ميكروويڤ
الميكروويڤ Microwaves هي موجات كهرومغناطيسية ذات طول موجة يتراوح بين 1 مم إلى 300 مم، أوتردد بين 300 ميگاهرتز و300 گيگاهرتز.
وتنتقل الموجات المتناهية الصغر في خطوط مستقيمة. ويمكن عكس الموجات المتناهية الصغر وهجريزها تماما كموجات الضوء، إلا أنها تمر بسهولة من خلال المطر، والدخان، والضباب، الذي يحجب موجات الضوء، كما أنها تستطيع الانتنطق عبر الغلاف الأيوني الذي يحيط بالأرض، والذي يحجب أويعكس موجات الراديوالأطول. ومن ثم، فإن الموجات القصيرة مناسبة لاتصالات الأقمار الصناعية البعيدة المدى وللتحكم في الملاحة.
أصبحت الموجات المتناهية الصغر معروفة لدى الناس من خلال استخدام الرادار في الحرب العالمية الثانية (1939 – 1945م). واليوم يستخدم كثير من أنظمة اتصالات الأقمار الصناعية الموجات المتناهية الصغر. وتقوم أجهزة البث التي تعمل على الموجات المتناهية الصغر في التلفاز بإرسال برامج من آلات التصوير المحمولة في الميدان إلى جهاز البث في محطة التلفاز. ومن ثم يصبح من السهولة بمكان إرسال هذه البرامج بوساطة الأقمار الصناعية إلى مناطق مختلفة من العالم. وتستطيع الموجات المتناهية الصغر بث الصور والمواد المطبوعة بعملية تُسمَّى الألترافاكس. وبإمكان الموجات المتناهية الصغر حتى تقوم بطهي الطعام في الأُفران.
تاريخ
الميكروويف هي موجات الكترو– مغناطيسية موجودة في الغلاف الجوي المحيط بكوكبنا وأول من اكتشف وجود هذه الموجات كان عالم الرياضيات جيمس كلارك مكسويل في عام 1864 وقد توصل إليها من خلال معادلاته الحسابية إلى حتى اتى هنريك هيرتز ليكون أول من أثبت وجودها ماديا وفهميا في عام 1888.
اكتشافها
تواجد الموجات الكهرومغناطيسية, منها الأمواج الميكروية التي هي جزء من الطيف الترددي ، تنبأ بها جيمس كلارك ماكسويل في عام 1864 من المعادلات. في عام 1888 ، كان هاينريش هيرتز أول من أظهر وجود موجات كهرومغناطيسية من خلال بناء جهاز ابتكر واكتشف موجات ميكروويڤ في منطقة الموجات الديسيمترية (UHF). استخدم التصميم بشكل أساسي مواد الخيول والعربات التي تجرها الدواب ، بما في ذلك حوض الحصان ، وشرارة نقطة من الحديد المطاوع ، Leyden jar s ، وطول ميزاب الزنك الذي يعمل المبتر العرضي المكافئ لهوائي انعكاسي. في عام 1894 جي. سي. بوز علنا تحكم لاسلكي في الجرس باستخدام أطوال موجية مليمترية ، وأجرى بحثًا في انتشار الأمواج الميكروية.
مصادر الميكروويف
تعمل الأجهزة القائمة على الأنبوب المفرغ على الحركة القذفية للإلكترونات في الفراغ تحت تأثير التحكم في المجالات الكهربائية أوالمغناطيسية ، وتضم ماگنترون وكلايسترون وأنبوب الموجة المتنقل (TWT) وگايروتون. تعمل هذه الأجهزة في وضع تضمين كثافة ، بدلاً من وضع التضمين الحالي. وهذا يعني أنها تعمل على أساس كتل الإلكترونات التي تطير من خلالها بشكل باليستي قذفي ، بدلاً من استخدام تيار مستمر.
ميزر جهاز مشابه لـ ليزر ، باستثناء أنه يعمل على ترددات الموجات الميكروية.
تتضمن مصادر الحالة الصلبة ترانزستور التأثير الحقلي ،بترددات أقل على الأقل، الديودات النفقية وديودات گن.
الإستعمالات
الاتصالات
- قبل ظهور انتنطق الألياف الضوئية ، تم نقل معظم المكالمات الهاتفية بالألياف الضوئية عبر وصلات ميكروويڤ من نقطة إلى نقطة عبر مواقع مثل AT&T Long Lines. بدءًا من أوائل الخمسينيات ، تم استخدام تعدد الإرسال بتقسيم التردد لإرسال ما يصل إلى 5400 قناة هاتفية على جميع قناة راديوبميكروويڤ ، مع ما يصل إلى عشر قنوات راديومدمجة في هوائي واحد لـ "القفزة" إلى المسقط التالي ، حتى 70 كم.
- الشبكة المحلية اللاسلكية الپروتوكول ، مثل بلوتوث وIEEE 802.11 ، تستخدم أيضًا ميكروويڤ في 2.4 GHz ISM كنطاق ، على الرغم من حتى 802.11a يستخدم ترددات نطاق ISM وU-NII في نطاقخمسة GHz. يمكن العثور على خدمات الوصول إلى الإنترنت اللاسلكي المرخصة بعيدة المدى (حتى حوالي 25 كم) في الكثير من البلدان (ولكن ليس الولايات المتحدة الأمريكية) في نطاق 3.5-4 GHz.
- شبكات المنطقة المركزية: بروتوكولات MAN ، مثل WiMAX (إمكانية التشغيل التفاعلي في جميع أنحاء العالم للوصول إلى الميكروويڤ) المستندة إلى مواصفات IEEE 802.16. تم تصميم مواصفات IEEE 802.16 للعمل من 2 إلى 11 GHz . التطبيقات التجارية في نطاقات 2.3 GHz ، 2.5 GHz ، 3.5 GHz و5.8 GHz .
- منطقة واسعة النطاق العريض للمحمول الوصول اللاسلكي: پروتوكولات MBWA المستندة إلى مواصفات المعايير مثل IEEE 802.20 أوATIS / ANSI HC-SDMA (مثل iBurst) مصممة للعمل بين 1.6 و2.3 GHz لإعطاء خصائص التنقل والتنقل داخل المباني مماثلة للهواتف المحمولة ولكن بكفاءة طيفية أكبر بكثير.
- تلفزيون الكابل والإنترنت للوصول إلى كبل محوري وكذلك البث التلفزيوني استخدام بعض الميكرويڤ ذات الترددات المنخفضة. بعض شبكات الهاتف المحمول ، مثل GSM ، تستخدم أيضًا ترددات ميكروويڤ أقل.
- يستخدم راديوالميكروويڤ في البث والاتصالات لأنه بسبب طول الموجة القصيرة ، تكون الهوائيات عالية التوجيه أصغر وبالتالي تكون أكثر عملية مما ستكون عليه في الأطوال الموجية الأطول (الترددات المنخفضة). كما حتى هناك عرض نطاق أكثر في طيف الميكروويڤ من بقية الطيف الراديوي ؛ عرض النطاق الترددي القابل للاستخدام أقل من 300 MHz أقل من 300 MHz بينما يمكن استعمال الكثير من GHz فوق 300 MHz. عادةً ، يتم استخدام الميكروويڤ ة في الأخبار التلفزيونية لإرسال إشارة من مسقط بعيد إلى محطة تلفزيون من شاحنة صغيرة مجهزة خصيصًا.
الإستشعار عن بعد
- يستخدم الرادار أشعة الميكروويڤ لاكتشاف المدى والسرعة والخصائص الأخرى للأجسام البعيدة. تم تسريع تطوير الرادار خلال الحرب العالمية الثانية بسبب فائدته العسكرية العظيمة. يستخدم الرادار الآن على نطاق واسع لتطبيقات مثل مراقبة الحركة الجوية ، وملاحة السفن ، وحدود السرعة التطبيق.
- يتم استخدام مذبذب ديود گن ودليل الموجة ككاشف للحركة لفتحات الأبواب الأوتوماتيكية (على الرغم من استبدالها بأجهزة الموجات فوق الصوتية).
- معظم فهم الفلك الراديوي يستخدم الموجات الدقيقة.
- التصوير بالموجات الدقيقة ؛ "انظر التصوير الضوئي الصوتي في الطب الحيوي"
الملاحة
- نظام الملاحة العالمي الساتلي (GNSS) بما في ذلك بث نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) الأمريكي والإذاعي الروسي ГЛОбальная НАвигационная Спутниковая Система (GLONASS) لبث إشارات ملاحية في نطاقات مختلفة بين حوالي 1.2 GHz و1.6 GHz.
القوة
- يمر فرن الميكروويڤ بإشعاع الأمواج الميكروية (غير المؤين) (بتردد قريب من 2.45 GHz) من خلال الطعام ، مما يتسبب في التسخين الكهربائي عن طريق امتصاص الطاقة في الماء والدهون والسكر الموجود في الطعام. أصبحت أفران المايكروويڤ من أدوات المطبخ الشائعة في الدول الغربية في أواخر السبعينيات ، بعد تطوير المغناطيس المجوف غير المكلف.
- يستخدم تسخين الميكروويڤ في العمليات الصناعية لتجفيف ومعالجة المنتجات.
- تستخدم الكثير من تقنيات معالجة أشباه الموصلات الميكروويڤ لتوليد الپلازما لأغراض مثل النقش الأيوني التفاعلي وتعزيز پلازما ترسيب البخار الكيميائي (PECVD ).
- يمكن استعمال الميكروويڤ في قدرة الإرسال عبر مسافات طويلة ، وتم إجراء درس في الحرب العالمية الثانية لفحص الاحتمالات. عملت ناسا في السبعينيات وأوائل الثمانينيات للبحث في إمكانيات استخدام أنظمة ساتل الطاقة الشمسية (SPS) مع المصفوفات الشمسية التي من شأنها حتى تنقل الطاقة إلى سطح الأرض عبر الميكروويڤ.
- توجد أسلحة أقل من الفتاكة تستخدم الميكروويڤ لتسخين طبقة رقيقة من جلد الإنسان إلى درجة حرارة لا تطاق لجعل الشخص المستهدف يبتعد. يؤدي الاندفاع لمدة ثانيتين من الشعاع المركز 95 GHz إلى تسخين الجلد إلى درجة حرارة 130 فهرنهايت (54 درجة مئوية) على عمق 1/64 من البوصة (0.4 ملم). تستخدم القوات الجوية للولايات المتحدة و المارينز حاليًا هذا النوع من نظام الإبعاد النشط.
حزم تردد الميكروويڤ
يُعهد طيف الميكروويڤ عادةً بأنه الطاقة الكهرومغناطيسية التي تتراوح من حوالي 1 GHz إلى 1000 GHz في التردد ، ولكن الاستخدام الأقدم يضم الترددات المنخفضة. تقع معظم التطبيقات الشائعة ضمن النطاق من 1 إلى 40 GHz . نطاقات التردد للميكروويڤ ، كما تم تعريفها بواسطة جمعية راديوبريطانيا العظمى (RSGB) ، مشروحة في الجدول أدناه:
|
4 5 6 7 8 9 10 11 12 |
|
VLF LF MF HF VHF UHF SHF EHF |
|
A B C D E F G H I J K L M |
|
HF VHF UHF L S C X K V W edit |
| التعيين | نطاقات التردد |
|---|---|
| L band | 1 to 2 GHz |
| S band | 2 to 4 GHz |
| C band | 4 to 8 GHz |
| X band | 8 to 12 GHz |
| band | 12 to 18 GHz |
| K band | 18 to 26.5 GHz |
| band | 26.5 to 40 GHz |
| Q band | 30 to 50 GHz |
| U band | 40 to 60 GHz |
| V band | 50 to 75 GHz |
| E band | 60 to 90 GHz |
| W band | 75 to 110 GHz |
| F band | 90 to 140 GHz |
| D band | 110 to 170 GHz (Hot) |
يُستخدم المصطلح P band أحيانًا في Ku Band. لتعريفات أخرى انظر Letter Designations of Microwave Bands
التأثير على الصحة
تحتوي الميكروويڤ على طاقة غير كافية لتغيير المواد كيميائيًا بشكل مباشر عن طريق التأين ، وكذلك مثال للإشعاع غير المؤين. تشير حدثة "إشعاع" إلى حقيقة حتى الطاقة يمكن حتى تشع ، وليس إلى الطبيعة والآثار المتنوعة لأنواع مختلفة من الطاقة. على وجه التحديد ، لا ينبغي الخلط بين المصطلح في هذا السياق والنشاط الإشعاعي.
تم إجراء عدد كبير من الدراسات في العقدين الماضيين ، وخلص معظمها إلى أنها آمنة. من المفهوم حتى إشعاع الميكروويڤ عند مستوى يسبب تسخين الأنسجة الحية أمر خطير (بسبب إمكانية ازدياد درجة الحرارة والحروق) ومعظم البلدان لديها معايير تحد من التعرض ، مثل Federal Communications Commission RF safety regulations.
تشير المراجعات الهجريبية للأدبيات إلى غلبة سلامتها على الاستخدام.
التاريخ والأبحاث
ربماقد يكون أول استخدام رسمي موثق لمصطلح "ميكروويڤ" في عام 1931:
- "عندما تم الكشف عن تجارب ذات أطوال موجية منخفضة تصل إلى 18 سم ، كان من المفاجئ غير الواضح حتى معضلة الميكروويڤ قد تم حلها قريبًا". "تلگراف ومجلة الهاتف" السابع عشر. 179/1
ربما كان أول استخدام لحدثة "ميكروويف" في سياق فلكي قد وقع عام 1946 في منطق بعنوان "إشعاع الميكروويڤ من الشمس والقمر" بقلم روبرت ديكي وروبرت بيرينجر. بالنسبة لبعض التاريخ في تطوير النظرية الكهرومغناطيسية المطبقة على تطبيقات الميكروويڤ الحديثة ، انظر الأشكال التالية:
- Hans Christian Ørsted.
- Michael Faraday.
- James Clerk Maxwell.
- Heinrich Hertz.
- Nikola Tesla.
- Guglielmo Marconi.
- Samuel Morse.
- Sir William Thomson, later Lord Kelvin.
- Oliver Heaviside.
- Lord Rayleigh.
- Oliver Lodge.
- Jagadish Chandra Bose.
- Julius Lange.
مجالات محددة للبحث والعمل على تطوير الميكروويڤ وتطبيقاتها:
| العمل الذي يقوم به | منطقة عمل |
|---|---|
| Barkhausen and Kurz | Positive grid oscillators |
| Hull | Smooth bore magnetron |
| Varian Brothers | Velocity modulated electron beam → klystron tube |
| Randall and Boot | Cavity magnetron |
انظر أيضاً
- Cosmic microwave background radiation
- Diversity scheme
- Electron cyclotron resonance
- Home appliances
- فرن ميكروويف
- Microwave auditory effect
- راديو
- إشعاع
- Rain fade
- فهم البصريات
- كيمياء الميكروويڤ
- Microwave radio relay
- Microwave power transmission
- Thing (listening device)
- Tropospheric scatter
- Microwave-related injury
المصادر
- ^ محمد الخولي (2007-09-21). "100 سنة من الفهم والابتكار - رحلة فكرية مع مخترعات القرن العشرين". جريدة البيان الإماراتية. Retrieved 2008-12-30.
- ^ Raytheon's Silent Guardian millimeter wave weapon
- ^ Dugauquier C. – Effects of exposure to electromagnetic fields (microwaves) on mammalian pregnancy. Litterature review – Médecine et Armées, 2006; 34 (3): 215-218
- ^ Heynick C. et al. – Radio Frequency Electromagnetic Fields: Cancer,Mutagenesis, and Genotoxicity – Bioelectromagnetics Supplement, 2003; 6:S74-S100 .
وصلات خارجية
- EM Talk, Microwave Engineering Tutorials and Tools
- Microwave Irradiation for Negative Refraction by using Metamaterials
- Microwaves101, web resource covering the fundamental principles of microwave design
- Applications of Microwaves in Medicine
- Microwave Technology Video
- Theory of Microwave Technology
