Войти
Телекоммуникационная башня с различными параболическими антеннами для микроволнового реле ссылки на Фрейзер Пик, округ Вентура, Калифорния. Отверстия тарелок закрыты пластиковыми листами (обтекателями ) для защиты от влаги. 
Атмосферное ослабление микроволн и дальнего инфракрасного излучения в сухом воздухе с осаждающимся водяным паром уровнем 0,001 мм. Нисходящие всплески на графике соответствуют частотам, на которых микроволны поглощаются сильнее. Этот график включает диапазон частот от 0 до 1 ТГц; микроволны представляют собой подмножество в диапазоне от 0,3 до 300 гигагерц. микроволны укажите собой форму электромагнитного излучения с длинами волн в диапазоне от одного метра до одного миллиметра; с частотами от 300 МГц (1 м) до 300 ГГц (1 мм). Различные источники определяют разные диапазоны частот как микроволны; приведенное выше широкое определение включает диапазоны как UHF, так и EHF (миллиметровые волны ). Более распространенное определение в радиотехнике - это диапазон от 1 до 100 ГГц (длина волн от 0,3 м до 3 мм). Во всех случаях микроволны включают как минимум весь диапазон SHF (от 3 до 30 ГГц или от 10 до 1 см). Частоты в микроволновом диапазоне часто обозначают их обозначениями IEEE radar band : S, C, X, Ku, K или Kaband, или обозначенными обозначениями НАТО или ЕС.
Префикс микро- в микроволновом диапазоне не означает длину волны в диапазоне микрометр. Скорее, это указывает на то, что микроволны «маленькие» (имеют более короткие длины волн) по сравнению с радиоволнами, которые использовались до технологий технологии. Границы между дальним инфракрасным, терагерцовым излучением, микроволнами и ультравысокочастотным радио волнами являются довольно произвольны и по-разному используются в разных областях обучения.
Микроволны перемещаются по прямой видимости ; в отличие от низкочастотных радиоволн, они не дифрагируют вокруг холмов, не следуют за земной поверхностью как земные волны и не отражаются от ионосферы, поэтому наземные микроволновые каналы связи ограничены визуальным горизонтом до около 40 миль (64 км). В верхней части диапазона они поглощаются газами в атмосфере, ограничивая практическое расстояние связи примерно до километра. Микроволны широко используются в современных технологиях, например, в двухточечных каналах связи, беспроводных сетей, микроволновых радиорелейных сетей, радарах, спутниковая и космическая связь, медицинская диатермия и лечение рака, дистанционное зондирование, радиоастрономия, ускорители элементарных частиц, спектроскопия, промышленное отопление, системы предотвращения столкновений, устройства открывания гаражных ворот и системы входа без ключа, а также для приготовления пищи в микроволновые печи.
Микроволны занимают место в электромагнитном спектре с выше обычных радиоволн и ниже инфракрасных свет:
| Электромагнитный спектр | ||||
|---|---|---|---|---|
| Имя | Длина волны | Частота (Гц) | Фотон энергия (eV ) | |
| Гамма-излучение | < 0.02 nm | >15 E Hz | >62,1 ke V | |
| Рентгеновское излучение | 0,01 нм - 10 нм | 30 EHz - 30 P Hz | 124 кэВ - 124 эВ | |
| Ультрафиолет | 10 нм - 400 нм | 30 ПГц - 750 ТГц | 124 эВ - 3 эВ | |
| Видимый свет | 390 нм - 750 нм | 770 ТГц - 400 ТГц | 3,2 эВ - 1,7 эВ | |
| Инфракрасное | 750 нм - 1 мм | 400 ТГц - 300 ГГц | 1,7 эВ - 1,24 me V | |
| Микроволновое | 1 мм - 1 м | 300 ГГц - 300 МГц | 1,24 мэВ - 1,24 µe V | |
| Радио | 1 м - 100 км | 3 00 МГц - 3 кГц | 1,24 мкэ В - 12,4 fe V | |
В описаниях электромагнитного излучения некоторые источники классифицирую т микроволны как радиоволны, подмножество радиодиапазона; в то как другие классифицируют микроволны и радиоволны как отдельные время излучения. Это произвольное различие.
Микроволны распространяются исключительно по прямой видимости путями; в отличие от низкочастотных радиоволн, они не распространяются как земные волны, которые повторяют контур Земли, и не отражаются от ионосферы (небесные волны ). Хотя на нижнем конце они могут проходить сквозь стены, обычно требуются права проезда к первой зоне Френеля. Следовательно, на поверхности Земли микроволновые каналы связи ограничены визуальным горизонтом примерно на 30–40 миль (48–64 км). Микроволны поглощаются влагой в атмосфере, становясь основным фактором (замирание в дожде ) в верхнем диапазоне. Примерно с 40 атмосферные газы также начинают поглощать микроволны, поэтому выше частоты микроволновая передача ограничивается этой километрами. Спектральная структура вызывает структурные пики на частотах (см. График справа). На частотах выше 100 ГГц поглощение электромагнитного излучения атмосферы Земли настолько велико, что оно фактически непрозрачно, пока атмосфера снова не станет прозрачной в так называемых инфракрасных и оптическом окне диапазоны частот.
В микроволновом луче, направленном под углом в небо, небольшое количество энергии будет случайным образом рассеиваться, когда луч проходит через тропосферу. Чувствительный приемник за горизонтом с антенной с высоким коэффициентом усиления, сфокусированной на этой области тропосферы, может уловить сигнал. Этот метод использовался на частотах от 0,45 до 5 ГГц в системах связи тропосферного рассеяния (тропосферное рассеяние) для связи за пределами горизонта на расстояниях до 300 км.
Волновод используется для переноса микроволн. Пример волноводов и диплексора в радаре управления воздушным движением Короткие длины микроволн позволяют использовать всенаправленные антенны для портативных устройств, которые должны быть очень маленькими, от 1 до 20 сантиметров в длину, поэтому микроволновые частоты широко используются для беспроводных устройств, таких как сотовые телефоны, беспроводные телефоны и доступ к беспроводным локальным сетям (Wi-Fi) для ноутбуков и наушников Bluetooth. Используемые антенны включают короткие штыревые антенны, резиновые антенны-утки, гильзы диполи, патч-антенны и все чаще инвертированные печатные схемы Антенна F (PIFA), используемая в сотовых телефонах.
Их короткая длина волны также позволяет создавать узкие пучки микроволн с помощью удобно небольших антенн с высоким коэффициентом усиления от полуметра до 5 метров в диаметре. Следовательно, лучи микроволн используются для каналов связи точка-точка и для радара. Это позволяет использовать повторно использовать частоту соседними передатчиками. Параболические ("тарелочные") антенны наиболее широко используемыми направленными антеннами на микроволновых частотах, но рупорные антенны, щелевые антенны и диэлектрические линзы Антенны тоже используются. Плоские микрополосковые антенны все чаще используются в потребительских устройствах. Другой направленной антенной, применяемой на микроволновых частотах, является фазированная антенная решетка , управляемая компьютером антенная решетка, которая создает луч, который можно направлять электронным способом в различных направлениях.
На микроволновых частотах линии передачи, которые для передачи низкочастотных радиоволн к антеннам и от них, например, коаксиальный кабель и параллельные проводные линии, имеют чрезмерные потери мощности, поэтому, когда требуется низкое оборудование, микроволны переносятся по металлическим трубам, называемым волноводами. Из-за высокой стоимости и требований к обслуживанию волноводов во многих СВЧ-антеннах расположен выходной каскад передатчика или ВЧ-интерфейс приемника приемника. у антенны.
Термин микроволны также имеет более техническое значение в электромагнетизме и теории цепей. Аппаратура и методы могут быть качественно стимулировать как «микроволны», когда длина волн примерно такими же сигналами, как и размеры схемы, так что теория схематично с установленными элементами неточна, и вместо этого распределенная схема элементов и теория линий передачи - более полезные методы для проектирования и анализа.
Как следствие, в практических СВЧ-цепях обычно отходят от дискретных резисторов, конденсаторов и катушек индуктивности, используемых с низкочастотными радиоволны. Открытые и коаксиальные линии передачи, используемые на более низких частотах, заменяются волноводами и полосковыми линиями, настроенные схемы с установленными элементами заменяются объемными резонаторами. или резонансные заглушки. В свою очередь, на более высоких частотах, где длина волны электромагнитных волн становится малой по сравнению с размером структур, используются для их обработки, микроволновые методы становятся неадекватными, и используются методы оптики.
Вид в разрезе внутри магнетрона с резонатором, который используется в микроволновой печи (слева). Антенный разветвитель: микрополосковые технологии становятся все более необходимыми на высоких частотах (справа). 
Разобранный радарный датчик скорости. Серая сборка прикреплена к концу медного цвета рупорной антенны является Ганна диод, который генерирует микроволны. Источники высокой мощности СВЧ использовать специализированные вакуумные трубки для генерации микроволн. Эти устройства работают на принципах, отличных от низкочастотных вакуумных ламп, используя баллистическое движение электронов в вакууме под управляющих электрических или магнитных полей, и включают в себя магнетрон (инструмент в микроволновых печах ), клистрон, лампа бегущей волны (ЛБВ) и гиротрон. Эти устройства работают в режиме модуляции плотности, а не в режиме модуляции током. Это означает, что они работают на основе сгустков электронов, пролетающих через них баллистически, а не на основе непрерывного потока электронов.
В источниках СВЧ малой мощности используются твердотельные устройства, такие как полевой транзистор (по крайней мере, на более низких частотах), туннельные диоды, Ганна. диоды и диоды IMPATT. Источники с низким энергопотреблением доступны в виде настольных инструментов, инструментов для монтажа в стойку, встраиваемых модулей и в форматах на уровне карты. мазер - это твердотельное устройство, которое усиливает микроволны, используя принципы, аналогичные принципыам лазера, который усиливает световые волны более высокой частоты.
Все теплые объекты излучают микроволны низкого уровня излучение черного тела, в зависимости от температуры, поэтому в метеорологии и дистанционном зондировании, микроволновые радиометры используются для измерения температуры объектов или местности. Солнце и другие астрономические радиоисточники, такие как Кассиопея A, излучают низкоуровневое микроволновое излучение, несущее информацию об их составе, что изучается радиоастрономами с помощью приемников, называемых радиотелескопами. космическое микроволновое фоновое излучение (CMBR), например, представляет слабый микроволновый шум, заполняющий пустое пространство, являющийся основным источником информации по космологии Большому взрыву теория Вселенной.
Микроволновая технология широко используется для связи точка-точка (т. Е. Не радиовещания). Микроволны особенно подходят для этого использования, так как они легче фокусируются в более узкие лучи, чем радиоволны, что позволяет повторно использовать частоту ; их сравнительно более высокие обеспечивают широкую полосу и высокие, а размеры антенн меньше, чем на более низких частотах, поскольку размер антенны обратно пропорционален передаваемой частоте. Микроволны используются для связи космических кораблей, большие части мировых данных, телевидения и телефонной связи передаются на большие расстояния с помощью микроволн между наземными станциями и спутниками связи. Микроволны также используются в микроволновых печах и в радарных технологиях.
A спутниковая тарелка в жилом доме, которая принимает спутниковое телевидение в Kuдиапазоне 12–14 ГГц микроволнового луча от прямого вещания спутник связи на геостационарной орбите 35 700 километров (22 000 миль) над Землей До появления оптоволоконной передачи, в большинстве дальних телефонные звонки осуществлялись через сеть микроволновых радиорелейных линий, управляют такими операторами, как ATT Long Lines. Начало с начала 1950-х годов, мультиплексирование с частотным разделом использовалось для передачи до 5400 телефонных каналов по каждому микроволновому радиоканалу, при этом до десяти радиоканалов объединялись в одну антенну для перехода к следующему узлу. до 70 км.
Протоколы беспроводной локальной сети , такие как Bluetooth и в спецификации IEEE 802.11, используемые для Wi-Fi, а также используют микроволны в диапазоне 2,4 ГГц ISM, хотя в 802.11a используются частоты ISM и U-NII в диапазоне 5 ГГц. Лицензированные услуги беспроводного доступа в Интернет на большие расстояния (до 25 км) уже почти десять лет используются во многих странах в диапазоне 3,5–4,0 ГГц. FCC недавно выделила спектр для операторов, которые хотят предлагать услуги в этом диапазоне в США, с акцентом на 3,65 ГГц. Десятки поставщиков услуг по всей стране или получают от FCC лицензии на работу в этом диапазоне. Предлагаемые услуги WIMAX, которые могут работать в диапазоне 3,65 ГГц, предоставляет бизнес-клиентам еще один вариант подключения.
Протоколы городской сети (MAN), такие как WiMAX (всемирная совместимость для микроволнового доступа), основаны на таких стандартах, как IEEE 802.16 и предназначены для работы от двух и 11 ГГц. Коммерческие возможности реализации в диапазонах 2,3 ГГц, 2,5 ГГц, 3,5 ГГц и 5,8 ГГц.
Мобильный широкополосный доступ Протоколы беспроводного доступа (MBWA), основанные на спецификациях стандартов, таких как IEEE 802.20 или ATIS / ANSI HC-SDMA (например, iBurst ) работают в диапазоне от 1,6 до 2,3 ГГц, чтобы обеспечить мобильность и проникновения внутри зданий, аналогичные мобильным телефонам, но с большей спектральной эффективностью.
Некоторые сети мобильных телефонов, такие как GSM, використовуют низкочастотные / высокочастотные УВЧ частоты около 1,8 и 1,9 ГГц в Северной и Южной Америке и других странах., соответственно. DVB-SH и S-DMB время использует частоту от 1,452 до 1,492 ГГц, в то время как проприетарное / несовместимое спутниковое радио в США использует около 2,3 ГГц для DARS.
СВЧ-радио используется в радиовещании и телекоммуникациях, потому что из-за их короткой длины волны направ антенны меньше и, следовательно, более практичны, чем они были бы на более длинных волнах (более низких частотах). Кроме того, в микроволновом спектре ширина полосы больше, чем в остальной части радиоспектра; полезная полоса частот ниже 300 МГц составляет 300 МГц. Обычно микроволны используются в телевизионных новостях для передачи сигнала из удаленного места на телевизионную станцию из специально оборудованного фургона. См. вспомогательная служба вещания (BAS), устройство дистанционного приема сигнала (RPU) и канал связи со студией / передатчиком (STL).
Большинство систем спутниковой связи работают в диапазонах C, X, K a или K u микроволнового излучения. Эти настройки обеспечивают широкую полосу пропускания, избегая переполненных частот УВЧ и оставаясь ниже атмосферного частот КВЧ. Спутниковое телевидение работает либо в диапазоне C для традиционной большой тарелки фиксированной спутниковой службы, либо в диапазоне K u для прямой связи. Спутник вещания. Военная связь осуществляется в основном по каналам связи X или K u, причем диапазон K a используется для Milstar.
Global Navigation Satellite Systems (GNSS), в том числе китайская Beidou, американская Global Positioning System (введена в 1978 г.) и российская ГЛОНАСС транслируют навигационные сигналы в различных диапазонах примерно в диапазоне 1,2 ГГц. и 1,6 ГГц.
параболическая антенна (нижняя кривая поверхность) радара наблюдения аэропорта ASR-9 , который излучает узкий вертикальный веерообразный луч силой 2,7– Микроволны 2,9 ГГц (диапазон S ) для определения местоположения самолетов в воздушном пространстве вокруг аэропорта. Радар - это метод радиолокации, в котором луч радиоволн, излучаемый передатчик отскакивает от объекта и возвращается к приемнику, позволяя определить местоположение, дальность, скорость и другие характеристики объекта. Короткая длина волны микроволн вызывает сильные отражения от объектов размером с автомобили, корабли и самолеты. Кроме того, на этих длинах волн антенны с высоким коэффициентом усиления, такие как параболические антенны, которые требуются для получения узких лучей, необходимых для точного определения местоположения объектов, удобно малы, что позволяет быстро поворачивать их для сканирования объектов. Следовательно, микроволновые частоты являются основными частотами, используемыми в радарах. Микроволновый радар широко используется в таких приложениях, как управление воздушным движением, прогнозирование погоды, навигация судов и соблюдение ограничений скорости. Радары дальнего действия используют более низкие микроволновые частоты, поскольку в верхнем конце диапазона атмосферное поглощение ограничивает диапазон, но миллиметровые волны используются для радаров ближнего действия, таких как системы предотвращения столкновений.
Некоторые из спутниковые тарелки радиотелескопа Atacama Large Millimeter Array (ALMA), расположенного на севере Чили. Он принимает микроволны в диапазоне миллиметровых волн, 31 - 1000 ГГц. 
Карты космического микроволнового фонового излучения (CMBR), демонстрирующие улучшенное разрешение, которое было достигнуто за счет лучшего микроволновые радиотелескопы Микроволны, излучаемые астрономическими радиоисточниками ; планеты, звезды, галактики и туманности изучаются в радиоастрономии с помощью больших тарелочных антенн, называемых радиотелескопами. Помимо приема естественного микроволнового излучения, использовались активные радиолокационные эксперименты для определения микроволн от планет в солнечной системе, для определения расстояния до Луны <62 или нанесения на карту невидимой поверхности Венера сквозь облачный покров.
Недавно завершенный микроволновый радиотелескоп - Atacama Large Millimeter Array, расположенный на высоте более 5000 метров (16 597 футов) в Чили, наблюдает за вселенной в миллиметровый и субмиллиметровый диапазоны длин волн. На сегодняшний день в области международной энергетики, Северной Америки, Восточной Азии и Чили.
В последнее время особое внимание уделяется радиоастрономии. картировал космическое микроволновое фоновое излучение (CMBR), обнаруженное в 1964 году радиоастрономами Арно Пензиасом и Робертом Уилсоном. Это слабое фоновое излучение, заполняющее Вселенную и почти одинаково во всех направлениях, является «реликтовым излучением» от Большого взрыва и является одним из немногих источников информации об условиях в ранней Вселенной. Из-за расширения и, таким образом, охлаждения Вселенной высокоэнергетическое излучение сместилось в микроволновую область радиоспектра. Достаточно чувствительные радиотелескопы могут обнаруживать реликтовое излучение как слабый сигнал, не связанный с какой-либо звездой, галактикой или другими объектами.
Маленькая микроволновая печь духовка на кухонном столе 
Микроволны широко используются для обогрева в промышленных процессах. Туннельная микроволновая печь для размягчения пластиковых стержней перед экструзией. A Микроволновая печь пропускает микроволновое излучение с размером около 2,45 ГГц (12 см) через пищу, вызывая диэлектрический нагрев в первую очередь за счет поглощения энергии водой. Микроволновые печи стали обычным кухонным оборудованием в конце 1970-х годов, после разработки менее дорогих резонаторных магронов. Вода в жидком состоянии обладает множеством молекулярных взаимодействий. В паровой фазе изолированные молекулы воды поглощают на частотах около 22 ГГц, что почти в десять раз больших частоту печи.
СВЧ-нагреватель используется в промышленных процессах сушки и отверждения продуктов.
Многие технологии обработки полупроводников используют микроволны для генерации плазмы для таких целей, как реактивное ионное травление и плазменное химическое осаждение . (PECVD).
Микроволны используются в стеллараторах и токамаках экспериментальных термоядерных реакторах, чтобы помочь превратить газ в плазму и нагреть ее до очень высоких температур. Частота настроена на циклотронный резонанс электронов в магнитном поле в диапазоне 2–200 ГГц, поэтому его часто называют электронным циклотронным резонансным нагревом (ECRH). Предстоящий термоядерный реактор ИТЭР будет использовать до 20 МВт микроволн 170 ГГц.
Микроволны Программу для передачи энергии на большие расстояния, и после Второй мировой войны были проведены исследования, чтобы изучить возможности. НАСА работало в 1970-х и начале 1980-х, чтобы исследовать возможности использования спутниковых систем на солнечной энергии (SPS) большими солнечными батареями, которые передавали бы энергию на Поверхность Земли с помощью микроволн.
Существует менее смертоносное миллиметровое оружие, использующее оружие для вызова тонкого слоя кожи до невыносимой температуры, чтобы заставить человека уйти. Двухсекундная вспышка сфокусированного луча 95 ГГц нагревает кожу до температуры 54 ° C (129 ° F) на глубине 0,4 миллиметра (⁄ 64 дюйма). ВВС США и морская пехота в настоящее время используют этот тип системы активного отказа в стационарных установках.
Микроволновое излучение используется в спектроскопии электронного парамагнитного резонанса (ЭПР или ЭПР), как правило, в диапазоне X-диапазона (~ 9 ГГц) в сочетании с магнитными полями 0,3 Тл. Этот метод предоставляет информацию о неспаренных электронах в химических системах, таких как свободные радикалы или ионы переходного металла, такие как Cu (II). Микроволновое излучение также используется для выполнения вращательной спектроскопии и может быть объединено с электрохимией, как в улучшенной электрохимией.
Полосы частот в микроволновом спектре обозначены буквами. К сожалению, существует несколько несовместимых систем обозначения диапазонов, и даже внутри системы частотные диапазоны, соответствующие буквам, несколько различаются между различными различными приложениями. Буквенная система возникла во время второй мировой войны в секретной американской классификации диапазонов, используемых в радиолокационных установках; это источник самой старой буквенной системы, радиолокационных диапазонов IEEE. Один набор микроволновых диапазонов частот, обозначенных Радиообществом Великобритании (RSGB), приведен в таблице ниже:
| Обозначение | Диапазон частот | Диапазон | Тип использование |
|---|---|---|---|
| Диапазон L | волн от 1 до 2 ГГц | от 15 см до 30 см | военная телеметрия, GPS, мобильные телефоны (GSM), любительское радио |
| диапазон S | от 2 до 4 ГГц | от 7,5 см до 15 см | метеорологический радар, радар надводных кораблей, некоторые спутники связи, микроволновые печи, микроволновые устройства / связь, радиоастрономия, мобильные телефоны, беспроводная локальная сеть, Bluetooth, ZigBee, GPS, любительское радио |
| диапазон C | от 4 до 8 ГГц | от 3,75 см до 7,5 см | длинно- дистанционная радиосвязь |
| Диапазон X | от 8 до 12 ГГц | от 25 мм до 37,5 мм | спутниковая связь, радар, наземная широкополосная связь, космическая связь, любительское р адио, спектроскопия вращения молекул |
| Kuдиапазон | 12–18 ГГц | 16,7–25 мм | спутниковая связь исследования, вращательная спектроскопия молекул |
| Диапазон K | 18 –26,5 ГГц | 11,3 мм до 16,7 мм | радар, спутниковая связь, астрономические наблюдения, автомобильный радар, вращательная спектроскопия молекул |
| Kaдиапазон | от 26, 5 до 40 ГГц | от 5,0 мм до 11,3 мм | спутниковая связь, молекулярная вращательная спектроскопия |
| диапазон Q | от 33 до 50 ГГц | От 6,0 мм до 9,0 мм | спутниковая связь, наземная микроволновая связь, радиоастрономия, автомобильный радар, молекулярная вращательная спектроскопия |
| от 40 до 60 ГГц | от 5,0 мм до 7,5 мм | ||
| V-диапазон | от 50 до 75 ГГц | от 4,0 мм до 6,0 мм | радиолокационные исследования миллиметрового диапазона, молекулярная вращательная спектроскопия и другие виды научных исследований |
| Диапазон W | от 75 до 110 ГГц | от 2,7 мм до 4,0 мм | спутниковая связь, радиолокационные исследования миллиметрового диапазона, военные радиолокационные системы наведения и слежения, а также некоторые невоенные приложения, автомобильные радиолокаторы |
| F b и | от 90 до 140 | от 2,1 мм до 3,3 мм | СВЧ-передачи: радиоастрономия, микроволновые устройства / связь, беспроводная локальная сеть, самые современные радары, спутники связи, спутниковое телевещание, DBS, любительское радио |
| диапазон D | от 110 до 170 ГГц | от 1,8 мм до 2,7 мм | КВЧ-передачи: радиоастрономия, высокочастотное микроволновое радио реле, микроволновое дистанционное зондирование, любительское радио, направленной энергии, сканер миллиметровых волн |
Существуют и другие определения.
Термин P-диапазон иногда используется для UHF частот ниже L-диапазона но в настоящее время устарела согласно IEEE Std 521.
Когда радары были впервые разработаны в диапазоне K во Второй время мировой войны, не было известно, что существует близкая полоса поглощения (из-за водяного пара и кислорода в атмосфере). Чтобы избежать этой проблемы, исходная полоса K была разделена на нижнюю полосу K u и верхнюю полосу K a.
Поглощающий измеритель волны для измерения в K <Диапазон 532>u. Частота микроволн может быть измерена электронными или механическими методами.
Могут Номериномеры или высокочастотные гетеродинные системы. Здесь неизвестная частота сравнивается с использованием гармоник более низкой частоты с использованием гармоник генератора и смесителя. Точность измерения ограничивается и стабильностью эталонного источника.
Для механических методов требуется настраиваемый резонатор, такой как абсорбционный измеритель волны, у которого есть известная связь между физическим размером и толщиной.
В лабораторных условиях линии Лечера можно использовать для прямого измерения длины волны на линии передачи, состоящей из параллельных проводов, после чего можно рассчитать частоту. Аналогичный метод заключается в использовании волновода с прорезями или коаксиальной линии с прорезями для прямой длины длины волны. Эти устройства состоят из зонда, вводимого в линию через продольную прорезь, так что зонд может свободно перемещаться вверх и вниз по линии. Щелевые линии предназначены в первую очередь для измерения стоячей волны напряжения на линии. Однако при наличии стоячей волны их также можно использовать для измерения расстояния между узлами , которое равно внутренней длине волны. Точность этого метода ограничена определением узловых точек.
Микроволны - это неионизирующее излучение, что означает, что микроволновые фотоны не содержат энергии, достаточной для ионизации, разрывают химические связи или вызывают повреждение ДНК, как может ионизирующее излучение, такое как рентгеновское излучение или ультрафиолет. Слово «излучение» относится к энергии, исходящей от источника, а не к радиоактивности. Основной эффект поглощения микроволн - нагрев материалов; электромагнитные поля заставляют полярные молекулы вибрировать. Не было успешно доказано, что микроволны (или другое неионизирующее электромагнитное излучение) оказывают значительное вредное биологическое воздействие на низких уровнях. Некоторые, но не все исследования предполагают, что длительное воздействие может иметь канцерогенный эффект.
Во время Второй мировой войны наблюдалось, что люди, подвергшиеся воздействию радиации На пути радиолокационных установок слышны щелчки и жужжащие звуки в ответ на микроволновое излучение. Исследования, проведенные НАСА в 1970-х годах показали, что это вызвано тепловым расширением в частях внутреннего уха. В 1955 году Джеймс Лавлок смог реанимировать крыс, охлажденных до 0–1 ° C, с помощью доктор диатермии.
Когда происходит травма от воздействия микроволн, это обычно происходит в результате диэлектрического сообщения тела. Воздействие микроволнового излучения может вызвать катаракту по механизму, потому что микроволновое нагревание денатурирует белки в хрусталике глаз ( так же, как при нагревании яичные белки становятся белыми и непрозрачными). Хрусталик и роговица глаза особенно уязвимы, поскольку они не содержат кровеносных сосудов, которые могли бы уносить тепло. Воздействие высоких доз микроволнового излучения (например, из-за вскрытия духовки) может вызвать тепловое повреждение и других тканей, вплоть до серьезных ожогов, которые могут быть не сразу очевидны из-за склонность микроволн к нагреву более глубоких тканей с более высоким содержанием влаги.
Элеонора Р. Адэр провела исследование здоровья с помощью микроволн, подвергая себя, животных и людей воздействию микроволн, от которых они чувствовали тепло или даже начинали потеть и чувствовать себя довольно некомфортно. Она не обнаружила никаких неблагоприятных последствий для здоровья, кроме тепла.
Микроволны были впервые созданы в 1890-х годах в некоторых из самых ранних радио экспериментов физиками, которые считали их формой «невидимого света». Джеймс Клерк Максвелл в своей теории электромагнетизма 1873 года, теперь называемой уравнениями Максвелла, предсказал, что связанное электрическое поле и магнитное поле могло перемещаться в пространстве как электромагнитная волна, и предполагалось, что свет состоит из коротковолновых электромагнитных волн. В 1888 году немецкий физик Генрих Герц первым продемонстрировал существование радиоволн, используя примитивный радиопередатчик с искровым разрядником. Герц и другие первые исследователи радио были заинтересованы в изучении сходства между радиоволнами и световыми волнами, чтобы проверить теорию Максвелла. Они сосредоточились на производстве коротковолновых радиоволн в UHF и микроволновом диапазонах, с помощью которых они могли дублировать эксперименты по классической оптике в своих лабораториях, используя квазиоптические компоненты, такие как призмы и линзы из парафина, серы и с шагом и проволочных дифракционных решеток, преломлять и рассеивать радиоволны, как лучи света. Герц производил волны до 450 МГц; его направленная 450 Передатчик МГц состоял из 26-сантиметровой цинковой стержневой дипольной антенны с искровым промежутком между концами, подвешенной на фокальной линии параболической антенны, сделанной из изогнутого цинкового латунного листа, с питанием от высоких импульсов напряжение от индукционной катушки . Его исторические эксперименты продемонстрировали, что радиоволны, подобные свету, демонстрируют преломление, дифракцию, поляризацию, интерференцию и чие волны, доказывая, что и радиоволны, и световые волны были формами электромагнитных волн Максвелла .
искрового передатчика 450 МГц Генриха Герца, 1888 г., состоящего из 23-сантиметрового диполя и искрового промежутка в фокусе параболического отражателя
Джагадиш Чандра Бос в 1894 году был первым человеком, который произвел миллиметровые волны ; его искровой генератор (в коробке справа) генерирует волны частоты 60 ГГц (5 мм) с использованием резонаторов с металлическими шариками 3 мм.
Эксперимент по спектроскопии, выполненный Джоном Амброузом Флемингом в 1897 году, показывающий преломление волн 1,4 ГГц парафиновой призмой.
Искровой микроволновый передатчик 1,2 ГГц (слева) и когерер приемник (справа), используемый Гульельмо Маркони во время своих экспериментов 1895 года дальность действия составляла 6,5 км (4,0 мили) В 1894 году Оливер Лодж и Аугусто Риги генерировали микроволны 1,5 и 12 ГГц соответственно с небольшими искрами из металлических шариков. резонаторы. В том же году индийский физик Джагадиш Чандра Боз был первым человеком, который произвел миллиметровые волны, генерирующий микроволны с размером 60 ГГц (5 миллиметров) с использованием искрового генератора с металлическим шариком 3 мм. Бозе также изобрел волновод и рупорные антенны для использования в своих экспериментах. Русский физик Петр Лебедев в 1895 году генерировал миллиметровые волны 50 ГГц. В 1897 году лорд Рэлей решил математическую краевую задачу об электромагнитных волнах, распространяющихся через проводящие трубки и диэлектрические стержни произвольной. который дал режимы и частоту с микроволн, распространяющихся через волновод.
. Однако, поскольку микроволны были ограничены лучом обзора, они не могли общаться за пределами визуального горизонта, а малая мощность, используемая в то время искровых передатчиков, ограничивала их практическую дальность действия до нескольких миль. Дальнейшее развитие радиосвязи после 1896 г. использовалось более низкие частоты, которые могли распространяться за горизонт как наземные волны и отражаясь от ионосферы как небесные волны, а микроволновые частоты в настоящее время не исследовались.
Практическое использование микроволновых частот, не происходящих до 1940-х и 1950-х годов из-за соответствующих систем, поскольку триод вакуум трубка (вентиль) электронный генератор, используемый в радиопередатчиках, не может генерировать частоту нескольких сотен мегагерц из-за чрезмерного времени прохождения электронов и межэлектродной емкости. К 1930-м годам на новые принципы лампы были разработаны первые микроволновые вакуумные малой; трубка Баркгаузена-Курца и магнетрон с разъемным анодом. Они могли генерировать несколько ватт мощности на частотах до нескольких гигагерц и использовались в первых экспериментах по связи с микроволнами.
Антенны экспериментальной релейной линии 1,7 ГГц 1931 года через Ла-Манш.
Экспериментальный передатчик 700 МГц 1932 года в лабораториях Westinghouse передает голос на расстояние более мили.
Саутворт (слева) демонстрирует волновод на встрече IRE в 1938 году, демонстрируя микроволны с уровнем 1,5 ГГц, проходящие через гибкий металлический шланг длиной 7,5 м, регистрируемые диодным детектором.
Первая современная рупорная антенна в 1938 году с изобретателем Уилмером Л. Барроу
В 1931 году англо-французский консорциум использовал первое экспериментальное соединение микроволнового реле через Ла-Манш. 40 миль (64 км) между Дувром, Великобритания и Кале, Франция. Система передавала телефонные, телеграфные и факсимильные данные по двунаправленным лучам 1,7 ГГц мощностью полуватта, создаваемым миниатюрными трубками Баркгаузена-Курца в фокусе 10-футового (3 м) металлического посуда.
Требовалось слово, чтобы различать эти более короткие волны, которые ранее были объединены в полосу «коротковолновую », что означало все волны короче 200 метров. Термины квазиоптические волны и ультракороткие волны использовались кратко, но не распространение распространения. Первое использование слова «микроволна», по-видимому, произошло в 1931 году.
Разработка радара, в основном секретно, до и во время мировой войны 2, привела к технологическому прогрессу, сделавшему микроволновые печи практичными. Длины в сантиметровом диапазоне были необходимы для того, чтобы маленькие радиолокационные антенны, которые были достаточно компактными, чтобы поместиться на самолет, имели достаточно узкую ширину луча для локализации самолетов цели. Было обнаружено, что обычные передачи, использовались для передачи радиоволн, имели чрезмерные потери мощности на микроволновых частотах, а Джордж Саутворт в Bell Labs и Wilmer Курган в Массачусетский технологический институт независимо изобрел волновод в 1936 году. Барроу изобрел рупорную антенну в 1938 году как средство для эффективного излучения микроволн в волноводе или из него. В микроволновом приемнике требовался нелинейный компонент , который действовал бы как детектор и смеситель на этих частотах, как в электронных лампах. слишком большая емкость. Чтобы обеспечить эту потребность исследователи воскресили устаревшую, точечный контакт кристаллический детектор (детектор кошачьих усов), который использовался в качестве демодулятора в кристаллических радиоприемниках. на рубеже веков до ламповых приемников. Низкая емкость полупроводниковых переходов позволяла им работать на микроволновых частотах. Были разработаны первые современные кремниевые и германиевые диоды как микроволновые детекторы в 1930-х годах, и принципы физики полупроводников усвоены во время их разработки. привело к созданию полупроводниковой электроники после войны.
Первая коммерческая клистронная лампа, произведенная General Electric, 1940 г., разрезанная, чтобы показать внутреннюю конструкцию
AN / APS-4 10 ГГц воздух радар перехвата, использовавшийся на американских и британских самолетах время Второй мировой войны
Мобильная микроволновая ретрансляционная станция армии США 1945 года, демонстрирующая системы ретрансляции, использующие частоты от 100 МГц до 4,9 ГГц, которые могли передавать 8 телефонных звонков по лучу.
Первые мощные источники микроволн были изобретены в начале Второй мировой войны: клистрон трубка Расселом и Сигурдом Варианом в Стэнфордском университете в 1937 году. и резонаторный магнетрон трубка, созданный Джоном Рэндаллом и Гарри Бутом из Бирмингемского университета, Великобритания, в 1940 году. Решение Великобритании в 1940 году поделиться своей технологией с США (Миссия Тизарда ) практически повлияла на исход войны. Радиационная лаборатория Массачусетского технологического института, тайно созданная в Массачусетском технологическом институте в 1940 году для исследования радаров, дала большую часть теоретических знаний, необходимых для использования микроволн. В 1943 году на британских и американских военных самолетах использовалась 10-сантиметровая (3 ГГц) РЛС. Первые микроволновые релейные системы были разработаны вооруженными силами союзников ближе к концу войны и использовались для защищенных сетей связи на поле европейского театре военных действий.
После Второй мировой войны микроволновые печи стали быстро в коммерческих целях. Из-за своей высокой частоты они обладали очень большой пропускной способностью информации (полоса пропускания ); один микроволновый луч может передать десятки тысяч телефонных звонков. В 1950-х и 60-х годах в США и Европе были построены трансконтинентальные сети ради ретрансляции для обмена телефонными звонками между городами и распространением мобильных программ. В новой индустрии телевизионного вещания с 1940-х годов микроволновые тарелки использовались для передачи видеопотока обратного маршрута с мобильных промышленных грузовиков обратно в студию, что обеспечивает первым удаленное телевидение вещает. Первые спутники связи были запущены в 1960-х годах, которые ретранслировали телефонные разговоры и телевидение между удаленными друг от друга точками на Земле с помощью микроволновых лучей. В 1964 году Arno Penzias и Роберт Вильсон при исследовании шума в спутниковой рупорной антенной в Bell Labs, Holmdel, Нью-Джерси обнаружили, космический микроволновый фон излучение.
C-диапазон рупорные антенны в телефонном коммутаторе в Сиэтле, принадлежащем сети радиорелейной связи Длинные линии связи компании ATT, построенной в 1960-х. 
Линзовая микроволновая антенна, использованная в радаре в 1954 году 187>Nike Ajax зенитнаяета 
Первая коммерческая микроволновая печь Amana Radarange на американской авианосце Savannah в 1961 году Микроволновая РЛС стала центральной технологией, используемой в управление воздушным движением, морская навигация, противовоздушная оборона, обнаружение баллистических ракет, а также многие другие применения. Радиолокационная и спутниковая связь служат стимулом для разработки современных микроволновых антенн; параболическая антенна (наиболее распространенный тип), кассегреновая антенна, линзовая антенна, щелевая антенна и фазированная решетка.
Способность коротких волн быстро нагревать материалы и готовить была исследована в 1930-х годах И.Ф. Муромцевым в Westinghouse, а на Всемирной выставке в Чикаго в 1933 году применил приготовление еды с помощью Радиопередатчик 60 МГц. В 1945 г. Перси Спенсер, инженер, работавший над радаром в Raytheon, заметил, что микроволновое излучение магнетронного генератора расплавило шоколадный батончик в его кармане. Он исследовал приготовление пищи с помощью микроволн и изобрел микроволновая печь, состоящая из магнетрона, подающего микроволны в закрытую металлическую полость, содержащую пищу, которая была запатентована Raytheon 8 октября 1945 года. Из-за их стоимости использовались микроволновые печи. в кухнех учреждений, но к 1986 году 25% домохозяйств в США имели такую кухню. Микроволновое нагревание широко известна в качестве промышленного средства для уничтожения раковых клеток в лампа бегущей волны (ЛБВ), в качестве лечебного средства для уничтожения раковых клеток в 1943 году. Рудольф Компфнер и Джон Пирс источник предоставили мощный перестраиваемый микроволн до 50 ГГц и стали наиболее широко используемой трубкой (помимо повсеместного магнетрона, используемого в микроволновых печах). Семейство ламп гиротрона , разработанное в России, может производить мегаватты энергии до частот миллиметровых волн и используется в промышленном нагреве и исследованиях плазмы, а также для питания ускорители элементарных частиц и ядерные термоядерные реакторы.
радарная скоростная пушка. В правой части меди рупорной антенны является Ганна диод (серый монтаж), который генерирует микроволны. Разработка полупроводниковой электроники в 1950-е годы привели к появлению первых твердотельных микроволновых устройств, которые работали по новому принципу; отрицательное сопротивление (в некоторых довоенных микроволновых лампах также использовалось отрицательное сопротивление). Генератор обратной связи и двухпортовые усилители, которые использовались на более низких частотах, стали нестабильными на микроволновых частотах, а генераторы с отрицательным сопротивлением и усилители на основе одного порта устройства, такие как диоды, работали лучше.
туннельный диод, изобретенный в 1957 году японским физиком Лео Эсаки, мог выполнить несколько милливатт мировой мощности. Его изобретение положило начало поиску полупроводниковых приборов с отрицательным сопротивлением для использования в микроволновых генераторов, которое привело к использованию IMPATT-диода в 1956 году Ральфом Л. Джонстоном и диода Ганна. в 1962 году Дж. Б. Ганн. Сегодня диоды наиболее широко используемыми микроволновыми источниками. Были разработаны два малошумящих твердотельных СВЧ-усилителя отрицательного сопротивления ; рубиновый мазер, изобретенный в 1953 г. Чарльзом Х. Таунсом, Джеймсом П. Гордоном, и варактор параметрический усилитель, пример в 1956 году Марион Хайнс. Они использовались для малошумящих микроволновых приемников в радиотелескопах и наземных спутниковых станциях. Мазер привел к разработке атомных часов, которые отсчитывают время, используя точную микроволновую частоту, излучаемые атомами, претевающими переходными электрона между двумя уровнями энергии. Схемы усилителя отрицательного сопротивления потребовали изобретения новых невзаимных компонентов волновода, таких как циркуляторы, изоляторы и направленные ответвители. В 1969 году Курокава вывел математические условия устойчивости в цепях с отрицательным сопротивлением, которые легли в основу конструкции микроволнового генератора.
kuполоса микрополосковая схема, используемая в спутниковое телевидение тарелка. До 1970-х годов микроволновые устройства и схемы были громоздкими и дорогими, поэтому микроволновые частоты обычно ограничивались выходным каскадом передатчиков и входным каскадом радиочастот приемников, и сигналы были гетеродифицированы до более низкой промежуточной частоты для обработки. В период с 1970-х годов были разработаны современные активные твердотельные микроволновые компоненты, которые могут быть установлены на печатных платах, что схемам выполняет значительную обработку сигналов на микроволновых частотах. Это сделало возможным спутниковое телевидение, кабельное телевидение, GPS устройства и современные беспроводные устройства, такие как смартфоны, Wi-Fi. -Fi и Bluetooth, которые подключаются к сетям с помощью микроволн.
Микрополосковая линия, тип линии передачи, пригодная для использования на микроволновых частотах, была изобретена с печатными схемами в 1950-х годах. Возможность дешево изготавливать широкий спектр форм на печатных платах позволяла использовать микрополосковые версии конденсаторов, катушек индуктивности, резонансных шлейфов, делители, направлены ответвители, диплексоры, фильтры и антенны, которые позволяют создать компактные СВЧ-схемы.
Транзисторы, работающие на микроволновых частотах, были разработаны в 1970-х годах. Полупроводниковый арсенид галлия (GaAs) имеет более высокую подвижность электронов, чем кремний, поэтому устройства, изготовленные из этого материала, работают в 4 раза чаще, чем аналогичные устройства из кремния. Начиная с 1970-х годов использовался GaAs для создания первых СВЧ-транзисторов, и с тех пор он доминирует в СВЧ-полупроводниках. MESFET (полевые транзисторы ), быстрые GaAs полевые транзисторы, использующие переходы Шоттки для затвора, были разработаны начиная с 1968 года, и достигли предела отсечки. Частоты 100 ГГц являются наиболее широко используемыми активными микроволновыми устройствами. Семейство транзисторов с более высоким пределом частоты - HEMT (транзистор с высокой подвижностью электронов ), полевой транзистор , сделанный из двух разных полупников, AlGaAs и GaAs, с использованием гетероперехода ., и аналогичный HBT (биполярный транзистор с гетеропереходом ).
GaAs можно сделать полуизолирующим, что позволяет использовать его в качестве подложки, на которой схемы, содержащие пассивные компоненты В 1976 году это привело к появлению первых интегральных схем (ИС), которые работали на микроволновых частотах, названных монолитными микроволновыми интегральными схемами (MMIC Слово Было добавлено «монолитный», чтобы отличить их от микрополосковых печатных плат, которые называются «микроволновыми интегральными» (MIC). С тех пор были разработаны кремниевые MMIC. Сегодня MMIC стали рабочими лошадками как аналоговых, так и цифровых высоких технологий., позволяющая поддерживать одиночный чип m СВЧ-приемники, широкополосные усилители, модемы и микропроцессоры.
Электронный портал 
Телекоммуникационный по ртал  | На Викискладе есть материалы, связанные с Микроволны (радио). |
