Микроталаси

Glavni članak: Нејонизујуће зрачење

Микроталаси су део ЕМ спектра као део радијског спектра, али ипак се наводи одвојено од њега. Ти таласи су познати и под именом радарски таласи. Подручје микроталасног спектра обухвата таласне дужине од 1 (милиметара) до 30 (центиметара) односно фреквенције од 1 до 300 (гигахерца; 1 = 1×10⁹ ).^{[1][2][3][4][5]} Различити извори дефинишу различите фреквентне опсеге као микроталасне; горња широка дефиниција укључује и (милиметарско таласне) опсеге. Чешћа дефиниција у радио-фреквенцијском инжењерству је опсег између 1 и 100 GHz (таласне дужине између 0,3 m и 3 mm).^[2] У свим случајевима, микроталаси укључују цео опсега (3 до 30 GHz, или 10 до 1 cm) најмање. Фреквенције у микроталасном опсегу се често називају њиховим ознакама радарског опсега: , , X, , , или опсег, или сличним НАТО или ЕУ ознакама.

Ово је далекометна антена радара (приближно 40 у пречнику)

Телекомуникациони торањ са разним антенама за микроталасне релејне везе на Фрејзиер Пику, округ Вентура, Калифорнија. Отвори на посудама су прекривени пластичним плочама (радомима) како би се спречио приступ влази.

Префикс micro- микроталасу нема за циљ да сугерише таласну дужину у микрометарском опсегу. Уместо тога, то указује да су микроталаси „мали” (имају краће таласне дужине), у поређењу са радио таласима који су се користили пре микроталасне технологије. Границе између далеког инфрацрвеног, терахерцног зрачења, микроталаса и ултра-високих фреквенција радио таласа су прилично произвољне и користе се различито између различитих области проучавања.

Микроталаси путују по линији видљивости; за разлику од радио таласа ниже фреквенције, они се не дифрактују око брда, не прате површину земље као површински таласи земље, нити се рефлектују од јоносфере, тако да су земаљске микроталасне комуникационе везе ограничене визуелним хоризонтом на око 40 mi (64 km). На високом крају опсега, они су апсорбовани гасовима у атмосфери, ограничавајући практичне комуникацијске удаљености на око километар. Микроталаси се широко користе у савременој технологији, на пример у комуникационим везама од тачке до тачке, бежичним мрежама, микроталасним радио релејним мрежама, радарима, комуникацији путем сателита и свемирских летелица, медицинској дијатермији и лечењу рака, даљинској детекцији, радио астрономији, акцелераторима честица, спектроскопији, индустријском грејању, системима за избегавање судара, отварачи гаражних врата и системима за улазак без кључа, као и за кување хране у микроталасним пећницама.

Електромагнетни спектар

Микроталаси заузимају место у електромагнетном спектру са фреквенцијом изнад обичних радио таласа, а испод инфрацрвене светлости:

Електромагнетни спектар
Назив	Таласна дужина	Фреквенција ()	Фотон енергија ()
Гама зраци	< 0,02	> 15 EHz	> 62.1 keV
Рендгенски зраци	0,01  – 10	30 – 30	124 – 124
Ултраљубичасто зрачење	10  – 400	30 – 750	124 – 3
Видљива светлост	390  – 750	770 – 400	3,2 – 1,7
Инфрацрвено зрачење	750  – 1	400 – 300	1,7 – 1,24
Микроталаси	1  – 1	300  – 300	1,24 – 1,24
Радио таласи	1  – 100	300 – 3	1,24 – 12,4

У описима електромагнетног спектра, неки извори класификују микроталасе као радио таласе, подскуп радиоталасног опсега; док други класификују микроталасе и радио таласе као различите врсте зрачења. Ово је произвољна разлика.

Појаси микроспектра

Назив	Фреквенција
L појас	1 до 2 GHz
S појас	2 до 4 GHz
C појас	4 до 8 GHz
X појас	8 до 12 GHz
Ku појас	12 до 18 GHz
K појас	18 до 26.5 GHz
Ka појас	26.5 до 40 GHz
Q појас	30 до 50 GHz
U појас	40 до 60 GHz
V појас	50 до 75 GHz
E појас	60 до 90 GHz
W појас	75 до 110 GHz
F појас	90 до 140 GHz
D појас	110 до 170 GHz

Пропагација

Главни чланак: Радио пропагација

Атмосферско слабљење микроталаса и далеког инфрацрвеног зрачења у сувом ваздуху са нивоом таложне водене паре од 0,001 . Шиљци надоле на графикону одговарају фреквенцијама на којима се микроталаси јаче апсорбују. Овај графикон укључује опсег фреквенција од 0 до 1 THz; микроталаси су подскуп у опсегу између 0,3 и 300 гигахерца.

Микроталаси путују искључиво путем видног поља; за разлику од радио таласа ниже фреквенције, они не путују као земаљски таласи који прате контуру Земље, нити се одбијају од јоносфере (небески таласи).^[6] Иако на доњем крају опсега могу да прођу кроз зидове зграде довољно за користан пријем, обично су потребна права пролаза до прве Фреснелове зоне. Због тога су на површини Земље микроталасне комуникационе везе ограничене визуелним хоризонтом на око 30-40 миља (48-64 ). Микроталаси се апсорбују влагом у атмосфери, а слабљење се повећава са фреквенцијом, постајући значајан фактор (кишно изблеђивање) на високом крају опсега. Почевши од око 40 , атмосферски гасови такође почињу да апсорбују микроталасе, тако да је изнад ове фреквенције микроталасни пренос ограничен на неколико километара. Структура спектралног појаса узрокује апсорпционе пикове на одређеним фреквенцијама (погледајте графикон десно). Изнад 100 , апсорпција електромагнетног зрачења Земљине атмосфере је толико велика да је заправо непрозирна, све док атмосфера поново не постане провидна у такозваним инфрацрвеним и оптичким опсезима фреквенција.

Тропосферско расипање

Главни чланак: Тропосферско расипање

У микроталасном снопу усмереном под углом у небо, мала количина енергије ће бити насумично распршена док сноп пролази кроз тропосферу.^[6] Осетљиви пријемник изван хоризонта са антеном високог појачања усмереном на ту област тропосфере може да ухвати сигнал. Ова техника је коришћена на фреквенцијама између 0,45 и 5 GHz у комуникационим системима тропосферског расејања (тропоскатер) за комуникацију изван хоризонта, на удаљеностима до 300 .

Дизајн и анализа

Термин микроталасна такође има више техничко значење у електромагнетици и теорији кола.^[7][8] Апарати и технике се могу квалитативно описати као „микроталасни” када су таласне дужине сигнала отприлике исте као и димензије кола, тако да је теорија кола са збирним елементима нетачна, и уместо тога су кориснији методи елемента дистрибуираног кола и теорије преносних линија за пројектовање и анализу.

Као последица тога, практична микроталасна кола имају тенденцију да се удаље од дискретних отпорника, кондензатора и индуктора који се користе са радио таласима ниже фреквенције. Отворени и коаксијални водови за пренос који се користе на нижим фреквенцијама замењени су таласоводима и тракастим линијама, а подешена кола са збирним елементима су замењена резонаторима са шупљинама или резонантним стубовима.^[7] Заузврат, на још вишим фреквенцијама, где таласна дужина електромагнетних таласа постаје мала у поређењу са величином структура које се користе за њихову обраду, микроталасне технике постају неадекватне, а користе се методе оптике.

Историја

Постојање микроталаса предвидео је године 1864. Џејмс Максвел y својим формулама. Хајнрих Херц први је доказао њихово постојање са направом која је детектовала и одашиљала микроталасе на (ултрависоке фреквенције) подручју. Практична употреба почела је у 20. веку (1931).

Употреба

Микроталаси се данас користе у микроталасној пећи, мобилној телефонији ( нпр. ради и на 1.9 ), комуникационим сателитима и радарима.

Референце

1. Hitchcock, R. Timothy (2004). Radio-frequency and Microwave Radiation. American Industrial Hygiene Assn. стр. 1. ISBN 978-1931504553.
2. Kumar, Sanjay; Shukla, Saurabh (2014). Concepts and Applications of Microwave Engineering. PHI Learning Pvt. Ltd. стр. 3. ISBN 978-8120349353.
3. Jones, Graham A.; Layer, David H.; Osenkowsky, Thomas G. (2013). National Association of Broadcasters Engineering Handbook, 10th Ed. Taylor & Francis. стр. 6. ISBN 978-1136034107.
4. Pozar, David M. (1990). Microwave Engineering. Addison-Wesley. ISBN 0-201-50418-9..
5. Sorrentino, Roberto; Bianchi, Giovanni (30. 4. 2010). Microwave and RF Engineering. John Wiley & Sons. стр. 4. ISBN 978-0470660218.CS1 одржавање: Формат датума (веза).
6. Seybold, John S. (2005). Introduction to RF Propagation. John Wiley and Sons. стр. 55—58. ISBN 978-0471743682.
7. Golio, Mike; Golio, Janet (2007). RF and Microwave Passive and Active Technologies. CRC Press. стр. I.2—I.4. ISBN 978-1420006728.
8. Karmel, Paul R.; Colef, Gabriel D.; Camisa, Raymond L. (1998). Introduction to Electromagnetic and Microwave Engineering. John Wiley and Sons. стр. 1. ISBN 9780471177814.

Литература

• Hitchcock, R. Timothy (2004). Radio-frequency and Microwave Radiation. American Industrial Hygiene Assn. стр. 1. ISBN 978-1931504553.
• Sisodia, M. L. (2007). Microwaves: Introduction To Circuits, Devices And Antennas. New Age International. стр. 1.4—1.7. ISBN 978-8122413380.
• Liou, Kuo-Nan (2002). An introduction to atmospheric radiation. Academic Press. стр. 2. ISBN 978-0-12-451451-5. Приступљено 12. 7. 2010.CS1 одржавање: Формат датума (веза)
• Boithais, Lucien (1987). Radio Wave Propagation. New York, NY: McGraw-Hill Book Company. ISBN 0-07-006433-4.
• Rawer, Karl (1993). Wave Propagation in the Ionosphere. Dordrecht, NL: Kluwer Acad. Publ. ISBN 0-7923-0775-5.
• Pocock, Emil (2010). „Propagation of Radio Signals”. Ур.: Silver, H. Ward; Wilson, Mark J. The ARRL Handbook for Radio Communications (88th изд.). Newington, CT: American Radio Relay League. Chapter 19. ISBN 978-0-87259-095-3.
• Blanarovich, Yuri (VE3BMV, K3BU) (јун 1980). „Electromagnetic wave propagation by conduction”. CQ Magazine. стр. 44. Архивирано из оригинала 04. 12. 2021. г. Приступљено 16. 11. 2021.CS1 одржавање: Формат датума (веза)
• Ghasemi, Adbollah; Abedi, Ali; Ghasemi, Farshid (2016). Propagation Engineering in Wireless Communication (2nd изд.). Springer. ISBN 978-3-319-32783-9.
• Westman, H.P.; ., ур. (1968). Reference Data for Radio Engineers (Fifth изд.). Howard W. Sams and Co. ISBN 0-672-20678-1. LCCN 43-14665.
• Paris, Demetrius T.; Hurd, F. Kenneth (1969). Basic Electromagnetic Theory. New York, NY: McGraw Hill. Chapter 8. ISBN 0-07-048470-8.
• Seybold, John S. (2005). Introduction to RF Propagation. John Wiley and Sons. стр. 3—10. ISBN 0471743682.
• Coutaz, Jean-Louis; Garet, Frederic; Wallace, Vincent P. (2018). Principles of Terahertz Time-Domain Spectroscopy: An Introductory Textbook. CRC Press. стр. 18. ISBN 9781351356367.
• Siegel, Peter (2002). „Studying the Energy of the Universe”. Education materials. NASA website. Архивирано из оригинала 20. 06. 2021. г. Приступљено 19. 5. 2021.CS1 одржавање: Формат датума (веза)
• DeSoto, Clinton B. (1936). 200 meters & Down - The Story of Amateur Radio. Newington, CT: The American Radio Relay League. стр. 132—146. ISBN 0-87259-001-1.
• Hull, G.W. (март 1967). „Nonreciprocal characteristics of a 1500 km HF ionospheric path”. Proceedings of the IEEE. 55 (3): 426—427. doi:10.1109/PROC.1967.5516;CS1 одржавање: Формат датума (веза)
• Jull, G. W.; Pettersen, G. W. E. (1964). „Origin of non-reciprocity on high-frequency ionospheric paths”. Nature. 201 (4918): 483—484. Bibcode:1964Natur.201..483J. S2CID 4181453. doi:10.1038/201483a0.
• Davies, Kenneth (1990). Ionospheric Radio. IEE Electromagnetic Waves Series. 31. London, UK: Peter Peregrinus Ltd / The Institution of Electrical Engineers. стр. 184—186. ISBN 0-86341-186-X.
• Jacobs, George; Cohen, Theodore J. (1982). Shortwave Propagation Handbook. Hicksville, NY: CQ Publishing. стр. 130–135. ISBN 978-0-943016-00-9.

Спољашње везе

• EM Talk, Microwave Engineering Tutorials and Tools
• Millimeter Wave Архивирано на сајту (9. јун 2013) and Microwave Waveguide dimension chart.
• „WSPR propagation conditions”. wsprnet.org (map). Приступљено 2020-12-04.
• „Network of CW signal decoders for realtime analysis”. Reverse Beacon Network. Приступљено 2020-12-04.