Učinak mikrovalnog zračenja na čovjeka. Projektni rad iz fizike na temu: “Mikrovalno zračenje. Njegova upotreba u mikrovalnim pećnicama. Usporedna analiza peći različitih proizvođača

Raspon radio emisije je suprotan od gama zračenja i također je neograničen s jedne strane - od dugih valova i niskih frekvencija.

Inženjeri ga dijele na mnoge dijelove. Za bežični prijenos podataka (internet, mobilna i satelitska telefonija) koriste se najkraći radiovalovi; metarski, decimetarski i ultrakratki valovi (VHF) okupiraju lokalne televizijske i radijske postaje; kratki valovi (HF) koriste se za globalne radiokomunikacije - reflektiraju se od ionosfere i mogu kružiti oko Zemlje; za regionalno radijsko emitiranje koriste se srednji i dugi valovi. Ultradugi valovi (ELW) - od 1 km do tisuća kilometara - prodiru slana voda a služe za komunikaciju s podmornicama, kao i za traženje minerala.

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

Atmosfera propušta radio valove duljine od 1 mm do 30 m. Oni omogućuju promatranje jezgri galaksija, neutronskih zvijezda i dr planetarni sustavi, ali najimpresivnije postignuće radioastronomije su rekordno detaljne slike kozmičkih izvora, čija razlučivost prelazi desettisućinke kutne sekunde.

Mikrovalna pećnica

Mikrovalovi su podpojas radijskog zračenja uz infracrveno. Naziva se još i ultravisokofrekventnim (mikrovalnim) zračenjem jer ima najvišu frekvenciju u radijskom području.

Mikrovalno područje je zanimljivo astronomima jer detektira reliktnu radijaciju preostalu iz vremena Velikog praska (drugi naziv je mikrovalna kozmička pozadina). Emitiran je prije 13,7 milijardi godina, kada je vruća materija svemira postala prozirna za vlastito toplinsko zračenje. Kako se Svemir širio, CMB se hladio i danas mu je temperatura 2,7 K.

CMB zračenje dolazi na Zemlju iz svih smjerova. Danas astrofizičare zanimaju nehomogenosti u sjaju neba u mikrovalnom području. Koriste se za određivanje kako su se klasteri galaksija počeli formirati u ranom svemiru kako bi se testirala ispravnost kozmoloških teorija.

Ali na Zemlji se mikrovalne pećnice koriste za tako obične zadatke kao što je zagrijavanje doručka i razgovor na mobitel.

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

Izvori

Sky Recenzije

Mikrovalno nebo 1.9 mm(WMAP)

Kozmičko mikrovalno pozadinsko zračenje, koje se naziva i kozmičko mikrovalno pozadinsko zračenje, je ohlađeni sjaj vrućeg Svemira. Prvi su ga otkrili A. Penzias i R. Wilson 1965. (Nobelova nagrada 1978.) pokazala su da je zračenje potpuno jednoliko po cijelom nebu.

Godine 1992. objavljeno je otkriće anizotropije (nehomogenosti) kozmičkog mikrovalnog pozadinskog zračenja. Taj je rezultat dobio sovjetski satelit Relikt-1, a potvrdio američki satelit COBE (vidi Nebo u infracrvenom). COBE je također utvrdio da je spektar kozmičkog mikrovalnog pozadinskog zračenja vrlo blizak spektru crnog tijela. Za ovaj rezultat dodijeljena je Nobelova nagrada 2006.

Varijacije u svjetlini kozmičkog mikrovalnog pozadinskog zračenja na nebu ne prelaze stoti dio postotka, ali njihova prisutnost ukazuje na suptilne nehomogenosti u distribuciji materije koja je postojala na ranoj fazi evoluciji svemira i poslužili su kao embriji galaksija i njihovih jata.

Međutim, točnost COBE i Relict podataka nije bila dovoljna za testiranje kozmoloških modela, pa je 2001. lansiran novi, točniji WMAP (Wilkinson Microwave Anisotropy Probe) uređaj, koji je do 2003. napravio detaljnu kartu distribucije intenziteta kozmičkog mikrovalnog pozadinskog zračenja preko nebeske sfere. Na temelju tih podataka sada se usavršavaju kozmološki modeli i ideje o evoluciji galaksija.

CMB je nastao kada je starost Svemira bila oko 400 tisuća godina te je zbog širenja i hlađenja postao proziran za vlastito toplinsko zračenje. U početku je zračenje imalo Planckov spektar (crno tijelo) s temperaturom od oko 3000 K i uzima u obzir blisko infracrveno i vidljivo područje spektra.

Kako se Svemir širio, kozmičko mikrovalno pozadinsko zračenje doživjelo je crveni pomak, što je dovelo do smanjenja njegove temperature. Danas je temperatura kozmičkog mikrovalnog pozadinskog zračenja 2,7 DO i pada u mikrovalno i daleko infracrveno (submilimetarsko) područje spektra. Grafikon prikazuje približan pogled na Planckov spektar za ovu temperaturu. Spektar kozmičkog mikrovalnog pozadinskog zračenja prvi je izmjerio satelit COBE (vidi Nebo u infracrvenom), za što je 2006. dodijeljena Nobelova nagrada.

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

Poznata spektralna linija valne duljine 21.1 cm je još jedan način promatranja neutralnog atomskog vodika u svemiru. Linija se pojavljuje zbog takozvanog hiperfinog cijepanja tla razina energije atom vodika.

Energija nepobuđenog atoma vodika ovisi o relativnoj orijentaciji spinova protona i elektrona. Ako su paralelni, energija je nešto veća. Takvi se atomi mogu spontano transformirati u stanje s antiparalelnim spinovima, emitirajući kvantu radio emisije koja odnosi maleni višak energije. To se pojedinom atomu događa u prosjeku jednom svakih 11 milijuna godina. Ali ogromna raspodjela vodika u svemiru omogućuje promatranje oblaka plina na ovoj frekvenciji.

Radio nebo na valu 73.5 cm, 408 MHz(Bonn)

Ovo je najduža valna duljina od svih istraživanja neba. Izvedeno je na valnoj duljini na kojoj se opaža značajan broj izvora u Galaksiji. Osim toga, izbor valne duljine određen je tehničkim razlozima. Za izradu istraživanja korišten je jedan od najvećih svjetskih potpuno rotirajućih radioteleskopa - 100-metarski radioteleskop Bonn.

Zemaljska primjena

Glavna prednost mikrovalne pećnice je što se hrana tijekom vremena zagrijava po cijelom volumenu, a ne samo s površine.

Mikrovalno zračenje, koje ima veću valnu duljinu, prodire dublje od infracrvenog zračenja ispod površine proizvoda. U hrani, elektromagnetske vibracije pobuđuju rotacijske razine molekula vode, čije kretanje uglavnom uzrokuje zagrijavanje hrane. Na taj način se odvija mikrovalno (mikrovalno) sušenje namirnica, odmrzavanje, kuhanje i zagrijavanje. Također varijable električne struje pobuđuju visokofrekventne struje. Ove struje se mogu pojaviti u tvarima u kojima su prisutne pokretne nabijene čestice.

Ali oštri i tanki metalni predmeti ne mogu se staviti u mikrovalnu pećnicu (to se posebno odnosi na posuđe s metalnim ukrasima obloženim srebrom i zlatom). Čak i tanki prsten od pozlate uz rub ploče može izazvati snažno električno pražnjenje koje će oštetiti uređaj koji stvara elektromagnetski val u peći (magnetron, klistron).

Princip rada mobilne telefonije temelji se na korištenju radio kanala (u mikrovalnom području) za komunikaciju između pretplatnika i jedne od baznih stanica. Podaci se prenose između baznih stanica, u pravilu, putem digitalnih kabelskih mreža.

Domet bazne stanice - veličina ćelije - je od nekoliko desetaka do nekoliko tisuća metara. Ovisi o krajoliku i snazi ​​signala, koji je odabran tako da nema previše aktivnih pretplatnika u jednoj ćeliji.

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

Mnogo je polemika o mogućoj štetnosti mikrovalnog zračenja mobitela. Tijekom razgovora odašiljač je u neposrednoj blizini glave osobe. Ponovljene studije još nisu uspjele pouzdano registrirati negativne učinke radijskih emisija mobitela na zdravlje. Iako se učinci slabog mikrovalnog zračenja na tjelesno tkivo ne mogu potpuno isključiti, nema razloga za ozbiljnu zabrinutost.

Televizijska slika prenosi se na metarskim i decimetarskim valovima. Svaki okvir je podijeljen na linije duž kojih se svjetlina mijenja na određeni način.

Odašiljač televizijske postaje stalno emitira radijski signal strogo određene frekvencije, naziva se nosiva frekvencija. Prijemni krug televizora prilagođen je tome - u njemu se javlja rezonancija na željenoj frekvenciji, što omogućuje hvatanje slabih elektromagnetskih oscilacija. Informacije o slici prenose se amplitudom oscilacija: velika amplituda znači veliku svjetlinu, niska amplituda znači tamno područje slike. Ovaj princip se naziva amplitudna modulacija. Zvuk se slično prenosi putem radio postaja (osim FM postaja).

Prelaskom na digitalnu televiziju mijenjaju se pravila kodiranja slike, ali sam princip nosive frekvencije i njezine modulacije ostaje isti.

Parabolična antena za prijem signala geostacionarnog satelita u mikrovalnom i VHF području. Princip rada je isti kao kod radioteleskopa, ali antenu nije potrebno pomicati. U trenutku postavljanja, usmjerava se na satelit, koji uvijek ostaje na jednom mjestu u odnosu na zemaljske strukture.

To se postiže postavljanjem satelita u geostacionarnu orbitu na visinu od oko 36 tisuća. km iznad Zemljinog ekvatora. Razdoblje revolucije duž ove orbite točno je jednako razdoblju rotacije Zemlje oko svoje osi u odnosu na zvijezde - 23 sata 56 minuta 4 sekunde. Veličina antene ovisi o snazi ​​satelitskog odašiljača i njegovom uzorku zračenja. Svaki satelit ima primarno područje usluge gdje njegove signale prima antena promjera 50–100 cm, te periferna zona, gdje signal brzo slabi i antena do 2–3 m.

Razvoj mikrovalne tehnologije u posljednja dva desetljeća pridonio je njezinom uvođenju u fizioterapijsku praksu. Mikrovalne pećnice imaju niz fizička svojstva, koji se mogu koristiti za liječenje određenih bolesti (primjerice, psorijaze, reumatizma i drugih autoimunih bolesti). Svojstva ovih valova su sljedeća: a) njihova se energija može koncentrirati na pojedine dijelove tijela; b) odbijaju se od gustih površina; c) njihova je frekvencija bliska frekvenciji relaksacijskih vibracija vode; d) termogeniji su od ultrakratkih valova.

Pod utjecajem mikrovalova u tkivima živog organizma dolazi do vibracija iona i dipolnih molekula vode koje oni sadrže.. Apsorpcija energije valova u tkivima zbog vibracija iona praktički je neovisna o frekvenciji, dok apsorpcija zbog vibracija dipolnih molekula vode raste s povećanjem frekvencije. Međutim, to se povećanje događa do frekvencije specifične za svako tijelo molekule (tzv. frekvencija opuštanja). Na višim frekvencijama, zbog inercije, molekule više nemaju vremena reagirati na prečeste promjene valnih polja, pa se stoga apsorpcija energije valova naglo smanjuje. Za molekule vode, ova granična frekvencija opuštanja je oko 2-10 Hz (valna duljina oko 1,5 cm). Zbog ovih značajki, kako se valna duljina skraćuje, povećava se uloga molekula u ukupnoj apsorpciji energije valova u tkivima. U rasponu valnih duljina od 10 centimetara približno polovica se apsorbira zbog vibracija molekula vode. ukupna energija, au 3-centimetrskom - već 98%. Budući da se tijelo sastoji više od pola od vode, jasan je značaj ove činjenice za djelovanje mikrovalova, posebno za tkiva s visokim sadržajem vode (krv, limfa, mišići, živčani sustav).

Mikrovalovi imaju toplinske i ekstratermalne učinke. Po prvi put je njihov ekstratermalni učinak na ljude utvrdio S. Ya. Turlygin, koji je uočio pojavu pospanosti nakon izlaganja centimetarskim valovima vrlo niskog intenziteta. Kasnije su to potvrdila brojna promatranja. Pri sustavnom izlaganju osobe mikrovalovima velike snage na licu dolazi do zamućenja leće, funkcionalnih promjena u živčanom sustavu, disfunkcije vidnog i olfaktornog analizatora itd., što je dovelo do potrebe uspostavljanja u industriji najveće dopuštene doze izloženosti ljudi tijekom radnog vremena - ne više od 0,01 mW/cm2.

Opći učinak na životinje intenzivnog mikrovalnog polja pri PFM (gustoća toka snage) od 0,2-0,3 W/cm21 uzrokuje promjene u disanju, otkucajima srca i krvnom tlaku, dok su lokalni učinci u istim uvjetima popraćeni brzo prolaznim promjenama u hemodinamike i disanja, očito refleksnog podrijetla. Regulatorni značaj živčanog sustava kada je izložen mikrovalnom polju pojavljuje se kada se presjeku živci vagus kod životinja; pritom se bilježi manji porast disanja, ali teži hemodinamski poremećaj kao posljedica isključenja regulacijskog utjecaja živca vagusa.

Kod žabe, mikrovalno polje od 0,3 W/cm2 uzrokuje promjene u srčanoj aktivnosti slične dvofaznom učinku električno polje UHF. U prvoj fazi, ponekad kratkotrajnoj, dolazi do ubrzanja i pojačanja srčane frekvencije, nakon čega slijedi usporavanje i prestanak rada srca u dijastoli. Nakon prestanka izlaganja, kontrakcije se obnavljaju; Ponekad se opažaju aritmije. Ti se učinci smatraju toplinskim zbog visokog PMT-a mikrovalnog polja korištenog u eksperimentima.

Velik 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 dolazi do usporavanja ritma. Prema elektrokardiografiji, kod dugotrajnijeg ponovljenog izlaganja mikrovalnom polju može se suditi o aktivaciji kompenzacijskih mehanizama i razvoju prilagodbe, koji kod pasa može biti poremećen jačim izlaganjima. Utvrđene promjene ukazuju na razvoj privremenih distrofičnih procesa u miokardu i smatraju se refleksom; unutar prvog sata nakon izlaganja, te promjene nestaju. U pasa s umjetno izazvanim infarktom miokarda, korištenje mikrovalnog polja uzrokuje povećanje broja otkucaja srca, smanjenje svih elektrokardiogramskih valova u svakom odvodu, a S-T interval se još više diže iznad izoelektrične linije. Mikrovalno polje pogoršava funkcije bolesnog srca.

Kod normalizacije pokazatelja rada srca nakon eksperimentalnog infarkta miokarda, uporaba mikrovalnog polja niskog intenziteta uzrokuje fazne promjene u srčanoj aktivnosti kod životinja, što se može smatrati distrofičnim. Ove promjene promatraju se kao ukupni utjecaj, te lokalno na području glave. Opterećenje mišića u kombinaciji sa slabim mikrovalnim poljem dovodi do trajnijih promjena.

Na temelju elektrokardiografskih podataka možemo zaključiti da je pod utjecajem mikrovalnog polja biokemijski procesi u tkivima srca, čija težina ovisi o intenzitetu izloženosti mikrovalovima.

Određivanje elektrolitskog sastava periferne krviživotinja primjenom elektroforeze nakon izlaganja intenzivnom mikrovalnom polju (PPM 0,1-0,2 W/cm2) ukazuje na fazne promjene u sadržaju kalija i natrija. U početku se omjer K/Na u plazmi povećava, a zatim smanjuje. U usporedbi s elektrokardiografskim podacima jasno je da se nakon izlaganja visokom sadržaju kalija u krvi u svim odvodima pojavljuju šiljasti visoki T valovi, a s niskim sadržajem kalija niski, spljošteni. Na temelju promjene omjera kalija i natrija u krvi može se pretpostaviti da pod utjecajem mikrovalova dolazi do promjene propusnosti staničnih membrana za intra- i izvanstanične katione.

Biokemijska istraživanja 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 učinak mikrovalnog polja na organizam. Korištenje intenzivnog mikrovalnog polja (PPM 0,1-0,3 W/cm2) dovodi do nagli pad redoks procesi u tkivima kunića; u ovom slučaju se očituje toplinski učinak mikrovalnog polja. Slabo mikrovalno polje (PPM 0,005-0,01 W/cm2) uzrokuje zamjetan porast redoks procesa u tkivima. Ponovljeno izlaganje kunića mikrovalnom polju dovodi do manjih pomaka u redoks procesima u usporedbi s jednokratnim izlaganjem. To se može objasniti činjenicom da ponovljena izloženost stimulira kompenzacijske i adaptacijske mehanizme i uzrokuje manje pomake u redoks procesima u životinjskim tkivima. Utjecaj kompenzacijskih mehanizama bio je izraženiji u središnjem živčanom sustavu nego u srcu.

Proučavanje metabolizma proteina kod životinja pod lokalnom i općom izloženošću mikrovalnim poljima otkrilo je neke značajke. Izloženost srčanom području dnevno tijekom 10 dana (PPM 0,02 W/cm2 s emiterskom površinom od 10 cm2) nije izazvala značajnije promjene u metabolizmu proteina srčanog mišića, ali kod intenzivnijeg izlaganja (PPM 0,1 W/ cm2) povećanje udjela proteina s fosforilaznom aktivnošću uz istodobno smanjenje frakcije miogena.

U srčanom mišiću životinja zabilježene su značajne promjene u sadržaju pojedinih frakcija proteina, što je ovisilo o intenzitetu izloženosti.

Reakcija taloženja u Uchterlon agaru korištena je za proučavanje antigenskog sastava krvnog seruma životinja izloženih općem izlaganju mikrovalovima u obliku ciklusa od 20 postupaka po 10 minuta dnevno (PPM 0,006 i 0,04 W/cm2). Krvni serum ispitivan je 24-25 dana nakon posljednjeg izlaganja. Reakcija taloženja u agaru je to pokazala opće djelovanje mikrovalovima (PPM 0,006 W/cm2) ne dovodi do promjena u antigenskom sastavu krvnog seruma životinja. Antiserum na serum pokusnih životinja podjednako je reagirao sa serumom pokusnih i zdravih životinja.

U imunološkim istraživanjima krvnog seruma životinja izloženih općem izlaganju mikrovalovima s PPM od 0,04 W/cm2, nađen je manji broj precipitacijskih linija u reakciji taloženja u agaru, što ukazuje na pojednostavljenje antigenskog sastava krvnog seruma. i jačanje imunološkog sustava. Serumi u odnosu na serum zdravih životinja različito su reagirali sa serumom zdravih i pokusnih životinja; pritom su serumi prema pokusnom serumu 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 mikrovalovima.

Pojednostavljenje antigenskog sastava krvnog seruma kada je izložen toplinskim dozama mikrovalova ukazuje na duboku promjenu u tjelesnom metabolizmu. Pod utjecajem netermalnih doza mikrovalova nije primijećen takav fenomen.

Proučavanje više živčane aktivnosti pasa metodom uvjetovani refleksi pokazuje da izlaganje mikrovalnom polju uzrokuje značajne promjene koje ovise o gustoći toka snage, trajanju izlaganja i tipološka obilježjaživotinja. Promjene u funkcionalnom stanju korteksa moždane hemisfere mozga kod pasa uočeno je čak i nakon jednog izlaganja slabom mikrovalnom polju (PPM 0,005-0,01 W/cm2). Budući da ova snaga polja nije uzrokovala povećanje tjelesne temperature, promatrani učinak nije bio povezan s pregrijavanjem. Slabo mikrovalno polje pojačalo je proces ekscitacije, a snažno, u kojem su uočeni kratkoća daha i pregrijavanje, dovelo je do razvoja inhibicije u središnjem živčanom sustavu.

Jačanje uvjetovanih i bezuvjetnih refleksa ukazuje na to da mikrovalno polje djeluje i na koru velikog mozga i na subkortikalne formacije. S produljenim izlaganjem slabom mikrovalnom polju uočavaju se fazne promjene u višoj živčanoj aktivnosti: prvo, povećanje procesa uzbude, a zatim njegovo slabljenje na početnu razinu s povećanom inhibicijom.

Proučavanje elektroencefalografskih parametara kod životinja pod općom izloženošću otkrilo je odnos između prirode bioloških električna aktivnost mozga i intenzitet izlaganja mikrovalnom polju. Intenzivno i dugotrajna izloženost uzrokovao promjene osnovnih ritmova električne aktivnosti, kao i amplitude. Kada su bile izložene glavi životinje, te su se promjene pojavile pod slabim utjecajem mikrovalnog polja.

Trenutno znanstvenici pokušavaju liječiti mikrovalnim valovima maligne formacije, što bi konačno moglo omogućiti stvaranje jedinstvenog tretmana za rak dojke. No, sve je još u fazi pokusa na životinjama.

> Mikrovalne pećnice

Istražite moć i utjecaj mikrovalne pećnice. Pročitajte o rasponima mikrovalova, frekvenciji i duljini zračenja, što su izvori mikrovalova i kako pećnica radi.

Mikrovalna pećnica– elektromagnetski valovi duljine 1 m – 1 mm).

Cilj učenja

• Razumjeti tri mikrovalna pojasa.

Glavne točke

• Mikrovalno područje prekrivaju valovi najviše frekvencije.
• Prefiks "mikro" u mikrovalnoj pećnici ne označava valnu duljinu.
• Mikrovalovi su podijeljeni u tri pojasa: ekstremno visoke frekvencije (30-300 GHz), ultravisoke frekvencije (3-30 GHz) i ultravisoke frekvencije (300 MHz-3 GHz).
• Popis izvora uključuje umjetne naprave kao što su odašiljački tornjevi, radari, maseri, kao i prirodni - Sunčevo i kozmičko mikrovalno pozadinsko zračenje.
• Mikrovalovi se mogu proizvesti iz atoma i molekula. Oni apsorbiraju i emitiraju zrake ako temperatura poraste iznad apsolutne nule.

Pojmovi

• Radar - metoda traženja udaljenih objekata i pokazivanja njihovog položaja, brzine i drugih karakteristika analizom odaslanih radio valova reflektiranih od površine.
• Toplinsko uzbuđenje je toplinsko kretanje atoma i molekula ako je temperatura u objektu iznad apsolutne nule.
• Terahertz zračenje su elektromagnetski valovi čije se frekvencije približavaju terahercima.

Mikrovalna pećnica

Mikrovalovi su elektromagnetski valovi čija je valna duljina u rasponu od 1m - 1mm (300 MHz - 300 GHz). Mikrovalno područje obično je prekriveno valovima najviše frekvencije. U uvjetima vakuuma mogu se kretati brzinom svjetlosti.

Prefiks "mikro" u "mikrovalna" ne označava valnu duljinu u mikrometarskom području. To samo znači da se mikrovalovi čine malim jer imaju kraće valne duljine u usporedbi s radijskim emisijama. Podjela između različitih vrsta zraka najčešće je proizvoljna.

Ovdje su glavne kategorije Elektromagnetski valovi. Crte razdvajanja razlikuju se na nekim mjestima, a druge se kategorije mogu preklapati. Mikrovalovi zauzimaju visokofrekventni dio radijskog dijela elektromagnetskog spektra

Potkategorije mikrovalnih pećnica

Mikrovalne pećnice podijeljene su u tri raspona:

• izuzetno visoke frekvencije (30-300 Hz). Ako su pokazatelji viši, onda smo suočeni s dalekom IR svjetlošću, koja se naziva i terahertz zračenje. Ovaj opseg se najčešće koristi u radioastronomiji i daljinskom istraživanju.
• ultravisoke frekvencije (3-30 GHz). Naziva se centimetarskim opsegom jer je raspon frekvencija primjenjiv u radarskim odašiljačima, mikrovalnim pećnicama, komunikacijskim satelitima i kratkim zemaljskim kanalima za prijenos podataka.
• Ultravisoka frekvencija (300 MHz - 3 GHz) je decimetarsko područje, jer se valna duljina kreće od 10 cm do 1 m. Prisutne su u televizijskom emitiranju, bežičnim telefonskim komunikacijama, walkie-talkiejima, satelitima itd.

Mikrovalni izvori

To su visokofrekventni elektromagnetski valovi koje stvaraju struje u makroskopskim krugovima i uređajima. Također se mogu dobiti iz atoma i molekula ako djeluju kao dio elektromagnetskih zraka nastalih tijekom toplinskog miješanja.

Važno je to zapamtiti više informacija prenosi na visokim frekvencijama, što mikrovalove čini idealnim za komunikacijske uređaje. Zbog kratkih valnih duljina između odašiljača i prijamnika mora se uspostaviti jasna linija vidljivosti.

Sunce također proizvodi mikrovalne zrake, iako ih većina blokira planetarna atmosfera. CMB zračenje prožima cijeli prostor. Njegovo otkriće potvrđuje teoriju Velikog praska.

CMB zračenje od Velikog praska s povećanim širenjem

Uređaji s mikrovalovima

Mikrovalni izvori velike snage koriste posebne vakuumske cijevi za generiranje mikrovalova. Uređaji rade prema razna načela koristeći balističko kretanje elektrona u uvjetima vakuuma. Na njih utječu električna ili magnetska polja.

Magnetronska šupljina koja se koristi u mikrovalnoj pećnici

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

Voda i neke komponente hrane imaju negativan naboj na jednom kraju i pozitivan naboj na drugom kraju. Raspon mikrovalnih frekvencija odabran je na takav način da polarne molekule, pokušavajući sačuvati svoje pozicije, apsorbiraju energiju i povećavaju temperaturne pokazatelje (dielektrično zagrijavanje).

Radar tijekom Drugog svjetskog rata koristio je mikrovalove. Pronalaženje i sinkronizacija mikrovalnih odjeka može izračunati udaljenost do objekata poput oblaka ili zrakoplova. Dopplerov pomak u radarskom odjeku može pokazati brzinu vozila ili čak intenzitet kišne oluje. Složeniji sustavi prikazuju naš i druge planete. Maser je uređaj sličan laseru koji povećava svjetlosnu energiju stimuliranjem fotona.

Sadržaj članka

ULTRA VISOKE FREKVENCIJE, frekvencijski raspon elektromagnetskog zračenja (100-300.000 milijuna herca), koji se nalazi u spektru između ultravisokih televizijskih frekvencija i frekvencija dalekog infracrvenog područja. Ovo frekvencijsko područje odgovara valnim duljinama od 30 cm do 1 mm; stoga se još naziva i decimetarsko i centimetarsko valno područje. U zemljama engleskog govornog područja naziva se mikrovalni pojas; To znači da su valne duljine vrlo male u usporedbi s valnim duljinama konvencionalnog radijskog emitiranja, koje su reda veličine nekoliko stotina metara.

Budući da je mikrovalno zračenje posredno u valnoj duljini između svjetlosnog zračenja i običnih radio valova, ima neka svojstva i svjetlosti i radiovalova. Na primjer, poput svjetlosti, putuje ravnom linijom i blokiraju je gotovo svi čvrsti predmeti. Slično kao i svjetlost, ona je fokusirana, širi se kao zraka i reflektira se. Mnoge radarske antene i drugi mikrovalni uređaji su povećane verzije optički elementi kao što su ogledala i leće.

U isto vrijeme, mikrovalno zračenje je slično radiodifuznom zračenju po tome što se stvara sličnim metodama. Klasična teorija radiovalova primjenjuje se na mikrovalno zračenje i može se koristiti kao sredstvo komunikacije na temelju istih principa. Ali zahvaljujući višim frekvencijama, pruža veće mogućnosti za prijenos informacija, što komunikaciju čini učinkovitijom. Na primjer, jedna mikrovalna zraka može istovremeno prenijeti nekoliko stotina telefonskih razgovora. Sličnost mikrovalnog zračenja sa svjetlom i povećana gustoća informacija koje ono nosi pokazali su se vrlo korisnima za radar i druga područja tehnologije.

PRIMJENA MIKROVALNOG ZRAČENJA

Radar.

Valovi u rasponu decimetar-centimetar ostali su predmet čisto znanstvene znatiželje sve do izbijanja Drugog svjetskog rata, kada se pojavila hitna potreba za novim i učinkovitim elektroničkim sredstvom za rano otkrivanje. Tek tada počinju intenzivna istraživanja mikrovalnog radara, iako je njegova temeljna mogućnost demonstrirana još 1923. godine u Američkom pomorskom istraživačkom laboratoriju. Bit radara je da se kratki, intenzivni impulsi mikrovalnog zračenja emitiraju u svemir, a zatim se dio tog zračenja bilježi, vraćajući se od željenog udaljenog objekta - morskog plovila ili zrakoplova.

Veza.

Mikrovalni radiovalovi naširoko se koriste u komunikacijskoj tehnologiji. Osim raznih vojnih radio-sustava, postoje brojne komercijalne mikrovalne komunikacijske linije u svim zemljama svijeta. Budući da takvi radio valovi ne prate zakrivljenost Zemljina površina, i šire se ravnom linijom, te se komunikacijske veze obično sastoje od relejnih stanica instaliranih na vrhovima brda ili radijskih tornjeva u intervalima od pribl. 50 km. Parabolične ili rogaste antene postavljene na tornjeve primaju i odašilju mikrovalne signale. Na svakoj postaji signal se pojačava elektroničkim pojačalom prije reemitiranja. Budući da mikrovalno zračenje omogućuje ciljani prijem i prijenos, prijenos ne zahtijeva velike količine električne energije.

Iako se sustav tornjeva, antena, prijamnika i odašiljača može činiti vrlo skupim, na kraju se sve više nego isplati zahvaljujući velikom informacijskom kapacitetu mikrovalnih komunikacijskih kanala. Gradovi diljem Sjedinjenih Država povezani su složenom mrežom od više od 4000 mikrovalnih relejnih veza, tvoreći komunikacijski sustav koji se proteže od jedne oceanske obale do druge. Kanali ove mreže mogu istovremeno prenijeti tisuće telefonskih razgovora i brojne televizijske programe.

Komunikacijski sateliti.

Sustav radiorelejnih tornjeva potrebnih za prijenos mikrovalnog zračenja na velike udaljenosti može se, naravno, izgraditi samo na kopnu. Za međukontinentalnu komunikaciju potrebna je drugačija metoda prijenosa. Tu u pomoć dolaze glasnici umjetni sateliti Zemlja; lansirani u geostacionarnu orbitu, mogu obavljati funkcije relejnih stanica za mikrovalnu komunikaciju.

Elektronički uređaj koji se naziva aktivni relejni satelit prima, pojačava i prenosi mikrovalne signale koje emitiraju zemaljske postaje. Prvi eksperimentalni sateliti ove vrste (Telstar, Relay i Syncom) uspješno su prenosili televizijske emisije s jednog kontinenta na drugi početkom 1960-ih. Na temelju tog iskustva razvijeni su komercijalni interkontinentalni i domaći komunikacijski sateliti. Intelsatova najnovija interkontinentalna serija satelita lansirana je na različite lokacije u geostacionarnoj orbiti na takav način da se njihova područja pokrivenosti preklapaju kako bi pružili uslugu pretplatnicima diljem svijeta. Svaki Intelsat satelit najnovijih modifikacija pruža korisnicima tisuće visokokvalitetnih komunikacijskih kanala za istovremeni prijenos telefonskih, televizijskih, faks signala i digitalnih podataka.

Toplinska obrada prehrambenih proizvoda.

Za toplinsku obradu koristi se mikrovalno zračenje prehrambeni proizvodi kod kuće i u prehrambenoj industriji. Energija koju generiraju vakuumske cijevi velike snage može se koncentrirati u mali volumen za visoko učinkovitu toplinsku obradu proizvoda u tzv. mikrovalne ili mikrovalne pećnice, koje karakterizira čistoća, bešumnost i kompaktnost. Takvi se uređaji koriste u kuhinjama zrakoplova, željezničkim vagon-restoranima i automatima, gdje je potrebna brza priprema i kuhanje hrane. Industrija također proizvodi mikrovalne pećnice za kućanstvo.

Znanstveno istraživanje.

Mikrovalno zračenje imalo je ulogu važna uloga u istraživanju elektroničkih svojstava čvrste tvari. Kada se takvo tijelo nađe u magnetskom polju, slobodni elektroni u njemu počinju rotirati oko silnica magnetskog polja u ravnini okomitoj na smjer magnetsko polje. Frekvencija rotacije, koja se naziva ciklotronska frekvencija, izravno je proporcionalna jakosti magnetskog polja i obrnuto proporcionalna efektivnoj masi elektrona. (Efektivna masa određuje ubrzanje elektrona pod utjecajem neke sile u kristalu. Razlikuje se od mase slobodnog elektrona, koja određuje ubrzanje elektrona pod utjecajem neke sile u vakuumu. Razlika je zbog prisutnosti privlačnih i odbojnih sila koje djeluju na elektron u kristalu koji okružuje atome i druge elektrone.) Ako mikrovalno zračenje padne na čvrsto tijelo koje se nalazi u magnetskom polju, tada se to zračenje snažno apsorbira kada mu je frekvencija jednaka ciklotronska frekvencija elektrona. Ovaj fenomen nazvana ciklotronska rezonancija; omogućuje mjerenje efektivne mase elektrona. Takva su mjerenja dala mnogo vrijednih informacija o elektroničkim svojstvima poluvodiča, metala i metaloida.

Mikrovalno zračenje također igra važnu ulogu u istraživanju svemira. Astronomi su naučili mnogo o našoj galaksiji proučavajući valne duljine od 21 cm koje emitira plin vodik u međuzvjezdanom prostoru. Sada je moguće izmjeriti brzinu i smjer kretanja krakova galaksije, kao i položaj i gustoću područja plinovitog vodika u svemiru.

IZVORI MIKROVALNOG ZRAČENJA

Brzi napredak u području mikrovalne tehnologije uvelike je povezan s izumom posebnih vakuumskih uređaja - magnetrona i klistrona, koji mogu generirati velike količine Mikrovalna energija. Generator na bazi konvencionalne vakuumske triode, koristi se na niske frekvencije, u mikrovalnom području ispada da je vrlo neučinkovit.

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 proleti između elektroda vakuumske cijevi. Tijekom tog vremena, mikrovalno polje uspijeva promijeniti smjer u suprotan smjer, tako da je elektron prisiljen okrenuti se natrag prije nego što stigne do druge elektrode. Kao rezultat toga, elektroni osciliraju unutar svjetiljke bez ikakve koristi, bez predaje svoje energije oscilatornom krugu vanjskog kruga.

Magnetron.

Magnetron, izumljen u Velikoj Britaniji prije Drugog svjetskog rata, nema te nedostatke, jer se temelji na potpuno drugačijem pristupu stvaranju mikrovalnog zračenja - principu volumetrijskog rezonatora. Baš kao orgulja zadana veličina Postoje vlastite akustične rezonantne frekvencije, a volumetrijski rezonator ima vlastite elektromagnetske rezonancije. Stijenke rezonatora djeluju kao induktivitet, a prostor između njih kao kapacitet određenog rezonantnog kruga. Dakle, rezonator sa šupljinom sličan je paralelnom rezonantnom krugu niskofrekventnog oscilatora s odvojenim kondenzatorom i induktorom. Dimenzije rezonatora sa šupljinom biraju se, naravno, tako da željena rezonantna ultravisoka frekvencija odgovara danoj kombinaciji kapaciteta i induktiviteta.

Magnetron (slika 1) ima nekoliko volumetrijskih rezonatora smještenih simetrično oko katode koja se nalazi u središtu. Uređaj se postavlja između polova jakog magneta. U ovom slučaju, elektroni koje emitira katoda prisiljeni su kretati se duž kružnih putanja pod utjecajem magnetskog polja. Brzina im je takva da su strogo Određeno vrijeme sijeku otvorene žljebove rezonatora na periferiji. Istodobno odaju svoju kinetičku energiju, pobuđujući 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 mikrovalne 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 teški magnet, a potrebna masa magneta raste s povećanjem snage uređaja. Stoga snažni magnetroni nisu prikladni za instalacije u zrakoplovu.

Klistron.

Ovaj električni vakuumski uređaj, koji se temelji na nešto drugačijem principu, ne zahtijeva vanjsko magnetsko polje. U klistronu (slika 2) elektroni se kreću pravocrtno od katode do reflektirajuće ploče, a zatim natrag. Pritom prelaze otvoreni otvor rezonatora šupljine u obliku krafne. Kontrolna rešetka i rešetke rezonatora grupiraju elektrone u zasebne "grudice" tako da elektroni prelaze rezonatorski procjep samo u određeno vrijeme. Razmaci između snopova usklađeni su s rezonantnom frekvencijom rezonatora na način da se kinetička energija elektrona prenosi na rezonator, uslijed čega se u njemu uspostavljaju snažna elektromagnetska osciliranja. Taj se proces može usporediti s ritmičkim njihanjem prvobitno nepomične ljuljačke.

Prvi klistroni bili su uređaji prilično male snage, ali kasnije su oborili sve rekorde magnetrona kao mikrovalnih generatora velike snage. Stvoreni su klistroni koji su isporučivali do 10 milijuna vata snage po impulsu i do 100 tisuća vata u kontinuiranom načinu rada. Klystron sustav istraživačkog linearnog akceleratora čestica proizvodi 50 milijuna vata mikrovalne snage po impulsu.

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

Klistroni također mogu poslužiti kao pojačala za mikrovalne signale. Za ovo vam je potrebno ulazni signal primijenjen na rešetke rezonatora šupljine, a zatim će se gustoća elektronskih snopova promijeniti u skladu s tim signalom.

Lampa s putujućim valom (TWT).

Drugi elektrovakuumski uređaj za generiranje i pojačavanje elektromagnetskih valova u mikrovalnom području je lampa s putujućim valom. Sastoji se od tanke evakuirane cijevi umetnute u fokusirajući magnetski svitak. Unutar cijevi nalazi se zavojnica žice za usporavanje. Uzduž osi spirale prolazi snop elektrona, a duž same spirale teče val pojačanog signala. Promjer, duljina i korak spirale, kao i brzina elektrona, odabrani su na takav način da elektroni predaju dio svoje kinetičke energije putujućem valu.

Radio valovi putuju brzinom svjetlosti, dok je brzina elektrona u snopu mnogo manja. Međutim, budući da je mikrovalni signal prisiljen putovati u spirali, njegova brzina duž osi cijevi je bliska brzini elektronskog snopa. Stoga putujući val dugo djeluje s elektronima i pojačava se, apsorbirajući njihovu energiju.

Ako se na lampu ne primijeni vanjski signal, tada se nasumični električni šum na određenoj rezonantnoj frekvenciji pojačava i putujući val TWT radi kao mikrovalni generator, a ne kao pojačalo.

Izlazna snaga TWT-a znatno je manja od one magnetrona i klistrona na istoj frekvenciji. Međutim, TWT se mogu ugoditi u neobično širokom frekvencijskom rasponu i mogu poslužiti kao vrlo osjetljiva niskošumna pojačala. Ova kombinacija svojstava čini TWT vrlo vrijednim uređajem u mikrovalnoj tehnologiji.

Ravne vakuumske triode.

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

Poteškoće povezane s vremenom leta su eliminirane zbog vrlo male udaljenosti između elektroda. Neželjeni međuelektrodni kapacitet je sveden na najmanju moguću mjeru jer su elektrode mrežaste, a svi vanjski spojevi izvedeni su na velikim prstenovima koji se nalaze izvan svjetiljke. Kao što je uobičajeno u mikrovalnoj tehnici, koristi se volumetrijski rezonator. Rezonator čvrsto obuhvaća lampu, a prstenasti konektori omogućuju kontakt po cijelom obodu rezonatora.

Gunnov diodni generator.

Takav poluvodički mikrovalni generator predložio je 1963. J. Gunn, zaposlenik istraživačkog centra Watson korporacije IBM. Trenutno takvi uređaji daju snagu od samo reda veličine milivata na frekvencijama ne većim od 24 milijarde herca. Ali unutar ovih granica ima nedvojbene prednosti u odnosu na klistrone male snage.

Budući da je Gunnova dioda monokristal galijevog arsenida, ona je u principu stabilnija i izdržljivija od klistrona, koji mora imati grijanu katodu da bi stvorio protok elektrona i zahtijeva visoki 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 KRUGA

Koaksijalni kabeli i valovod.

Za prijenos elektromagnetskih valova u mikrovalnom području ne kroz eter, već kroz metalne vodiče, trebate posebne metode i posebno oblikovane vodiče. Konvencionalne žice koje nose električnu energiju, pogodne za prijenos niskofrekventnih radio signala, neučinkovite su na ultravisokim frekvencijama.

Svaki komad žice ima kapacitet i induktivitet. Ove tzv raspodijeljeni parametri postaju vrlo važni u mikrovalnoj tehnologiji. Kombinacija kapacitivnosti vodiča s vlastitom induktivnošću na ultra-visokim frekvencijama igra ulogu rezonantnog kruga, gotovo potpuno blokirajući prijenos. Budući da je nemoguće eliminirati utjecaj raspodijeljenih parametara u žičanim dalekovodima, moramo se okrenuti drugim principima prijenosa mikrovalnih valova. Ovi principi su utjelovljeni u koaksijalnim kabelima i valovodima.

Koaksijalni kabel sastoji se od unutarnjeg vodiča i cilindričnog vanjskog vodiča koji ga okružuje. Razmak između njih ispunjen je plastičnim dielektrikom, poput teflona ili polietilena. Na prvi pogled ovo se može činiti sličnim paru običnih žica, ali na ultravisokim frekvencijama njihova je funkcija drugačija. Mikrovalni signal uveden s jednog kraja kabela zapravo se ne širi kroz metal vodiča, već kroz razmak između njih ispunjen izolacijskim materijalom.

Koaksijalni kabeli su dobri u prijenosu mikrovalnih signala do nekoliko milijardi herca, ali na višim frekvencijama njihova učinkovitost opada i neprikladni su za prijenos velikih snaga.

Konvencionalni kanali za prijenos mikrovalnih valova su u obliku valovoda. Valovod je pažljivo obrađena metalna cijev pravokutnog ili kružnog poprečnog presjeka unutar koje se širi mikrovalni signal. Jednostavno rečeno, valovod usmjerava val, uzrokujući da se s vremena na vrijeme reflektira od zidova. Ali zapravo, širenje vala duž valovoda je širenje oscilacija električnog i magnetskog polja vala, kao u slobodnom prostoru. Takvo širenje u valovodu moguće je samo ako su njegove dimenzije u određenom odnosu s frekvencijom odašiljanog signala. Zbog toga je valovod precizno izračunat, precizno obrađen i namijenjen samo za usko frekvencijsko područje. Ostale frekvencije prenosi slabo ili nikako. Tipična raspodjela električnog i magnetskog polja unutar valovoda prikazana je na slici. 3.

Što je veća frekvencija vala, to su manje dimenzije odgovarajućeg pravokutnog valovoda; na kraju se te dimenzije pokažu tako malima da je njegova izrada prekomplicirana i maksimalna snaga koju prenosi smanjena. Stoga je započeo razvoj kružnih valovoda (kružnog presjeka) koji mogu imati dovoljno velike veličinečak i na visokim frekvencijama u mikrovalnom području. Korištenje kružnog valovoda otežano je nekim poteškoćama. Na primjer, takav valovod mora biti ravan, inače se njegova učinkovitost smanjuje. Pravokutne valovode je lako savijati; može im se dati željeni zakrivljeni oblik, a to ni na koji način ne utječe na širenje signala. Radarske i druge mikrovalne instalacije obično izgledaju kao zamršeni labirinti valovoda koji povezuju različite komponente i prenose signal s jednog uređaja na drugi unutar sustava.

Komponente čvrstog stanja.

Komponente u čvrstom stanju, kao što su poluvodiči i feriti, igraju važnu ulogu u mikrovalnoj tehnologiji. Stoga se germanijske i silicijske diode koriste za otkrivanje, prebacivanje, ispravljanje, pretvaranje frekvencije i pojačavanje mikrovalnih signala.

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

Mikrovalno pojačalo u čvrstom stanju sa niska razina buka je također rubin maser. Takav maser, čiji se rad temelji na principima kvantne mehanike, pojačava mikrovalni signal zbog prijelaza između razina unutarnja energija atoma u kristalu rubina. Rubin (ili drugi odgovarajući maser materijal) je uronjen u tekući helij tako da pojačalo radi na ekstremno niskim temperaturama (samo nekoliko stupnjeva iznad apsolutne nule). Stoga je razina toplinskog šuma u krugu vrlo niska, što maser čini pogodnim za radioastronomiju, ultra-osjetljive radare i druga mjerenja gdje je potrebno detektirati i pojačati iznimno slabe mikrovalne signale.

Feritni materijali poput magnezijevog željeznog oksida i itrijevo-željeznog granata naširoko se koriste za proizvodnju mikrovalnih prekidača, filtara i cirkulacijskih pumpi. Feritnim uređajima upravljaju magnetska polja, a za kontrolu protoka snažnog mikrovalnog signala dovoljno je slabo magnetsko polje. Feritni prekidači imaju prednost u odnosu na mehaničke jer nemaju pokretnih dijelova podložnih habanju, a preklapanje je vrlo brzo. Na sl. Na slici 4 prikazan je tipičan feritni uređaj – cirkulator. Ponašajući se poput kružnog toka, kružna pumpa osigurava da signal putuje samo određenim stazama koje povezuju različite komponente. Cirkulatori i drugi feritni sklopni uređaji koriste se pri spajanju više komponenti mikrovalnog sustava na istu antenu. Na sl. 4, cirkulacijska pumpa ne dopušta odaslanom signalu da prođe do prijemnika, a primljenom signalu do odašiljača.

Tunelska dioda, relativno novi poluvodički uređaj koji radi na frekvencijama do 10 milijardi herca, također se koristi u mikrovalnoj tehnologiji. Koristi se u oscilatorima, pojačalima, pretvaračima frekvencija i sklopkama. Njegova radna snaga je niska, ali to je prvi poluvodički uređaj koji može učinkovito raditi na tako visokim frekvencijama.

Antene.

Mikrovalne antene vrlo su raznolike neobičnih oblika. Veličina antene približno je proporcionalna valnoj duljini signala, pa su stoga dizajni koji bi bili previše glomazni na nižim frekvencijama sasvim prihvatljivi za mikrovalno područje.

Dizajni mnogih antena uzimaju u obzir ona svojstva mikrovalnog zračenja koja ga približavaju svjetlosti. Tipični primjeri uključuju rogaste antene, parabolične reflektore, metalne i dielektrične leće. Također se koriste spiralne i spiralne antene, često proizvedene u obliku tiskanih krugova.

Grupe valovoda s prorezima mogu se postaviti tako da proizvode željeni uzorak zračenja za zračenu energiju. Često se koriste i dipoli poput dobro poznatih televizijskih antena postavljenih na krovove. Takve antene često imaju identične elemente smještene u intervalima jednakim valnoj duljini, koji povećavaju usmjerenost zbog smetnji.

Mikrovalne antene obično su dizajnirane da budu izrazito usmjerene jer je u mnogim mikrovalnim sustavima važno da se energija odašilje i prima u točno definiranom smjeru. Usmjerenost antene raste s povećanjem njezina promjera. Ali antenu možete učiniti manjom uz zadržavanje njezine usmjerenosti ako prijeđete na više radne frekvencije.

Mnoge "zrcalne" antene s paraboličnim ili sfernim metalnim reflektorom dizajnirane su posebno za primanje izuzetno slabih signala koji dolaze, na primjer, s međuplanetarnih letjelica ili iz dalekih galaksija. U Arecibu (Portoriko) nalazi se jedan od najvećih radioteleskopa s metalnim reflektorom u obliku sfernog segmenta, čiji je promjer 300 m. Antena ima fiksnu ("meridijansku") bazu; njegova prijamna radio zraka kreće se nebom zbog rotacije Zemlje. Najveća (76 m) potpuno pomična antena nalazi se u Jodrell Bank (UK).

Novo u području antena - antena s elektroničkom kontrolom usmjerenosti; takvu antenu nije potrebno mehanički okretati. Sastoji se od brojnih elemenata - vibratora, koji se međusobno mogu elektronički povezati na različite načine i na taj način osigurati osjetljivost “antenskog niza” u željenom smjeru.

Zračenje ultravisoke frekvencije

Prezentacija za lekciju "Ljestvica elektromagnetskih valova"

učitelji MAOU liceja br. 14

Ermakova T.V.

Budući da je mikrovalno zračenje posredno u valnoj duljini između svjetlosnog zračenja i običnih radio valova, ono ima neka svojstva i svjetla i radiovalova

• Na primjer, ona, poput svjetlosti, putuje pravocrtno i blokiraju je gotovo svi čvrsti predmeti. Slično kao i svjetlost, ona je fokusirana, širi se kao zraka i reflektira se. Mnoge radarske antene i drugi mikrovalni uređaji su povećane verzije optičkih elemenata kao što su zrcala i leće.

Svojstva mikrovalnog zračenja

• U isto vrijeme, mikrovalno zračenje je slično radiodifuznom zračenju po tome što se stvara sličnim metodama. Klasična teorija radiovalova primjenjuje se na mikrovalno zračenje i može se koristiti kao sredstvo komunikacije na temelju istih principa. Ali zahvaljujući višim frekvencijama daje više

široke mogućnosti prijenosa informacija, što omogućuje povećanje učinkovitosti komunikacije. Na primjer, jedna mikrovalna zraka može istovremeno prenijeti nekoliko stotina telefonskih razgovora.

• Svojstva mikrovalnog zračenja

• Generator koji se temelji na konvencionalnoj vakuumskoj triodi, koji se koristi na niskim frekvencijama, pokazuje se vrlo neučinkovitim u mikrovalnom području. Dva glavna nedostatka trioda kao mikrovalnog generatora su konačno vrijeme leta elektrona i međuelektrodni kapacitet. Prvi je zbog činjenice da je elektronu potrebno neko (iako kratko) vrijeme da proleti između elektroda vakuumske cijevi. Tijekom tog vremena, mikrovalno polje uspijeva promijeniti smjer u suprotan smjer, tako da je elektron prisiljen okrenuti se natrag prije nego što stigne do druge elektrode. Kao rezultat toga, elektroni osciliraju unutar svjetiljke bez ikakve koristi, bez predaje svoje energije oscilatornom krugu vanjskog kruga.

• IZVORI MIKROVALNOG ZRAČENJA

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

• MAGNETRON je dvoelektrodna elektronska cijev koja stvara mikrovalno zračenje uslijed gibanja elektrona pod utjecajem međusobno okomitih električnih i magnetskih polja. Koristi se kao generatorska lampa za radio i radarske odašiljače u mikrovalnom području.

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

• Magnetron

• Na temelju malo drugačijeg principa, vanjsko magnetsko polje nije potrebno. U klistronu se elektroni kreću pravolinijski od katode do reflektirajuće ploče i zatim natrag. Pritom prelaze otvoreni otvor rezonatora šupljine u obliku krafne. Kontrolna rešetka i rešetke rezonatora grupiraju elektrone u zasebne "grudice" tako da elektroni prelaze rezonatorski procjep samo u određeno vrijeme. Razmaci između snopova usklađeni su s rezonantnom frekvencijom rezonatora na način da se kinetička energija elektrona prenosi na rezonator, uslijed čega se u njemu uspostavljaju snažna elektromagnetska osciliranja.

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

• Klistron

• To je tanka evakuirana cijev umetnuta u magnetsku zavojnicu za fokusiranje. Unutar cijevi nalazi se zavojnica žice za usporavanje. Uzduž osi spirale prolazi snop elektrona, a duž same spirale teče val pojačanog signala. Promjer, duljina i korak spirale, kao i brzina elektrona, odabrani su na takav način da elektroni predaju dio svoje kinetičke energije putujućem valu. Radio valovi putuju brzinom svjetlosti, dok je brzina elektrona u snopu mnogo manja. Međutim, budući da je mikrovalni signal prisiljen putovati u spirali, njegova brzina duž osi cijevi je bliska brzini elektronskog snopa.

• Lampa s putujućim valom (TWT).

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

Poteškoće povezane s vremenom leta su eliminirane zbog vrlo male udaljenosti između elektroda. Neželjeni međuelektrodni kapacitet je sveden na najmanju moguću mjeru jer su elektrode mrežaste, a svi vanjski spojevi izvedeni su na velikim prstenovima koji se nalaze izvan svjetiljke. Kao što je uobičajeno u mikrovalnoj tehnici, koristi se volumetrijski rezonator. Rezonator čvrsto obuhvaća lampu, a prstenasti konektori omogućuju kontakt po cijelom obodu rezonatora

• Ravne vakuumske triode

• Gunnova dioda je monokristal galijevog arsenida; u principu je stabilniji i izdržljiviji od klistrona, koji mora imati grijanu katodu da bi stvorio protok elektrona i zahtijeva visoki 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 Gunnovoj diodi

• Nakon Drugog svjetskog rata započela su intenzivna istraživanja mikrovalnog radara, iako je njegova temeljna mogućnost demonstrirana još 1923. godine u Američkom pomorskom istraživačkom laboratoriju. Bit radara je da se kratki, intenzivni impulsi mikrovalnog zračenja emitiraju u svemir, a zatim se dio tog zračenja bilježi, vraćajući se od željenog udaljenog objekta - morskog plovila ili zrakoplova.

• PRIMJENA MIKROVALNOG ZRAČENJA

• Osim raznih vojnih radio-sustava, postoje brojne komercijalne mikrovalne komunikacijske linije u svim zemljama svijeta. Budući da takvi radiovalovi ne slijede zakrivljenost zemljine površine, već putuju pravocrtno, te se komunikacijske veze obično sastoje od relejnih postaja postavljenih na vrhovima brda ili radijskih tornjeva u intervalima od pribl. 50 km.

• PRIMJENA MIKROVALNOG ZRAČENJA

• Ovdje u pomoć priskaču povezani umjetni zemljini sateliti; lansirani u geostacionarnu orbitu, mogu obavljati funkcije relejnih stanica za mikrovalnu komunikaciju. Elektronički uređaj koji se naziva aktivni relejni satelit prima, pojačava i prenosi mikrovalne signale koje emitiraju zemaljske postaje.

• PRIMJENA MIKROVALNOG ZRAČENJA

• Toplinska obrada. Mikrovalno zračenje koristi se za toplinsku obradu prehrambenih proizvoda kod kuće iu prehrambenoj industriji. Energija koju generiraju vakuumske cijevi velike snage može se koncentrirati u mali volumen za visoko učinkovitu toplinsku obradu proizvoda u tzv. mikrovalne ili mikrovalne pećnice, koje karakterizira čistoća, bešumnost i kompaktnost. Industrija također proizvodi mikrovalne pećnice za kućanstvo.

• PRIMJENA MIKROVALNOG ZRAČENJA

• Toplinska obrada. Američka vojska predstavila je moćni mikrovalni 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), s nadimcima "heat ray" i "mikrovalni pištolj".

• PRIMJENA MIKROVALNOG ZRAČENJA

• . Mikrovalno zračenje ima važnu ulogu u proučavanju elektroničkih svojstava čvrstih tijela. Kada se takvo tijelo nađe u magnetskom polju, slobodni elektroni u njemu počinju rotirati oko silnica magnetskog polja u ravnini okomitoj na smjer magnetskog polja. Frekvencija rotacije, koja se naziva ciklotronska frekvencija, izravno je proporcionalna jakosti magnetskog polja i obrnuto proporcionalna efektivnoj masi elektrona.

Takva su mjerenja dala mnogo vrijednih informacija o elektroničkim svojstvima poluvodiča, metala i metaloida. Mikrovalno zračenje također igra važnu ulogu u istraživanju svemira.

• PRIMJENA MIKROVALNOG ZRAČENJA

• Trenutačno u svijetu postoje dva glavna standarda za sigurne razine zračenja. Jedan od njih razvio je Amerikanac Zemaljski institut Standardi (ANSI) i sugerira da se zračenje s gustoćom snage od 10 mW/cm2 treba smatrati sigurnim. Za mikrovalne pećnice standard je gustoća snage od 1 mW/cm2 na udaljenosti od 5 cm od pećnice.

Europski standard (uključujući i ruski) sugerira da razina gustoće zračenja ne smije prelaziti 10 μW (0,01 mW) po kvadratni centimetar na udaljenosti od 50 cm od izvora zračenja

• Sigurnost pri korištenju mikrovalnih uređaja