ميكروويڤ

الميكروويڤ Microwaves هي موجات كهرومغناطيسية ذات طول موجة يتراوح بين 1 مم إلى 300 مم، أو تردد بين 300 ميگاهرتز و 300 گيگاهرتز.

الطيف الكهرومغناطيسي وموضح فيه الضوء العادي

وتنتقل الموجات المتناهية الصغر في خطوط مستقيمة. ويمكن عكس الموجات المتناهية الصغر وتركيزها تماما كموجات الضوء، إلا أنها تمر بسهولة من خلال المطر، والدخان، والضباب، الذي يحجب موجات الضوء، كما أنها تستطيع الانتقال عبر الغلاف الأيوني الذي يحيط بالأرض، والذي يحجب أو يعكس موجات الراديو الأطول. ومن ثم، فإن الموجات القصيرة مناسبة لاتصالات الأقمار الصناعية البعيدة المدى وللتحكم في الملاحة.

أصبحت الموجات المتناهية الصغر معروفة لدى الناس من خلال استخدام الرادار في الحرب العالمية الثانية (1939 – 1945م). واليوم يستخدم كثير من أنظمة اتصالات الأقمار الصناعية الموجات المتناهية الصغر. وتقوم أجهزة البث التي تعمل على الموجات المتناهية الصغر في التلفاز بإرسال برامج من آلات التصوير المحمولة في الميدان إلى جهاز البث في محطة التلفاز. ومن ثم يصبح من السهولة بمكان إرسال هذه البرامج بوساطة الأقمار الصناعية إلى مناطق مختلفة من العالم. وتستطيع الموجات المتناهية الصغر بث الصور والمواد المطبوعة بعملية تُسمَّى الألترافاكس. وبإمكان الموجات المتناهية الصغر أن تقوم بطهي الطعام في الأُفران.

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

تاريخ

الميكروويف هي موجات الكترو – مغناطيسية موجودة في الغلاف الجوي المحيط بكوكبنا وأول من اكتشف وجود هذه الموجات كان عالم الرياضيات جيمس كلارك مكسويل في عام 1864 وقد توصل إليها من خلال معادلاته الحسابية إلى أن جاء هنريك هيرتز ليكون أول من أثبت وجودها ماديا وعلميا في عام 1888.^[1]

اكتشافها

تواجد الموجات الكهرومغناطيسية, منها الأمواج الميكروية التي هي جزء من الطيف الترددي ، تنبأ بها جيمس كلارك ماكسويل في عام 1864 من المعادلات. في عام 1888 ، كان هاينريش هيرتز أول من أظهر وجود موجات كهرومغناطيسية من خلال بناء جهاز أنتج واكتشف موجات ميكروويڤ في منطقة الموجات الديسيمترية (UHF). استخدم التصميم بشكل أساسي مواد الخيول والعربات التي تجرها الدواب ، بما في ذلك حوض الحصان ، وشرارة نقطة من الحديد المطاوع ، Leyden jar s ، وطول ميزاب الزنك الذي يعمل المقطع العرضي المكافئ لهوائي انعكاسي. في عام 1894 جي. سي. بوز علنا تحكم لاسلكي في الجرس باستخدام أطوال موجية مليمترية ، وأجرى بحثًا في انتشار الأمواج الميكروية.

مخطط انتقال ذروة الغلاف الجوي على قمة مونا كيا في جميع أنحاء نطاق غيغاهرتز من الطيف الكهرومغناطيسي عند مستوى بخار الماء الراسب 0.001 مم. (محاكاة)

مصادر الميكروويف

تعمل الأجهزة القائمة على الأنبوب المفرغ على الحركة القذفية للإلكترونات في الفراغ تحت تأثير التحكم في المجالات الكهربائية أو المغناطيسية ، وتشمل ماگنترون و كلايسترون و أنبوب الموجة المتنقل (TWT) و گايروتون. تعمل هذه الأجهزة في وضع تضمين كثافة ، بدلاً من وضع التضمين الحالي. وهذا يعني أنها تعمل على أساس كتل الإلكترونات التي تطير من خلالها بشكل باليستي قذفي ، بدلاً من استخدام تيار مستمر.

ميزر جهاز مشابه لـ ليزر ، باستثناء أنه يعمل على ترددات الموجات الميكروية.

تتضمن مصادر الحالة الصلبة ترانزستور التأثير الحقلي ،بترددات أقل على الأقل، الديودات النفقية و ديودات گن.

الإستعمالات

A microwave telecommunications tower on Wrights Hill in Wellington, New Zealand

الاتصالات

قبل ظهور انتقال الألياف الضوئية ، تم نقل معظم المكالمات الهاتفية بالألياف الضوئية عبر وصلات ميكروويڤ من نقطة إلى نقطة عبر مواقع مثل AT&T Long Lines. بدءًا من أوائل الخمسينيات ، تم استخدام تعدد الإرسال بتقسيم التردد لإرسال ما يصل إلى 5400 قناة هاتفية على كل قناة راديو بميكروويڤ ، مع ما يصل إلى عشر قنوات راديو مدمجة في هوائي واحد لـ "القفزة" إلى الموقع التالي ، حتى 70 كم.

الشبكة المحلية اللاسلكية الپروتوكول ، مثل بلوتوث و IEEE 802.11 ، تستخدم أيضًا ميكروويڤ في 2.4 GHz ISM كنطاق ، على الرغم من أن 802.11a يستخدم ترددات نطاق ISM و U-NII في نطاق 5 GHz. يمكن العثور على خدمات الوصول إلى الإنترنت اللاسلكي المرخصة بعيدة المدى (حتى حوالي 25 كم) في العديد من البلدان (ولكن ليس الولايات المتحدة الأمريكية) في نطاق 3.5-4 GHz.

شبكات المنطقة المركزية: بروتوكولات MAN ، مثل WiMAX (إمكانية التشغيل التفاعلي في جميع أنحاء العالم للوصول إلى الميكروويڤ) المستندة إلى مواصفات IEEE 802.16. تم تصميم مواصفات IEEE 802.16 للعمل من 2 إلى 11 GHz . التطبيقات التجارية في نطاقات 2.3 GHz ، 2.5 GHz ، 3.5 GHz و 5.8 GHz .

منطقة واسعة النطاق العريض للمحمول الوصول اللاسلكي: پروتوكولات MBWA المستندة إلى مواصفات المعايير مثل IEEE 802.20 أو ATIS / ANSI HC-SDMA (مثل iBurst) مصممة للعمل بين 1.6 و 2.3 GHz لإعطاء خصائص التنقل والتنقل داخل المباني مماثلة للهواتف المحمولة ولكن بكفاءة طيفية أكبر بكثير.

تلفزيون الكابل و الإنترنت للوصول إلى كبل محوري وكذلك البث التلفزيوني استخدام بعض الميكرويڤ ذات الترددات المنخفضة. بعض شبكات الهاتف المحمول ، مثل GSM ، تستخدم أيضًا ترددات ميكروويڤ أقل.

يستخدم راديو الميكروويڤ في البث و الاتصالات لأنه بسبب طول الموجة القصيرة ، تكون الهوائيات عالية التوجيه أصغر وبالتالي تكون أكثر عملية مما ستكون عليه في الأطوال الموجية الأطول (الترددات المنخفضة). كما أن هناك عرض نطاق أكثر في طيف الميكروويڤ من بقية الطيف الراديوي ؛ عرض النطاق الترددي القابل للاستخدام أقل من 300 MHz أقل من 300 MHz بينما يمكن استخدام العديد من GHz فوق 300 MHz. عادةً ، يتم استخدام الميكروويڤ ة في الأخبار التلفزيونية لإرسال إشارة من موقع بعيد إلى محطة تلفزيون من شاحنة صغيرة مجهزة خصيصًا.

الإستشعار عن بعد

يستخدم الرادار أشعة الميكروويڤ لاكتشاف المدى والسرعة والخصائص الأخرى للأجسام البعيدة. تم تسريع تطوير الرادار خلال الحرب العالمية الثانية بسبب فائدته العسكرية العظيمة. يستخدم الرادار الآن على نطاق واسع لتطبيقات مثل مراقبة الحركة الجوية ، وملاحة السفن ، و حدود السرعة التنفيذ.

يتم استخدام مذبذب ديود گن ودليل الموجة ككاشف للحركة لفتحات الأبواب الأوتوماتيكية (على الرغم من استبدالها بأجهزة الموجات فوق الصوتية).

معظم علم الفلك الراديوي يستخدم الموجات الدقيقة.

التصوير بالموجات الدقيقة ؛ "انظر التصوير الضوئي الصوتي في الطب الحيوي"

الملاحة

نظام الملاحة العالمي الساتلي (GNSS) بما في ذلك بث نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) الأمريكي والإذاعي الروسي ГЛОбальная НАвигационная Спутниковая Система (GLONASS) لبث إشارات ملاحية في نطاقات مختلفة بين حوالي 1.2 GHz و 1.6 GHz.

القوة

يمر فرن الميكروويڤ بإشعاع الأمواج الميكروية (غير المؤين) (بتردد قريب من 2.45 GHz) من خلال الطعام ، مما يتسبب في التسخين الكهربائي عن طريق امتصاص الطاقة في الماء والدهون والسكر الموجود في الطعام. أصبحت أفران المايكروويڤ من أدوات المطبخ الشائعة في الدول الغربية في أواخر السبعينيات ، بعد تطوير المغناطيس المجوف غير المكلف.

يستخدم تسخين الميكروويڤ في العمليات الصناعية لتجفيف ومعالجة المنتجات.

تستخدم العديد من تقنيات معالجة أشباه الموصلات الميكروويڤ لتوليد الپلازما لأغراض مثل النقش الأيوني التفاعلي وتعزيز پلازما ترسيب البخار الكيميائي (PECVD ).

يمكن استخدام الميكروويڤ في قدرة الإرسال عبر مسافات طويلة ، وتم إجراء بحث في الحرب العالمية الثانية لفحص الاحتمالات. عملت ناسا في السبعينيات وأوائل الثمانينيات للبحث في إمكانيات استخدام أنظمة ساتل الطاقة الشمسية (SPS) مع المصفوفات الشمسية التي من شأنها أن تنقل الطاقة إلى سطح الأرض عبر الميكروويڤ.

توجد أسلحة أقل من الفتاكة تستخدم الميكروويڤ لتسخين طبقة رقيقة من جلد الإنسان إلى درجة حرارة لا تطاق لجعل الشخص المستهدف يبتعد. يؤدي الاندفاع لمدة ثانيتين من الشعاع المركز 95 GHz إلى تسخين الجلد إلى درجة حرارة 130 فهرنهايت (54 درجة مئوية) على عمق 1/64 من البوصة (0.4 ملم). تستخدم القوات الجوية للولايات المتحدة و المارينز حاليًا هذا النوع من نظام الإبعاد النشط.^[2]

حزم تردد الميكروويڤ

يُعرف طيف الميكروويڤ عادةً بأنه الطاقة الكهرومغناطيسية التي تتراوح من حوالي 1 GHz إلى 1000 GHz في التردد ، ولكن الاستخدام الأقدم يشمل الترددات المنخفضة. تقع معظم التطبيقات الشائعة ضمن النطاق من 1 إلى 40 GHz . نطاقات التردد للميكروويڤ ، كما تم تعريفها بواسطة جمعية راديو بريطانيا العظمى (RSGB) ، موضحة في الجدول أدناه:

نطاقات تردد الميكروويڤ
التعيين	نطاقات التردد
L band	1 to 2 GHz
S band	2 to 4 GHz
C band	4 to 8 GHz
X band	8 to 12 GHz
K_u band	12 to 18 GHz
K band	18 to 26.5 GHz
K_a band	26.5 to 40 GHz
Q band	30 to 50 GHz
U band	40 to 60 GHz
V band	50 to 75 GHz
E band	60 to 90 GHz
W band	75 to 110 GHz
F band	90 to 140 GHz
D band	110 to 170 GHz (Hot)

يُستخدم المصطلح P band أحيانًا في Ku Band. لتعريفات أخرى انظر Letter Designations of Microwave Bands

التأثير على الصحة

مقال رئيسي: Electromagnetic radiation and health

تحتوي الميكروويڤ على طاقة غير كافية لتغيير المواد كيميائيًا بشكل مباشر عن طريق التأين ، وكذلك مثال للإشعاع غير المؤين. تشير كلمة "إشعاع" إلى حقيقة أن الطاقة يمكن أن تشع ، وليس إلى الطبيعة والآثار المختلفة لأنواع مختلفة من الطاقة. على وجه التحديد ، لا ينبغي الخلط بين المصطلح في هذا السياق و النشاط الإشعاعي.

تم إجراء عدد كبير من الدراسات في العقدين الماضيين ، وخلص معظمها إلى أنها آمنة. من المفهوم أن إشعاع الميكروويڤ عند مستوى يسبب تسخين الأنسجة الحية أمر خطير (بسبب إمكانية ارتفاع درجة الحرارة والحروق) ومعظم البلدان لديها معايير تحد من التعرض ، مثل Federal Communications Commission RF safety regulations.

تشير المراجعات التركيبية للأدبيات إلى غلبة سلامتها على الاستخدام.^[3]^[4]

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

التاريخ والأبحاث

ربما يكون أول استخدام رسمي موثق لمصطلح "ميكروويڤ" في عام 1931:

"عندما تم الكشف عن تجارب ذات أطوال موجية منخفضة تصل إلى 18 سم ، كان من المفاجئ غير الواضح أن مشكلة الميكروويڤ قد تم حلها قريبًا". "تلگراف ومجلة الهاتف" السابع عشر. 179/1

ربما كان أول استخدام لكلمة "ميكروويف" في سياق فلكي قد حدث عام 1946 في مقال بعنوان "إشعاع الميكروويڤ من الشمس والقمر" بقلم روبرت ديكي و روبرت بيرينجر. بالنسبة لبعض التاريخ في تطوير النظرية الكهرومغناطيسية المطبقة على تطبيقات الميكروويڤ الحديثة ، انظر الأشكال التالية:

مجالات محددة للبحث والعمل على تطوير الميكروويڤ وتطبيقاتها:

عمل محدد على الميكروويڤ
العمل الذي يقوم به	منطقة عمل
Barkhausen and Kurz	Positive grid oscillators
Hull	Smooth bore magnetron
Varian Brothers	Velocity modulated electron beam → klystron tube
Randall and Boot	Cavity magnetron

انظر أيضاً

المصادر

^ محمد الخولي (2007-09-21). "100 سنة من العلم والابتكار - رحلة فكرية مع مخترعات القرن العشرين". جريدة البيان الإماراتية. Retrieved 2008-12-30.
^ Raytheon's Silent Guardian millimeter wave weapon
^ Dugauquier C. – Effects of exposure to electromagnetic fields (microwaves) on mammalian pregnancy. Litterature review – Médecine et Armées, 2006; 34 (3): 215-218
^ Heynick C. et al. – Radio Frequency Electromagnetic Fields: Cancer,Mutagenesis, and Genotoxicity – Bioelectromagnetics Supplement, 2003; 6:S74-S100 .

وصلات خارجية

الكلمات الدالة:

[1] محمد الخولي (2007-09-21). "100 سنة من العلم والابتكار - رحلة فكرية مع مخترعات القرن العشرين". جريدة البيان الإماراتية. Retrieved 2008-12-30.

[2] Raytheon's Silent Guardian millimeter wave weapon

[3] Dugauquier C. – Effects of exposure to electromagnetic fields (microwaves) on mammalian pregnancy. Litterature review – Médecine et Armées, 2006; 34 (3): 215-218

[4] Heynick C. et al. – Radio Frequency Electromagnetic Fields: Cancer,Mutagenesis, and Genotoxicity – Bioelectromagnetics Supplement, 2003; 6:S74-S100 .

[1]

[2]

[3]

[4]