Inżynieria mikrofalowa - wprowadzenie

Na widmo elektromagnetyczne składa się cały zakres promieniowania elektromagnetycznego. Promieniowanie to energia, która przemieszcza się i rozprzestrzenia podczas propagacji. Na poniższym zrzucie ekranu przedstawiono rodzaje promieniowania elektromagnetycznego, które tworzy widmo elektromagnetyczne.

Przyjrzyjmy się teraz właściwościom mikrofal.

Właściwości mikrofal

Poniżej przedstawiono główne właściwości mikrofal.

• Mikrofale to fale, które emitują energię elektromagnetyczną o mniejszej długości fali.

• Mikrofale nie są odbijane przez jonosferę.

• Mikrofale poruszają się po linii prostej i odbijają się od przewodzących powierzchni.

• Mikrofale są łatwo tłumione na krótszych dystansach.

• Prądy mikrofalowe mogą przepływać przez cienką warstwę kabla.

Zalety mikrofal

Istnieje wiele zalet mikrofal, takich jak:

• Obsługuje większą przepustowość, a tym samym przesyłanych jest więcej informacji. Z tego powodu mikrofale są używane do komunikacji punkt-punkt.

• Możliwy jest większy zysk anteny.

• Wyższe szybkości transmisji danych są przesyłane wraz ze wzrostem przepustowości.

• Rozmiar anteny zmniejsza się wraz ze wzrostem częstotliwości.

• Niski pobór mocy, ponieważ sygnały mają wyższe częstotliwości.

• Efekt blaknięcia zostaje zredukowany dzięki zastosowaniu propagacji linii wzroku.

• Zapewnia efektywny obszar odbicia w systemach radarowych.

• Możliwa jest komunikacja satelitarna i naziemna o dużej przepustowości.

• Można opracować niedrogie miniaturowe komponenty mikrofalowe.

• Efektywne wykorzystanie widma w szerokiej gamie zastosowań we wszystkich dostępnych zakresach częstotliwości.

Wady mikrofal

Istnieje kilka wad mikrofal, takich jak:

• Koszt sprzętu lub koszt instalacji jest wysoki.
• Są mocne i zajmują więcej miejsca.
• Mogą wystąpić zakłócenia elektromagnetyczne.
• Mogą wystąpić zmiany właściwości dielektrycznych w zależności od temperatury.
• Nieodłączna nieefektywność energii elektrycznej.

Zastosowania mikrofal

Istnieje wiele różnych zastosowań mikrofal, które nie są możliwe w przypadku innych rodzajów promieniowania. Oni są -

Komunikacja bezprzewodowa

• Do rozmów międzymiastowych
• Bluetooth
• Operacje WIMAX
• Transmisje zewnętrzne
• Dodatkowe usługi nadawcze
• Zdalna jednostka odbioru
• Łącze studio / nadajnik
• Bezpośrednia transmisja satelitarna (DBS)
• Systemy komunikacji osobistej (PCS)
• Bezprzewodowe sieci lokalne (WLAN)
• Systemy wideo komórkowego (CV)
• System unikania kolizji samochodów

Elektronika

• Szybkie przełączniki bez jittera
• Przesuwacze fazowe
• Generacja HF
• Elementy tuningowe
• Systemy ECM / ECCM (Electronic Counter Measure)
• Systemy widma rozproszonego

Zastosowania komercyjne

• Alarmy antywłamaniowe
• Otwieracze do bram garażowych
• Policyjne czujniki prędkości
• Identyfikacja metodami bezkontaktowymi
• Telefony komórkowe, pagery, bezprzewodowe sieci LAN
• Telewizja satelitarna, radio XM
• Czujniki ruchu
• Teledetekcja

Nawigacja

• Globalne systemy nawigacji satelitarnej
• Globalny system pozycjonowania (GPS)

Wojskowe i radarowe

• Radary do wykrywania zasięgu i prędkości celu.

• Aplikacje SONAR

• Kontrola ruchu lotniczego

• Prognoza pogody

• Nawigacja statków

• Zastosowania trałowania min

• Egzekwowanie ograniczeń prędkości

• Wojsko wykorzystuje częstotliwości mikrofalowe do komunikacji i do wyżej wymienionych zastosowań.

Aplikacje badawcze

• Rezonanse atomowe
• Rezonanse jądrowe

Radioastronomia

• Zaznacz kosmiczne mikrofalowe promieniowanie tła
• Wykrywanie potężnych fal we wszechświecie
• Wykrywanie wielu promieniowań we wszechświecie i atmosferze ziemskiej

Przemysł spożywczy

• Kuchenki mikrofalowe używane do odgrzewania i gotowania
• Zastosowania w przetwórstwie żywności
• Zastosowania do podgrzewania wstępnego
• Pre-cooking
• Prażenie ziaren spożywczych / fasoli
• Suszenie chipsów ziemniaczanych
• Niwelowanie wilgoci
• Absorbujące cząsteczki wody

Zastosowania przemysłowe

• Wulkanizująca guma
• Zastosowania chemii analitycznej
• Suszenie i procesy reakcyjne
• Przetwarzanie ceramiki
• Matryca polimerowa
• Modyfikacja powierzchni
• Chemiczna obróbka oparów
• Przetwarzanie proszku
• Sterylizacja farmaceutyków
• Synteza chemiczna
• Rekultywacja odpadów
• Przesył mocy
• Wytaczanie tuneli
• Łamanie skały / betonu
• Rozbijanie pokładów węgla
• Utwardzanie cementu
• Oświetlenie RF
• Reaktory termojądrowe
• Aktywne systemy odmowy

Techniki przetwarzania półprzewodników

• Wytrawianie jonów reaktywnych
• Chemiczne osadzanie z fazy gazowej

Spektroskopia

• Spektroskopia elektronowego rezonansu paramagnetycznego (EPR lub ESR)
• Wiedzieć o niesparowanych elektronach w chemikaliach
• Poznanie wolnych rodników w materiałach
• Chemia elektronów

Aplikacje medyczne

• Monitorowanie bicia serca
• Wykrywanie wody w płucach
• Wykrywanie guza
• Regionalna hipertermia
• Zastosowania terapeutyczne
• Ogrzewanie lokalne
• Angioplasty
• Tomografia mikrofalowa
• Obrazowanie akustyczne w kuchence mikrofalowej

Aby rozchodzić się jakakolwiek fala, potrzebny jest ośrodek. Do propagacji mikrofal wykorzystuje się różne typy linii przesyłowych. Dowiemy się o nich w następnym rozdziale.