Τι είναι τα μικροκύματα;
Τα μικροκύματα αναφέρονται στις ηλεκτρομαγνητικές ακτίνες με συχνότητες μεταξύ 300MHz και 300GHz στο ηλεκτρομαγνητικό φάσμα. Τα μικροκύματα είναι μικρά σε σύγκριση με τα κύματα που χρησιμοποιούνται στις ραδιοφωνικές εκπομπές. Το εύρος τους βρίσκεται μεταξύ των ραδιοκυμάτων και των υπέρυθρων κυμάτων. Τα μικροκύματα ταξιδεύουν σε ευθείες γραμμές και θα επηρεαστούν ελαφρά από την τροπόσφαιρα. Δεν απαιτούν μέσο για να ταξιδέψουν. Τα μέταλλα θα αντανακλούν αυτά τα κύματα. Τα μη μέταλλα όπως το γυαλί και τα σωματίδια είναι εν μέρει διαφανή σε αυτά τα κύματα.
Τα μικροκύματα είναι κατάλληλα για ασύρματη μετάδοση σημάτων έχοντας μεγαλύτερο εύρος ζώνης. Τα μικροκύματα χρησιμοποιούνται συχνότερα σε δορυφορικές επικοινωνίες, σήματα ραντάρ, τηλέφωνα και εφαρμογές πλοήγησης. Άλλες εφαρμογές στις οποίες χρησιμοποιούνται τα μικροκύματα είναι ιατρικές θεραπείες, υλικά ξήρανσης και σε νοικοκυριά για την προετοιμασία φαγητού.
Πρακτικά, μια τεχνική μικροκυμάτων τείνει να απομακρύνεται από τις αντιστάσεις, τους πυκνωτές και τους επαγωγείς που χρησιμοποιούνται με ραδιοκύματα χαμηλότερης συχνότητας. Αντ 'αυτού, η θεωρία κατανεμημένης και γραμμής μετάδοσης είναι μια πιο χρήσιμη μέθοδος για το σχεδιασμό και την ανάλυση. Αντί για ανοιχτές γραμμές και ομοαξονικές γραμμές που χρησιμοποιούνται σε χαμηλότερες συχνότητες, χρησιμοποιούν κυματοδηγούς. Και τα σπειροειδή στοιχεία και τα συντονισμένα κυκλώματα αντικαθίστανται από συντονιστές κοιλότητας ή γραμμές συντονισμού. Ακόμη και σε υψηλότερες συχνότητες, όπου το μήκος κύματος των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων γίνεται μικρό σε σύγκριση με το μέγεθος των δομών που χρησιμοποιούνται για την επεξεργασία τους, το φούρνο μικροκυμάτων έχει γίνει η τελευταία τεχνολογία και χρησιμοποιούνται οι μέθοδοι οπτικής. Οι πηγές μικροκυμάτων υψηλής ισχύος χρησιμοποιούν εξειδικευμένους σωλήνες κενού για την παραγωγή μικροκυμάτων.
Εφαρμογές και χρήσεις μικροκυμάτων:
Οι περισσότερες κοινές εφαρμογές κυμαίνονται από 1 έως 40 GHz. Τα μικροκύματα είναι κατάλληλα για σήματα ασύρματης μετάδοσης (πρωτόκολλο ασύρματου LAN Ex-Bluetooth) με υψηλότερο εύρος ζώνης. Τα μικροκύματα χρησιμοποιούνται συνήθως σε συστήματα ραντάρ όπου το ραντάρ χρησιμοποιεί ακτινοβολία μικροκυμάτων για να ανιχνεύσει το εύρος, την απόσταση και άλλα χαρακτηριστικά των συσκευών ανίχνευσης και των κινητών ευρυζωνικών εφαρμογών. Η τεχνολογία μικροκυμάτων χρησιμοποιείται στο ραδιόφωνο για μετάδοση και τηλεπικοινωνίες μετάδοσης επειδή λόγω του μικρού μήκους κύματος τους, τα πολύ κατευθυντικά κύματα είναι μικρότερα και επομένως πιο πρακτικά από ότι θα ήταν σε μεγαλύτερα μήκη κύματος (χαμηλότερες συχνότητες) πριν από την εισαγωγή της μετάδοσης οπτικών ινών. Τα μικροκύματα χρησιμοποιούνται γενικά στο τηλέφωνο για επικοινωνία μεγάλων αποστάσεων.
Ηλεκτρομαγνητικό φάσμα
Αρκετές άλλες εφαρμογές όπου τα μικροκύματα που χρησιμοποιούνται είναι ιατρικές θεραπείες, η θέρμανση με μικροκύματα χρησιμοποιείται για την ξήρανση και τη σκλήρυνση των προϊόντων, και σε νοικοκυριά για την προετοιμασία φαγητού (φούρνοι μικροκυμάτων).
Εφαρμογή φούρνου μικροκυμάτων - φούρνου μικροκυμάτων:
Ο φούρνος μικροκυμάτων χρησιμοποιείται συνήθως για σκοπούς μαγειρέματος χωρίς χρήση νερού. Η υψηλή ενέργεια του μικροκυμάτων περιστρέφει τα πολικά μόρια νερού, λίπους και σακχάρων του τροφίμου. Αυτή η περιστροφή προκαλεί τριβή που οδηγεί στην παραγωγή θερμότητας. Αυτή η διαδικασία ονομάζεται Διηλεκτρική θέρμανση. Η διέγερση από το φούρνο μικροκυμάτων είναι σχεδόν ομοιόμορφη, έτσι ώστε το φαγητό να θερμαίνεται ομοιόμορφα. Το μαγείρεμα στο φούρνο μικροκυμάτων είναι γρήγορο, αποτελεσματικό και ασφαλές.
ΜΕΡΟΣ ΜΙΚΡΟΚΥΒΕΡΩΝ-ΦΟΥΡΝΩΝ
Ο φούρνος μικροκυμάτων αποτελείται από έναν μετασχηματιστή υψηλής τάσης που μεταδίδει ενέργεια στο Magnetron, έναν θάλαμο Magnetron, τη μονάδα ελέγχου Magnetron, έναν κυματοδηγό και τον θάλαμο μαγειρέματος. Η ενέργεια στο φούρνο μικροκυμάτων έχει συχνότητα 2,45 GHz με μήκος κύματος 12,24 cm. Το φούρνο μικροκυμάτων διαδίδεται ως εναλλασσόμενοι κύκλοι έτσι ώστε τα πολικά μόρια (ένα άκρο θετικό και το άλλο άκρο αρνητικό) να ευθυγραμμίζονται σύμφωνα με τους εναλλασσόμενους κύκλους. Αυτή η αυτο-ευθυγράμμιση προκαλεί περιστροφή των πολικών μορίων. Τα περιστρεφόμενα πολικά μόρια χτυπούν άλλα μόρια και τα θέτουν σε κίνηση. Η θέρμανση που προκαλείται από μικροκύματα είναι πιο αποτελεσματική εάν ο ιστός έχει υψηλή περιεκτικότητα σε νερό, καθώς υπάρχουν ελεύθερα μόρια νερού για περιστροφή. Τα λίπη, τα σάκχαρα, το παγωμένο νερό κ.λπ. εμφανίζουν λιγότερη διηλεκτρική θέρμανση λόγω της παρουσίας λιγότερο ελεύθερων μορίων νερού. Το φούρνο μικροκυμάτων μαγειρεύει πρώτα το εξωτερικό μέρος του φαγητού και έπειτα το εσωτερικό μέρος παρόμοιο με το συνηθισμένο μαγείρεμα χρησιμοποιώντας μια φλόγα.
Ο θάλαμος μαγειρέματος του φούρνου μικροκυμάτων είναι ένας κλωβός Faraday που εμποδίζει τη διαρροή του μικροκυμάτων στο περιβάλλον. Η γυάλινη πόρτα του φούρνου βοηθά στην προβολή του εσωτερικού του φούρνου. Το κλουβί Faraday, καθώς και η πόρτα, προστατεύεται καλά χρησιμοποιώντας αγώγιμο πλέγμα για να διατηρηθεί η θωράκιση. Οι διατρήσεις στο πλέγμα έχουν μικρότερο μέγεθος, έτσι το φούρνο μικροκυμάτων δεν μπορεί να διαφύγει μέσω του πλέγματος. Η ηλεκτρική απόδοση του φούρνου μικροκυμάτων είναι υψηλή καθώς ο φούρνος μετατρέπει μόνο ένα μέρος του ηλεκτρική ενέργεια . Ένας τυπικός φούρνος καταναλώνει 1100 ηλεκτρική ενέργεια για την παραγωγή 700 βατ ενέργειας μικροκυμάτων. Τα υπόλοιπα 400 watt διασκορπίζονται ως θερμότητα στο Magnetron. Απαιτείται επιπλέον ενέργεια για τη λειτουργία άλλων εξαρτημάτων του φούρνου, όπως λαμπτήρας, κινητήρας περιστρεφόμενου ανεμιστήρα κλπ.
Ζώνες μικροκυμάτων:
Τα μικροκύματα βρίσκονται στο υψηλότερο άκρο του ραδιοφάσματος, αλλά είναι συνήθως διαφορετικά από τα ραδιοκύματα με βάση την τεχνολογία που τα χρησιμοποιούν. Τα μικροκύματα χωρίζονται σε υπο-ζώνες με βάση τα μήκη κύματος που παρέχουν διαφορετικές πληροφορίες. Οι ζώνες συχνοτήτων των μικροκυμάτων έχουν ως εξής:
Ζώνες μικροκυμάτων
Ζώνες συχνοτήτων μικροκυμάτων και το εύρος συχνοτήτων τους
L-Band:
Οι ζώνες L έχουν το εύρος συχνοτήτων μεταξύ 1 GHz έως 2 GHz και το μήκος κύματος τους στον ελεύθερο χώρο είναι 15cm έως 30cm. Αυτές οι σειρές κυμάτων χρησιμοποιούνται σε πλοήγηση, κινητά τηλέφωνα GSM και σε στρατιωτικές εφαρμογές. Μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τη μέτρηση της υγρασίας του εδάφους των τροπικών δασών.
S-Band:
Τα μικροκύματα S-band έχουν εύρος συχνοτήτων μεταξύ 2 GHz έως 4 GHz και το εύρος μήκους κύματος τους είναι 7,5 cm έως 15 cm. Αυτά τα κύματα μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε φάρους πλοήγησης, οπτικές επικοινωνίες και ασύρματα δίκτυα.
C-Band:
Τα κύματα ζώνης C έχουν εύρος μεταξύ 4 GHz έως 8 GHz και το μήκος κύματος τους κυμαίνεται μεταξύ 3,75 cm και 7,5 cm. Τα μικροκύματα ζώνης C διεισδύουν σε θρόμβους, σκόνη, καπνό, χιόνι και βροχή για να αποκαλύψουν την επιφάνεια της γης. Αυτά τα μικροκύματα μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε τηλεπικοινωνίες μεγάλων αποστάσεων.
X-Band:
Το εύρος συχνοτήτων για μικροκύματα ζώνης S είναι 8 GHz έως 12 GHz με μήκος κύματος μεταξύ 25 mm και 37,5 mm. Αυτά τα κύματα χρησιμοποιούνται σε δορυφορικές επικοινωνίες, ευρυζωνικές επικοινωνίες, ραντάρ, διαστημικές επικοινωνίες και ερασιτεχνικά ραδιοσήματα.
Εφαρμογές ραντάρ χρησιμοποιώντας μικροκύματα
Ku-Band:
Μετρητής κυμάτων για μέτρηση στη ζώνη Ku
Αυτά τα κύματα καταλαμβάνουν το εύρος συχνοτήτων μεταξύ 12 GHz έως 18 GHz και έχουν το μήκος κύματος μεταξύ 16,7 mm έως 25 mm. Το 'Ku' αναφέρεται στο Quartz-under. Αυτά τα κύματα χρησιμοποιούνται σε δορυφορικές επικοινωνίες για τη μέτρηση των αλλαγών στην ενέργεια των παλμών μικροκυμάτων και μπορούν να καθορίσουν την ταχύτητα και την κατεύθυνση του ανέμου κοντά σε παράκτιες περιοχές.
K-Band και Ka-Band:
Το εύρος συχνοτήτων για κύματα ζώνης Κ μεταξύ 18 GHz έως 26,5 GHz. Αυτά τα κύματα έχουν μήκος κύματος μεταξύ 11,3 mm και 16,7 mm. Για τη ζώνη Ka η περιοχή συχνοτήτων είναι 26,5 GHz έως 40 GHz και καταλαμβάνουν το μήκος κύματος μεταξύ 5 mm έως 11,3 mm. Αυτά τα κύματα χρησιμοποιούνται σε δορυφορικές επικοινωνίες, αστρονομικές παρατηρήσεις και ραντάρ. Τα ραντάρ σε αυτό το εύρος συχνοτήτων παρέχουν μικρής εμβέλειας, υψηλή ανάλυση και υψηλές ποσότητες δεδομένων με το ρυθμό ανανέωσης.
V-Band:
Αυτή η μπάντα παραμένει για υψηλή εξασθένηση. Οι εφαρμογές ραντάρ περιορίζονται για ένα μικρό εύρος εφαρμογών. Το εύρος συχνοτήτων για αυτά τα κύματα είναι 50 GHz έως 75 GHz. Το μήκος κύματος για αυτά τα μικροκύματα κυμαίνεται μεταξύ 4,0 mm και 6,0 mm. Υπάρχουν μερικές ακόμη ζώνες όπως U, E, W, F, D και P που έχουν πολύ υψηλές συχνότητες που χρησιμοποιούνται σε πολλές εφαρμογές.
Ακτινοβολία μικροκυμάτων και η επίδρασή της στην υγεία:
Η ακτινοβολία είναι μια ενέργεια που προέρχεται από μια πηγή και ταξιδεύει σε κάποιο μέσο ή χώρο. Γενικά, η ακτινοβολία RF θα παράγεται από διάφορες συσκευές, όπως πομπούς τηλεόρασης και ραδιοφώνου, επαγωγικοί θερμαντήρες και διηλεκτρικοί θερμαντήρες. Η ακτινοβολία μικροκυμάτων θα παράγεται από συσκευές ραντάρ, κεραίες πιάτων και φούρνους μικροκυμάτων.
Εφέ ακτινοβολίας μικροκυμάτων μετά από μια τηλεφωνική κλήση
Λόγω της ακτινοβολίας μικροκυμάτων, η θερμοκρασία του σώματος μπορεί να αυξηθεί. Υπάρχει υψηλότερος κίνδυνος θερμικής βλάβης με όργανα που έχουν χαμηλό έλεγχο θερμοκρασίας, όπως ο φακός των ματιών. Δεδομένου ότι η ενέργεια ακτινοβολίας που απορροφάται από το σώμα ποικίλλει ανάλογα με τη συχνότητα, η μέτρηση του ρυθμού απορρόφησης είναι πολύ δύσκολη.
5 Πλεονεκτήματα της χρήσης τεχνολογίας μικροκυμάτων:
- Δεν απαιτεί σύνδεση καλωδίου.
- Μπορούν να μεταφέρουν μεγάλες ποσότητες πληροφοριών λόγω των υψηλών συχνοτήτων λειτουργίας τους.
- Μπορούμε να έχουμε πρόσβαση σε περισσότερους αριθμούς καναλιών.
- Αγορά γης χαμηλού κόστους: κάθε πύργος καταλαμβάνει μια μικρή περιοχή.
- Τα σήματα υψηλής συχνότητας / μικρού μήκους κύματος απαιτούν μια μικρή κεραία.
5 μειονεκτήματα:
- Εξασθένηση από στερεά αντικείμενα: πουλιά, βροχή, χιόνι και ομίχλη.
- Είναι πολύ ακριβό να κατασκευάζεις μεγάλους πύργους.
- Αντανακλάται από επίπεδες επιφάνειες όπως νερό και μέταλλο.
- Περικλείεται (χωρίζεται) γύρω από συμπαγή αντικείμενα.
- Διαθλάθηκε από την ατμόσφαιρα, προκαλώντας έτσι την ακτίνα να προβάλλεται μακριά από το δέκτη.
Τώρα έχετε καταλάβει την έννοια των μικροκυμάτων και των εφαρμογών και των εφέ από το παραπάνω άρθρο, οπότε αν έχετε απορίες από το παραπάνω θέμα ή το ηλεκτρικό και ηλεκτρονικά έργα αφήστε την ενότητα σχολίων παρακάτω.
Δικαιώματα φωτογραφίας:
