מיקרוגל
מתוך ויקיפדיה, האנציקלופדיה החופשית
- ערך זה עוסק בקרינה האלקטרומגנטית. לערך העוסק בתנור מיקרוגל, ראו תנור מיקרוגל.
גלי מיקרו הקרויים גם מיקרוגלים, הם קרינה אלקטרומגנטית, עם אורך גל קצר משל גלי רדיו וארוך משל אור תת-אדום.
תוכן עניינים |
[עריכה] הגדרה וסיווג
בשם "גלי מיקרו" אנו מכנים גלים בעלי אורך גל בתחום שבין 1 מ"מ ל - 30 ס"מ (תדירות של 300 ג'יגה הרץ). אולם, גבולות התחום המוזכרים לעיל הינם 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 מיקרו 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 מאוד, 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 לאמר 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".
[עריכה] יצירת גלי מיקרו
גלי מיקרו ניתן ליצור בשלל דרכים, נהוג לחלק דרכים אלו לפי סוג המכשיר בו נעשה השימוש: מכשיר במצב מוצק או מכשיר מבוסס שפופרת ריק.
[עריכה] מכשירי מצב מוצק
מכשירי מצב מוצק מבוססים על מוליכים למחצה כמו צורן (סיליקון) וגליום-ארסניד (שילוב של גליום וארסן), ומכילים טרנזיסטורי FET (field effect transistor), טרנזיסטורי BJT (bipolar junction transistors), דיודות גאן (Gunn) 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 באפיפיות (ופלי) גליום-ארסניד, אך קיימת כיום מגמה של החלפת הגליום-ארסניד בצורן-גרמניום (שילוב של צורן וגרמניום) או צורן מועשר (heavy-dope).
[עריכה] מכשירים מבוססי שפופרת ריק
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.
[עריכה] שימושים בגלי מיקרו
השימוש המוכר ביותר בגלי מיקרו הוא בתנור המיקרוגל, מכשיר מטבח, המפעיל קרינת מיקרו לצורך חימום או בישול מזון.
- תנור מיקרוגל - מכשיר למטבח המשמש לחימום 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 - תקשורת נתונים לטווחים קצרים, כמו WiFi ושן כחולה (Bluetooth) מבוססת לעתים קרובות על קרינה בתדרי מיקרוגל.
- 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 ניידים, 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).
[עריכה] היסטוריה ומחקר
קיומם של גלים אלקטרומגנטים, גלי מיקרו הם מקרה פרטי עבור תדירויות מסוימות, נחזה לראשונה בשנת 1864 על-ידי ג'יימס קלרק מקסוול, לאחר שניסח את משוואותיו שיכונו, בהמשך, משוואות מקסוול. הראשון להוכיח ממש את קיומם של הגלים הללו היה היינריך רודולף הרץ, כאשר בשנת 1888 בנה מכשיר שייצר וגילה גלי מיקרו בתחום ה-UHF, התדירות האולטרה-גבוהה.
השימוש הראשון במינוח "מיקרוגל" נעשה כנראה בשנת 1931:
- "כשניסיונות עם אורכי גל באורכים קטנים עד ל-18 ס"מ התפרסמו, הובעה הפתעה בלתי סמויה שבעיית המיקרו-גלים נפתרה מהר כל-כך." 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:
- האנס כריסטיאן אורסטד
- ג'אדיש צ'נדרה בוס
- מייקל פאראדיי
- ג'יימס קלרק מקסוול
- היינריך רודולף הרץ
- ניקולה טסלה
- גוליילמו מרקוני
- סמואל מורס
- ויליאם תומסון, כונה מאוחר יותר "לורד קלווין"
- אוליבר הוויסייד
- ג'ון ויליאם סטראט ריילי
- אוליבר ג'וזף לודג'
בין המחקרים והעבודות שהתמקדו בגלי המיקרו ניתן למצוא::
- בארקהאוסן וקורץ - רשתות מתנדים חיוביות
- האל - מגנטרון בעל לוע חלק
- האחים וריאן - קרן אלקטרונים מווסתת על-ידי מהירות (שפופרת קלייסטרון)
- רנדל ובוט - מגנטרון בקיע
[עריכה] קישורים חיצוניים
- אבני דרך, עשר ההמצאות הטכנולוגיות הגדולות, באתר ifeel
[עריכה] הערות שוליים
- ^ 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
| הספקטרום האלקטרומגנטי |
|
גלי רדיו | מיקרוגל | תת-אדום | אור נראה | על-סגול | קרני רנטגן | קרני גמא |
