Mikrowellen sind Funkwellen mit Wellenlängen im Intervall von nicht weniger als einem Meter zu mindestens einem Millimeter, oder gleichwertig, mit Frequenzen zwischen 300 MHz (0.3 GHz) und 300 GHz. Diese breite Definition schließt sowohl UHF als auch EHF (Millimeter-Wellen) ein, und verschiedene Quellen verwenden verschiedene Grenzen. In allen Fällen schließt Mikrowelle das komplette SHF Band (3 bis 30 GHz, oder 10 bis 1 Cm) am Minimum mit der RF Technik ein, häufig die niedrigere Grenze an 1 GHz (30 Cm) und dem oberen ungefähr 100 GHz (3 Mm) stellend.

Apparat und Techniken können qualitativ als "Mikrowelle" beschrieben werden, wenn die Wellenlängen von Signalen grob dasselbe als die Dimensionen der Ausrüstung sind, so dass Stromkreis-Theorie des zusammengelegten Elements ungenau ist. Demzufolge neigt praktische Mikrowellentechnik dazu, von den getrennten Widerständen, Kondensatoren und mit Funkwellen der niedrigeren Frequenz verwendeten Induktoren abzurücken. Statt dessen sind verteilte Stromkreis-Elemente und Übertragungslinie-Theorie nützlichere Methoden für das Design und die Analyse. Koaxiale und Offen-Leitungsübertragungslinien geben zu Wellenleitern und Trennlinie nach, und zusammengelegtes Element hat gestimmt Stromkreise werden durch Höhle-Resonatore oder widerhallende Linien ersetzt. Effekten von Nachdenken, Polarisation, Zerstreuen, Beugung und atmosphärischer mit dem sichtbaren Licht gewöhnlich vereinigter Absorption sind der praktischen Bedeutung in der Studie der Mikrowellenfortpflanzung. Dieselben Gleichungen der elektromagnetischen Theorie gelten an allen Frequenzen.

Das Präfix "mikro -" in "der Mikrowelle" wird nicht gemeint, um eine Wellenlänge in der Mikrometer-Reihe anzudeuten. Es zeigt an, dass Mikrowellen im Vergleich zu in der typischen Radiorundfunkübertragung verwendeten Wellen "klein" sind, darin haben sie kürzere Wellenlängen. Die Grenzen zwischen weitem Infrarotlicht, terahertz Radiation, Mikrowellen, und Ultrahochfrequenzfunkwellen sind ziemlich willkürlich und werden verschiedenartig zwischen verschiedenen Studienfächern verwendet.

Elektromagnetische Wellen länger (niedrigere Frequenz) als Mikrowellen werden "Funkwellen" genannt. Die elektromagnetische Radiation mit kürzeren Wellenlängen kann "Millimeter-Wellen", terahertz Radiation oder sogar Tablette genannt werden. Definitionen unterscheiden sich für das Millimeter-Welle-Band, das der IEEE als 110 GHz zu 300 GHz definiert.

Über 300 GHz ist die Absorption der elektromagnetischen Radiation durch die Atmosphäre der Erde so groß, dass es tatsächlich undurchsichtig ist, bis die Atmosphäre durchsichtig wieder in den so genannten infraroten und optischen Fensterfrequenzreihen wird.

Mikrowellenquellen

Hoher Macht-Mikrowellenquellgebrauch hat Vakuumtuben spezialisiert, um Mikrowellen zu erzeugen. Diese Geräte funktionieren auf verschiedenen Grundsätzen von niederfrequenten Vakuumtuben mit der ballistischen Bewegung von Elektronen in einem Vakuum unter dem Einfluss, elektrische oder magnetische Felder zu kontrollieren, und schließen den magnetron (verwendet in Mikrowellengeräten), klystron, Tube der Reisen-Welle (TWT) und gyrotron ein. Diese Geräte die Arbeit in der Dichte hat Weise, aber nicht den Strom abgestimmt, haben Weise abgestimmt. Das bedeutet, dass sie auf der Grundlage von Klumpen von Elektronen arbeiten, die ballistisch durch sie fliegen, anstatt einen dauernden Strom von Elektronen zu verwenden.

Mikrowellenquellen der niedrigen Macht verwenden Halbleitergeräte wie der Feldwirkungstransistor (mindestens an niedrigeren Frequenzen), Tunneldioden, Dioden von Gunn und IMPATT Dioden.

Eine Maser ist ein Gerät, das einem Laser ähnlich ist, der leichte Energie durch stimulierende Fotonen verstärkt. Die Maser, anstatt leichte Energie zu verstärken, verstärkt die niedrigere Frequenz, längeren Wellenlänge-Mikrowellen und Radiofrequenzemissionen.

Die Sonne strahlt auch Mikrowellenradiation aus, obwohl der grösste Teil davon durch die Atmosphäre der Erde blockiert wird.

Cosmic Microwave Background Radiation (CMBR) ist eine Quelle von Mikrowellen, die die Wissenschaft der Urknall-Theorie der Kosmologie des Ursprungs des Weltalls unterstützt.

Gebrauch

Kommunikation

Vor dem Advent der mit der Fasersehübertragung wurden die meisten Langstreckenanrufe über Netze von Mikrowellenradiorelaisverbindungen getragen, die von Transportunternehmen solcher als AT&T Lange Linien geführt sind. Am Anfang der 1950er Jahre anfangend, wurde Mehrfach-Frequenzabteilung verwendet, um bis zu 5,400 Telefoniekanäle auf jedem Mikrowellenradiokanal mit nicht weniger als zehn Radiokanälen zu senden, die in eine Antenne für den Sprung zur folgenden Seite, bis zu 70 km weg verbunden sind.

LAN Radioprotokolle, wie Bluetooth und der IEEE 802.11 Spezifizierungen, auch Gebrauch-Mikrowellen im 2.4 GHz ISMUS-Band, obwohl 802.11a ISMUS-Band und U-NII Frequenzen in der 5 GHz-Reihe verwendet. Lizenziert Langstrecken-(bis zu ungefähr 25 km) sind Radiointernetzugriffsdienstleistungen seit fast einem Jahrzehnt in vielen Ländern in der 3.5-4.0 GHz-Reihe verwendet worden. Der FCC hat kürzlich Spektrum für Transportunternehmen gestaltet, die Dienstleistungen in dieser Reihe in den Vereinigten Staaten — mit der Betonung auf 3.65 GHz anbieten möchten. Dutzende von Dienstleistern über das Land sichern oder haben bereits Lizenzen vom FCC erhalten, um in diesem Band zu funktionieren. Die WIMAX Dienstangebote, die das 3.65 GHz Band fortgesetzt werden können, werden Geschäftskunden eine andere Auswahl für die Konnektivität geben.

Protokolle des Metropolitanbereichsnetzes (MAN), wie WiMAX (Weltzwischenfunktionsfähigkeit für den Mikrowellenzugang) basieren auf Standards wie IEEE 802.16, entworfen, um zwischen 2 bis 11 GHz zu funktionieren. Kommerzielle Durchführungen sind in den 2.3 GHz, 2.5 GHz, 3.5 GHz und 5.8 GHz-Reihen.

Protokolle von Mobile Broadband Wireless Access (MBWA), die auf Standardspezifizierungen wie IEEE 802.20 oder ATIS/ANSI HC-SDMA (wie iBurst) gestützt sind, funktionieren zwischen 1.6 und 2.3 GHz, um Beweglichkeit und Durchdringen-Eigenschaften im Bauen zu geben, die Mobiltelefonen, aber mit der gewaltig größeren geisterhaften Leistungsfähigkeit ähnlich sind.

Einige Mobiltelefonnetze, wie GSM, verwenden die low-microwave/high-UHF Frequenzen ungefähr 1.8 und 1.9 GHz in den Amerikas und anderswohin beziehungsweise. DVB-SCH und verwenden S-DMB 1.452 an 1.492 GHz, während das Eigentums/unvereinbarsatellitenradio in den Vereinigten Staaten ungefähr 2.3 GHz für DARS verwendet.

Mikrowellenradio wird in der Rundfunkübertragung und den Fernmeldeübertragungen verwendet, weil, wegen ihrer kurzen Wellenlänge, hoch gerichtete Antennen kleiner und deshalb praktischer sind, als sie an längeren Wellenlängen (niedrigere Frequenzen) sein würden. Es gibt auch mehr Bandbreite im Mikrowellenspektrum als im Rest des Radiospektrums; die verwendbare Bandbreite unter 300 MHz ist weniger als 300 MHz, während viele GHz über 300 MHz verwendet werden können. Gewöhnlich werden Mikrowellen in Fernsehnachrichten verwendet, um ein Signal von einem abgelegenen Standort bis eine Fernsehstation von einem besonders ausgestatteten Kombi zu übersenden. Sieh Sendungszusatzleistung (BAS), entfernte Erholungseinheit (RPU) und Verbindung des Studios/Senders (STL).

Die meisten Satellitenverkehr-Systeme funktionieren im C, X, K, oder K Bändern des Mikrowellenspektrums. Diese Frequenzen erlauben große Bandbreite, während sie die voll gestopften UHF-Frequenzen vermeiden und unter der atmosphärischen Absorption von EHF Frequenzen bleiben. Satellitenfernsehen entweder funktioniert im C Band für den befestigten Satellitendienst des traditionellen großen Tellers oder K Band für den direkten Rundfunksatelliten. Militärische Kommunikationen fließen in erster Linie X oder K-Band-Verbindungen mit dem K Band über, das für Milstar wird verwendet.

Radar

Radar verwendet Mikrowellenradiation, um die Reihe, Geschwindigkeit und anderen Eigenschaften von entfernten Gegenständen zu entdecken. Die Entwicklung des Radars wurde während des Zweiten Weltkriegs wegen seines großen militärischen Dienstprogrammes beschleunigt. Jetzt wird Radar für Anwendungen wie Flugsicherung, Wettervorhersage, Navigation von Schiffen und Geschwindigkeitsbegrenzungserzwingung weit verwendet.

Ein Diode-Oszillator von Gunn und Wellenleiter werden als ein Bewegungsentdecker für automatische Tür-Öffner verwendet.

Radioastronomie

Der grösste Teil der Radioastronomie verwendet Mikrowellen. Gewöhnlich wird die natürlich vorkommende Mikrowellenradiation beobachtet, aber aktive Radarversuche sind auch mit Gegenständen im Sonnensystem, wie Bestimmung der Entfernung zum Mond angestellt worden oder die unsichtbare Oberfläche von Venus durch den Wolkendeckel kartografisch darzustellen.

Navigation

Global Navigation Satellite Systems (GNSS) einschließlich des chinesischen Beidou, amerikanischen Global Positioning System (GPS) und des russischen GLONASS haben Navigationssignale in verschiedenen Bändern zwischen ungefähr 1.2 GHz und 1.6 GHz übertragen.

Macht

Ein Mikrowellengerät passiert (in Ionen nichtzerfallende) Mikrowellenradiation (an einer Frequenz in der Nähe von 2.45 GHz) durch das Essen, Dielektrikum verursachend, das in erster Linie durch die Absorption der Energie in Wasser heizt. Mikrowellengeräte sind allgemeine Küchengeräte in Westländern gegen Ende der 1970er Jahre, im Anschluss an die Entwicklung der billigen Höhle magnetrons geworden. Das Wasser im flüssigen Staat besitzt viele molekulare Wechselwirkungen, die die Absorptionsspitze verbreitern. In der Dampf-Phase absorbieren isolierte Wassermoleküle um 22 GHz, fast zehnmal die Frequenz des Mikrowellengeräts.

Mikrowellenheizung wird in Industrieprozessen verwendet, um Produkte auszutrocknen und zu heilen.

Vieler Halbleiter, der Techniken bearbeitet, verwendet Mikrowellen, um Plasma zu solchen Zwecken wie das reaktive Ion-Ätzen und die plasmaerhöhte chemische Dampf-Absetzung (PECVD) zu erzeugen.

Mikrowellenfrequenzen normalerweise im Intervall von 110 - 140 GHz werden in stellarators und mehr namentlich in tokamak experimentellen Fusionsreaktoren verwendet, um zu helfen, den Brennstoff in einen Plasmastaat zu heizen. Wie man erwartet, erstreckt sich der kommende ITER Thermonukleare Reaktor von 110-170 GHz und wird Electron Cyclotron Resonance Heating (ECRH) anstellen.

Mikrowellen können verwendet werden, um Macht über lange Entfernungen zu übersenden, und Forschung des postzweiten Weltkriegs wurde getan, um Möglichkeiten zu untersuchen. NASA hat in den 1970er Jahren und Anfang der 1980er Jahre gearbeitet, um die Möglichkeiten zu erforschen, Systeme des Sonnenmacht-Satelliten (SPS) mit der großen Sonnenreihe zu verwenden, die Macht unten zur Oberfläche der Erde über Mikrowellen strahlen würde.

Less-lethal Bewaffnung besteht, der Millimeter-Wellen verwendet, um eine dünne Schicht der menschlichen Haut zu einer untragbaren Temperatur zu heizen, um die ins Visier genommene Person abrücken zu lassen. Ein zwei Sekunde Ausbruch von den 95 GHz hat Balken-Hitze die Haut zu einer Temperatur von 130 °F (54 °C) an einer Tiefe von 1/64. von einem Zoll (0.4 Mm) eingestellt. Die USA-Luftwaffe und Marinesoldaten verwenden zurzeit diesen Typ des aktiven Leugnungssystems.

Spektroskopie

Mikrowellenradiation wird in der paramagnetischen Elektronklangfülle (EPR oder ESR) Spektroskopie, normalerweise im X-band Gebiet (~9 GHz) in der Verbindung normalerweise mit magnetischen Feldern von 0.3 T verwendet. Diese Technik gibt Auskunft über allein stehende Elektronen in chemischen Systemen, wie freie Radikale oder Übergang-Metallionen wie Cu (II). Die Mikrowellenradiation kann auch mit der Elektrochemie verbunden werden, weil in der Mikrowelle Elektrochemie erhöht hat.

Mikrowellenfrequenzbänder

Das Mikrowellenspektrum wird gewöhnlich als elektromagnetische Energie im Intervall von etwa 1 GHz zu 100 GHz in der Frequenz definiert, aber älterer Gebrauch schließt niedrigere Frequenzen ein. Allgemeinste Anwendungen sind innerhalb der 1 bis 40 GHz-Reihe. Ein Satz von Mikrowellenfrequenzband-Benennungen durch die Radiogesellschaft Großbritanniens (RSGB), wird unten tabellarisiert:

P Band wird manchmal für das K Band verwendet. "P" für "den vorherigen" war ein Radarband, das im Vereinigten Königreich im Intervall von 250 bis 500 MHz verwendet ist und jetzt pro IEEE Std 521 veraltet ist, sieh und. Weil andere Definitionen Brief-Benennungen von Mikrowellenbändern sehen.

Als Radare zuerst am K Band während des Zweiten Weltkriegs entwickelt wurden, wurde es nicht begriffen, dass es ein nahe gelegenes Absorptionsband (wegen des Wasserdampfs und Sauerstoffes an der Atmosphäre) gab. Um dieses Problem zu vermeiden, wurde das ursprüngliche K Band in ein niedrigeres Band, K gespalten, und oberes Band, K sehen.

Mikrowellenfrequenzmaß

Mikrowellenfrequenz kann entweder durch elektronische oder durch mechanische Techniken gemessen werden.

Frequenzschalter oder hohe Frequenz heterodyne Systeme können verwendet werden. Hier ist die unbekannte Frequenz im Vergleich zu Obertönen einer bekannten niedrigeren Frequenz durch den Gebrauch eines niedrigen Frequenzgenerators, eines harmonischen Generators und eines Mixers. Die Genauigkeit des Maßes wird durch die Genauigkeit und Stabilität der Bezugsquelle beschränkt.

Mechanische Methoden verlangen einen stimmbaren Resonator wie ein Absorptionswellenmesser, der eine bekannte Beziehung zwischen einer physischen Dimension und Frequenz hat.

In einer Laboreinstellung können Lustmolch-Linien verwendet werden, um die Wellenlänge auf einer aus parallelen Leitungen gemachten Übertragungslinie direkt zu messen, die Frequenz kann dann berechnet werden. Eine ähnliche Technik soll einen Schlitzwellenleiter verwenden oder hat koaxiale Linie eingesteckt, um die Wellenlänge direkt zu messen. Diese Geräte bestehen aus einer Untersuchung, die in die Linie durch ein Längsablagefach eingeführt ist, so dass die Untersuchung frei ist, auf und ab in der Linie zu reisen. Messleitungen sind in erster Linie für das Maß des Stromspannungsverhältnisses der stehenden Welle auf der Linie beabsichtigt. Jedoch, vorausgesetzt dass eine stehende Welle da ist, können sie auch verwendet werden, um die Entfernung zwischen den Knoten zu messen, die der Hälfte der Wellenlänge gleich ist. Die Präzision dieser Methode wird durch den Entschluss von den Knotenpositionen beschränkt.

Gesundheitseffekten

Mikrowellen enthalten genügend Energie nicht, Substanzen durch die Ionisation chemisch zu ändern, und sind auch ein Beispiel der nichtionisierenden Strahlung. Das Wort "Radiation" bezieht sich auf die Energie, die von einer Quelle und nicht zur Radioaktivität ausstrahlt. Es ist abschließend nicht gezeigt worden, dass Mikrowellen (oder andere in Ionen nichtzerfallende elektromagnetische Radiation) bedeutende nachteilige biologische Effekten an niedrigen Stufen haben. Einige, aber nicht alle, Studien schlagen vor, dass langfristige Aussetzung eine karzinogene Wirkung haben kann. Das ist von den Gefahren getrennt, die mit der sehr hohen Intensitätsaussetzung vereinigt sind, die Heizung und Brandwunden wie jede Hitzequelle und nicht ein einzigartiges Eigentum von Mikrowellen spezifisch verursachen kann.

Während des Zweiten Weltkriegs wurde es bemerkt, dass Personen im Strahlenpfad von Radarinstallationen Klicks und summende Töne als Antwort auf die Mikrowellenradiation erfahren haben. Wie man dachte, wurde diese Mikrowellengehörwirkung durch die Mikrowellen verursacht, die einen elektrischen Strom in den Hören-Zentren des Gehirns veranlassen. Die Forschung durch NASA hat in den 1970er Jahren das gezeigt, um durch die Thermalvergrößerung in Teilen des inneren Ohrs verursacht zu werden.

Wenn die Verletzung von der Aussetzung bis Mikrowellen vorkommt, ergibt es sich gewöhnlich aus im Körper veranlasster Dielektrikum-Heizung. Die Aussetzung von der Mikrowellenradiation kann grauen Star durch diesen Mechanismus erzeugen, weil die Mikrowellenheizung Proteine in der kristallenen Linse des Auges (ebenso dass Hitzeumdrehungsei-Weiße weiß und undurchsichtig) schneller denaturiert, als die Linse durch Umgebungsstrukturen abgekühlt werden kann. Die Linse und Hornhaut des Auges sind besonders verwundbar, weil sie kein Geäder enthalten, das Hitze wegtragen kann. Die Aussetzung von schweren Dosen der Mikrowellenradiation (als von einem Ofen, an dem herumgebastelt worden ist, um Operation sogar mit der offenen Tür zu erlauben) kann Hitzeschaden in anderen Geweben ebenso, bis zu und einschließlich ernster Brandwunden erzeugen, die wegen der Tendenz für Mikrowellen nicht sofort offensichtlich sein können, um tiefere Gewebe mit dem höheren Feuchtigkeitsgehalt zu heizen.

Geschichte und Forschung

Die Existenz von Funkwellen wurde von James Clerk Maxwell 1864 von seinen Gleichungen vorausgesagt. 1888 war Heinrich Hertz erst, um die Existenz von Funkwellen zu demonstrieren, indem er einen Funken-Lücke-Radiosender gebaut hat, der 450-MHz-Mikrowellen im UHF-Gebiet erzeugt hat. Die Ausrüstung, die er verwendet hat, war einschließlich eines Pferd-Trogs, eines Schmiedeeisen-Punkt-Funkens und Gläser von Leyden primitiv. Er hat auch die erste parabolische Antenne mit einer Zinkdachrinne-Platte gebaut. 1894 hat Indianerradiopionier Jagdish Chandra Bose öffentlich Radiokontrolle einer Glocke mit Millimeter-Wellenlängen demonstriert, und hat Forschung in die Fortpflanzung von Mikrowellen geführt.

Vielleicht ist der erste, dokumentierte, formelle Gebrauch des Begriffes Mikrowelle 1931 vorgekommen:

: "Als Proben mit Wellenlängen mindestens 18 Cm bekannt gemacht wurden, gab es unverkleidete Überraschung, dass das Problem der Mikrowelle so bald behoben worden war." Telegraf & Telefonzeitschrift XVII 179/1

1943 hat der ungarische Ingenieur Zoltán Bay Ultrakurzfunkwellen zum Mond gesandt, der, widerspiegelt von dort, als ein Radar gearbeitet hat und verwendet werden konnte, um Entfernung zu messen, sowie den Mond zu studieren.

Vielleicht ist der erste Gebrauch der Wortmikrowelle in einem astronomischen Zusammenhang 1946 in einem Artikel "Microwave Radiation from the Sun and Moon" von Robert Dicke und Robert Beringer vorgekommen. Dieser derselbe Artikel hat auch eine Vertretung in der New York Times ausgegeben 1951 gemacht.

In der Geschichte der elektromagnetischen Theorie wurde bedeutende Arbeit spezifisch im Gebiet von Mikrowellen und ihren Anwendungen von Forschern ausgeführt einschließlich:

Siehe auch

• Blockieren Sie upconverter (BUC)
• Kosmische Mikrowellenhintergrundradiation
• Elektronzyklotron-Klangfülle
• Internationales Mikrowellenmacht-Institut
• Rauscharmer Block-Konverter (LNB)
• Maser
• Mikrowellenübertragung
• Mikrowellenchemie
• Mikrowellengehörwirkung
• Mikrowellenhöhle
• Mikrowellenradiorelais
• Wandler von Orthomode (OMT)
• Plasmaerhöhte chemische Dampf-Absetzung
• Regen verwelkt
• RF schalten Matrix
• Ding (Gerät hörend)

,

• Streuung von Tropospheric

Außenverbindungen

• Gespräch von EM, Mikrowellentechniktutorenkurse und Werkzeuge
• Mikrowellentechnologievideo