מיקרוגל

מתוך ויקיפדיה, האנציקלופדיה החופשית
קפיצה אל: ניווט, חיפוש

גלי מיקרו הקרויים גם מיקרוגלים, הם קרינה אלקטרומגנטית בעלת אורך גל הנע בין 1 מילימטר עד 1 מטר, כלומר בעלי תדירות של 300 מגה־הרץ עד 300 ג'יגה־הרץ. קרינת מיקרו היא קרינה בלתי מייננת ויש לה שימושים רבים בטכנולוגיה, בהם תנור מיקרוגל, טלפון סלולרי ומכ"ם.

הגדרה וסיווג[עריכת קוד מקור | עריכה]

בשם "גלי מיקרו" מכונים גלים בעלי אורך גל בתחום שבין 1 מ"מ ל-30 ס"מ (תדירות של 300 ג'יגה הרץ). אולם, גבולות התחום המוזכרים לעיל שרירותיים למדי. לכן, בתחומים שונים נעשית אבחנה שונה בין גל מיקרו לאור תת-אדום מרוחק ובין גל מיקרו לגל רדיו בתדירות אולטרה-גבוהה. כלומר, גל בעל אורך גל הקרוב ל-1 מ"מ עלול להחשב בתחום אחד לגל תת-אדום ובתחום אחר לגל רדיו בעל תדירות אולטרה-גבוהה.

נהוג לסווג את גלי המיקרו לשלושה תחומים לפי התדירויות שלהם (שקול לאורכי הגל שלהם):

  • תדירות אולטרה-גבוהה, באנגלית: Ultra-High Frequency (UHF)‎, גלים שתדירותם בתחום 3-0.3 ג'יגה הרץ.
  • תדירות סופר-גבוהה, באנגלית: Super High Frequency (SHF)‎, גלים שתדירותם בתחום 30-3 ג'יגה הרץ.
  • תדירות גבוהה קיצונית, באנגלית: Extremely High Frequency (EHF)‎, גלים שתדירותם בתחום 300-30 ג'יגה הרץ.

בתדרים של 300 ג'יגה הרץ ומעלה, קליטת קרינה אלקטרומגנטית על ידי אטמוספירת כדור הארץ היא כה גדולה עד כי נהוג לומר שהאטמוספירה אטומה לתדרים אלו. כלומר, הגלים אינם מסוגלים לחדור את האטמוספירה ולהגיע לכדור הארץ. האטמוספירה נעשית "שקופה" מחדש עבור גלים שתדירויותיהם מצויות במה שמכונה תת-אדום ו"החלון האופטי".

חלוקה של התדרים מ-1 ג'יגה (1000 מגההרץ) ומעלה[עריכת קוד מקור | עריכה]

גורמי תקינה שונים כ-IEEE, נאט"ו, FCC ו-Radio Society of Great Britain) RSGB) חילקו את תחום תדרי המיקרו למספר תתי-טווחים, לשימושים שונים. ההגדרות של הגופים השונים אמנם לא חופפות לחלוטין, אך ההבדלים ביניהן קטנים.

כינוי תחום תדר הרחבה
L 1 - 2 GHz Long wave
S 2 - 4 GHz Short wave
C 4 - 8 GHz Compromise between S and X
X 8 - 12 GHz ככל הנראה קיצור לכינוי של סימון המטרות במערכת לבקרת אש, אשר בעבר השתמשו בתחום זה.
Ku 12 - 18 GHz Kurz-under
K 18 - 27 GHz Kurz (בגרמנית: קצר)
Ka 27 - 40 GHz Kurz-above
V 40 - 75 GHz לפי RSGB, קיים תחום U המוגדר בין 40 ל-60. V מוגדר לרוב בין 50 ל-75
W 75 - 110 GHz
mm  110 - 300 GHz IEEE מגדירים את תחום D בין 110 ל-170

יצירת גלי מיקרו[עריכת קוד מקור | עריכה]

גלי מיקרו ניתן ליצור בשלל דרכים, נהוג לחלק דרכים אלו לפי סוג המכשיר בו נעשה השימוש: מכשיר במצב מוצק או מכשיר מבוסס שפופרת ריק.

מכשירי מצב מוצק[עריכת קוד מקור | עריכה]

מכשירי מצב מוצק מבוססים על מוליכים למחצה כמו צורן וגליום-ארסניד, ומכילים טרנזיסטורי FET‏, טרנזיסטורי BJT‏, דיודות גאן ודיודות IMPATT. לשם השגת מהירויות גבוהות יותר, פותחו טרנזיסטורים המותאמים במיוחד לשימושים הקשורים בגלי מיקרו. גרסה מותאמת של טרנזיסטור ה-BJT היא ה-heterojunction bipolar transistor (HBT)‎. גרסאות מותאמות של טרנזיסטור ה-FET כוללות את טרנזיסטורי ה-MESFET, ה-HEMT (נקרא גם HFET) וה-LMDOS.

ניתן לייצר גלי מיקרו באמצעות מעגלים משולבים הנקראים MMIC‏ (Monolithic Microwave Integrated Circuits). מעגלים אלה מיוצרים לרב תוך שימוש בפרוסות גליום-ארסניד, אך קיימת כיום מגמה של החלפת הגליום-ארסניד בצורן-גרמניום (שילוב של צורן וגרמניום) או צורן עם אילוח רב.

מכשירים מבוססי שפופרת ריק[עריכת קוד מקור | עריכה]

מכשירים מבוססי שפופרות ריק, פועלים בהסתמך על תנועתם הבליסטית של אלקטרונים בריק תחת השפעתם של שדות חשמליים או שדות מגנטיים. עם מכשירים אלו נמנים המגנטרון, שפופרת קלייסטרון, הגיירוטון ושפופרת הגל הנע (traveling wave tube - TWT). מכשירים אלו עובדים על ידי ויסות צפיפות ולא ויסות זרם. משמעות הדבר היא שפעולתם מתבססת על תעופה בליסטית של קבוצות אלקטרונים דרכם, ולא על מעברו של זרם אלקטרונים רציף.

שימושים בגלי מיקרו[עריכת קוד מקור | עריכה]

מגדל תקשורת בגלי מיקרו

השימוש המוכר ביותר בגלי מיקרו הוא בתנור המיקרוגל, מכשיר מטבח, המפעיל קרינת מיקרו לצורך חימום או בישול מזון.

גלי מיקרו עוברים בקלות יחסית דרך אטמוספירת כדור הארץ עם פחות הפרעות מאשר גלים בעלי אורכי גל ארוכים יותר. לגלי מיקרו גם רוחב סרט גדול יותר מאשר זה של גלי הרדיו. מסיבות אלו נעשה שימוש נרחב בגלי מיקרו לצורכי שידור והעברת מידע. לדוגמה:

  • טלפונים אלחוטיים - מכשיר טלפון עם קשר אלחוטי בין בסיס לשפופרת.
  • Wi-Fi ושן כחולה (Bluetooth) - תקשורת נתונים לטווחים קצרים מבוססת לעתים קרובות על תדרי מיקרו.
  • מכ"ם - (ראדאר) העושה שימוש בקרינת מיקרוגל לגילוי טווח, מהירות ותכונות נוספות של עצמים מרוחקים.
  • טלוויזיה בכבלים ואינטרנט בכבלים עושים שימוש בחלק מתדירויות גלי המיקרו הנמוכות.
  • טלפונים סלולריים, כאלו המבוססים על תקן GSM למשל, עושים שימוש בתדירויות הנמוכות של גלי המיקרו.
  • מייזר - מכשיר הדומה ללייזר אך פולט קרינה באורכי גל ארוכים יותר (מיקרוגל במקום אור).

היסטוריה ומחקר[עריכת קוד מקור | עריכה]

קיומם של גלים אלקטרומגנטים נחזה לראשונה בשנת 1864 על ידי ג'יימס קלרק מקסוול, לאחר שניסח את המשוואות הקרויות כיום על שמו. הראשון להוכיח ממש את קיומם של הגלים הללו היה היינריך רודולף הרץ, כאשר בשנת 1888 בנה מכשיר שייצר וגילה גלי מיקרו בתחום התא"ג (תדר אולטרה-גבוה, או UHF).

השימוש הראשון במינוח "מיקרוגל" נעשה כנראה בשנת 1931:

Cquote2.svg

כשניסיונות עם אורכי גל באורכים קטנים עד ל-18 ס"מ התפרסמו, הובעה הפתעה בלתי סמויה שבעיית המיקרו-גלים נפתרה מהר כל-כך.

Cquote3.svg
– ג'ורנל הטלגרף והטלפון XVII‏, 179/1. [1]

השימוש הראשון במינוח, בהקשר אסטרונומי, נעשה, ככל הנראה, בשנת 1946 במאמרם של רוברט דיק ורוברט ברינגר, "קרינת מיקרוגל מהשמש והירח" ("Microwave Radiation from the Sun and Moon").

מחקר גלי המיקרו שזור במחקר תאוריית הקרינה האלקטרומגנטית מסיבות ברורות. היסטוריה נוספת בנוגע לתיאורית הקרינה האלקטרומגנטית ובייחוד חלקיה הקשורים לשימושים מודרניים בגלי מיקרו, ניתן לקרוא בערכי האישים שתרמו למחקר. הבולטים שביניהם:

בין המחקרים והעבודות שהתמקדו בגלי המיקרו ניתן למצוא:

השפעות בריאותיות[עריכת קוד מקור | עריכה]

קישורים חיצוניים[עריכת קוד מקור | עריכה]

הערות שוליים[עריכת קוד מקור | עריכה]

  1. ^ ציטוט מקורי: "When trials with wavelengths as low as 18 cm. were made known, there was undisguised surprise that the problem of the micro-wave had been solved so soon." Telegraph & Telephone Journal XVII. 179/1