Свч частоты: СВЕРХВЫСОКИХ ЧАСТОТ ДИАПАЗОН | Энциклопедия Кругосвет

СВЕРХВЫСОКИХ ЧАСТОТ ДИАПАЗОН | Энциклопедия Кругосвет

Содержание статьи

СВЕРХВЫСОКИХ ЧАСТОТ ДИАПАЗОН, частотный диапазон электромагнитного излучения (100ё300 000 млн. герц), расположенный в спектре между ультравысокими телевизионными частотами и частотами дальней инфракрасной области. Этот частотный диапазон соответствует длинам волн от 30 см до 1 мм; поэтому его называют также диапазоном дециметровых и сантиметровых волн. В англоязычных странах он называется микроволновым диапазоном; имеется в виду, что длины волн очень малы по сравнению с длинами волн обычного радиовещания, имеющими порядок нескольких сотен метров.

Так как по длине волны излучение СВЧ-диапазона является промежуточным между световым излучением и обычными радиоволнами, оно обладает некоторыми свойствами и света, и радиоволн. Например, оно, как и свет, распространяется по прямой и перекрывается почти всеми твердыми объектами. Во многом аналогично свету оно фокусируется, распространяется в виде луча и отражается.Свч частоты: СВЕРХВЫСОКИХ ЧАСТОТ ДИАПАЗОН | Энциклопедия Кругосвет Многие радиолокационные антенны и другие СВЧ-устройства представляют собой как бы увеличенные варианты оптических элементов типа зеркал и линз.

В то же время СВЧ-излучение сходно с радиоизлучением вещательных диапазонов в том отношении, что оно генерируется аналогичными методами. К СВЧ-излучению применима классическая теория радиоволн, и его можно использовать как средство связи, основываясь на тех же принципах. Но благодаря более высоким частотам оно дает более широкие возможности передачи информации, что позволяет повысить эффективность связи. Например, один СВЧ-луч может нести одновременно несколько сотен телефонных разговоров. Сходство СВЧ-излучения со светом и повышенная плотность переносимой им информации оказались очень полезны для радиолокационной и других областей техники.

ПРИМЕНЕНИЕ СВЧ-ИЗЛУЧЕНИЯ

Радиолокация.

Волны дециметрово-сантиметрового диапазона оставались предметом чисто научного любопытства до начала Второй мировой войны, когда возникла настоятельная необходимость в новом и эффективном электронном средстве раннего обнаружения.Свч частоты: СВЕРХВЫСОКИХ ЧАСТОТ ДИАПАЗОН | Энциклопедия Кругосвет Только тогда начались интенсивные исследования СВЧ-радиолокации, хотя принципиальная ее возможность была продемонстрирована еще в 1923 в Научно-исследовательской лаборатории ВМС США. Суть радиолокации в том, что в пространство испускаются короткие, интенсивные импульсы СВЧ-излучения, а затем регистрируется часть этого излучения, вернувшаяся от искомого удаленного объекта – морского судна или самолета. См. также РАДИОЛОКАЦИЯ.

Связь.

Радиоволны СВЧ-диапазона широко применяются в технике связи. Кроме различных радиосистем военного назначения, во всех странах мира имеются многочисленные коммерческие линии СВЧ-связи. Поскольку такие радиоволны не следуют за кривизной земной поверхности, а распространяются по прямой, эти линии связи, как правило, состоят из ретрансляционных станций, установленных на вершинах холмов или на радиобашнях с интервалами ок. 50 км. Параболические или рупорные антенны, смонтированные на башнях, принимают и передают дальше СВЧ-сигналы. На каждой станции перед ретрансляцией сигнал усиливается электронным усилителем.Свч частоты: СВЕРХВЫСОКИХ ЧАСТОТ ДИАПАЗОН | Энциклопедия Кругосвет Поскольку СВЧ-излучение допускает узконаправленные прием и передачу, для передачи не требуется больших затрат электроэнергии.

Хотя система башен, антенн, приемников и передатчиков может показаться весьма дорогостоящей, в конечном счете все это с лихвой окупается благодаря большой информационной емкости СВЧ-каналов связи. Города Соединенных Штатов соединены между собой сложной сетью более чем из 4000 ретрансляционных СВЧ-звеньев, образующих систему связи, которая простирается от одного океанского побережья до другого. Каналы этой сети способны пропускать тысячи телефонных разговоров и многочисленные телевизионные программы одновременно.

Спутники связи.

Система ретрансляционных радиобашен, необходимая для передачи СВЧ-излучения на большие расстояния, может быть построена, конечно, только на суше. Для межконтинентальной же связи требуется иной способ ретрансляции. Здесь на помощь приходят связные искусственные спутники Земли; выведенные на геостационарную орбиту, они могут выполнять функции ретрансляционных станций СВЧ-связи.Свч частоты: СВЕРХВЫСОКИХ ЧАСТОТ ДИАПАЗОН | Энциклопедия Кругосвет

Электронное устройство, называемое активно-ретрансляционным ИСЗ, принимает, усиливает и ретранслирует СВЧ-сигналы, передаваемые наземными станциями. Первые экспериментальные ИСЗ такого типа («Телстар», «Релэй» и «Синком») успешно осуществляли уже в начале 1960-х годов ретрансляцию телевизионного вещания с одного континента на другой. На основе этого опыта были разработаны коммерческие спутники межконтинентальной и внутренней связи. Спутники последней межконтинентальной серии «Интелсат» были выведены в различные точки геостационарной орбиты таким образом, что зоны их охвата, перекрываясь, обеспечивают обслуживание абонентов во всем мире. Каждый спутник серии «Интелсат» последних модификаций предоставляет клиентам тысячи каналов высококачественной связи для одновременной передачи телефонных, телевизионных, факсимильных сигналов и цифровых данных.

Термообработка пищевых продуктов.

СВЧ-излучение применяется для термообработки пищевых продуктов в домашних условиях и в пищевой промышленности.Свч частоты: СВЕРХВЫСОКИХ ЧАСТОТ ДИАПАЗОН | Энциклопедия Кругосвет Энергия, генерируемая мощными электронными лампами, может быть сконцентрирована в малом объеме для высокоэффективной тепловой обработки продуктов в т.н. микроволновых или СВЧ-печах, отличающихся чистотой, бесшумностью и компактностью. Такие устройства применяются на самолетных бортовых кухнях, в железнодорожных вагонах-ресторанах и торговых автоматах, где требуются быстрые подготовка продуктов и приготовление блюд. Промышленность выпускает также СВЧ-печи бытового назначения.

Научные исследования.

СВЧ-излучение сыграло важную роль в исследованиях электронных свойств твердых тел. Когда такое тело оказывается в магнитном поле, свободные электроны в нем начинают вращаться вокруг магнитных силовых линий в плоскости, перпендикулярной направлению магнитного поля. Частота вращения, называемая циклотронной, прямо пропорциональна напряженности магнитного поля и обратно пропорциональна эффективной массе электрона. (Эффективная масса определяет ускорение электрона под воздействием какой-либо силы в кристалле.Свч частоты: СВЕРХВЫСОКИХ ЧАСТОТ ДИАПАЗОН | Энциклопедия Кругосвет Она отличается от массы свободного электрона, которой определяется ускорение электрона под действием какой-либо силы в вакууме. Различие обусловлено наличием сил притяжения и отталкивания, с которыми действуют на электрон в кристалле окружающие атомы и другие электроны.) Если на твердое тело, находящееся в магнитном поле, падает излучение СВЧ-диапазона, то это излучение сильно поглощается, когда его частота равна циклотронной частоте электрона. Данное явление называется циклотронным резонансом; оно позволяет измерить эффективную массу электрона. Такие измерения дали много ценной информации об электронных свойствах полупроводников, металлов и металлоидов.

Излучение СВЧ-диапазона играет важную роль также в исследованиях космического пространства. Астрономы многое узнали о нашей Галактике, исследуя излучение с длиной волны 21 см, испускаемое газообразным водородом в межзвездном пространстве. Теперь можно измерять скорость и определять направление движения рукавов Галактики, а также расположение и плотность областей газообразного водорода в космосе.Свч частоты: СВЕРХВЫСОКИХ ЧАСТОТ ДИАПАЗОН | Энциклопедия Кругосвет

ИСТОЧНИКИ СВЧ-ИЗЛУЧЕНИЯ

Быстрый прогресс в области СВЧ-техники в значительной мере связан с изобретением специальных электровакуумных приборов – магнетрона и клистрона, способных генерировать большие количества СВЧ-энергии. Генератор на обычном вакуумном триоде, используемый на низких частотах, в СВЧ-диапазоне оказывается весьма неэффективным.

Двумя главными недостатками триода как СВЧ-генератора являются конечное время пролета электрона и межэлектродная емкость. Первый связан с тем, что электрону требуется некоторое (хотя и малое) время, чтобы пролететь между электродами вакуумной лампы. За это время СВЧ-поле успевает изменить свое направление на обратное, так что и электрон вынужден повернуть обратно, не долетев до другого электрода. В результате электроны без всякой пользы колеблются внутри лампы, не отдавая свою энергию в колебательный контур внешней цепи.

Магнетрон.

В магнетроне, изобретенном в Великобритании перед Второй мировой войной, эти недостатки отсутствуют, поскольку за основу взят совершенно иной подход к генерации СВЧ-излучения – принцип объемного резонатора.Свч частоты: СВЕРХВЫСОКИХ ЧАСТОТ ДИАПАЗОН | Энциклопедия Кругосвет Подобно тому как у органной трубы данного размера имеются собственные акустические резонансные частоты, так и у объемного резонатора имеются собственные электромагнитные резонансы. Стенки резонатора действуют как индуктивность, а пространство между ними – как емкость некой резонансной цепи. Таким образом, объемный резонатор подобен параллельному резонансному контуру низкочастотного генератора с отдельными конденсатором и катушкой индуктивности. Размеры объемного резонатора выбираются, конечно, так, чтобы данному сочетанию емкости и индуктивности соответствовала нужная резонансная сверхвысокая частота.

В магнетроне (рис. 1) предусмотрено несколько объемных резонаторов, симметрично расположенных вокруг катода, находящегося в центре. Прибор помещают между полюсами сильного магнита. При этом электроны, испускаемые катодом, под действием магнитного поля вынуждены двигаться по круговым траекториям. Их скорость такова, что они в строго определенное время пересекают на периферии открытые пазы резонаторов.Свч частоты: СВЕРХВЫСОКИХ ЧАСТОТ ДИАПАЗОН | Энциклопедия Кругосвет При этом они отдают свою кинетическую энергию, возбуждая колебания в резонаторах. Затем электроны возвращаются на катод, и процесс повторяется. Благодаря такому устройству время пролета и межэлектродные емкости не мешают генерации СВЧ-энергии.

Магнетроны могут быть сделаны большого размера, и тогда они дают мощные импульсы СВЧ-энергии. Но у магнетрона имеются свои недостатки. Например, резонаторы для очень высоких частот становятся столь малыми, что их трудно изготавливать, а сам такой магнетрон из-за своих малых размеров не может быть достаточно мощным. Кроме того, для магнетрона нужен тяжелый магнит, причем требуемая масса магнита возрастает с увеличением мощности прибора. Поэтому для самолетных бортовых установок мощные магнетроны не подходят.

Клистрон.

Для этого электровакуумного прибора, основанного на несколько ином принципе, не требуется внешнее магнитное поле. В клистроне (рис. 2) электроны движутся по прямой от катода к отражательной пластине, а затем обратно.Свч частоты: СВЕРХВЫСОКИХ ЧАСТОТ ДИАПАЗОН | Энциклопедия Кругосвет При этом они пересекают открытый зазор объемного резонатора в форме бублика. Управляющая сетка и сетки резонатора группируют электроны в отдельные «сгустки», так что электроны пересекают зазор резонатора только в определенные моменты времени. Промежутки между сгустками согласованы с резонансной частотой резонатора таким образом, что кинетическая энергия электронов передается резонатору, вследствие чего в нем устанавливаются мощные электромагнитные колебания. Этот процесс можно сравнить с ритмичным раскачиванием первоначально неподвижных качелей.

Первые клистроны были довольно маломощными приборами, но позднее они побили все рекорды магнетронов как СВЧ-генераторов большой мощности. Были созданы клистроны, выдававшие до 10 млн. ватт мощности в импульсе и до 100 тыс. ватт в непрерывном режиме. Система клистронов исследовательского линейного ускорителя частиц выдает 50 млн. ватт СВЧ-мощности в импульсе.

Клистроны могут работать на частотах до 120 млрд. герц; однако при этом их выходная мощность, как правило, не превышает одного ватта.Свч частоты: СВЕРХВЫСОКИХ ЧАСТОТ ДИАПАЗОН | Энциклопедия Кругосвет Разрабатываются варианты конструкции клистрона, рассчитанного на большие выходные мощности в миллиметровом диапазоне.

Клистроны могут также служить усилителями СВЧ-сигналов. Для этого нужно входной сигнал подавать на сетки объемного резонатора, и тогда плотность электронных сгустков будет изменяться в соответствии с этим сигналом.

Лампа бегущей волны (ЛБВ).

Еще один электровакуумный прибор для генерации и усиления электромагнитных волн СВЧ-диапазона – лампа бегущей волны. Она представляет собой тонкую откачанную трубку, вставляемую в фокусирующую магнитную катушку. Внутри трубки имеется замедляющая проволочная спираль. Вдоль оси спирали проходит электронный луч, а по самой спирали бежит волна усиливаемого сигнала. Диаметр, длина и шаг спирали, а также скорость электронов подобраны таким образом, что электроны отдают часть своей кинетической энергии бегущей волне.

Радиоволны распространяются со скоростью света, тогда как скорость электронов в луче значительно меньше.Свч частоты: СВЕРХВЫСОКИХ ЧАСТОТ ДИАПАЗОН | Энциклопедия Кругосвет Однако, поскольку СВЧ-сигнал вынужден идти по спирали, скорость его продвижения вдоль оси трубки близка к скорости электронного луча. Поэтому бегущая волна достаточно долго взаимодействует с электронами и усиливается, поглощая их энергию.

Если на лампу не подается внешний сигнал, то усиливается случайный электрический шум на некоторой резонансной частоте и ЛБВ бегущей волны работает как СВЧ-генератор, а не усилитель.

Выходная мощность ЛБВ значительно меньше, чем у магнетронов и клистронов на той же частоте. Однако ЛБВ допускают настройку в необычайно широком частотном диапазоне и могут служить очень чувствительными малошумящими усилителями. Такое сочетание свойств делает ЛБВ очень ценным прибором СВЧ-техники.

Плоские вакуумные триоды.

Хотя клистроны и магнетроны более предпочтительны как СВЧ-генераторы, благодаря усовершенствованиям в какой-то мере восстановлена важная роль вакуумных триодов, особенно в качестве усилителей на частотах до 3 млрд. герц.

Трудности, связанные с временем пролета, устранены благодаря очень малым расстояниям между электродами.Свч частоты: СВЕРХВЫСОКИХ ЧАСТОТ ДИАПАЗОН | Энциклопедия Кругосвет Нежелательные межэлектродные емкости сведены к минимуму, поскольку электроды сделаны сетчатыми, а все внешние соединения выполняются на больших кольцах, находящихся вне лампы. Как и принято в СВЧ-технике, применен объемный резонатор. Резонатор плотно охватывает лампу, и кольцевые соединители обеспечивают контакт по всей окружности резонатора.

Генератор на диоде Ганна.

Такой полупроводниковый СВЧ-генератор был предложен в 1963 Дж.Ганном, сотрудником Уотсоновского научно-исследовательского центра корпорации ИБМ. В настоящее время подобные приборы дают мощности лишь порядка милливатт на частотах не более 24 млрд. герц. Но в этих пределах он имеет несомненные преимущества перед маломощными клистронами.

Поскольку диод Ганна представляет собой монокристалл арсенида галлия, он в принципе более стабилен и долговечен, нежели клистрон, в котором должен быть нагреваемый катод для создания потока электронов и необходим высокий вакуум. Кроме того, диод Ганна работает при сравнительно низком напряжении питания, тогда как для питания клистрона нужны громоздкие и дорогостоящие источники питания с напряжением от 1000 до 5000 В.Свч частоты: СВЕРХВЫСОКИХ ЧАСТОТ ДИАПАЗОН | Энциклопедия Кругосвет

СХЕМНЫЕ КОМПОНЕНТЫ

Коаксиальные кабели и волноводы.

Для передачи электромагнитных волн СВЧ-диапазона не через эфир, а по металлическим проводникам нужны специальные методы и проводники особой формы. Обычные провода, по которым передается электричество, пригодные для передачи низкочастотных радиосигналов, неэффективны на сверхвысоких частотах.

Любой отрезок провода имеет емкость и индуктивность. Эти т.н. распределенные параметры приобретают очень важное значение в СВЧ-технике. Сочетание емкости проводника с его собственной индуктивностью на сверхвысоких частотах играет роль резонансного контура, почти полностью блокирующего передачу. Поскольку в проводных линиях передачи невозможно устранить влияние распределенных параметров, приходится обращаться к другим принципам передачи СВЧ-волн. Эти принципы воплощены в коаксиальных кабелях и волноводах.

Коаксиальный кабель состоит из внутреннего провода и охватывающего его цилиндрического наружного проводника.Свч частоты: СВЕРХВЫСОКИХ ЧАСТОТ ДИАПАЗОН | Энциклопедия Кругосвет Промежуток между ними заполнен пластиковым диэлектриком, например тефлоном или полиэтиленом. С первого взгляда это может показаться похожим на пару обычных проводов, но на сверхвысоких частотах их функция иная. СВЧ-сигнал, введенный с одного конца кабеля, на самом деле распространяется не по металлу проводников, а по заполненному изолирующим материалом промежутку между ними.

Коаксиальные кабели хорошо передают СВЧ-сигналы частотой до нескольких миллиардов герц, но на более высоких частотах их эффективность снижается, и они непригодны для передачи больших мощностей.

Обычные каналы для передачи волн СВЧ-диапазона имеют форму волноводов. Волновод – это тщательно обработанная металлическая труба прямоугольного или кругового поперечного сечения, внутри которой распространяется СВЧ-сигнал. Упрощенно говоря, волновод направляет волну, заставляя ее то и дело отражаться от стенок. Но на самом деле распространение волны по волноводу есть распространение колебаний электрического и магнитного полей волны, как и в свободном пространстве.Свч частоты: СВЕРХВЫСОКИХ ЧАСТОТ ДИАПАЗОН | Энциклопедия Кругосвет Такое распространение в волноводе возможно лишь при условии, что его размеры находятся в определенном соотношении с частотой передаваемого сигнала. Поэтому волновод точно рассчитывается, так же точно обрабатывается и предназначается только для узкого интервала частот. Другие частоты он передает плохо либо вообще не передает. Типичное распределение электрического и магнитного полей внутри волновода показано на рис. 3.

Чем выше частота волны, тем меньше размеры соответствующего ей прямоугольного волновода; в конце концов эти размеры оказываются столь малы, что чрезмерно усложняется его изготовление и снижается передаваемая им предельная мощность. Поэтому были начаты разработки круговых волноводов (кругового поперечного сечения), которые могут иметь достаточно большие размеры даже на высоких частотах СВЧ-диапазона. Применение кругового волновода сдерживается некоторыми трудностями. Например, такой волновод должен быть прямым, иначе его эффективность снижается. Прямоугольные же волноводы легко изгибать, им можно придавать нужную криволинейную форму, и это никак не сказывается на распространении сигнала.Свч частоты: СВЕРХВЫСОКИХ ЧАСТОТ ДИАПАЗОН | Энциклопедия Кругосвет Радиолокационные и другие СВЧ-установки обычно выглядят как запутанные лабиринты из волноводных трактов, соединяющих разные компоненты и передающих сигнал от одного прибора другому в пределах системы.

Твердотельные компоненты.

Твердотельные компоненты, например полупроводниковые и ферритовые, играют важную роль в СВЧ-технике. Так, для детектирования, переключения, выпрямления, частотного преобразования и усиления СВЧ-сигналов применяются германиевые и кремниевые диоды.

Для усиления применяются также специальные диоды – варикапы (с управляемой емкостью) – в схеме, называемой параметрическим усилителем. Широко распространенные усилители такого рода служат для усиления крайне малых сигналов, так как они почти не вносят собственные шумы и искажения.

Твердотельным СВЧ-усилителем с низким уровнем шума является и рубиновый мазер. Такой мазер, действие которого основано на квантовомеханических принципах, усиливает СВЧ-сигнал за счет переходов между уровнями внутренней энергии атомов в кристалле рубина.Свч частоты: СВЕРХВЫСОКИХ ЧАСТОТ ДИАПАЗОН | Энциклопедия Кругосвет Рубин (или другой подходящий материал мазера) погружается в жидкий гелий, так что усилитель работает при чрезвычайно низких температурах (лишь на несколько градусов превышающих температуру абсолютного нуля). Поэтому уровень тепловых шумов в схеме очень низок, благодаря чему мазер пригоден для радиоастрономических, сверхчувствительных радиолокационных и других измерений, в которых нужно обнаруживать и усиливать крайне слабые СВЧ-сигналы. См. также КВАНТОВЫЕ ГЕНЕРАТОРЫ И УСИЛИТЕЛИ.

Для изготовления СВЧ-переключателей, фильтров и циркуляторов широко применяются ферритовые материалы, такие, как оксид магния-железа и железо-иттриевый гранат. Ферритовые устройства управляются посредством магнитных полей, причем для управления потоком мощного СВЧ-сигнала достаточно слабого магнитного поля. Ферритовые переключатели имеют то преимущество перед механическими, что в них нет движущихся частей, подверженных износу, а переключение осуществляется весьма быстро. На рис. 4 представлено типичное ферритовое устройство – циркулятор.Свч частоты: СВЕРХВЫСОКИХ ЧАСТОТ ДИАПАЗОН | Энциклопедия Кругосвет Действуя подобно кольцевой транспортной развязке, циркулятор обеспечивает следование сигнала только по определенным трактам, соединяющим различные компоненты. Циркуляторы и другие ферритовые переключающие устройства применяются при подключении нескольких компонентов СВЧ-системы к одной и той же антенне. На рис. 4 циркулятор не пропускает передаваемый сигнал на приемник, а принимаемый сигнал – на передатчик.

В СВЧ-технике находит применение и туннельный диод – сравнительно новый полупроводниковый прибор, работающий на частотах до 10 млрд. герц. Он используется в генераторах, усилителях, частотных преобразователях и переключателях. Его рабочие мощности невелики, но это первый полупроводниковый прибор, способный эффективно работать на столь высоких частотах. См. также ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ЭЛЕКТРОННЫЕ ПРИБОРЫ.

Антенны.

СВЧ-антенны отличаются большим разнообразием необычных форм. Размер антенны приблизительно пропорционален длине волны сигнала, а поэтому для СВЧ-диапазона вполне приемлемы конструкции, которые были бы слишком громоздки на более низких частотах.Свч частоты: СВЕРХВЫСОКИХ ЧАСТОТ ДИАПАЗОН | Энциклопедия Кругосвет

В конструкциях многих антенн учитываются те свойства СВЧ-излучения, которые сближают его со светом. Типичными примерами могут служить рупорные антенны, параболические отражатели, металлические и диэлектрические линзы. Применяются также винтовые и спиральные антенны, часто изготавливаемые в виде печатных схем.

Группы щелевых волноводов можно расположить так, чтобы получилась нужная диаграмма направленности для излучаемой энергии. Часто применяются также диполи типа хорошо известных телевизионных антенн, устанавливаемых на крышах. В таких антеннах нередко имеются одинаковые элементы, расположенные с интервалами, равными длине волны, и повышающие направленность за счет интерференции.

СВЧ-антенны обычно проектируют так, чтобы они были предельно направленными, поскольку во многих СВЧ-системах очень важно, чтобы энергия передавалась и принималась в точно заданном направлении. Направленность антенны возрастает с увеличением ее диаметра. Но можно уменьшить антенну, сохранив ее направленность, если перейти на более высокие рабочие частоты.Свч частоты: СВЕРХВЫСОКИХ ЧАСТОТ ДИАПАЗОН | Энциклопедия Кругосвет

Многие «зеркальные» антенны с параболическим или сферическим металлическим отражателем спроектированы специально для приема крайне слабых сигналов, приходящих, например, от межпланетных космических аппаратов или от далеких галактик. В Аресибо (Пуэрто-Рико) действует один из крупнейших радиотелескопов с металлическим отражателем в виде сферического сегмента, диаметр которого равен 300 м. Антенна имеет неподвижное («меридианное») основание; ее приемный радиолуч перемещается по небосводу благодаря вращению Земли. Самая большая (76 м) полностью подвижная антенна расположена в Джодрелл-Бенке (Великобритания).

Новое в области антенн – антенна с электронным управлением направленностью; такую антенну не нужно механически поворачивать. Она состоит из многочисленных элементов – вибраторов, которые можно электронными средствами по-разному соединять между собой и тем самым обеспечивать чувствительность «антенной решетки» в любом нужном направлении. См. также АНТЕННЫ.

СВЧ — волны.

Свч частоты: СВЕРХВЫСОКИХ ЧАСТОТ ДИАПАЗОН | Энциклопедия Кругосвет Свойства микроволн.

Свойства сверхвысокочастотных волн

В современной жизни сверхвысокочастотные волны используются весьма активно. Взгляните на ваш сотовый телефон – он работает в диапазоне сверхвысокочастотного излучения.

Все технологии, такие как Wi-Fi, беспроводной Wi-Max, 3G, 4G, LTE (Long Term Evolution), радиоинтерфейс малого радиуса действия Bluetooth, системы радиолокации и радионавигации используют сверхвысокочастотные (СВЧ) волны.

СВЧ нашли применение в промышленности и медицине. По-другому СВЧ волны ещё называют микроволнами. Работа бытовой микроволновой печи также основана на применении СВЧ излучения.

Микроволны – это те же самые радиоволны, но длина волны у таких волн составляет от десятков сантиметров до миллиметра. Микроволны занимают промежуточное место между ультракороткими волнами и излучением инфракрасного диапазона. Такое промежуточное положение оказывает влияние и на свойства микроволн. Микроволновое излучение обладает свойствами, как радиоволн, так и световых волн.Свч частоты: СВЕРХВЫСОКИХ ЧАСТОТ ДИАПАЗОН | Энциклопедия Кругосвет Например, СВЧ излучению присущи качества видимого света и инфракрасного электромагнитного излучения.

Станция мобильной сети стандарта LTE

Микроволны, длина волны которых составляет сантиметры, при высоких уровнях излучения способны оказывать биологическое воздействие. Кроме этого сантиметровые волны хуже проходят через здания, чем дециметровые.

СВЧ излучение можно концентрировать в узконаправленный луч. Это свойство напрямую сказывается на конструкции приёмных и передающих антенн, работающих в диапазоне СВЧ. Никого не удивит вогнутая параболическая антенна спутникового телевидения, принимающая высокочастотный сигнал, словно вогнутое зеркало, собирающее световые лучи.

Микроволны подобно свету распространяются по прямой и перекрываются твёрдыми объектами, наподобие того, как свет не проходит сквозь непрозрачные тела. Так, если в квартире развернуть локальную Wi-Fi сеть, то в направлении, где радиоволна встретит на своём пути препятствия, вроде перегородок или перекрытий, сигнал сети будет меньше, чем в направлении более свободном от преград.Свч частоты: СВЕРХВЫСОКИХ ЧАСТОТ ДИАПАЗОН | Энциклопедия Кругосвет

Излучение от базовых станций сотовой связи GSM довольно сильно ослабляют сосновые леса, так как размеры и длина иголок приблизительно равны половине длины волны, и иголки служат своеобразными приёмными антеннами, тем самым ослабляя электромагнитное поле. Также на ослабление сигнала станций влияют и густые тропические леса. С ростом частоты увеличивается затухание СВЧ–излучения при перекрытии его естественными препятствиями.

Аппаратуру сотовой связи можно обнаружить даже на столбах электроснабжения

Распространение микроволн в свободном пространстве, например, вдоль поверхности земли ограничено горизонтом, в противоположность длинным волнам, которые могут огибать земной шар за счёт отражения в слоях ионосферы.

Данное свойство СВЧ излучения используется в сотовой связи. Область обслуживания делиться на соты, в которых действует базовая станция, работающая на своей частоте. Соседняя базовая станция работает уже на другой частоте, чтобы рядом расположенные станции не создавали помех друг другу.Свч частоты: СВЕРХВЫСОКИХ ЧАСТОТ ДИАПАЗОН | Энциклопедия Кругосвет Далее происходит так называемое повторное использование радиочастот.

Поскольку излучение станции перекрывается горизонтом, то на некотором удалении можно установить станцию, работающую на той же частоте. В результате мешать такие станции друг другу не будут. Получается, что экономиться полоса радиочастот, используемая сетью связи.

Антенны базовых станций GSM

Радиочастотный спектр является природным, ограниченным ресурсом, наподобие нефти или газа. Распределением частот в России занимается государственная комиссия по радиочастотам – ГКРЧ. Чтобы получить разрешение на развёртывание сетей беспроводного доступа порой ведутся настоящие «корпоративные войны» между операторами мобильных сетей связи.

Почему микроволновое излучение используется в системах радиосвязи, если оно не обладает такой дальностью распространения, как, например, длинные волны?

Причина в том, что чем выше частота излучения, тем больше информации можно передавать с его помощью. К примеру, многие знают, что оптоволоконный кабель обладает чрезвычайно высокой скоростью передачи информации исчисляемой терабитами в секунду.Свч частоты: СВЕРХВЫСОКИХ ЧАСТОТ ДИАПАЗОН | Энциклопедия Кругосвет

Все высокоскоростные телекоммуникационные магистрали используют оптоволокно. В качестве переносчика информации здесь служит свет, частота электромагнитной волны которого несоизмеримо выше, чем у микроволн. Микроволны в свою очередь имеют свойства радиоволн и беспрепятственно распространяются в пространстве. Световой и лазерные лучи сильно рассеиваются в атмосфере и поэтому не могут быть использованы в мобильных системах связи.

У многих дома на кухне есть СВЧ–печь (микроволновка), с помощью которой разогревают пищу. Работа данного устройства основана на поляризационных эффектах микроволнового излучения. Следует отметить, что разогрев объектов, с помощью СВЧ–волн происходит в большей степени изнутри, в отличие от инфракрасного излучения, которое разогревает объект снаружи внутрь. Поэтому нужно понимать, что разогрев в обычной и СВЧ–печи происходит по-разному. Также микроволновое излучение, например, на частоте 2,45 ГГц способно проникать внутрь тела на несколько сантиметров, а производимый нагрев ощущается при плотности мощности в 20 – 50 мВт/см2 при действии излучения в течение нескольких секунд.Свч частоты: СВЕРХВЫСОКИХ ЧАСТОТ ДИАПАЗОН | Энциклопедия Кругосвет Понятно, что мощное СВЧ–излучение может вызывать внутренние ожоги, так как разогрев происходит изнутри.

На частоте работы микроволновки, равной 2,45 Гигагерцам, обычная вода способна максимально поглощать энергию сверхвысокочастотных волн и преобразовывать её в тепло, что, собственно, и происходит в микроволновке.

В то время пока идут неутихающие споры о вреде СВЧ-излучения военные уже имеют возможность проверить на деле так называемую «лучевую пушку». Так в Соединённых штатах разработана установка, которая «стреляет» узконаправленным СВЧ-лучом.

Установка на вид представляет собой что-то вроде параболической антенны, только невогнутой, а плоской. Диаметр антенны довольно большой – это и понятно, ведь необходимо сконцентрировать СВЧ-излучение в узконаправленный луч на большое расстояние. СВЧ-пушка работает на частоте 95 Гигагерц, а её эффективная дальность «стрельбы» составляет около 1 километра. По заявлениям создателей – это не предел. Вся установка базируется на армейском хаммере.Свч частоты: СВЕРХВЫСОКИХ ЧАСТОТ ДИАПАЗОН | Энциклопедия Кругосвет

По словам разработчиков, данное устройство не представляет смертельной угрозы и будет применяться для разгона демонстраций. Мощность излучения такова, что при попадании человека в фокус луча, у него возникает сильное жжение кожи. По словам тех, кто попадал под такой луч, кожа будто бы разогревается очень горячим воздухом. При этом возникает естественное желание укрыться, сбежать от такого эффекта.

Действие данного устройства основано на том, что микроволновое излучение частотой 95 ГГц проникает на пол миллиметра в слой кожи и вызывает локальный нагрев за доли секунды. Этого достаточно, чтобы человек, оказавшийся под прицелом, ощутил боль и жжение поверхности кожи. Аналогичный принцип используется и для разогрева пищи в микроволновой печи, только в микроволновке СВЧ-излучение поглощается разогреваемой пищей и практически не выходит за пределы камеры.

На данный момент биологическое воздействие микроволнового излучения до конца не изучено. Поэтому, чтобы не говорили создатели о том, что СВЧ-пушка не вредна для здоровья, она может причинить вред органам и тканям человеческого тела.Свч частоты: СВЕРХВЫСОКИХ ЧАСТОТ ДИАПАЗОН | Энциклопедия Кругосвет

Стоит отметить, что СВЧ-излучение наиболее вредно для органов с медленной циркуляцией тепла – это ткани головного мозга и глаз. Ткани мозга не имеют болевых рецепторов, и почувствовать явное воздействие излучения не удастся. Также с трудом вериться, что на разработку «отпугивателя демонстрантов» будут отпускаться немалые деньги – 120 миллионов долларов. Естественно, это военная разработка. Кроме этого нет особых преград, чтобы увеличить мощность высокочастотного излучения пушки до такого уровня, когда его уже можно использовать в качестве поражающего оружия. Также при желании её можно сделать и более компактной.

В планах военных создать летающую версию СВЧ-пушки. Наверняка её установят на какой-нибудь беспилотник и будут управлять им удалённо.

Вред микроволнового излучения

В документах на любой электронный прибор, который способен излучать СВЧ-волны упоминается так называемый SAR. SAR – это удельный коэффициент поглощения электромагнитной энергии.Свч частоты: СВЕРХВЫСОКИХ ЧАСТОТ ДИАПАЗОН | Энциклопедия Кругосвет Простым языком – это мощность излучения, которая поглощается живыми тканями тела. Измеряется SAR в ваттах на килограмм. Так вот, для США определён допустимый уровень в 1,6 Вт/кг. Для Европы он чуть больше. Для головы 2 Вт/кг, для остальных частей тела и вовсе 4 Вт/кг. В России действуют более строгие ограничения, а допустимое излучение меряется уже в Вт/см2. Норма составляет 10 мкВт/см2.

Несмотря на то, что СВЧ излучение принято считать неионизирующим, стоит отметить, что оно в любом случае оказывает влияние на любые живые организмы. Например, в книге «Мозг в электромагнитных полях» (Ю. А. Холодов) приводятся результаты множества экспериментов, а также тернистая история внедрения норм на облучение электромагнитными полями. Результаты весьма любопытны. Микроволновое излучение влияет на многие процессы, протекающие в живых организмах. Если интересно, почитайте.

Из всего этого следует несколько простых правил. Как можно меньше болтать по мобильному телефону.Свч частоты: СВЕРХВЫСОКИХ ЧАСТОТ ДИАПАЗОН | Энциклопедия Кругосвет Держать его подальше от головы и важных частей тела. Не спать со смартфоном в обнимку. По возможности использовать гарнитуру. Держаться подальше от базовых станций сотовой связи (речь идёт о жилых и рабочих помещениях). Не секрет, что антенны подвижной связи ставят на крышах жилых домов.

Также стоит «швырнуть камень в огород» мобильного интернета при использовании смартфона или планшета. Если вы «сидите в интернете», то устройство постоянно передаёт данные базовой станции. Даже если излучение по мощности небольшое (всё зависит от качества связи, помех и удалённости базовой станции), то при длительном использовании негативный эффект обеспечен. Нет, вы не облысеете и не начнёте светиться. В мозгу нет болевых рецепторов. Поэтому он будет устранять «проблемы» по «мере сил и возможностей». Просто будет сложнее сконцентрироваться, усилится усталость и пр. Это как пить яд малыми дозами.

Главная &raquo Технологии &raquo Текущая страница

Также Вам будет интересно узнать:

Частотные диапазоны | ЭРФИД

Частотные диапазоны

Low Frequency (LF) — Низкие Частоты (НЧ)

Частотный диапазон: 125 кГц

Регулирующий стандарт: ISO/IEC 18000-2

Активно используется с 1980-х гг.Свч частоты: СВЕРХВЫСОКИХ ЧАСТОТ ДИАПАЗОН | Энциклопедия Кругосвет  Такие метки лучше других работают вблизи жидкостей и металлов, из-за чего этот стандарт стал особенно популярным в области опознавания животных. НЧ-метки могут считываться с расстояния в несколько сантиметров и имеют самую низкую скорость передачи данных.

High Frequency (HF) — Высокие Частоты (ВЧ)

Частотный диапазон: 13,56 МГц

Регулирующий стандарт: ISO/IEC 18000-3

Широко применяются с середины 1990-х гг. в таких областях, как карты контроля доступа, платежные карты, борьба с подделкой товаров, отслеживание книг, и т.д. ВЧ-метки могут считываться с расстояния до 1м, но плохо работают вблизи металла.

Ultra High Frequency (UHF) — Сверхвысокие Частоты (СВЧ)

Частотный диапазон: 860-930 МГц

Регулирующий стандарт: ISO/IEC 18000-6

Самый популярный диапазон в современных RFID-системах. UHF-метки могут считываться с расстояния до 10 метров  и обеспечивают скорость передачи данных более 128кбит/сек. Данный стандарт стал основным в таких областях, как логистика и управление цепочками поставок, благодаря усилиям мировых лидеров в этой области (Walmart, Metro Group, Департамент обороны США и др).Свч частоты: СВЕРХВЫСОКИХ ЧАСТОТ ДИАПАЗОН | Энциклопедия Кругосвет

Active Ultra High Frequency (UHF) — Активные Сверхвысокие Частоты (СВЧ)

Частотный диапазон: 433 МГц

Регулирующий стандарт: ISO/IEC 18000-7

Данная частота используется активными метками (радиометками с элементами питания). Активные метки обеспечивают максимальную дальность считывания (до 1 км.) и надежность считывания (100%). Основным минусом данных систем является стоимость меток, на порядок превышающая стоимость пассивных UHF-меток.

Microwaves — Микроволновое Излучение

Частотный диапазон: 2,45 ГГц и 5,8 ГГц

Регулирующий стандарт: ISO/IEC 18000-4

Используются на протяжении нескольких десятилетий в таких областях, как промышленная автоматизация, электронный сбор платежей и контроль доступа. Имеют диапазон считывания, сопоставимый с UHF (СВЧ), и более высокие скорости передачи данных. Используемые метки являются в основном активными или полуактивными, что ограничивает области их применения.

Свч полосовые фильтры


СВЧ полосовые фильтры могут быть использованы в качестве полосовых фильтров в тракте промежуточной частоты радиоприемных устройств и радиотехнических средств измерений (анализаторов сигналов, сканирующих приемников).Свч частоты: СВЕРХВЫСОКИХ ЧАСТОТ ДИАПАЗОН | Энциклопедия Кругосвет

ФГУП «НПП «Гамма» производит СВЧ полосовые фильтры со следующими характеристиками:

— диапазон рабочих частот от 500 МГц до 20 ГГц;

— степень ослабление в полосе задержания — не менее 120 дБ. 

СВЧ полосовые фильтры выполнены на четвертьволновых полосковых резонаторах с подвешенной (suspend) платой внутри металлической полости (оригинальная разработка).

Фильтры обладают высоким затуханием в полосе задержания и высокой добротностью, а также не требуют настройки.

Параметры разработанных СВЧ фильтров представлены в таблице 1.

Графики частотных зависимостей параметров S21 и S11 СВЧ полосовых фильтров представлены на рисунках 1 – 8.

Групповое время запаздывания (ГВЗ) фильтра 2 представлено на рисунке 9.

Фильтры подобного типа могут быть разработаны под заказ по индивидуальным требованиям заказчика.


Таблица 1










Параметры





Фильтр 1





Фильтр 2





Фильтр 3





Фильтр 4





Центральная частота, ГГц





2.Свч частоты: СВЕРХВЫСОКИХ ЧАСТОТ ДИАПАЗОН | Энциклопедия Кругосвет 25





5.15





6.42





8.2





Полоса пропускания по уровню минус 3дБ, МГц





200





230





250





290





Неравномерность в полосе 160МГц





0.Свч частоты: СВЕРХВЫСОКИХ ЧАСТОТ ДИАПАЗОН | Энциклопедия Кругосвет 7





0.5





0.5





0.5





Вносимые потери фильтра, дБ





1.6





2.9





3





4





Затухание, дБ (при расстройке)





~150  (600МГц)  





>125  (600МГц) 





~120  (600МГц) 





>125  (900MГц) 



Рис.Свч частоты: СВЕРХВЫСОКИХ ЧАСТОТ ДИАПАЗОН | Энциклопедия Кругосвет 1. S21 СВЧ полосового фильтра с центральной частотой 2.25 ГГц.


Рис. 2. S11 и S21 СВЧ полосового фильтра с центральной частотой 2.25 ГГц.


Рис. 3. S21 СВЧ полосового фильтра с центральной частотой 5.15 ГГц.


Рис. 4. S11 и S21 СВЧ полосового фильтра с центральной частотой 5.15 ГГц.


Рис. 5. S21 СВЧ полосового фильтра с центральной частотой 6.42 ГГц.


Рис. 6. S11 и S21 СВЧ полосового фильтра с центральной частотой 6.42 ГГц.


Рис. 7. S21 СВЧ полосового фильтра с центральной частотой 8.2 ГГц.


Рис. 8. S11 и S21 СВЧ полосового фильтра с центральной частотой 8.2 ГГц.


Рис. 9   Групповое время запаздывания (ГВЗ) фильтра 2

Возврат к списку

Генератор сигналов субмиллиметрового диапазона 220 ГГц

Генератор сигналов субмиллиметрового диапазона 220-300 ГГц

Генератор СВЧ-сигналов ГСС-03/xxx/1 представляет новую линейку моделей источников для субмиллиметрового диапазона.Свч частоты: СВЕРХВЫСОКИХ ЧАСТОТ ДИАПАЗОН | Энциклопедия Кругосвет Генератор изготавливается с любой центральной частотой от 220 ГГц до 300 ГГц согласно требованию заказчика, с возможностью перестройки частоты в пределах  ±1 ГГц. Генератор является законченным изделием в компактном корпусе.

СВЧ-генератор субмиллиметровых волн построен на основе умножителя частоты ЛПД (лавинно-пролетного диода, IMPATT) и опорного источника.  У генератора имеется USB-разъем для задания выходной частоты с персонального компьютера (планшета). В комплект поставки входит отдельный (выносной) источник питания и программное обеспечение (ПО) для управления выходной частотой источника.

Область применения

  • Лабораторные исследования и разработки
  • Моделирование СВЧ-систем субмиллиметрового диапазона
  • Применение в установках электронного парамагнитного резонанса (ЭПР)

 Основные характеристики

  • Частотный диапазон: от 220 ГГц до 300 ГГц (с рабочей полосой 2 ГГц)
  • Точность установки частоты: < 1 кГц при + 10.Свч частоты: СВЕРХВЫСОКИХ ЧАСТОТ ДИАПАЗОН | Энциклопедия Кругосвет .. + 40 ° C
  • Шаг частоты: 2 кГц (посредством ПО)
  • Выходная мощность: 20-30 мВт (Макс. 30 мВт)
  • Полностью автоматизированный источник, USB-управление с ПК

Пример зависимости выходной мощности в милливаттах от частоты (для 263,45 ГГц)

Как заказать:

При заказе укажите номер модели: ГСС-03/xxx.xx/1, где xxx.xx является центральной частотой в пределах от 220 до 300 ГГц, с точностью до двух десятичных знаков.


Пример: чтобы заказать генератор с центральной частотой 263.45 ГГц, запросите модель с номером ГСС-03/263.45/1.

Спецификация













Точность задания частоты

< 1 кГц при + 10… + 40 ° C

Частотный диапазон

220 — 300 ГГц ( с рабочей полосой 2 ГГц )

Шаг задания частоты

2 кГц

Время установки заданной частоты

1 сек (макс.Свч частоты: СВЕРХВЫСОКИХ ЧАСТОТ ДИАПАЗОН | Энциклопедия Кругосвет )

Фазовый шум (относительный фазовый шум)

‒50 дБм/Гц на отстройке 10 кГц

‒80  дБм/Гц   на отстройке  100 кГц

Не хуже ‒100  дБм/Гц на отстройке 1000 кГц

Выходная мощность

20… 30 мВт (Макс. 30 мВт)

Волноводный выход


WR-03 с фланцем UG0387/U-M

Контроль частоты вывода

USB HID (программное обеспечение входит в поставку)
мини-USB тип B

Блок питания (PSU, включены в пакет поставки)

Внешний, питание от сети (90-230 В, 50/60 Гц)

Диапазон рабочих температур

+10 .Свч частоты: СВЕРХВЫСОКИХ ЧАСТОТ ДИАПАЗОН | Энциклопедия Кругосвет .. + 40 °C

Размер (без блока питания)

85 x 125 x 350 мм

Вес (без блока питания)

5 кг

Лабораторный СВЧ генератор диапазона частот 2,95…3,6 ГГц

          

В 2008-2010 г.г. при проведении плановой работы по модернизации лабораторного практикума по дисциплинам «Устройства микроволнового и оптического диапазона» и «Электродинамика и распространение радиоволн» была поставлена задача разработки линейки СВЧ генераторов, способных перекрыть диапазон рабочих частот от 1 до 3,5 ГГц для замены устаревших и изношенных приборов.


          

В ходе решения этой задачи был разработан СВЧ генератор на диапазон частот 2,95…3,6 ГГц. Он построен по классической схеме синтезатора косвенного синтеза с одной петлей ФАПЧ. При его создании была использована современная элементная база.Свч частоты: СВЕРХВЫСОКИХ ЧАСТОТ ДИАПАЗОН | Энциклопедия Кругосвет Применение в составе генератора микроконтроллера позволило максимально упростить схему управления, организовать современный интерфейс управления, а также обеспечить одновременную индикацию уровня выходного сигнала генератора и рабочей частоты на встроенном LCD дисплее.


          

Разработанный СВЧ генератор позволяет осуществить замену клистронных генераторов типа Г4-80. Обладая несколько более узкой полосой рабочих частот, чем указанный прибор, разработанный генератор гораздо более компактен, экономичен, его выходная частота имеет высокую стабильность. Эти качества позволят успешно применять его в лабораторном практикуме нашей кафедры.

Внешний вид передней панели генератора


Разработанный генератор и генератор Г4-80


Разработанный лабораторный генератор в лабораторной стойке






          

Технические характеристики:

  • диапазон рабочих частот — 2,95…3,6 ГГц;
  • нестабильность частоты — не хуже 10-5;
  • шаг перестройки частоты — 1 МГц;
  • выходная мощность — 1 мВт;
  • питание — сеть переменного тока 220 В;
  • потребляемая мощность — менее 10 Вт;
  • вес — менее 1 кг.Свч частоты: СВЕРХВЫСОКИХ ЧАСТОТ ДИАПАЗОН | Энциклопедия Кругосвет

  •    Место внедрения — Кафедра радиотехники и телекоммуникаций СевНТУ

       Авторы разработки:

         ассистент С.Н. Поливкин;


    ассистент П.П. Овчаров.

    Серия 1324

    Серия СВЧ МИС 1324 разработана
    Центром проектирования   АО «НПП «Пульсар»
    и включает в свой состав:
    широкополосные СВЧ усилители, умножители и делители частоты.

    Широкополосные СВЧ усилители






    Наименование

    Описание

    Аналоги

    1324УВ1

    СВЧ МИС широкополосного усилителя с диапазоном рабочих частот до 1,5 Гц и выходной мощностью до 120 мВт

    ERA-3, ADA4789, AVT-50633, MSA-0600

    1324УВ2

    СВЧ МИС широкополосного усилителя с диапазоном рабочих частот до 3,1 Гц и выходной мощностью до 120 мВт

    ADA4789, MSA-0600, HMC313, HMC478, SBA5089, RF3374

    1324УВ3


    СВЧ МИС широкополосного усилителя с диапазоном рабочих частот до 3,5 Гц и выходной мощностью до 10 мВт

    ABA-31563, HMC474, HMC476, MAR-1SM+, MAR-3SM, SGC-2363

    1324УВ6


    СВЧ МИС широкополосного усилителя с диапазоном рабочих частот до 1,7 Гц и выходной мощностью до 140 мВт

    ADA4789, AVT-50633, MSA-0600, ERA-3

    Широкополосные СВЧ







    Наименование

    Описание

    Аналоги

    1324ПС1


    МИС СВЧ широкополосного двойного балансного смесителя построенного на основе диодов Шоттки со встроенным усилителем сигнала промежуточной частоты с диапазоном рабочих частот 0,8-4,6 ГГц.Свч частоты: СВЕРХВЫСОКИХ ЧАСТОТ ДИАПАЗОН | Энциклопедия Кругосвет

    HMC622, HMC213, HMC175, HMC128, MCA-35, MCA-50, SIM-43, MCA1-42

    1324ПС2


    МИС СВЧ широкополосного двойного балансного смесителя построенного на основе диодов Шоттки со встроенным усилителем сигнала промежуточной частоты с диапазоном рабочих частот 0,95-5,5 ГГц.

    HMC622, HMC213, HMC175, HMC128, MCA-35, MCA-50, SIM-43, MCA1-42

    1324ПС3


    МИС СВЧ широкополосного двойного балансного активного смесителя с усилителем ограничителем по входу гетеродина с диапазоном рабочих частот 0,01-1,9 ГГц.

    AD8342, AD8343, AD8344, LT5526

    1324ПС4


    МИС СВЧ пассивного широкополосного двойного балансного смесителя построенного на основе диодов Шоттки с диапазоном рабочих частот 1,6-4,5 ГГц.Свч частоты: СВЕРХВЫСОКИХ ЧАСТОТ ДИАПАЗОН | Энциклопедия Кругосвет

    HMC213, HMC170, HMC128, HMC175, MCA-35, MCA-50, SIM-43, MCA1-42

    1324ПС5


    МИС СВЧ пассивного широкополосного двойного балансного смесителя построенного на основе диодов Шоттки с диапазоном рабочих частот 1,8-7,0 ГГц.

    HMC129, HMC218, HMC168, HMC557, SIM-762, SIM-722, SKY-60, MCA1-60, MCA1T-80

    Широкополосные СВЧ делители частоты





    Наименование

    Описание

    Аналоги

    1324ПЦ1

    СВЧ МИС широкополосного статического делителя частоты с фиксированным коэффициентом деления 2 и диапазоном рабочих частот 0,1-3,9 ГГц

    SP8619, SP8606, SP8802, SP8902, MC10EP32,MC10EL32, MC100EL32, PE3501, PE3511, PE9301, PE9311, ZL40803

    1324ПЦ2


    СВЧ МИС широкополосного статического делителя частоты с фиксированным коэффициентом деления 4 и диапазоном рабочих частот 0,1-3,8 ГГц

    SP8611, SP8612, SP8712, SP8804, MC100EP33,MC10EL33, PE3512, PE9312, ZL40804, HMC426

    1324ПЦ3

    СВЧ МИС широкополосного статического делителя частоты с фиксированным коэффициентом деления 8 и диапазоном рабочих частот 0,1-3,8 ГГц

    SP8908, PE3513, PE9303, PE9313, ZL40800

    Широкополосные СВЧ умножители частоты





    Наименование

    Описание

    Аналоги

    1324ПП1

    СВЧ МИС широкополосного активного умножителя частоты с коэффициентом умножения 2 и диапазоном входных частот 0,01-2,4 ГГц

    HMC156, HMC187, HMC188,  KBA-20+, FD25E, FD26E, SFD25, SFD26

    1324ПП2


    СВЧ МИС широкополосного пассивного умножителя частоты с коэффициентом умножения 2 и диапазоном входных частот 0,3-1,4 ГГц

    HMC156, HMC187, HMC188, KC2-11+, FD25E, FD26E, SFD25, SFD26

    1324ПП3

    СВЧ МИС широкополосного пассивного умножителя частоты с коэффициентом умножения 2 и диапазоном входных частот 1,0-3,3 ГГц

    HMC158, HMC188, KC2-36+, FD26E, SFD26

    По вопросам приобретения СВЧ МИС серии 1324
    обращаться к Гладких Михаилу Викторовичу или Ежовой Анне Викторовне

    Тел.Свч частоты: СВЕРХВЫСОКИХ ЧАСТОТ ДИАПАЗОН | Энциклопедия Кругосвет : 8(499)745-05-44 доб. 1144
    e-mail: Этот адрес электронной почты защищен от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

    Микроволновая частота — обзор

    1

    «Микроволновые» частоты формально определяются как частоты выше 300 МГц (длины волн менее 1 м), но неофициально мы считаем, что микроволновые частоты превышают примерно 1 ГГц. Частоты выше примерно 30 ГГц называются «миллиметровыми волнами», а частоты выше 300 ГГц — «субмиллиметровыми волнами». Однако следует сказать, что ни одно из этих определений не склонно строго придерживаться.

    2

    Некоторые неявные предположения о поведении электронной схемы, а именно, что токи и напряжения появляются мгновенно во всех точках цепи и что физические размеры проводов и компонентов могут быть проигнорированы в целях анализа электрических цепей. не выполняются на микроволновых частотах, где физические размеры составляют значительную часть интересующей длины волны.Свч частоты: СВЕРХВЫСОКИХ ЧАСТОТ ДИАПАЗОН | Энциклопедия Кругосвет

    3

    На микроволновых частотах нам необходимо использовать модели эквивалентных схем для всех основных компонентов, таких как провода, резисторы, конденсаторы, катушки индуктивности и т. Д., Поскольку все они проявляют сложное поведение из-за паразитных элементов.

    4

    Некоторые часто используемые метрики специфичны для микроволновых систем и не используются в низкочастотных системах. Два примера — коэффициент отражения и КСВ. Оба могут указывать на качество согласования между источником и нагрузкой, но, в то время как коэффициент отражения — это комплексное число, которое можно использовать для точного определения импеданса нагрузки, КСВ — это скалярная величина, не содержащая никакой информации о фазе.Поэтому сам по себе КСВ не может использоваться для определения импеданса нагрузки.

    5

    «дБ» — это относительное измерение, используемое для представления отношения двух мощностей, такого как усиление мощности или потеря мощности (затухание), при условии общего эталонного импеданса.Свч частоты: СВЕРХВЫСОКИХ ЧАСТОТ ДИАПАЗОН | Энциклопедия Кругосвет Абсолютные уровни мощности иногда относятся к 1 мВт и выражаются в «дБмВт».

    6

    Фактор качества, или «Q» фактор, характеризует скорость потерь энергии в данной цепи относительно количества запасенной энергии.Более высокое значение Q указывает на более низкий уровень потерь энергии по сравнению с запасенной энергией или более высокое «качество».

    7

    Нагруженная добротность определяется как добротность данной цепи, когда она подключена к внешним схемам, таким как сопротивление нагрузки и т. Д. Это контрастирует с ненагруженной добротностью одной цепи, изолированной. Поскольку внешние схемы могут только добавлять (а не вычитать) потери, загруженная Q всегда будет меньше, чем Q без нагрузки.

    8

    Между загруженной Q и полосой пропускания существует взаимосвязь: чем выше Q, тем уже полоса пропускания данная схема.

    9

    «Резонатор» может быть изготовлен из дискретных электронных компонентов (резисторов, конденсаторов и катушек индуктивности) или в виде физической структуры, такой как металлический резонатор или образец диэлектрика.Свч частоты: СВЕРХВЫСОКИХ ЧАСТОТ ДИАПАЗОН | Энциклопедия Кругосвет

    Микроволновая частота — обзор

    10.6 Два оператора локальных наблюдений

    Рефракционная способность атмосферы как смеси сухого воздуха и водяного пара на микроволновых частотах определяется выражением (Smith and Weintraub, 1953; Thayer, 1974)

    (10.31) N = Ndry + Nwv = cdryndry + (cwv + dwvT) nwv = cdry (ndry + nwv) + ((cwv − cdry) + dwvT) nwv, = cdryn + ((cwv − cdry) + dwvT) nwv

    , где dry = N / V — числовая плотность сухого воздуха (V — объем, N — общее количество молекул сухого воздуха), n wv — числовая плотность водяного пара, c dry = 1,056 × 10 −23 м 3 , c wv = 0,840 × 10 −23 м 3 и d wv = 5,14 × 10 −20 м 3 K. Подставляя следующий идеал газовые законы для сухого воздуха и водяного пара в (10.31),

    (10,32) p = nkT, ewv = nwvkT,

    , где k — постоянная Больцмана (k = 1,38 × 10 −23 Дж · K −1 ), получаем коэффициент преломления для нейтральной атмосферы.Свч частоты: СВЕРХВЫСОКИХ ЧАСТОТ ДИАПАЗОН | Энциклопедия Кругосвет как функция местных давлений (p, e wv ) и температуры (T):

    (10,33) N = 77,6pT + 3,73 × 105ewvT2.

    где p и e wv выражены в единицах гПа, а T — в K.

    Атмосферная рефракция на микроволновых частотах имеет небольшую зависимость от жидкой воды и содержания ледяной воды из-за эффектов поглощения и рассеяния облаков.Поскольку параметр размера облачных частиц (α = 2πr / λ, где r — радиус частицы, а λ — длина волны GPS) намного меньше единицы, теория Ми, предполагающая наличие сферических частиц (Mie, 1908), может быть использована для вывода рассеяния и коэффициенты поглощения в приближении Рэлея. К (10,33) необходимо добавить два дополнительных члена, а именно:

    (10,34) N = 77,6pT + 3,73 × 105ewvT2 + 1,45wliquid + 0,69 дважды,

    , где w жидкость — содержание жидкой воды в г · м −3 и w ice — содержание ледяной воды в г · м −3 .Подробный вывод двух последних членов в (8.34) можно найти в Zou et al.Свч частоты: СВЕРХВЫСОКИХ ЧАСТОТ ДИАПАЗОН | Энциклопедия Кругосвет (2012b).

    В качестве примеров на рис. 10.4 представлены вертикальные профили угла изгиба и рефракции по данным наблюдений COSMIC от примерно 60 км до самых низких высот наблюдений для трех произвольно выбранных RO: RO1 в 06.20 UTC 22 ноября 2007 г. со средним положением, расположенным в (36,77 ° N, 55,90 ° W) в условиях глубокой конвекции, RO2 в 05:11 UTC 12 апреля 2007 г. со средней точкой (19,69 ° N, 153,20 ° W) в кучевых облаках (Cu) и RO3 в 09:45 UTC 1 января 2009 г. со средней позицией, расположенной в (13.16 ° ю.ш., 88,93 ° в.д.) в условиях ясного неба. Наблюдаемые углы изгиба являются наибольшими у поверхности (~ 0,035 радиана), быстро уменьшаются с высотой и близки к нулю на высоте более 30 км. Наблюдаемые профили рефракции показывают экспоненциальное уменьшение с высотой от примерно 300 N-единиц до почти нуля на высоте более 30 км. Наибольшие различия в угле изгиба и преломляющей способности трех разных профилей RO находятся ниже 5–6 км, в основном из-за более быстрого уменьшения этих двух переменных с высотой, чем RO, в облачных условиях (RO1 и RO2), чем при ясном небе (RO3).Свч частоты: СВЕРХВЫСОКИХ ЧАСТОТ ДИАПАЗОН | Энциклопедия Кругосвет .

    Рисунок 10.4. Вертикальные профили угла изгиба (левая панель) и рефракции (правая панель) по наблюдениям COSMIC (α obs ) для следующих трех выбранных RO: RO1 в 06.20 UTC 22 ноября 2007 г. со средним положением, расположенным в (36,77 ° N, 55,90 ° W) в пределах глубокой конвекции (черный), RO2 в 05:11 UTC 12 апреля 2007 г. со средним положением в кучевых облаках (19,69 ° N, 153,20 ° W) (красный), RO3 в 0945 UTC 1 января 2009 г. в (13.16S, 88.93E) в условиях ясного неба (синий).COSMIC — Система наблюдений за созвездиями для метеорологии, ионосферы и климата; РО, радиозатмение; UTC, всемирное координированное время.

    Сравнение профилей рефракции из наблюдений COSMIC (N obs ) с результатами моделирования Европейского центра среднесрочного прогноза погоды (ECMWF) (N , модель ) представлено на рис. 10.5 для тех же трех RO, что и на рис. 10.4. ниже 16 км. Смоделированные с помощью модели профили рефракции точно соответствуют наблюдаемым профилям, уменьшаясь с высотой от примерно 300–350 N-единиц ниже 1 км до примерно 50 N-единиц на 16 км.Свч частоты: СВЕРХВЫСОКИХ ЧАСТОТ ДИАПАЗОН | Энциклопедия Кругосвет Профили, смоделированные на модели, более гладкие, чем наблюдаемые. Относительные различия в рефракции между наблюдениями и модельными расчетами в большинстве случаев составляют менее 1%. Как наблюдения за рефракцией, так и относительные различия рефракции между наблюдениями и модельным моделированием ниже 8 км являются наибольшими для области RO1, расположенной в условиях глубокой конвекции, и наименьшими для области RO3, расположенной в условиях чистого неба.

    Рисунок 10.5. Вертикальные профили рефракции из наблюдений COSMIC (Nobs, сплошные линии), моделирования ECMWF (Necmwf, пунктирные линии) и дробных разностей [«N diff» = (Nobs — Necmwf) / Nobs, пунктирные линии] для трех выбранных RO: RO1 в 06.20 UTC 22 ноября 2007 г. со средней позицией, расположенной в (36.77 ° с.ш., 55,90 ° з.д.) в зоне глубокой конвекции (черным цветом), RO2 в 05:11 UTC 12 апреля 2007 г. со средней точкой (19,69 ° N, 153,20 ° W) в кучевых облаках (красным) и RO3 в 09:45 UTC 1 января 2009 г. со средним местоположением, расположенным в точке (13,16 ° ю.Свч частоты: СВЕРХВЫСОКИХ ЧАСТОТ ДИАПАЗОН | Энциклопедия Кругосвет ш., 88,93 ° в.д.) в условиях ясного неба (синим цветом). COSMIC — Система наблюдений за созвездиями для метеорологии, ионосферы и климата; ECMWF, Европейский центр среднесрочного прогноза погоды; UTC, всемирное координированное время.

    Чтобы показать различные величины четырех членов в правой части (8.34), мы показываем на рис. 10.6 дробные вклады сухого члена и члена водяного пара, рассчитанные на основе значений температуры COSMIC уровня 2, водяного пара и давления, а также членов жидкой воды и льда, рассчитанных с помощью совместно расположенного радара профилирования облаков CloudSat (CPR ) извлечения содержания жидкой и ледяной воды для тех же трех RO, показанных на рис. 10.4. Долевые доли сухого воздуха, водяного пара, жидкой воды и льда составляют порядка 99%, 0,1–2%, 0,1% и 0,01–0,7% соответственно.Сухой срок RO1 самый маленький, а RO3 самый большой. Долевой вклад водяного пара среди трех RO сильно различается: наибольший вклад имеет RO1 (расположенный в пределах глубокой конвекции) и наименьший вклад RO3 (расположенный в ясном небе).Свч частоты: СВЕРХВЫСОКИХ ЧАСТОТ ДИАПАЗОН | Энциклопедия Кругосвет

    Рисунок 10.6. Вертикальные профили фракционного сухого члена (красным) и водяного пара (черный), рассчитанные на основе значений температуры, водяного пара и давления COSMIC уровня 2, а также рассчитанных значений жидкой воды (зеленым) и льда (синим) на основе данных, полученных с помощью совмещенного радара CloudSat для измерения осадков и осадков, содержания жидкой и ледяной воды для трех RO, показанных на рис.10.4. COSMIC — Система наблюдений за созвездиями для метеорологии, ионосферы и климата; РО, радиозатмение.

    Ур. (10.31) использовался в качестве оператора прямого наблюдения для эксперимента по моделированию системы наблюдения, эксперимента по ассимиляции 3D-Var (Zou et al., 1995) и экспериментов по усвоению 1D-Var для наблюдений рефракции RO без учета эффектов облачности (Kursinski et al. ., 2000; Poli et al., 2002). В этих экспериментах были смоделированы вертикальные профили рефракции в перигеях, и их различия с восстановлением рефракции обратного осмоса были минимизированы при ассимиляции.Свч частоты: СВЕРХВЫСОКИХ ЧАСТОТ ДИАПАЗОН | Энциклопедия Кругосвет Помимо (10.31), интегральное уравнение преобразования Абеля (10.28) служит еще одним оператором прямого локального наблюдения для ассимиляции угла изгиба. Палмер и Барнетт (2001) ассимилировали наблюдения углов изгиба GPS / MET, используя интеграл преобразования Абеля в качестве оператора прямого наблюдения в системе 1D-Var. В качестве оператора наблюдения угла изгиба для ассимиляции данных CHAMP RO в системе ECMWF 4D-Var использовались как одномерный интеграл преобразования Абеля (Healy and Thepaut, 2006), так и решение для двумерной трассировки лучей (Healy et al., 2007).

    Поскольку вклады модельной атмосферы вдоль траекторий RO лучей от перигеев не учитываются в операторах наблюдения (10.28) и (10.31), они называются операторами локального наблюдения при ассимиляции данных RO.

    Почему все беспроводные сети — 2,4 ГГц

    Джон Херман

    Вы живете своей жизнью на частоте 2,4 ГГц. Ваш роутер, ваш беспроводной телефон, ваш наушник Bluetooth, ваша радионяня и устройство для открывания гаража — все любят и живут на этой радиочастоте, а не на других.Свч частоты: СВЕРХВЫСОКИХ ЧАСТОТ ДИАПАЗОН | Энциклопедия Кругосвет Почему? Ответ на вашей кухне.

    О чем мы говорим

    Прежде чем мы забегаем слишком далеко вперед, давайте разберемся с основами. Ваш дом или квартира, или кофейня, в которой вы сейчас сидите, пропитаны радиоволнами. На самом деле их немыслимое количество вибрирует от радиостанций, телестанций, вышек сотовой связи и самой Вселенной в пространство, в котором вы живете. Вы постоянно подвергаетесь бомбардировке электромагнитными волнами всех видов частот, многие из которых были закодированы с определенной информацией, будь то голос, тон или цифровые данные.Черт, может, даже эти самые слова.

    Вдобавок вас окружают волны, созданные вами. Внутри вашего дома дюжина крошечных радиостанций: ваш роутер, ваш беспроводной телефон, ваше устройство открывания гаражных ворот. Все, что у вас есть, более или менее беспроводное. Радиоволны Фриггина: они повсюду.

    Действительно, странно, что на вашем беспроводном телефоне даже есть наклейка с частотой 2,4 ГГц. Для среднего, не очень технически подкованного покупателя, это число означает: А) ничего или Б) что-то, но не то.Свч частоты: СВЕРХВЫСОКИХ ЧАСТОТ ДИАПАЗОН | Энциклопедия Кругосвет («2,4 ГГц? Это быстрее, чем у моего компьютера!»)

    На самом деле это число означает частоту вещания или частоту волн, которые базовая станция телефона посылает на трубку. Вот и все. Фактически, сам герц — всего лишь единица измерения частоты в любом контексте: это количество раз, когда что-то происходит в течение секунды. В беспроводной связи это относится к колебаниям волн. В компьютерах это относится к тактовой частоте процессора. Для телевизоров — скорость обновления экрана. для меня, хлопать прямо сейчас перед компьютером, это скорость, с которой я это делаю.Один герц, медленный хлопок.

    Тогда возникает вопрос, почему так много ваших гаджетов работают на частоте 2,4 ГГц вместо целых 239999999 частот ниже или любого числа выше него. Это кажется почти контролируемым или управляемым. Кажется, может быть, несколько произвольно. Вроде хорошо регулируется.

    Взгляд на правила FCC подтверждает любые подозрения. Полоса частот, сгруппированная около 2,4 ГГц, была обозначена, наряду с некоторыми другими, как промышленные, научные и медицинские радиодиапазоны.Свч частоты: СВЕРХВЫСОКИХ ЧАСТОТ ДИАПАЗОН | Энциклопедия Кругосвет «Многие нелицензионные вещи — например, Wi-Fi — работают на частотах 2,4 или 900 МГц, в диапазонах ISM. Для работы с ними вам не нужна лицензия». Это Ира Келпз, заместитель начальника отдела инженерии и технологий Федеральной комиссии по связи, объясняет, почему эти диапазоны ISM привлекательны для производителей гаджетов: их можно использовать бесплатно. Если маршрутизаторы, беспроводные телефоны и все остальное относятся к узкому диапазону 2,4 ГГц, то их радиоволны не будут мешать, скажем, сотовым телефонам, работающим на частоте 1.9 ГГц или AM-радио, которое вещает в диапазоне от 535 кГц до 1,7 МГц. ISM, по сути, представляет собой гетто для нелицензированной беспроводной передачи, рекомендованное сначала маленьким тихим агентством в швейцарском офисе ООН под названием ITU, а затем формализованное, модифицированное и кодифицированное для практического использования правительствами мира, в том числе , конечно, наш собственный FCC.

    Текущие стандарты ISM были установлены в 1985 году и как раз вовремя.Свч частоты: СВЕРХВЫСОКИХ ЧАСТОТ ДИАПАЗОН | Энциклопедия Кругосвет Наши телефоны оказались на пороге потери шнуров, и в ближайшем будущем широкополосные интернет-соединения станут реальностью и станут волшебным образом беспроводными.Все эти устройства нуждались в частотах, для которых не требовались лицензии, но которые были расположены между теми, которые требовали. Частоты, которые не были настолько высокими, чтобы приносить в жертву проникновению вещания (например, сквозь стены), но не были настолько низкими, чтобы требовать антенн длиной в фут. Короче говоря, им были нужны диапазоны ISM. И они их взяли.

    Почему 2,4?

    Сейчас существует очень много частот, которые квалифицируются как «нелицензированные», но лишь некоторые из них используются в наших телефонах, маршрутизаторах и рациях.

    5G — перспектива СВЧ | Analog Devices

    На горизонте набирает обороты 5G, и сейчас самое время быть радиотехником. По мере того как мы вступаем на путь к 5G, системе беспроводной связи следующего поколения, инженерное сообщество сталкивается с бесчисленными проблемами и возможностями.Свч частоты: СВЕРХВЫСОКИХ ЧАСТОТ ДИАПАЗОН | Энциклопедия Кругосвет 5G представляет собой как эволюцию, так и революцию мобильных технологий, которая достигает различных целей высокого уровня, которые были опубликованы на сегодняшний день различными участниками беспроводной экосистемы.

    5G широко рассматривается как поколение беспроводных сетей, которое позволит сотовой связи выйти на совершенно новый набор сфер применения, корпусов и вертикальных рынков. В то время как 5G обычно используется в технологиях, которые предоставляют сверхширокополосные услуги, включая потоковое видео в формате HD и UltraHD, технология 5G также позволит сотовой связи войти в мир машин. Он будет способствовать созданию автономных транспортных средств и использоваться для подключения миллионов промышленных датчиков и множества носимых потребительских устройств, и это лишь некоторые из приложений.

    Эволюционный путь к 5G состоит из постепенных улучшений 4G в обычных сотовых диапазонах и расширения частот до новых диапазонов в диапазоне от 3 ГГц до 6 ГГц. Технология Massive MIMO набирает обороты в отрасли и будет развиваться от первых систем на основе LTE до новых форм сигналов, предназначенных для повышения пропускной способности, задержки и эффективности ячеек.Свч частоты: СВЕРХВЫСОКИХ ЧАСТОТ ДИАПАЗОН | Энциклопедия Кругосвет

    Spectrum считается источником жизненной силы сотовой индустрии, и спектр в традиционных диапазонах сотовой связи (ниже 6 ГГц) просто не сможет удовлетворить экспоненциально растущий спрос в ближайшие годы.Таким образом, полосы выше 6 ГГц в настоящее время изучаются для проверки жизнеспособности развертывания беспроводного доступа при распределении частот выше 6 ГГц. В то время как совокупный глобальный спектр, доступный ниже 6 ГГц, составляет порядка сотен МГц, объем потенциального спектра выше 20 ГГц составляет десятки ГГц. Обуздание этого спектра считается важным для достижения видения 5G по-настоящему взаимосвязанного мира.

    В результате сегмент 5G, вероятно, будет работать на гораздо более высоких частотах (возможно, до миллиметровых волн) и, вероятно, будет использовать новые технологии радиоинтерфейса, которые не имеют обратной совместимости с LTE.Частотные диапазоны, обсуждаемые ключевыми игроками отрасли, включают более высокие частотные диапазоны, такие как 10 ГГц, 28 ГГц, 32 ГГц, 43 ГГц, 46–50 ГГц, 56–76 ГГц и 81–86 ГГц.Свч частоты: СВЕРХВЫСОКИХ ЧАСТОТ ДИАПАЗОН | Энциклопедия Кругосвет Однако эти диапазоны в настоящее время находятся на стадии предложения, и еще предстоит проделать большую работу по моделированию каналов до обсуждения определений систем радиосвязи и обсуждения стандартов. ITU недавно опубликовал план стандартизации 5G с целью опубликовать первое поколение спецификаций IMT-2020 примерно к 2020 году.

    Учитывая, что 5G все еще находится в зачаточном состоянии, необходимо выполнить большую работу по моделированию каналов, определению архитектуры радио и, наконец, разработке набора микросхем, прежде чем будут развернуты первые коммерческие системы. Однако есть определенные тенденции и требования, которые уже согласованы, а также проблемы, которые необходимо решить, которые приведут к созданию окончательных систем 5G.

    Рассмотрим системы доступа 5G на частотах микроволнового и миллиметрового диапазонов. Одним из основных препятствий при реализации радиодоступа на микроволновом диапазоне является преодоление неблагоприятных характеристик распространения.Свч частоты: СВЕРХВЫСОКИХ ЧАСТОТ ДИАПАЗОН | Энциклопедия Кругосвет На распространение радиоволн на этих частотах сильно влияют атмосферное затухание, дождь, завалы (здания, люди, листва) и отражения. Двухточечные микроволновые линии связи используются в течение многих лет, но, как правило, это системы прямой видимости. Тот факт, что они являются стационарными, делает канал управляемым, и в последние годы были разработаны системы, которые поддерживают очень высокую пропускную способность с использованием схем модуляции высокого порядка. Эта технология продолжает развиваться, и мы будем использовать технологии микроволновой связи для доступа к 5G.

    В начале цикла было признано, что для преодоления проблем распространения для систем доступа потребуется адаптивное формирование луча. В отличие от систем точка-точка, формирование диаграммы направленности необходимо адаптировать к пользователям и среде, чтобы доставить полезную нагрузку пользователю. В отрасли принято считать, что гибридные системы MIMO будут использоваться в микроволновом диапазоне и диапазонах низких миллиметровых волн, тогда как в диапазонах V и E, где полоса пропускания большая, системы, вероятно, будут использовать только формирование диаграммы направленности для достижения требуемой пропускной способности.Свч частоты: СВЕРХВЫСОКИХ ЧАСТОТ ДИАПАЗОН | Энциклопедия Кругосвет

    Рис. 1. Блок-схема передатчика с гибридным формированием диаграммы направленности.

    Схема на рисунке 1 изображает блок-схему высокого уровня передатчика с гибридным формированием диаграммы направленности. Приемник можно представить как обратный. Кодирование MIMO выполняется в цифровом разделе вместе с типичной цифровой обработкой радиосигнала. Может быть множество трактов MIMO, обрабатываемых в цифровой секции из различных потоков данных, поступающих в антенную систему. Для каждого потока данных ЦАП преобразует сигнал в аналоговый либо на основной полосе, либо на промежуточной частоте, в зависимости от выбранной архитектуры.Сигнал преобразуется с повышением частоты и разделяется на составляющие радиочастотные тракты для подачи на отдельные антенны. В каждом радиочастотном тракте сигнал обрабатывается, чтобы установить усиление и фазу для формирования луча из антенны.

    Хотя блок-схема упрощена, системные проблемы и компромиссы сложны. В этом кратком изложении темы будут обсуждены только несколько вопросов, но давайте сосредоточимся на архитектуре и проблемах радиосвязи.Свч частоты: СВЕРХВЫСОКИХ ЧАСТОТ ДИАПАЗОН | Энциклопедия Кругосвет Очень важно с самого начала спроектировать эту систему с учетом мощности, размера и стоимости, чтобы эти системы стали реальностью.

    Хотя такие радиостанции могут и строятся сегодня для прототипов систем 5G с использованием дискретных (в основном GaAs) устройств от Analog Devices и наших коллег, нам необходимо обеспечить такой же высокий уровень интеграции в микроволновом пространстве, как и то, что было реализовано в сотовые радиоприемники. Высокая степень интеграции и высокая производительность — серьезная проблема для отрасли.

    Но интеграция сама по себе не решит эту проблему, стоящую перед отраслью. Это должна быть умная интеграция.Когда мы думаем об интеграции, нам нужно сначала рассмотреть архитектуру и разделение, чтобы использовать преимущества интеграции. В этом случае также необходимо учитывать механический и тепловой расчет, поскольку схема и подложка взаимосвязаны.

    Прежде всего, необходимо определить архитектуру, способствующую интеграции. Если мы рассмотрим примеры высокоинтегрированных ИС приемопередатчиков для базовых станций сотовой связи, многие используют архитектуру с нулевой ПЧ (ZIF) для устранения или минимизации фильтрации на пути прохождения сигнала.Свч частоты: СВЕРХВЫСОКИХ ЧАСТОТ ДИАПАЗОН | Энциклопедия Кругосвет В частности, на СВЧ-частоте необходимо минимизировать потери в ВЧ-фильтрах, поскольку генерировать ВЧ-мощность дорого. Хотя ZIF уменьшит проблему с фильтром, конечно же, компромисс — это подавление гетеродина, но мы перекладываем проблему с физических структур на обработку сигналов и алгоритмы. Здесь мы можем использовать закон Мура, согласно которому пассивные микроволновые структуры не следуют той же динамике масштабирования. Для достижения наших целей необходимо воспользоваться возможностью одновременно оптимизировать аналоговую и цифровую технологии.Существует множество алгоритмов и схемотехники, которые использовались на сотовой частоте, которые могут принести пользу микроволновому пространству.

    Далее рассмотрим требования к полупроводниковой технологии. Как упоминалось выше, современные микроволновые системы обычно реализуются с использованием компонентов GaAs. GaAs был основой микроволновой промышленности в течение многих лет, но процессы SiGe преодолевают барьеры высокочастотной работы, чтобы конкурировать с GaAs во многих функциях пути прохождения сигнала.Высокопроизводительные микроволновые процессы SiGe Bi CMOS обеспечивают высокий уровень интеграции, необходимый для этих систем формирования луча, охватывающих большую часть сигнальной цепи, а также вспомогательные функции управления.

    Может потребоваться

    GaAs PA, в зависимости от выходной мощности, необходимой для каждой антенны. Однако даже GaAs PA неэффективны на микроволновой частоте, поскольку они обычно смещены в линейной области. Линеаризация СВЧ PA — это область, которая больше, чем когда-либо прежде, созрела в эпоху 5G.

    А как насчет CMOS? Это тоже соперник? Хорошо задокументировано, что CMOS подходит для масштабирования больших объемов, и это доказано в системах WiGig на частоте 60 ГГц. Учитывая раннюю стадию разработки и неопределенность вариантов использования, сейчас трудно сказать, станет ли CMOS технологическим выбором для радиостанций 5G и когда это будет. В первую очередь необходимо проделать большую работу по моделированию каналов и сценариям использования, чтобы завершить спецификации радиосвязи и определить, где микроволновая КМОП может быть использована в будущих системах.

    Последним соображением в системах 5G является взаимозависимость механической конструкции и разделения РЧ ИС. Учитывая проблемы, связанные с минимизацией потерь, ИС необходимо проектировать с учетом антенны и подложки, чтобы оптимизировать разделение. Ниже 50 ГГц антенна будет частью подложки, и ожидается, что трасса и некоторые пассивные структуры могут быть встроены в подложку. В области интегрированных в подложку волноводов (SIW) ведутся исследования, которые выглядят многообещающими для таких интегрированных структур.В такой конструкции можно будет смонтировать большую часть РЧ-схемы на одной стороне многослойного ламината и направить к антеннам на передней стороне. Радиочастотные ИС могут быть установлены в форме штампа на этом ламинате или в корпусах для поверхностного монтажа. В отраслевой литературе есть хорошие примеры таких структур для других приложений.

    На частотах выше 50 ГГц элементы антенны и расстояние между ними становятся достаточно малыми, чтобы можно было интегрировать структуру антенны в корпус или на нем. Опять же, это область текущих исследований, которые могут продвинуть системы 5G вперед.

    В любом случае РЧ ИС и механическая структура должны иметь кодовую подпись, чтобы гарантировать симметрию при маршрутизации и минимизировать потери. Ни одна из этих работ не была бы возможна без мощных инструментов 3D-моделирования для обширного моделирования, необходимого для этих проектов.

    Несмотря на то, что это краткий обзор проблем, которые 5G ставит перед отраслью СВЧ, существуют безграничные возможности для внедрения инноваций в области радиосвязи в ближайшие годы. Как упоминалось ранее, строгий подход к системному проектированию приведет к оптимальному решению за счет использования лучших технологий во всей сигнальной цепи.В отрасли предстоит проделать большую работу — от разработки процессов и материалов до методов проектирования и моделирования, до высокочастотных испытаний и производства. Все дисциплины должны сыграть свою роль в достижении целей 5G.

    Analog Devices вносит весомый вклад в развитие 5G, используя свои уникальные возможности для микроволновых печей. Наш широкий технологический портфель и постоянное развитие радиочастотных технологий в сочетании с богатой историей в области разработки систем радиосвязи поставили ADI на лидирующую позицию в области разработки новых решений для наших клиентов в микроволновых и миллиметровых диапазонах волн для возникающих систем 5G.

    Как упоминалось в начале статьи, сейчас прекрасное время для работы радиотехником в индустрии беспроводной связи. 5G только начинается, и нам предстоит проделать большую работу по созданию коммерческих радиосетей 5G к 2020 году.

    Микроволновая печь


    2

    Лазеры и терагерцовые волны объединены в камере, которая видит «невидимые» детали

    18 февраля 2020 г. — Группа физиков успешно разработала первую нелинейную камеру, способную делать снимки внутренних пространств твердых объектов с высоким разрешением с использованием терагерцового (ТГц) диапазона…


    Рекордный лазерный луч терагерцового диапазона

    21 января 2020 г. — Терагерцовое излучение используется для проверок безопасности в аэропортах, для медицинских осмотров, а также для проверки качества в промышленности. Однако излучение в терагерцовом диапазоне крайне сложно …


    Балансировка луча: термомеханическая микромашина обнаруживает терагерцовое излучение

    16 мая 2019 г. — Исследователи разработали микроэлектромеханическое устройство, регистрирующее терагерцовое излучение при комнатной температуре.Это устройство простое в использовании, намного быстрее, чем обычные термодатчики, очень …


    Терагерцовый приемник для беспроводной связи 6G

    8 сентября 2020 г. — Будущие беспроводные сети 6-го поколения (6G) будут состоять из множества небольших радиоячеек, которые необходимо соединить широкополосными линиями связи. В этом контексте беспроводная передача …


    Изобретение может сделать ускорители частиц в 10 раз меньше

    Сен.24 февраля 2020 г. — Ученые изобрели новый тип структуры ускорителя, который может сделать ускорители, используемые для данного приложения, 10 раз …


    Первый лазерный радиопередатчик

    25 апреля 2019 г. — Исследователи впервые использовали лазер в качестве радиопередатчика и приемника, открыв путь к сверхвысокоскоростному Wi-Fi и новым типам гибридных электронно-фотонных устройств …


    Настраиваемое устройство био-визуализации от Terahertz Plasmonics

    Мар.5 августа 2019 г. — Исследователи разработали простой в использовании настраиваемый биосенсор, адаптированный для терагерцового диапазона. Изображения органов мыши, полученные с помощью их нового устройства, подтверждают, что датчик способен …


    Терагерц ускоряется от 5G до 6G

    3 февраля 2021 г. — Исследователи демонстрируют беспроводную передачу несжатого видео 8K с полным разрешением с использованием терагерцовых волн, ускоряя исследования и разработки Beyond 5G в направлении …


    Технологии сотовой связи шестого поколения

    25 июля 2019 г. — Будущие беспроводные сети передачи данных должны будут достичь более высоких скоростей передачи и более коротких задержек, обеспечивая при этом все большее количество конечных устройств.Исследователи использовали сверхбыстрые электрооптические …


    Терагерцовая спектроскопия переходит в режим одиночных молекул

    3 сентября 2018 г. — Исследователи показали, что длинноволновая терагерцовая (ТГц) спектроскопия может обнаруживать движение отдельных молекул, а не только молекулярных ансамблей. Они использовали конструкцию одномолекулярного транзистора, где пары …


    Микроволновое и радиочастотное излучение

    После Второй мировой войны в телекоммуникационной и других отраслях промышленности произошло много значительных технологических достижений.Одним из них является более широкое использование радиочастотного, то есть микроволнового и радиоволнового, радиационного оборудования. Такое оборудование широко используется в сфере радиовещания и связи в виде сотовых телефонов и вышек; в сфере здравоохранения для лечения; в пищевой промышленности для обработки и приготовления пищи; в деревообрабатывающей, текстильной и стекловолоконной промышленности для сушки материалов; а также в автомобильной, электротехнической, резиновой и пластмассовой промышленности для операций плавления и герметизации.

    По оценкам Национального института безопасности и гигиены труда (NIOSH), миллионы американских рабочих работают с оборудованием радиочастотного излучения и подвергаются его воздействию. Члены CWA, которые подвергаются воздействию радиочастотного излучения, включают технических специалистов по обслуживанию микроволновых и радиоволновых систем электросвязи, а также техников, работающих на предприятии, операторов компьютеров (электронно-лучевых трубок), сотрудников, которые используют микроволновые печи на работе, операторов оборудования для радиочастотного излучения, рабочих на производстве и работников здравоохранения. работники по уходу, которые контактируют с медицинским оборудованием для диатермии или работают с ним.

    Радиочастота, то есть микроволновое и радиоволновое излучение, представляет собой особый компонент электромагнитного спектра. Радиочастотное излучение находится в неионизирующей части спектра. Неионизирующее излучение включает более низкие частоты в электромагнитном спектре, такие как ультрафиолетовый и видимый свет, инфракрасный, микроволновый и радиоволны (см. Таблицу I).

    Электромагнитное излучение состоит из колеблющихся электрической и магнитной энергии или полей, движущихся в пространстве.Например, электрический ток в цепи передатчика создает электрические и магнитные поля в области вокруг себя. По мере того как электрический ток движется вперед и назад, поля продолжают нарастать и разрушаться, образуя электромагнитное излучение. Это электромагнитное излучение характеризуется длиной волны и частотой вибрации.

    Микроволновое и радиоволновое излучение можно отнести к категории непрерывных волн

    (например, оборудование связи), прерывистый (микроволновые печи, медицинское оборудование для диатермии и радиочастотное оборудование) или импульсный режим (радиолокационные системы).При попадании на объект микроволновое и радиочастотное излучение может передаваться, отражаться или поглощаться.

    При измерении эмиссии радиочастотного излучения мощность источника следует измерять по напряженности поля. Интенсивность следует измерять в единицах плотности мощности. Плотность мощности — это количество энергии, переносимой радиочастотным, то есть микроволновым или радиоволновым излучением, которое каждую секунду проходит через квадратную меру пространства. Энергия, переносимая микроволновым и радиоволновым излучением, выражается в милливаттах на квадратный сантиметр (мВт / см (2) = 1/1000 ватта) или микроваттах на квадратный сантиметр (мкВт / см (2) = 1/1000 от милливатт).

    Воздействие на здоровье

    Различные виды излучения по-разному влияют на человеческий организм. Например, ионизирующее излучение, которое содержит огромное количество энергии и проникающей способности, вызовет изменения в молекулярной системе организма. С другой стороны, как уже отмечалось, неионизирующее излучение работает на гораздо более низких частотах и ​​не считается таким вредным для человеческого организма, как ионизирующее излучение. Тип излучения, которому наиболее часто подвергаются члены CWA, — это неионизирующее излучение, например.g., радиочастота, т. е. микроволновое и радиоволны, излучение.

    Однако известно, что воздействие неионизирующего радиочастотного излучения может вызывать серьезные биологические эффекты. Когда высокочастотное радиочастотное излучение, то есть микроволновое излучение, проникает в тело, облученные молекулы перемещаются и сталкиваются друг с другом, вызывая трение и, таким образом, тепло. Это называется тепловым эффектом. Если излучение достаточно мощное, ткань или кожа нагреваются или обжигаются.Такое воздействие на здоровье может быть или не быть обратимым, в зависимости от конкретной ткани или органа, которые подвергаются воздействию, интенсивности излучения, частоты и продолжительности воздействия, температуры и влажности окружающей среды, а также эффективности рассеивания тепла организмом.

    В настоящее время накоплен значительный объем научных данных, устанавливающих отрицательные последствия для здоровья, связанные с микроволновым излучением. Например, было продемонстрировано, что микроволновое излучение может вызывать повреждение глаз и яичек.Эти органы очень уязвимы для радиационного поражения, потому что в них мало кровеносных сосудов. Следовательно, они не могут циркулировать кровь и рассеивать тепло от излучения так же эффективно, как другие органы.

    Еще одна проблема для здоровья связана с повреждением глаз. Например, несколько научных исследований показали, что катаракта у людей и лабораторных животных возникла в результате интенсивного нагрева высокочастотным микроволновым излучением. Такие данные показали, что особенно важным фактором, определяющим причину катаракты, вызванной микроволновым излучением, являются временные интервалы между воздействиями, т.е.е. считается, что увеличенные интервалы времени между воздействиями дают восстановительным или защитным механизмам организма больше возможностей для ограничения повреждения линзы глаза.

    Как уже отмечалось, микроволновое излучение может также вызвать повреждение мужских семенников / репродуктивных органов. В частности, ученые продемонстрировали, что воздействие микроволнового излучения может привести к частичному или постоянному бесплодию. Кроме того, некоторые научные данные предполагают аналогичные эффекты, связанные с воздействием микроволн и проблемами репродуктивной системы женщин.Кроме того, научная литература указывает на взаимосвязь между воздействием микроволнового излучения и врожденными дефектами, такими как монголизм (синдром Дауна) и повреждением центральной нервной системы.

    Воздействие радиоволнового излучения может привести к нетепловой реакции, которая вызывает такие же молекулярные взаимодействия, как и при тепловом эффекте, но без нагревания пораженной ткани или органа. Место поглощения энергии зависит от частоты, то есть воздействие низкочастотного неионизирующего радиочастотного излучения (теоретически) проникает через кожу и вызывает молекулярные взаимодействия, аналогичные тем, которые вызываются высокочастотным радиочастотным излучением.Такая нетепловая реакция усложняется тем, что система предупреждения и нагрева тела может не обеспечивать защиты, поскольку энергия поглощается в местах ниже нервов.

    Очевидно, что обзор медицинской и научной литературы указывает на огромную потребность в дополнительных научных исследованиях. Такие исследования должны быть сосредоточены на воздействии микроволнового и радиоволнового излучения на человека. Особый упор необходимо сделать на долгосрочном низком уровне биологического воздействия микроволнового и радиоволнового излучения.Такие исследования особенно важны для того, чтобы вопрос о воздействии потенциально вредного микроволнового и радиоволнового излучения от микроволновых и радиоволновых передатчиков и воздействии на здоровье человека мог быть более адекватно определен.

    Дополнительной проблемой для здоровья при работе с радиочастотным оборудованием является поражение электрическим током. Это может произойти, когда в ненормальных условиях оператор стоит в воде и контактирует с цепью высокочастотного генератора.

    Контроль над опасностями

    Работодатели должны обеспечить работникам, потенциально подвергающимся микроволновому и радиоволновому излучению, безопасное и здоровое рабочее место. Это означает, что работодатели должны внедрять технические средства контроля для минимизации или устранения потенциального воздействия, проводить всестороннее обучение потенциально опасным условиям труда и внедрять программы медицинского наблюдения.

    Наиболее эффективным способом устранения и / или минимизации профессионального воздействия радиочастотного микроволнового и радиоволнового излучения является использование технических средств контроля.Например, источник потенциальной проблемы, т. Е. Излучающее излучение оборудование, должно быть закрыто или эффективно экранировано, или работник должен быть отделен от источника. Это требование одинаково важно для всех рабочих, подвергающихся воздействию микроволнового и радиоволнового излучения. Если технический контроль не может быть реализован, следует предоставить и использовать средства индивидуальной защиты, такие как защитная одежда и очки.

    Кроме того, работодатели должны проводить комплексное обучение потенциально опасным условиям труда.Такая программа может состоять из письменных и / или аудиовизуальных материалов, в которых подробно описываются потенциальные опасности для безопасности и здоровья, последствия воздействия для здоровья, методы контроля, процедуры первой помощи, использование предупреждающих знаков и этикеток, а также определение зон ограниченного доступа. .

    Работодатели должны также внедрить программы медицинского наблюдения, которые обеспечили бы работникам регулярные медицинские осмотры, специфичные для любых биологических эффектов, возникающих в результате профессионального радиочастотного облучения.Потенциальные преимущества медицинского наблюдения включают: оценку физической пригодности сотрудников для безопасного выполнения работы (состоящую из медицинского и профессионального анамнеза, а также физикального обследования), биологический мониторинг воздействия определенного агента и раннее обнаружение любого биологические повреждения или последствия. Кроме того, документально подтвержденные последствия для здоровья позволят работнику и его / его врачу сделать обоснованные выводы о дальнейшем воздействии.

    Стандарт OSHA

    Стандарт OSHA для электромагнитного излучения (который не распространяется на низкочастотное радиочастотное микроволновое или радиоволновое излучение) составляет 10 мВт / см (2) (милливатт на квадратный сантиметр) как среднее значение по любому возможному 0.Период 1 час. Это означает следующее:

    Плотность мощности: 10 мВт / см (2) (милливатт-час на квадратный сантиметр) в течение 0,1 часа или более.

    Плотность энергии: 1 мВт / см (2) (милливатт-час на квадратный сантиметр) в течение любого периода 0,1 часа.

    Стандарт основан на исследовании, проведенном в 1953 году, по изучению порога термического (теплового) повреждения тканей. (В частности, количество радиации, которое может вызвать развитие катаракты). Плотность мощности, необходимая для образования катаракты, составляла приблизительно 100 мВт / см (2), к которой применялся коэффициент безопасности 10.Таким образом, был установлен максимально допустимый уровень 10 мВт / см (2).

    К сожалению, как уже отмечалось, стандарт OSHA не обеспечивает покрытие для низкочастотного радиочастотного микроволнового и радиоволнового излучения. Таким образом, учитывая обеспокоенность участвующих ученых и практиков, три неправительственные организации, например, Американский национальный институт стандартов (ANSI) и Институт инженеров по электротехнике и радиоэлектронике (IEEE), а также Национальный совет по радиационной защите и измерениям ( NCRP), разработала и выпустила два различных добровольных руководства по радиочастотному микроволновому и радиоволновому излучению.В свою очередь, в 1996 году Федеральная комиссия по связи перевела эти добровольные руководящие принципы в рекомендуемые критерии воздействия (см. Таблицу II).

    Что ты умеешь?

    Все члены CWA должны убедиться, что их работодатель поддерживает безопасные и здоровые условия труда. Ключом к обеспечению безопасности на рабочем месте для всех членов CWA являются сильные и активные местные комитеты по безопасности и охране здоровья. Комитет может определить опасные условия на рабочем месте и обсудить их с руководством.Если работодатель отказывается сотрудничать, комитет может запросить проверку OSHA. Комитет всегда должен координировать свою деятельность через местных должностных лиц, представителей CWA и согласованные комитеты по безопасности и гигиене труда. Кроме того, члены CWA могут получить информацию и помощь по телефону:

    CWA Департамент охраны труда и здоровья
    501 Third Street, N.W.
    Вашингтон, округ Колумбия 20001-2797
    Веб-страница: www.cwasafetyandhealth.org
    Телефон: (202) 434-1160.

    Разработан в 1981 году и пересмотрен в 1991, 1993, 1994, 2000, 2002, 2004, 2009, 2013 и 2017 годах.


    Посмотреть все информационные бюллетени о здоровье и безопасности CWA

    Что такое микроволны? | Живая наука

    Микроволны — это разновидность электромагнитного излучения, равно как и радиоволны, ультрафиолетовое излучение, рентгеновские лучи и гамма-лучи. У микроволновых печей есть ряд применений, включая связь, радар и, возможно, наиболее известное большинству людей, приготовление пищи.

    Электромагнитное излучение передается волнами или частицами с разными длинами волн и частотами.Этот широкий диапазон длин волн известен как электромагнитный спектр электромагнитного спектра). Спектр обычно делится на семь областей в порядке уменьшения длины волны и увеличения энергии и частоты. Обычные обозначения — это радиоволны, микроволны, инфракрасный (ИК), видимый свет, ультрафиолет (УФ), рентгеновские лучи и гамма-лучи. Микроволны находятся в диапазоне электромагнитного спектра между радио- и инфракрасным светом.

    Электромагнитный спектр, от самых высоких до самых низких частот.(Изображение предоставлено Shutterstock)

    Микроволны имеют частоты в диапазоне от примерно 1 миллиарда циклов в секунду или 1 гигагерц (ГГц) до примерно 300 гигагерц и длины волн от примерно 30 сантиметров (12 дюймов) до 1 миллиметра (0,04 дюйма), соответственно. в Британскую энциклопедию. В соответствии с книгой Джинджер Батчер «Путешествие по электромагнитному спектру» этот регион делится на несколько диапазонов с такими обозначениями, как L, S, C, X и K.

    Связь и радар

    По данным Федеральной комиссии по связи (FCC), микроволны используются в основном в системах связи точка-точка для передачи всех типов информации, включая голос, данные и видео, как в аналоговом, так и в цифровом форматах.Они также используются для диспетчерского управления и сбора данных (SCADA) для удаленного оборудования, переключателей, клапанов и сигналов.

    Еще одно важное применение микроволн — радар. Слово «радар» изначально было аббревиатурой от RAdio Detection And Ranging. До Второй мировой войны британские радиоинженеры обнаружили, что коротковолновые радиоволны могут отражаться от удаленных объектов, таких как корабли и самолеты, а возвращаемый сигнал может быть обнаружен с помощью высокочувствительных направленных антенн, чтобы можно было определить присутствие и местоположение этих объектов. .Использование термина «радар» стало настолько распространенным, что теперь это слово само по себе, и может относиться к системам, использующим микроволны или радиоволны.

    Малоизвестным историческим фактом является то, что ранняя радарная установка была построена на мысе Кахуку на самой северной оконечности острова Оаху. Согласно веб-сайту штата Гавайи, станция фактически обнаружила первую волну японских самолетов, направлявшихся для атаки на Перл-Харбор, когда они находились на расстоянии 132 миль (212 километров). Однако, поскольку система проработала всего две недели, она была признана ненадежной, и предупреждение было проигнорировано.В ходе войны радар был усовершенствован и усовершенствован, и с тех пор он стал важным элементом национальной обороны и управления гражданским воздушным движением.

    Радар нашел много других применений, в некоторых из которых используется эффект Доплера. Пример эффекта Доплера может быть продемонстрирован на приближающейся машине скорой помощи: когда она приближается, звук сирены, кажется, усиливается, пока он не пронесется мимо. Затем, по мере того, как сирена уходит вдаль, звук сирены становится все тише.

    Роберт Маянович, профессор физики в Университете штата Миссури, сказал, что доплеровский радар, который часто использует микроволны, используется для управления воздушным движением и контроля скорости движения транспортных средств.Когда объект приближается к антенне, возвращающиеся микроволны сжимаются и, таким образом, имеют более короткую длину волны и более высокую частоту. И наоборот, обратные волны от удаляющихся объектов имеют удлиненную форму, более длинную волну и более низкую частоту. Измеряя этот частотный сдвиг, можно определить скорость объекта по направлению к антенне или от нее.

    Общие применения этого принципа включают в себя простые детекторы движения, радары для ограничения скорости, радарные высотомеры и метеорологические радары, которые могут отслеживать трехмерное движение капель воды в атмосфере.Эти приложения называются активным зондированием, потому что микроволны передаются, а отраженные сигналы принимаются и анализируются. При пассивном зондировании наблюдаются и анализируются естественные источники микроволн. Многие из этих наблюдений проводятся со спутников, которые смотрят либо на Землю, либо в космос.

    Микроволновые источники тепла

    Одно из наиболее распространенных применений микроволн — быстрое нагревание пищи. Микроволновые печи возможны, потому что микроволны могут использоваться для передачи тепловой энергии.Открытие этого явления было чисто случайным. В своей книге «Они все смеялись …: от лампочек до лазеров: увлекательные истории о великих изобретениях, которые изменили нашу жизнь» (HarperCollins, 1992) автор Ира Флэтоу рассказывает историю изобретения микроволновой печи. печь: «Вскоре после Второй мировой войны Перси Л. Спенсер, гений электроники и герой войны, посещал одну из своих лабораторий в компании Raytheon. Спенсер остановился перед магнетроном, силовой трубкой, которая приводит в действие радар.Внезапно он заметил, что шоколадный батончик в его кармане начал таять ». Дальнейшее расследование привело его к изготовлению первой партии попкорна для микроволновой печи, а также первого взрывающегося яйца.

    Первые микроволновые печи были довольно большими и дорогими, но они с тех пор стали настолько доступными, что стали обычным явлением в домах по всему миру.Системы микроволнового нагрева также используются в ряде промышленных приложений, включая пищевую, химическую и материальную обработку как в периодическом, так и в непрерывном режиме.

    Этот панорамный вид плато Чаджнантор в Чили показывает антенны Большой миллиметровой / субмиллиметровой решетки Атакамы (ALMA) на фоне захватывающего дух звездного ночного неба. (Изображение предоставлено: ESO / B. Tafreshi)

    Естественные микроволновые источники

    Радиоастрономы проводят наблюдения в микроволновом диапазоне, но из-за ослабления в атмосфере большинство этих исследований проводится с использованием высотных аэростатов или спутников. Однако, пожалуй, самое известное наблюдение внеземных микроволн было проведено двумя учеными Bell Labs, работающими над телекоммуникационной системой с использованием большой наземной рупорной антенны.

    Согласно сайту NASA Science: «В 1965 году, используя длинные микроволны L-диапазона, Арно Пензиас и Роберт Уилсон, ученые из Bell Labs, совершенно случайно сделали невероятное открытие: они обнаружили фоновый шум с помощью специального малошумящего устройства. Антенна. Странным в этом шуме было то, что он шел со всех сторон и, казалось, не сильно различается по интенсивности. Если этот статический шум исходил от чего-то на нашей планете, например, радиопередач с ближайшего диспетчерского пункта аэропорта, он придет только с одного направления, а не отовсюду.Ученые Bell Lab вскоре поняли, что они случайно обнаружили космическое микроволновое фоновое излучение. Это излучение, которое заполняет всю Вселенную, является ключом к его началу, известному как Большой взрыв ».

    Пензиас и Уилсон были удостоены Нобелевской премии по физике 1978 года за свое открытие. С тех пор космическое микроволновое фоновое излучение было нанесено на карту с помощью с большой точностью со спутников. Эти наблюдения выявили мельчайшие колебания температуры, которые в конечном итоге превратились в скопления галактик, которые мы видим сегодня.

    Анализ этого фонового излучения также дал астрономам ключи к разгадке состава Вселенной, и теперь ученые считают, что около 95 процентов космоса состоит из материи и энергии, которые нельзя «ощутить» с помощью обычных инструментов, что приводит к называет темную материю и темную энергию. Будущий анализ этого фонового излучения может пролить дополнительный свет на то, что произошло вскоре после рождения Вселенной — и, возможно, даже до того, как эта Вселенная существовала, согласно некоторым космическим моделям.

    Дополнительный отчет Чарльза К. Чоя, автора Live Science.

    Дополнительные ресурсы

    Hackaday.com показывает, как сделать электронику для доплеровского датчика движения.

    .