Mikrohullám

Ez az oldal a mikrohullámú sugárzásról szól. Az eszköz, ami ezt használja, például a mikrohullámú sütő

A mikrohullámok olyan elektromágneses hullámok, amelyeknek a frekvenciája nagyjából 0,3-300 GHz közötti, ennek megfelelően a hullámhosszuk 1 m–1 mm között van.[1]

A határok nem szigorúak, és a nemrégiben kialakuló terahertzes tudományok megjelenésével módosultak is a korábbi értelmezésekhez képest. A mikrohullámok a rádióhullámok nagyobb frekvenciájú területét is jelentik egyben, a terahertzes sugárzást pedig a mikrohullámok és a korábban inkább távoli infravörösnek nevezett tartomány között értelmezzük.

A saját nagyságrendjén belül értelmezhető elnevezésekkel a mikrohullámokat az alábbi tartományokra osztjuk:

A mikrohullámú sávok felosztása

szerkesztés
A mikrohullámú sávok felosztása[2][3]
sáv alsávok frekvencia

(GHz)

hullámhossz (cm) megjegyzés
P-sáv 2 0,225 – 0,390 133,3 -76,9
L-sáv 10 (p,c,l,y,t,s,x,k,f,z) 0,390 – 1,550 76,9 – 19,3
S-sáv 13 (e,f,t,c,q,y,g,s,a,w,h,z,d) 1,55 – 5,20 19,3 -5,77
C-sáv 5 (Sz,Sd,Xa,Xq,Xy) 3,90 – 6,20 7,69 – 4,84
X-sáv 12 (a,q,y,d,b,r,c,l,s,x,f,k) 5,20 – 10,90 5,77 – 2,75
K-sáv 12 (p,s,e,c,u,t,q,r,m,n,l,a) 10,90 – 36,00 2,75 – 0,834
Ku-sáv 1 (Ku) 15,35 – 17,25 1,95 – 1,74 K-alsáv
K1-sáv 3 15,35 – 24,5 1,74 – 1,22 K-alsáv
Ka-sáv 1 (Ka) 33,0 – 36,0 0,909-0,834 K-alsáv
Q-sáv 5 (a,b,c,d,e) 36,0 – 46,0 0,834-0,652
V-sáv 5 (a,b,c,d,e) 46,0 – 56,0 0,652-0,536
W-sáv 2 56,00 - 100,0 0,536-0,300
F-sáv 90 – 140
D-sáv 110 – 170

Történelem és kutatás

szerkesztés

Az elektromágneses hullámok létét James Clerk Maxwell jósolta meg 1864-ben híres egyenleteiben. Kísérletileg 1888-ban Heinrich Hertz bizonyította be, hogy a rádióhullámok és a fény egyaránt elektromágneses hullámok. Hertz állított elő először rádióhullámokat, megmérte a hullámhosszukat, és a frekvencia ismeretében megmutatta, hogy a terjedési sebességük megegyezik a fényével.

A mikrohullám kifejezés talán első előfordulása 1931-ben:

„Amikor nyilvánosságra hozták az eredményeket az olyan rövid hullámhosszú hullámokról, mint a 18cm-es, leplezetlen öröm öntött el minket afelől, hogy a mikrohullám problémáját ilyen hamar megoldották.” Telegraph & Telephone Journal XVII. 179/1

A csillagászathoz kapcsolódóan a mikrohullám kifejezés első előfordulása 1946-ból Robert Dicke-től és Robert Beringertől származik.[4][5]

Előfordulása és mesterséges előállítása

szerkesztés
 
Felmetszett magnetron (a mágnes nem látható)

Kozmikus mikrohullámú háttérsugárzás

szerkesztés

Kozmikus eredetű háttérsugárzás formájában a mikrohullámú sugárzás természetes módon jelen van a környezetünkben, az egész világegyetemet kitölti. Energiaeloszlása a 2,725 K hőmérsékletű feketetest-sugárzásának felel meg, ennek maximuma 160,4 GHz-nél, azaz 1,9 mm-es hullámhossznál található és ez éppen a mikrohullámú frekvenciatartományba esik.

A Föld légköre a mikrohullámú frekvenciáknál nagyobb, azaz 300 GHz fölött gyakorlatilag minden elektromágneses sugárzást elnyel, kivéve az úgynevezett optikai (ezen belül is a látható), illetve bizonyos infravörös frekvenciatartományokat.

Előállítása

szerkesztés

Mikrohullámú sugárzást mesterségesen többféleképpen is elő lehet állítani, a módszerek két kategóriába sorolhatók: vákuumcsövekkel és szilárd halmazállapotú eszközökkel. A nagy teljesítményű sugárzás előállítására alkalmas vákuumcsöves eszközökben elektromos és/vagy mágneses mezővel gyorsítják az elektronnyalábot, így hozva létre mikrohullámú sugárzást. Ilyen eszköz a magnetron, klisztron, girotron, turbátor (interdigitális magnetron). A félvezető eszközök – ilyenek például a szilíciumból vagy gallium-arzenidból készültek – elsősorban kisebb teljesítményű sugárzás előállítására használatosak. De léteznek speciális félvezető változatok – mint például a HBT, a MESFET, a HEMT és az LMOS tranzisztorok –, amiket kifejezetten nagyobb teljesítményű mikrohullámú alkalmazásokra fejlesztettek ki.

Alkalmazások

szerkesztés
  • A mikrohullámú sütő egy magnetron mikrohullámú generátort használ arra hogy egy körülbelül 2,5 GHz-es mikrohullámú sugárzást hozzon létre főzés céljából. A mikrohullámok a főzendő ételben a víznek és egyéb vegyületeknek a dipólusos molekuláit rezegtetik, illetve forgatják. A molekulák ilyen rendezetlen rezgéseit a statisztikus fizika hőmérsékletként értelmezi. Tehát minél jobban rezegnek ezek a molekulák, annál melegebbnek érezzük az ételt. Mivel a szerves anyagok többnyire vízből állnak, így az ételt is könnyű ilyen módszerrel melegíteni.
  • A mikrohullámokat műsorszórásban is használják, mivelhogy a mikrohullámok könnyebben hatolnak át a föld atmoszféráján, kisebb zajjal, mint a hosszabb hullámhosszak. Ráadásul sokkal nagyobb a mikrohullámú spektrum sávszélessége, mint más rádiófrekvenciás tartományoké. Egy tipikus alkalmazása például a híradós kocsikból szórt műsor, amelyet különleges földi állomásoknak továbbíthatják a híreket.
  • A radar szintén mikrohullámokat használ arra hogy meghatározza tárgyak távolságát, sebességét és egyéb tulajdonságait.
  • WLAN protokollok, mint a Bluetooth, és az IEEE 802.11g és b is a szabadon felhasználható 2,4 GHz–es frekvenciát használják. A 802.11a szabvány az 5 GHz–es tartományban működik. A korlátozott, hosszútávú (akár 25 km) vezeték nélküli internet-hozzáférési szolgáltatások is sok országban megtalálhatóak (az USA-ban nem) ezek a 3,5 – 4 GHz tartományban működnek.
  • A MAN hálózati protokollok, mint például a WiMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access) is az IEEE 802.16-os specifikáció alapján működnek. Az IEEE 802.16 szabvány eredetileg 2-től 11 GHz-ig működik de a forgalomba került implementációk 2,5, 3,5 és 5,8 GHz-es tartományban működnek.
  • A koaxiális kábelen továbbított kábeltévé és internetszolgáltatások és a felszíni televízió műsorszórás is az alacsonyabb mikrohullámú frekvenciát használják. Bizonyos telefonhálózatok mint például a GSM is az alacsony mikrohullám tartományt használják.
  • Sok félvezető gyártási eljárás is mikrohullámot használ hogy plazmát generáljanak a reaktív-ion maratáshoz illetve a plazmával fokozott kémiai rétegleválasztáshoz.
  • Mikrohullámokkal energiát is lehet átvinni nagy távolságokra, a második világháború utáni kutatások ennek lehetőségeit kutatták. A NASA az 1970-es években dolgozott egy olyan rendszeren, ami orbitális napkollektorok energiáját gyűjtené össze, és küldené le a földre mikrohullámok segítségével.
  • A mézer egy a lézerhez hasonlító eszköz, ami mikrohullámú frekvenciákban működik.

Kapcsolódó szócikkek

szerkesztés

A modern korra is alkalmazható elektromágneses elmélet fejlődéséről lásd a következő cikkeket:

Hivatkozások

szerkesztés
  1. D. M. Pozar, Microwave Engineering („Mikrohullámú mérnöki tudomány”), Third Edition, John Wiley & Sons, Inc., N.J. 2005
  2. Függelék - A.2. táblázat - A mikrohullámú sávok nemzetközi felosztása a frekvencia alapján. (Hozzáférés: 2023. november 28.)
  3. Mikrohullám. (Hozzáférés: 2023. november 28.)
  4. Robert H. Dicke, Robert Beringer, Robert L. Kyhl, and A. B. Vane: Atmospheric Absorption Measurements with a Microwave Radiometer. Phys. Rev. 70, 340 1 September (1946)
  5. Robert H. Dicke, Robert Beringer:Microwave Radiation from the Sun and Moon. THE ASTROPHYSICAL JOURNAL 103:375 • APRIL (1946)

További információk

szerkesztés
  • Kozmikus mikrohullámú háttérsugárzásról [1]