμα του ενισχυμένου σήματος τρέχει κατά μήκος της ίδιας της σπείρας. Η διάμετρος, το μήκος και το βήμα της έλικας, καθώς και η ταχύτητα των ηλεκτρονίων επιλέγονται με τέτοιο τρόπο ώστε τα ηλεκτρόνια να δίνουν μέρος της κινητικής τους ενέργειας στο κινούμενο κύμα. Τα ραδιοκύματα διαδίδονται με την ταχύτητα του φωτός, ενώ η ταχύτητα των ηλεκτρονίων στη δέσμη είναι πολύ μικρότερη. Ωστόσο, δεδομένου ότι το σήμα μικροκυμάτων αναγκάζεται να πάει σε μια σπείρα, η ταχύτητα της κίνησής του κατά μήκος του άξονα του σωλήνα είναι κοντά στην ταχύτητα της δέσμης ηλεκτρονίων.

Λάμπα ταξιδιού κυμάτων (TWT).

Αν και τα κλυστρόνια και τα μαγνητρόνια προτιμώνται ως γεννήτριες μικροκυμάτων, οι βελτιώσεις έχουν αποκαταστήσει σε κάποιο βαθμό τον σημαντικό ρόλο των τριοδίων κενού, ειδικά ως ενισχυτές σε συχνότητες έως 3 δισεκατομμύρια Hertz.

Επίπεδες τρίοδες κενού

η δίοδος Gunn είναι ένας ενιαίος κρύσταλλος αρσενιδίου του γαλλίου, είναι, καταρχήν, πιο σταθερή και ανθεκτική από το klystron, το οποίο πρέπει να έχει θερμαινόμενη κάθοδο για να δημιουργήσει ροή ηλεκτρονίων και απαιτείται υψηλό κενό. Επιπλέον, η δίοδος Gunn λειτουργεί σε σχετικά χαμηλή τάση τροφοδοσίας, ενώ το klystron απαιτεί ογκώδη και ακριβά τροφοδοτικά με τάση 1000 έως 5000 V.

Γεννήτρια σε μια δίοδο Gunn

Μετά τον Δεύτερο Παγκόσμιο Πόλεμο, ξεκίνησε εντατική έρευνα για το ραντάρ μικροκυμάτων, αν και η θεμελιώδης δυνατότητα του αποδείχθηκε ήδη από το 1923 στο Ναυτικό Ερευνητικό Εργαστήριο των ΗΠΑ. Η ουσία του ραντάρ είναι ότι οι σύντομοι, έντονοι παλμοί ακτινοβολίας μικροκυμάτων εκπέμπονται στο διάστημα και στη συνέχεια καταγράφεται μέρος αυτής της ακτινοβολίας, επιστρέφοντας από το επιθυμητό απομακρυσμένο αντικείμενο - ένα πλοίο ή αεροσκάφος.

ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑΣ ΜΙΚΡΟΚΥΜΑΤΩΝ

Εκτός από τα διάφορα στρατιωτικά ραδιοφωνικά συστήματα, υπάρχουν πολυάριθμες εμπορικές ζεύξεις μικροκυμάτων σε όλες τις χώρες του κόσμου. Δεδομένου ότι τέτοια ραδιοκύματα δεν ακολουθούν την καμπυλότητα της επιφάνειας της γης, αλλά διαδίδονται σε ευθεία γραμμή, αυτές οι γραμμές επικοινωνίας συνήθως αποτελούνται από σταθμούς αναμετάδοσης εγκατεστημένους σε κορυφές λόφων ή σε ραδιοπύργους σε διαστήματα περίπου. 50 χλμ.

ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑΣ ΜΙΚΡΟΚΥΜΑΤΩΝ

Εδώ, οι συνδεδεμένοι τεχνητοί δορυφόροι της Γης έρχονται στη διάσωση. εκτοξεύονται σε γεωστατική τροχιά, μπορούν να χρησιμεύσουν ως σταθμοί αναμετάδοσης για επικοινωνίες μικροκυμάτων. Μια ηλεκτρονική συσκευή που ονομάζεται δορυφόρος ενεργού ρελέ λαμβάνει, ενισχύει και αναμεταδίδει σήματα μικροκυμάτων που μεταδίδονται από επίγειους σταθμούς.

ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑΣ ΜΙΚΡΟΚΥΜΑΤΩΝ

Θερμική επεξεργασία. Η ακτινοβολία μικροκυμάτων χρησιμοποιείται για τη θερμική επεξεργασία προϊόντων τροφίμων στο σπίτι και στη βιομηχανία τροφίμων. Η ενέργεια που παράγεται από ισχυρούς σωλήνες κενού μπορεί να συγκεντρωθεί σε μικρό όγκο για εξαιρετικά αποδοτικό μαγείρεμα προϊόντων στο λεγόμενο. φούρνοι μικροκυμάτων ή φούρνοι μικροκυμάτων, που χαρακτηρίζονται από καθαριότητα, αθόρυβο και συμπαγή. Η βιομηχανία παράγει επίσης οικιακούς φούρνους μικροκυμάτων.

ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑΣ ΜΙΚΡΟΚΥΜΑΤΩΝ

Θερμική επεξεργασία. Ο αμερικανικός στρατός παρουσίασε έναν ισχυρό πομπό μικροκυμάτων, ένα «θερμικό» όπλο που μπορεί να διαλύσει πλήθη διαδηλωτών και να στήσει έναν αόρατο «τοίχο» από τον οποίο κανείς δεν μπορεί να περάσει. Η εγκατάσταση ονομαζόταν Active Denial System (ADS), με το παρατσούκλι «θερμική δέσμη» και «πιστόλι μικροκυμάτων»

ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑΣ ΜΙΚΡΟΚΥΜΑΤΩΝ

. Η ακτινοβολία μικροκυμάτων έχει παίξει σημαντικό ρόλο στη μελέτη των ηλεκτρονικών ιδιοτήτων των στερεών. Όταν ένα τέτοιο σώμα βρίσκεται σε μαγνητικό πεδίο, τα ελεύθερα ηλεκτρόνια σε αυτό αρχίζουν να περιστρέφονται γύρω από τις μαγνητικές γραμμές δύναμης σε ένα επίπεδο κάθετο προς την κατεύθυνση του μαγνητικού πεδίου. Η συχνότητα περιστροφής, που ονομάζεται κυκλοτρόνιο, είναι ευθέως ανάλογη με την ένταση του μαγνητικού πεδίου και αντιστρόφως ανάλογη με την ενεργό μάζα του ηλεκτρονίου.

Τέτοιες μετρήσεις παρείχαν πολύτιμες πληροφορίες σχετικά με τις ηλεκτρονικές ιδιότητες των ημιαγωγών, των μετάλλων και των μεταλλοειδών. Η ακτινοβολία μικροκυμάτων παίζει επίσης σημαντικό ρόλο στην εξερεύνηση του διαστήματος.

ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑΣ ΜΙΚΡΟΚΥΜΑΤΩΝ

Επί του παρόντος, υπάρχουν δύο βασικά πρότυπα για το επίπεδο ασφαλούς ακτινοβολίας στον κόσμο. Ένα από αυτά αναπτύχθηκε από τον Αμερικανό Εθνικό ΙνστιτούτοΠρότυπα (ANSI) και προτείνει να θεωρηθεί ασφαλής η ακτινοβολία με πυκνότητα ισχύος 10 mW / cm2. Για τους φούρνους μικροκυμάτων, το πρότυπο είναι η πυκνότητα ισχύος 1 mW/cm2 σε απόσταση 5 cm από τον φούρνο.

Το ευρωπαϊκό πρότυπο (συμπεριλαμβανομένου του ρωσικού) υποθέτει ότι το επίπεδο πυκνότητας ακτινοβολίας δεν πρέπει να υπερβαίνει τα 10 μW (0,01 mW) ανά τετραγωνικό εκατοστόσε απόσταση 50 cm από την πηγή ακτινοβολίας

Ασφάλεια κατά τη χρήση συσκευών μικροκυμάτων