کوتاه درباره امواج ماکرو و میکرو

ساختار ماکرومتری

ماده خواص دیگری هم در ابعاد حجیم دارد که بسیاری از آنها قابل اندازه گیری هستند اما مشاهده نمی شوند. این خواص در محدوده ساختاری به نام میکرو ایجاد می شوند. میکروساختار در مقیاسی بین میلیمتر و میکرومتر قرار دارد.

ماکروویو در جامعه مدرن ما کاربرد های بسیاری دارد.گستره ی وسیع این کاربرد ها از ارسال سیگنال های تلویزیونی در سرتاسر قاره ها تا پخت غذا در اجاق، ظرف چند دقیقه را در بر میگرد.دوکاربرد اولیه ی امواج الکترومغناطیس،مخابرات نقطه به نقطه و رادار را شامل میشود.دراینجا میتوان پرسید "استفاده از فرکانس های ماکروویو در این موارد چه مزایایی دارد؟".

قابلیت تمرکز امواج رادیویی تابعی از اندازه انتن و طول موج مورد نظر است.برای انتنی با اندازه ی ثابت، این قابلیت تمرکز با کاهش طول موج افزایش میابد.مثلا پهنای یک پرتوی رادیویی از یک انتن سهمی به قطر یک متر در1GHz حدود 50 درجه است،درحالی که در  10GHz تنها 5 درجه است.برای برقراری یک ارتباط خوب بین دو نقطه، سیگنال باید دقیقا متمرکز و سپس به سوی انتن گیرنده هدفگیری شود.چون فرکانسهای ماکرو ویو این قابلیت را دارند ،برای ارتباط نقطه به نقطه ی بی سیم ایده ال اند.

جالب است بدانیم که پخش برنامه های رادیو وتلویزیون بر اساس تمرکز امواج نبوده ، بلکه بر این اساس است  که سیگنال های رادیویی در یک ناحیه ی حتی الامکان وسیع انتشار می یابد.به همین دلیل،فرکانس های پخش امواج AM ، FM ، و تلویزیون در گستره ی  ماکروویو بسیار پایین ترند.

درمورد مخابرات نقطه به نقطه در فرکانس های ماکروویو،مثالهای بسیاری وجود دارد.ایستگاه تکرار کننده ماکروویو که در شکل می بینیم برای کسانی که در جاده سفر میکنند منظره ای اشنا است. تعدادی از این ایستگاه ها که با فواصلی در مسیر خط دید یکدیگر قرار گرفته باشند میتوانند بین هر دو شهر در یک کشور ارتباط برقرار کنند.

ایسگاه تکرار کننده، سیگنال ماکروویو را با یک انتن میگیرد ، وپس از عبور از تقویت کننده ان را از طریق یک انتن دیگر به ایستگاه تکرارکننده بعدی میفرستد.فاصله ی بین ایستگاه ها معمولا 25 تا 75 مایل است. با مرتبط ساختن چند ایستگاه از این نوع میتوان به عنوان مثال یک سیگنال تلویوزیون را از نیویورک به هر شهر دیگر در امریکا و کانادا مخابره کرد.از این ارتباط ها ،شرکت وسترن یونیون27 ،شرکت های تلفن ،راه اهن ، خدمات عمومی وبسیاری از صنایع بزرگ نیز استفاده میکنند.

با ترکیبی از ماهواره ها و ارتباط نقطه به نقطه ی ماکروویو میتوان به برقراری ارتباط بین قاره ها دست یافت.مثلا یک سیگنال تلویوزیونی را میتوان از طریق یک انتن زمینی از اروپا به یک ماهواره انتقال داد.این ماهواره سیگنال را دریافت و تقویت کرده ، دوباره به یک انتن بزرگ گیرنده مثلا در شرق امریکا میفرستد.در واقع ،ماهواره مانند یک ایستگاه تکرارکننده  با دکلی به ارتفاع 500 مایل عمل میکند!!!

چون نویز مربوط به جوّ به ویژه در گستره 3GHz  تا 6GHz نا چیز است ، اکثر سیستمهای مخابرات ماهواره ای در این باند فرکانس کار میکنند.

طیف ماکروویو باند وسیعی از فرکانسهارا در برمگیرد که از ان در انتقال اطلاعات به خوبی استفاده میشود.بنابر نظریه ی مخابرات مقدار اطلاعاتی که میتوان انتقال داد مستقیما با پهنای باند موجود متناسب است.بنابراین طیف ماکروویو نسبت به باندهای رادیویی و تلویوزیونی، کانالهای مخابراتی بیشتری را میتواند در خود جای دهد. با نیاز فزاینده به انتقال اطلاعات ،مخابرات ماکروویو نیز در جامعه ی ما هرروز رواج بیشتری میابد.

در انتقال سیگنال های ماکروویو گاهی به جای سیستم های انتن دار از خطوط انتقال استفاده میشود.از خط دو سیمه ی باز غالبا در فرکانس های پایین و مسافتهای کوتاه استفاده میشود ، که مثال ان سیم زوجی تلویوزیون است که انتن را به گیرنده ی تلویوزیون متصل میکند. عیب اصلی این سیم بدون زره بودن ان ودر نتیجه تمایل ان به تابش انرژی است. از سوی دیگر،ساختار خط انتقال هم محور و موجبر ذاتا مجهز به زره بوده ودرنتیجه برای انتقال ماکروویو کم اتلاف انتخاب های مناسب تری هستند.

یکی از مصارف عمده ی کابل های هم محور، در صنعت تلویزیون کابلی است که مانند قارچ درحال رشد است.

کاربرد عمده ی دیگر ماکروویودر سیستم های رادار است.سیستم ها در ردیابی هواپیما ها،هدایت موشکهای ماورای صوت ، مشاهده و ردگیری توده های هوا ، وکنترل ترافیک پرواز  در فرودگاه ها استفاده میشود. رادار همچنین در اژیردزدگیر ، در باز کن گاراژ ، و اشکارسازهای سرعت که مورد  استفاده ی پلیس است به کار میرود.قابلیت تمرکز دقیق در موج منتشر شده،همان ویژگی است که استفاده از ماکروویو رادار را تا این حد سودمند میسازد.مثلا ،رادار فرودگاه باید بتواند هواپیماهای مختلف را در صفحه ی نمایش ترافیک تشخیص دهد.بنابراین، پرتو رادار باید چنان  باریک باشد که اگر متوجه یک هواپیما شود،سیگنال دریافتی نشان دهنده ی موج منعکس شده از همان هواپیما باشد ، و نه از هواپیمای دیگری که مثلا 15 درجه دورتر پرواز میکند. این قدرت تفکیک زاویه ای  برای سیگنال های منعکس شده مستلزم یک پرتو باریک و در نتیجه استفاده از فرکانسهای ماکروویو است.همچنین با استفاده از تمرکز دقیق ماکروویو در رادار یک هواپیما میتوان نقشه ی  یک ناحیه ی وسیع از زمین را تهیه کرد.این مطلب هم استفاده ی نظامی دارد و هم غیرنظامی.

ازخواص گرمایی توان ماکروویو در گستره ی وسیع کاربردهای تجاری و صنعتی استفاده میشود.اجاق ماکروویو مثال اشنایی در این زمینه است.در اجاق های معمولی ، غذا به وسیله ی اشعه ی فروسرخ گرم میشود.از انجا که عمق نفوذ مواد غذایی در فرکانس های مربوط به فروسرخ کم است،گرما توسط سطح ماده جذب میشود.این گرما از طریق هدایت که فرایند نسبتا  اهسته ای است به داخل مواد غذایی منتقل میشود.بنابراین چند ساعت طول میکشد تا وسط یک تکه گوشت متوسط به خوبی پخته شود.در این مدت ،هوای داخل اجاق کاملا داغ میشود. در مقایسه با ان ،هوای داخل یک اجاق ماکروویو  خنک میماند ، چراکه هوا در فرکانس های ماکروویو محیطی بسیار کم اتلاف است.به علاوه چون عمق نفوذ در فرکانس های ماکروویو برای اثر مواد غذایی در حدود ابعاد ان ها است، تمام حجم مواد غذایی در اثر تابش ماکروویو مستقیما و به طور یکنواخت گرم میشود. در نتیجه،مدت پخت غذا با ماکروویو در حدود یک دهم  زمان لازم برای اجاق های معمولی است.از خواص گرمایی ماکروویو در خشک کردن چیپس،کاغذ ، دانه های قهوه ومشابه انها استفاده میشود.کاربرد ماکروویو در خشک کردن لباسهای نیز به تازگی مطرح شده است.

هم اکنون در بسیاری از بیمارستان ها و ازمایشگاه ها از تکنولوژی مایکروویو در کاربردهای پزشکی استفاده میشود.امکان استفاده از تابش گرمای ماکروویو بر روی یاخته های بدخیم نیز به عنوان روشی برای درمان سرطان تحت بررسی است.هنوز در زمینه ی اثار فیزیکی و روانی ماکروویو مطالب بسیاری برای اموختن وجود دارد.نشریه ی موسسه ی بین المللی توان ماکروویو (IMPI).28 و مجله ی توان ماکرو ویو ،منابع اطلاعاتی بسیار خوبی در زمینه مصارف تجاری و صنعتی توان ماکروویو به شمار می ایند.

عرصه ی تحقیقاتی دیگری که از سیگنال ها و روش های ماکروویو بهره میگیرند نجوم رادیویی است.کارل یانس کی29   از ازمایشگاه های بل معمولا به عنوان پیش قراول این رشته ی جالب توجه معرفی میشود. وی در اوایل دهه ی 1930 مطالعات گسترده ای در زمینه ی نویزها مربوط به جو در فرکانس های بالا انجام داد.کارهای او به کشف و شناخت نویز الکترومغناطیس ناشی از ستارگان رادیویی انجامید.این کشف اغازگر علم نجوم رادیویی بود.امروز از گیرنده های حساس مایکروویو نه تنها در بررسی تابش خورشید و ستارگان ، بلکه به عنوان یک وسیله ی کمکی غیرفعال درهدایت کشتی ها در دریاها استفاده میشود.

دو بخش تحقیقاتی دیگر از روش های ماکروویو بهره میبرند علم مواد و فیزیک ذرات پر انرژی اند.بسیاری از مواد در گستره ی ماکروویو ، از خود ویژگی تشدید اتمی و ملوکولی نشان میدهند.

تحلیل و تفسیر این تشدید ها به نام طیف نگاری ماکروویو48، در تلاش های علمی به منظور درک ماهیت بنیادی جامدات ، مایعات و گازها ابزار مهمی محسوب میشود.

در زمینه ی فیزیک انرژی های زیاد اغلب لازم میشود.پرتوهای الکترونی انقدر شتاب یابند تا به سرعت هایی در حدود یک مرتبه ی بزرگی از سرعت نور برسند.اغلب با استفاده از موجبر هایی که به صورت دوره ای بارگذاری میشوند ،حرکت موج الکترومغناطیس انقدر کند میشود که بتواند به شکل موثری با یک پرتو الکترونی برهم کنش داشته باشد به این ترتیب از انرژی الکترومغناطیس ناشی از یک منبع ماکروویو میتوان برای افزایش انرزی جنبشی پرتو الکترونی استفاده کرد.

درحالی که روش های فعلی استفاده از ماکروویو یقینا جالب و پویا هستند ، اما تلاش ارضای واقی برای مهندسان ماکروویو در کاربرد ها و روش هایی نهفته است که هنوز شناخته نشده اند. در پائئین به صورت مختصر به برخی از استفاده های امواج اشاره شده است .

از امواج ماکرو در خبر رسانی (Broadcasting) و ارتباط از راه دور(TeleCommunication) استفاده می شود. در طیف ماکروویو پهنای باند نسبت به طیف امواج رادیویی بیشتر است. بعضی مواقع از امواج ماکرو برای انتقال اخبار تلویزیونی از ماشینهای مجهز به مراکز تلویزیونی استفاده می شود، مانند آنچه در پخش بازیهای مستقیم فوتبال صورت می گیرد.


• قبل از پیدایش فیبر نوری اکثر تماسهای تلفنی راه دور به وسیله امواج ماکرو از نقطه ای به نقطه دیگر برقرار می شد 

• رادار نیز از پرتوهای ماکروویو برای تشخیص محدوده ، سرعت و دیگر مشخصات شیء ای که در دوردست قرار گرفته ، استفاده می کند.


• در ارتباطاتی که از بلوتوث (Bluetooth) استفاده می شود نیز امواج ماکرویی که در محدوده ی 4/2 گیگاهرتز هستند بهره می برند. اینترنت بی سیم نیز در محدوده فرکانس 5/3 تا 4 گیگاهرتز کار می کند.


• شبکه های تلویزیونی کابلی (Cable TV) و برخی شبکه های موبایل مانند GSM نیز از فرکانسهای پایین ماکروویو استفاده می کنند.


• در اینجا به وسیله ی جدیدی به نام دریل مایکروویو اشاره می کنیم.  دستگاهی که با استفاده از این امواج بتون را سوراخ می کند. این وسیله قادر است در کمتر از ۱۷ ثانیه در نقطه ای که تنظیم شده است دمای تا ۳۰۰۰ درجه را ایجاد کند.
ابعاد : حدود ۱۰در۱۰ در ۴۰ سانتیمتر
فرکانس موج در مگنترون: ۲.۴۵ گیگاهرتز

/ 3 نظر / 100 بازدید
زهرا رضی

سلام من شمارو لینک کردم خوشحال میشم به وبلاگ حقیرانه وکمی شلخته ما هم سر بزنید

masoud

سلام شما لینک شدید. لطفا مارا با نام : شیمی پیامنور لینک کنید chemistrypnu91.blogfa.com

جعفری

سلام وبلاگتون مطالب جالب و زیبایی داره من تازه با وبلاگ شما آشنا شدم، منم شیمی کاربردی میخونم و خوشحالم که همشهریم وبلاگی داره که میتونم ازش استفاده کنم