Mikroto‘lqinli nurlanish (mikroto‘lqinlar) — elektromagnit nurlanish spektrining to‘lqin uzunliklari 1 m dan 1 mm gacha, ularga mos chastotalari esa 300 MGts dan 300 GGts gacha bo‘lgan sohasi. Turli manbalarda mikroto‘lqinlar uchun turli chastota diapazonlari qo‘llanadi; yuqoridagi keng ta’rif quyidagi diapazonlarni qamrab oladi: UYuCh (detsimetrli to‘lqinlar), O‘YuCh (santimetrli to‘lqinlar) va NyuCh (millimetrli to‘lqinlar). Radiotexnikada kengroq tarqalgan ta’rif bo‘yicha diapazon 1 dan 100 GGts gacha (to‘lqin uzunliklari 0,3 m dan 3 mm gacha) deb olinadi. Mikroto‘lqin chastotalari ko‘pincha IEEE radar chastota diapazonlari: S, C, X, Ku, K yoki Ka diapazoni yoxud NATO yoki Yevropa Ittifoqining shunga o‘xshash belgilari bilan ifodalanadi.
Old qo‘shimcha mikro- mikroto‘lqinli nurlanish birikmasida to‘lqin uzunligining mikrometr diapazonida bo‘lishini anglatmaydi. Aslida, bu atama mikroto‘lqinlarning radioto‘lqinlarga nisbatan «kichik» (qisqaroq to‘lqin uzunligiga ega) ekanini ko‘rsatadi; radioto‘lqinlar mikroto‘lqin texnologiyasi keng tarqalishidan oldin ishlatilgan. Uzoq infraqizil diapazon, teragers nurlanish, mikroto‘lqinlar va detsimetrli radioto‘lqinlar orasidagi chegaralar ancha shartli bo‘lib, fan va texnikaning turli sohalarida turlicha belgilanadi.
Mikroto‘lqinlar to‘g‘ri ko‘rinish chegarasida tarqaladi. Past chastotali radioto‘lqinlardan farqli ravishda, ular tepaliklarni aylanib o‘tmaydi, sirt to‘lqinlari kabi Yer yuzasi bo‘ylab tarqalmaydi va ionosferadan qaytmaydi. Shu sababli yer usti mikroto‘lqinli aloqa kanallari taxminan 64 km masofadagi ko‘rinish gorizonti bilan cheklanadi. Diapazonning yuqori qismida mikroto‘lqinlar atmosferadagi gazlar tomonidan yutilib, amaliy aloqa masofasi taxminan bir kilometrgacha qisqaradi. Mikroto‘lqinlar zamonaviy texnologiyalarda, jumladan, nuqtadan nuqtaga, simsiz tarmoqlarda, mikroto‘lqinli radiorele tarmoqlarida, radarlarda, sun’iy yo‘ldosh va kosmik aloqada, tibbiy diatermiyada va saratonni davolashda, Yerni masofadan zondlashda, radioastronomiyada, zarralar tezlatkichlarida, spektroskopiyada, sanoat isitish tizimlarida, to‘qnashuvlarning oldini olish tizimlarida, garaj eshiklarini ochish qurilmalarida va kalitsiz kirish tizimlarida, shuningdek, taom tayyorlash uchun mikroto‘lqinli pechlarda.
Yuqori intensivlikdagi mikroto‘lqinli nurlanish jismlarni tegmasdan qizdirish uchun (maishiy mikroto‘lqinli pechlarda — oziq-ovqatni isitish, sanoat qurilmalarida — metallarga termik ishlov berish, jarrohlikda esa venalarning radiochastotali ablatsiyasi uchun; bunda asosiy element magnetron hisoblanadi), shuningdek, radiolokatsiyada qo‘llanadi.
Elektromagnit spektr
Mikroto‘lqinlar elektromagnit spektrda odatiy radioto‘lqinlardan yuqori, infraqizil nurlardan esa past chastotali sohani egallaydi:
| Elektromagnit spektr | ||||
|---|---|---|---|---|
| Nomi | To‘lqin uzunligi | Chastota (Gts) | Foton energiyasi (eV) | |
| Gamma-nurlar | <0,02 nm | > 15 EGts | > 62,1 keV | |
| Rentgen nurlari | 0,01 nm — 10 nm | 30 EGts — 30 PGts | 124 keV — 124 eV | |
| Ultrabinafsha nurlar | 10 nm — 400 nm | 30 PGts — 750 TGts | 124 eV — 3 eV | |
| Ko‘rinadigan yorug‘lik | 390 nm — 750 nm | 770 TGts — 400 TGts | 3,2 eV — 1,7 eV | |
| Infraqizil nurlar | 750 nm — 1 mm | 400 TGts — 300 GGts | 1,7 eV — 1,24 meV | |
| Mikroto‘lqinlar | 1 mm — 1 m | 300 GGts — 300 MGts | 1,24 meV — 1,24 mkeV | |
| Radioto‘lqinlar | 1 m — 100 km | 300 MGts — 3 kGts | 1,24 mkeV — 12,4 feV | |
elektromagnit spektrning ayrim tavsiflarida mikroto‘lqinlar radioto‘lqinlarning bir qismi sifatida tasniflanadi. Boshqa manbalarda esa ular alohida nurlanish turlari deb hisoblanadi. Bunday farqlash keng tarqalgan.
Kichik diapazonlar
Mikroto‘lqinlarning kichik diapazonlari turli belgilash tizimlarida farq qiladi; sun’iy yo‘ldosh aloqasida ishlatiladiganlari jadvalda keltirilgan.
| Diapazon nomi |
Chastota diapazoni, GGts | |
|---|---|---|
| radiolokatsiyada | sun’iy yo‘ldosh aloqasida | |
| L | 1,0—2,0 | |
| S | 2,0—4,0 | |
| C | 4,0—8,0 | 3,4—8,0 |
| X | 8,0—12,0 | 7,0—10,7 |
| Ku | 12,0—18,0 | 10,7—18,0 |
| K | 18,0—26,5 | 18,3—20,2; 27,5—31,5 |
| Ka | 26,5—40,0 | |
Tarqalishi
-ru.svg){kind=spacer}
Mikroto‘lqinlar faqat to‘g‘ridan to‘g‘ri ko‘rinish hududida tarqaladi; past chastotali radioto‘lqinlardan farqli ravishda, ular Yer sirtining shaklini takrorlovchi sirt to‘lqinlari kabi tarqalmaydi va ionosferadan (osmon to‘lqinlari singari) qaytmaydi. Diapazonning past chastotali qismida ular qabul qilish uchun yetarli signal quvvatini saqlagan holda bino devorlaridan o‘tishi mumkin, ammo odatda yaqin qabul qilish zonasida ochiq makon talab etiladi. Shuning uchun Yer yuzasidagi mikroto‘lqinli aloqa kanallari taxminan 48–64 km masofada joylashgan ko‘rinish gorizonti bilan cheklanadi. Mikroto‘lqinlar atmosferadagi suv bug‘i va tuman tomonidan yutiladi; chastota ortishi bilan susayish kuchayib, diapazonning yuqori qismida yomg‘ir tomchilaridagi yutilish muhim omilga aylanadi. Taxminan 40 GGts dan boshlab havodagi gazlar ham mikroto‘lqinlarni yuta boshlaydi. Shu bois bundan yuqori chastotalarda aloqa bir necha kilometr bilan cheklanadi. Atmosferaning yutilish spektrida ayrim chastotalarga mos yutilish cho‘qqilari mavjud (o‘ngdagi grafikka qarang). 100 GGts dan yuqori chastotalarda Yer atmosferasi elektromagnit nurlanishni shu qadar kuchli yutadiki, u amalda shaffof bo‘lmay qoladi va faqat infraqizil hamda optik shaffoflik oynalari diapazonlarida yana shaffoflashadi.
Troposferada sochilish
Osmonga ma’lum burchak ostida yo‘naltirilgan mikroto‘lqinli nurlanish dastasi troposferadan o‘tganda energiyaning oz qismi tartibsiz sochiladi. Gorizont ortidagi, troposferaning ayni qismiga qaratilgan tor yo‘nalishli antennaga ega sezgir qabul qilgich bu signalni qabul qilishi mumkin. Ushbu usul 0,45 dan 5 GGts gacha bo‘lgan chastotalarda troposfera sochilishiga asoslangan aloqa tizimlarida (troposferaviy sochilish) gorizont ortida 300 km gacha
Antennalar
Mikroto‘lqinli nurlanishning qisqa to‘lqin uzunliklari ko‘chma qurilmalar uchun barcha yo‘nalishli antennalarni juda kichik — uzunligi 1 dan 20 sm gacha — qilish imkonini beradi. Shu sababli mikroto‘lqin chastotalari simsiz qurilmalarda, masalan, mobil telefonlarda, simsiz telefonlarda va simsiz mahalliy tarmoqlarga ulanishda (Wi-Fi) noutbuklar va Bluetooth quloqchinlari uchun keng qo‘llanadi. Bunda qisqa shtirli antennalar, «rezina o‘rdakcha» antennalari, Gers antennalari, yassi (patch) antennalar hamda mobil telefonlarda tobora kengroq qo‘llanayotgan bosma sxemali teskari F shaklidagi antennalar (PIFA) ishlatiladi.
Mikroto‘lqinlarning qisqa to‘lqin uzunligi ixcham, kuchaytirish koeffitsiyenti yuqori antennalar yordamida mikroto‘lqinlarning tor dastasini yaratish imkonini beradi. Bunday antennalar diametri yarim metrdan 5 m gacha bo‘lishi mumkin. Shu sababli mikroto‘lqinlar nuqtadan nuqtaga aloqa kanallari va radarlar uchun ishlatiladi. Tor yo‘naltirilgan dastalar shu chastotadagi yaqin qurilmalarga xalaqit bermaydi va chastotadan qayta foydalanish imkonini beradi. Parabolik (likopchasimon) antennalar mikroto‘lqin chastotalarida eng ko‘p qo‘llanadigan yo‘naltirilgan antennalardir. Shuningdek, ruporli antennalar, tirqishli antennalar va dielektrik linzali antennalar ham ishlatiladi. Yassi mikrotasmali antennalar iste’mol qurilmalarida tobora ommalashmoqda. Mikroto‘lqin chastotalaridagi yo‘naltirilgan antennalarning yana bir turi — fazalangan antenna panjarasi bo‘lib, u kompyuter orqali boshqariladigan antennalar majmuasidir; bunda nurlanish dastasini turli yo‘nalishlarga boshqarib yo‘naltirish mumkin.
Uzatish liniyalari, masalan, past chastotali radioto‘lqinlarni antennalarga va antennalardan uzatadigan koaksial kabel va parallel simli liniyalar mikroto‘lqin chastotalarida haddan tashqari katta quvvat yo‘qotishlariga ega. Shu sababli past susayish talab qilinganda mikroto‘lqinlar to‘lqin o‘tkazgich deb ataluvchi metall quvurlar orqali uzatiladi. To‘lqin o‘tkazgich qismlarining qimmatliligi va texnik xizmat talab qilishi sababli ko‘plab mikroto‘lqinli antennalarda uzatkichning chiqish kaskadi yoki qabul qilgichning yuqori chastotali kirish qismi bevosita antennaga joylashtiriladi.
Tuzilishi va tahlili
Texnik jihatdan mikroto‘lqinlar atamasi elektromagnetizm va elektr zanjirlari nazariyasi sohalarida ham alohida ma’noga ega. Signallarning to‘lqin uzunligi sxema o‘lchamiga yaqin bo‘lganda uskunalar va usullar «mikroto‘lqinli» deb ta’riflanadi. Bunda jamlangan parametrli elektr zanjirlar nazariyasidan foydalanib bo‘lmaydi; loyihalash va tahlil uchun taqsimlangan parametrli modellar hamda uzatish liniyalari nazariyasi foydaliroqdir.
Shu sababli amaliy mikroto‘lqinli sxemalarda diskret rezistorlar, kondensatorlar va induktivlik g‘altaklari kabi past chastotalarda ishlatiladigan elementlardan ko‘pincha voz kechiladi. Ochiq va koaksial radioto‘lqinlar uchun mo‘ljallangan uzatish liniyalari o‘rniga to‘lqin o‘tkazgichlar va tasmali liniyalar ishlatiladi, jamlangan parametrli sxemalar esa hajmiy rezonatorlar yoki rezonansli shleyflarga almashtiriladi. Yanada yuqori chastotalarda elektromagnit to‘lqinlar uzunligi ularga ishlov beradigan tuzilmalar o‘lchamidan ancha kichiklashganda, mikroto‘lqinli usullar samarasiz bo‘lib qoladi va optika.
Mikroto‘lqin manbalari
Kuchli mikroto‘lqin manbalarida mikroto‘lqinlarni hosil qilish uchun maxsus vakuum lampalari ishlatiladi. Bu qurilmalar past chastotali vakuum lampalaridan farqli tamoyillarda ishlaydi: ularda elektronlarning vakuumda boshqaruvchi elektr yoki magnit maydon ta’siridagi ballistik harakatidan foydalaniladi. Ularga magnetron (masalan, mikroto‘lqinli pechlarda ishlatiladigan), ), klistron, yuguruvchi to‘lqin lampasi (YTL) va girotron kiradi. Ushbu qurilmalar zichlik modulyatsiyasi rejimida ishlaydi, tok modulyatsiyasi rejimida emas. Demak, ularning ishlashi uzluksiz elektron oqimiga emas, balki qurilma orqali ballistik tarzda (to‘qnashuvsiz) uchib o‘tadigan elektronlar to‘plamiga asoslanadi.
Kam quvvatli mikroto‘lqin manbalarida maydoniy tranzistorlar (hech bo‘lmaganda pastroq chastotalarda), tunnel diodlari, Gann diodlari va ko‘chkisimon uchish diodlari kabi yarimo‘tkazgich qurilmalar ishlatiladi. Kam energiya iste’mol qiladigan manbalar stol usti asboblari, stoykaga o‘rnatiladigan asboblar, ichki modullar va plata ko‘rinishida ishlab chiqariladi. Mazer — lazerga o‘xshash tamoyillar asosida mikroto‘lqinlarni kuchaytiradigan qattiq jismli qurilma. Lazer esa yuqoriroq chastotali yorug‘lik to‘lqinlarini kuchaytiradi.
Barcha issiq jismlar kichik intensivlikdagi qora jismning mikroto‘lqinli nurlanishini o‘z haroratiga bog‘liq ravishda chiqaradi. Shu sababli meteorologiya va masofadan zondlashda mikroto‘lqinli radiometrlar jismlar yoki hududlarning haroratini o‘lchash uchun ishlatiladi. Quyosh va boshqa astronomik radio manbalar, jumladan, Kassiopeya A o‘z tarkibi haqida ma’lumot beruvchi mikroto‘lqinli nurlanish chiqaradi. Bu nurlanishni radioastronomlar radioteleskoplar yordamida o‘rganadi.. Kosmik mikroto‘lqinli fon nurlanishi (CMBR), masalan, bo‘sh fazoni to‘ldirib turuvchi kuchsiz mikroto‘lqin shovqinidir. U kosmologik nazariyani o‘rganish uchun muhim ma’lumot manbai hisoblanadi. Mazkur nazariya Koinotning, Katta portlashdan kelib chiqqanini izohlaydi..
Mikroto‘lqinli nurlanishdan foydalanish
Mikroto‘lqinli texnologiyalar nuqtadan nuqtaga aloqa uchun (ya’ni ommaviy radioeshittirish emas) keng ishlatiladi. Mikroto‘lqinlarni radioto‘lqinlarga qaraganda torroq dastaga jamlash osonroq, bu esa chastotadan qayta foydalanish imkonini beradi. Ularning nisbatan yuqori chastotasi keng o‘tkazish polosasi va yuqori ma’lumot uzatish tezligini ta’minlaydi. Bundan tashqari, antenna o‘lchami uzatiladigan chastotaga teskari proporsional bo‘lgani uchun past chastotalarga qaraganda antennalar kichikroq bo‘ladi. Mikroto‘lqinlar kosmik apparatlar aloqasida qo‘llanadi; dunyodagi ma’lumotlar, televideniye va telefon aloqasining katta qismi yer usti stansiyalari va aloqa sun’iy yo‘ldoshlari orasida mikroto‘lqinlar orqali uzoq masofalarga uzatiladi. Mikroto‘lqinlar mikroto‘lqinli pechlarda hamda radiolokatsiya texnikasida ham qo‘llanadi.
Aloqa
optik tolali aloqa paydo bo‘lishidan oldin ko‘plab shaharlararo telefon qo‘ng‘iroqlari mikroto‘lqinli radiorele liniyalari orqali amalga oshirilgan; bu liniyalarni AT&T Long Lines kabi operatorlar boshqargan. 1950-yillar boshidan chastota bo‘yicha ajratilgan multiplekslash yordamida har bir mikroto‘lqinli radiokanalda 5400 tagacha telefon kanalini uzatish imkoni yaratilgan. Bunda keyingi, 70 km gacha masofada joylashgan uzelga uzatish uchun o‘ntagacha radiokanal bitta antennaga birlashtirilgan.
simsiz mahalliy tarmoq protokollari, masalan, Bluetooth va Wi-Fi uchun spetsifikatsiyalar802.11 ham 2,4 GGts ISM diapazonidagi mikroto‘lqinlardan foydalanadi, biroq 802.11a 5 GGts diapazonidagi ISM va U-NII chastotalarini ishlatadi. Litsenziyalangan uzoq masofali (taxminan 25 km gacha) simsiz internet xizmatlari deyarli o‘n yil davomida ko‘plab mamlakatlarda 3,5–4,0 GGts da ishlatilgan. AQSh Federal aloqa komissiyasi (FCC) bu diapazonda, ayniqsa 3,65 GGts da, xizmat ko‘rsatmoqchi bo‘lgan operatorlarga chastotalar ajratgan. Mamlakat bo‘ylab o‘nlab provayderlar 3,65 GGts diapazonida ishlash uchun FCC litsenziyasini olgan yoki olish jarayonida. WiMAX xizmatlari biznes mijozlariga qo‘shimcha ulanish imkoniyatini beradi.
Shahar miqyosidagi tarmoq (MAN) protokollari, masalan, WiMAX, IEEE 802.16 kabi 2 dan 11 GGts gacha ishlash uchun mo‘ljallangan standartlarga asoslanadi. Tijorat tizimlari 2,3 GGts, 2,5 GGts, 3,5 GGts va 5,8 GGts diapazonlarida ishlaydi.
Mobil keng polosali simsiz ulanish (MBWA) protokollari IEEE 802.20 yoki ATIS/ANSI HC-SDMA (masalan, iBurst) kabi standartlarga asoslanadi. Ular 1,6–2,3 GGts chastotalarda ishlaydi va binolarga kirib borish hamda harakatlanish imkoniyati jihatidan mobil telefonlarga o‘xshash, biroq spektrdan ancha samaraliroq foydalanadigan aloqa xizmatini ta’minlaydi.
Ayrim mobil aloqa tarmoqlari, masalan, GSM, AQSh va boshqa mamlakatlarda mos ravishda 1,8 va 1,9 GGts atrofidagi quyi mikroto‘lqin/yuqori ultrayuqori chastotalardan foydalanadi. DVB-SH va S-DMB 1,452–1,492 GGts diapazonida ishlaydi, AQShda esa 2,3 GGts atrofidagi mulkiy yoki bir-biriga mos bo‘lmagan sun’iy yo‘ldosh radiosi DARS uchun qo‘llanadi.
Mikroto‘lqinli radio radioeshittirish va telekommunikatsiyada qo‘llanadi, chunki to‘lqin uzunligi qisqaligi tufayli yuqori yo‘nalganlikka ega antennalar uzunroq to‘lqinlarga (pastroq chastotalarga) mo‘ljallangan antennalardan kichikroq va foydalanishga qulayroq. Bundan tashqari, mikroto‘lqinli spektrda kengroq polosa mavjud: 300 MGts dan pastdagi foydali o‘tkazish polosasi 300 MGts dan kichik, bir necha GGts diapazonida esa 300 MGts dan ortiq polosa ishlatilishi mumkin. Odatda mikroto‘lqinlar televizion yangiliklar tayyorlashda maxsus jihozlangan mikroavtobusdan uzoqdagi voqea joyi signalini telemarkazga uzatish uchun ishlatiladi.
Ko‘pchilik sun’iy yo‘ldosh aloqa tizimlari mikroto‘lqin spektrining C, X, Ka yoki Ku diapazonlarida ishlaydi. Bu chastotalar band bo‘lgan ultrayuqori chastotalardan chetda qolgan va atmosfera kuchli yutadigan juda yuqori chastotalardan past bo‘lgan holda keng o‘tkazish polosasini ta’minlaydi. Sun’iy yo‘ldosh televideniyesi an’anaviy statsionar sun’iy yo‘ldosh xizmati uchun katta likopchali antenna bilan C diapazonidan yoki Ku diapazonidan sun’iy yo‘ldoshdan bevosita eshittirishda foydalanadi. Harbiy aloqa asosan X yoki Ku diapazonidagi kanallarda amalga oshiriladi, K diapazoni esa Milstar tizimida qo‘llanadi.
Navigatsiya
Global navigatsiya sun’iy yo‘ldosh tizimlari (GNSS), jumladan, Xitoyning Beydou, AQShning global joylashuvni aniqlash tizimi (1978-yilda joriy etilgan) va Rossiyaning GLONASS tizimi taxminan 1,2–1,6 GGts oralig‘idagi turli diapazonlarda navigatsiya signallarini uzatadi.
Radar
Radar — radiolokatsiya uchun mo‘ljallangan qurilma bo‘lib, uzatkich chiqaradigan radioto‘lqinlar dastasidan foydalanadi va nishondan qaytgan signalni o‘lchaydi. Shu orqali obyektning joylashuvi, masofasi, tezligi va boshqa xususiyatlarini aniqlash mumkin. Mikroto‘lqinlarning qisqa to‘lqin uzunligi avtomobil, kema va samolyot o‘lchamidagi obyektlardan kuchli qaytishga sabab bo‘ladi. Bundan tashqari, bu to‘lqin uzunliklarida parabolik antennalar kabi kuchaytirish koeffitsiyenti yuqori antennalar tor dasta hosil qilish uchun kerak bo‘ladi va ularning o‘lchami kichik. Bu esa obyektlarni skanerlash uchun antennalarni tez aylantirish imkonini beradi. Shu sababli radarlarda asosan mikroto‘lqin chastotalari qo‘llanadi. Mikroto‘lqinli radar havo harakatini boshqarish, ob-havoni prognozlash, kemalarni navigatsiya qilish va tezlik cheklovlariga rioya etilishini nazorat qilishda keng ishlatiladi. Uzoq masofali radarlar pastroq mikroto‘lqin chastotalarida ishlaydi, chunki diapazonning yuqori qismida atmosfera yutilishi masofani cheklaydi. Biroq millimetrli to‘lqinlar esa yaqin masofali radarlarda, masalan, to‘qnashuvning oldini olish tizimlarida ishlatiladi.
Radioastronomiya
Sayyoralar, yulduzlar, astronomik radiomanbalar, masalan, galaktikalar va tumanliklar chiqaradigan mikroto‘lqinlar radioastronomiyada radioteleskoplar deb ataluvchi katta likopchasimon antennalar orqali o‘rganiladi. Tabiiy mikroto‘lqinlarni qabul qilishdan tashqari, radioteleskoplar Quyosh tizimi sayyoralaridan mikroto‘lqinlarni qaytarish bo‘yicha faol radiolokatsion tajribalarda ham ishlatilgan. Ular yordamida Oygacha bo‘lgan masofa aniqlangan va Veneraning bulut qatlami ostida ko‘rinmaydigan yuzasi xaritaga tushirilgan.
Yaqinda qurib bitkazilgan mikroto‘lqinli radioteleskop — Atakama katta millimetrli antennalar majmuasi Chilida 5000 metrdan ortiq balandlikda joylashgan bo‘lib, Koinotni millimetr va submillimetr to‘lqin uzunliklarida o‘rganadi. Hozirgi kunga kelib, bu yer usti astronomiyasi sohasidagi dunyodagi eng yirik loyihadir. Majmua 66 dan ortiq likopchasimon antennadan iborat bo‘lib, Yevropa, Shimoliy Amerika, Sharqiy Osiyo va Chilining xalqaro hamkorligida qurilgan.
So‘nggi davrda mikroto‘lqinli radioastronomiyaning muhim yo‘nalishlaridan biri kosmik mikroto‘lqinli fon nurlanishi (CMBR) xaritasini tuzish bo‘ldi. Bu nurlanish 1964-yilda radioastronomlar Arno Penzias va Robert Uilson tomonidan kashf etilgan. Butun Koinotni to‘ldiruvchi, har yo‘nalishda deyarli bir xil bo‘lgan ushbu kuchsiz fon nurlanishi Katta portlashdan qolgan «relikt nurlanish» bo‘lib, ilk Koinotdagi sharoitlar haqidagi sanoqli axborot manbalaridan biridir. Koinot kengayishi va sovishi tufayli dastlab yuqori energiyaga ega nurlanish radiospektrning mikroto‘lqinli qismiga siljigan. Yetarlicha sezgir radioteleskoplar relikt nurlanishni biror yulduz, galaktika yoki boshqa obyekt bilan bog‘liq bo‘lmagan kuchsiz signal sifatida aniqlay oladi.
Isitish va energiya sohasida qo‘llanishi
Mikroto‘lqinli pech taom orqali taxminan 2,45 GGts chastotali mikroto‘lqinli nurlanishni o‘tkazadi va dielektrik qizishga sabab bo‘ladi. Bu, avvalo, suv molekulalarining energiyani yutishi tufayli ro‘y beradi. 1970-yillar oxirida mikroto‘lqinli pechlar arzonroq rezonatorli magnetronlar ishlab chiqilgach, G‘arb mamlakatlari oshxonalarida odatiy jihozga aylandi. Suyuq suvda ko‘plab molekulalararo o‘zaro ta’sirlar bo‘lib, yutilish cho‘qqisini kengaytiradi. Bug‘ holatida alohida suv molekulalari nurlanishni taxminan 22 GGts chastotada yutadi; bu mikroto‘lqinli pech chastotasidan qariyb o‘n baravar yuqori.
Mikroto‘lqinli nurlanish sanoat jarayonlarida mahsulotlarni quritish va qotirish uchun ishlatiladi.
Ko‘plab yarimo‘tkazgichlarga ishlov berish texnologik jarayonlari plazma hosil qilish uchun mikroto‘lqinlardan foydalanadi. Bu, jumladan, reaktiv ionli o‘yish va bug‘ fazasidan kimyoviy cho‘ktirish (PECVD) jarayonlariga taalluqlidir.
Mikroto‘lqinlar stellaratorlar va tajribaviy tokamak termoyadro reaktorlarida gazni plazmaga aylantirib, uni juda yuqori haroratgacha qizdirishda ishlatiladi. Chastota magnit maydondagi elektronlarning siklotron rezonansiga mos, ya’ni 2–200 GGts oralig‘ida tanlanadi; shu sababli bu jarayon elektron-siklotron rezonansli isitish (ECRI) deyiladi. Qurilayotgan ITER termoyadro reaktori 170 GGts chastotali, 20 MVt gacha quvvatli nurlatkichlardan foydalanadi.
Mikroto‘lqinlardan katta masofalarga energiya uzatish uchun ham foydalanish mumkin. Ikkinchi jahon urushidan keyin bunday imkoniyatni o‘rganishga qaratilgan tadqiqotlar o‘tkazilgan. 1970-yillar va 1980-yillar boshida NASA katta quyosh batareyalariga ega bo‘lgan, mikroto‘lqinlar orqali Yer yuzasiga energiya uzatadigan quyosh energiyali sun’iy yo‘ldosh tizimlari (SPS) imkoniyatlarini o‘rgangan. Bunday tizimlar quyosh energiyasini Yerga yetkazishi mumkin edi.
Odam terisining yupqa qatlamini chidab bo‘lmas haroratgacha qizdirish va kishini joyni tark etishga majbur qilish uchun millimetrli to‘lqinlardan foydalanadigan o‘limga olib kelish ehtimoli kamroq qurol ham mavjud. Fokuslangan 95 GGts nurlanish dastasi ikki soniyada terining haroratini 54 °C ga, 0,4 mm chuqurlikda yetkazadi. AQSh Harbiy-havo kuchlari va AQSh dengiz piyodalari hozirda bunday turdagi faol chetlatish tizimidan statsionar qurilmalarda foydalanmoqda.
Spektroskopiya
Mikroto‘lqinli nurlanish elektron paramagnit rezonans spektroskopiyasida (EPR), odatda X diapazonida (taxminan 9 GGts), magnit maydon 0,3 Tl bo‘lganda qo‘llanadi. Bu usul kimyoviy birikmalardagi juftlashmagan elektronlar, jumladan, erkin radikallar yoki Cu(II) singari o‘tish metallari ionlari, masalan, Cu(II) haqidagi ma’lumotni beradi. Mikroto‘lqinli nurlanish aylanish spektroskopiyasida ham qo‘llanadi va elektrokimyo bilan birlashtirilib, mikroto‘lqinlar bilan kuchaytirilgan elektrokimyo usulini hosil qilishi mumkin.
Mikroto‘lqin chastota diapazonlari
Mikroto‘lqin spektridagi chastota polosalari harflar bilan belgilanadi. Biroq diapazonlarni belgilashning bir-biriga mos kelmaydigan bir necha tizimi mavjud; hatto bir tizim doirasida ham ayrim harflarga mos chastota oraliqlari qo‘llanish sohasiga qarab bir oz farqlanadi. Harfli belgilash tizimi Ikkinchi jahon urushi davrida AQShda radar qurilmalari uchun o‘ta maxfiy tasnif sifatida paydo bo‘lgan. Uning negizida eng qadimgi harfli belgilash tizimi — IEEE radar diapazonlari yotadi. Buyuk Britaniya radiojamiyati (RSGB) belgilagan mikroto‘lqin diapazonlaridan biri quyidagi jadvalda berilgan:
| Belgilanishi | Chastota diapazoni | To‘lqin uzunligi diapazoni | Odatdagi qo‘llanishi |
|---|---|---|---|
| L guruhi | 1–2 GGts | 15–30 sm | Harbiy telemetriya, GPS, mobil telefonlar (GSM), havaskor radioaloqa |
| S guruhi | 2–4 GGts | 7,5–15 sm | Meteorologik radar, suv usti kemalari radari, ayrim aloqa sun’iy yo‘ldoshlari, mikroto‘lqinli pechlar, mikroto‘lqinli qurilmalar/aloqa vositalari, radioastronomiya, mobil telefonlar, simsiz mahalliy tarmoq, Bluetooth, ZigBee, GPS, havaskor radioaloqa |
| C guruhi | 4–8 GGts | 3,75–7,5 sm | Shaharlararo radioaloqa |
| X guruhi | 8–12 GGts | 25–37,5 mm | Sun’iy yo‘ldosh aloqasi, radar, yer usti keng polosali aloqa, kosmik aloqa, havaskor radioaloqa, molekulyar aylanish spektroskopiyasi |
| K guruhiU | 12–18 GGts | 16,7–25 mm | Sun’iy yo‘ldosh aloqasi, molekulyar aylanish spektroskopiyasi |
| K guruhi | 18–26,5 GGts | 11,3–16,7 mm | Radar, sun’iy yo‘ldosh aloqasi, astronomik kuzatuvlar, avtomobil radari, molekulyar aylanish spektroskopiyasi |
| K guruhia | 26,5–40 GGts | 5,0–11,3 mm | Sun’iy yo‘ldosh aloqasi, molekulyar aylanish spektroskopiyasi |
| Q diapazoni | 33–50 GGts | 6,0–9,0 mm | Sun’iy yo‘ldosh aloqasi, yer usti mikroto‘lqinli aloqa, radioastronomiya, avtomobil radari, molekulyar aylanish spektroskopiyasi |
| U guruhi | 40–60 GGts | 5,0–7,5 mm | |
| V guruhi | 50–75 GGts | 4,0–6,0 mm | Millimetrli diapazon radarlari bo‘yicha tadqiqotlar, molekulalarning aylanish spektroskopiyasi va boshqa ilmiy izlanishlar |
| W guruhi | 75–110 GGts | 2,7–4,0 mm | Sun’iy yo‘ldosh aloqasi, millimetrli diapazon radarlari tadqiqotlari, harbiy radar yo‘naltirish va kuzatish tizimlari, boshqa ayrim fuqarolik qo‘llanmalari, avtomobil radarlari |
| F guruhi | 90–140 GGts | 2,1–3,3 mm | Mikroto‘lqinli uzatish: radioastronomiya, mikroto‘lqinli qurilmalar/aloqa vositalari, simsiz mahalliy tarmoq, eng zamonaviy radarlar, aloqa sun’iy yo‘ldoshlari, sun’iy yo‘ldosh televideniyesi, DBS, havaskor radioaloqa. |
| D guruhi | 110–170 GGts | 1,8–2,7 mm | Nihoyatda yuqori chastotali uzatish: radioastronomiya, yuqori chastotali mikroto‘lqinli radiorele qurilmalari, mikroto‘lqinli masofaviy zondlash, havaskor radioaloqa, yo‘naltirilgan energiya qurollari, millimetrli to‘lqin skaneri. |
Boshqa ta’riflar ham mavjud.
ultrayuqori chastotalarning L diapazonidan past qismiga ba’zan P diapazoni deyiladi, ammo IEEE Std 521 bo‘yicha bu atama eskirgan.
Ikkinchi jahon urushi davrida K diapazoniga mo‘ljallangan radarlar ilk bor ishlab chiqilganda, yaqin atrofda atmosferadagi suv bug‘i va kislorod tufayli yuzaga keladigan yutilish polosasi mavjudligi noma’lum edi. Ushbu muammodan qochish uchun dastlabki K diapazoni pastki Ku va yuqori Ka polosalariga bo‘lingan.
Mikroto‘lqin chastotasini o‘lchash
diapazonida o‘lchash uchun. Mikroto‘lqin chastotasini elektron yoki mexanik usullar bilan o‘lchash mumkin.
Bunda chastota hisoblagichlari yoki yuqori chastotali geterodinlardan foydalanish mumkin. Bunda noma’lum chastota past chastotali generator, garmonika generatori va aralashtirgich yordamida ma’lum past chastotaning garmonikalari bilan taqqoslanadi. O‘lchash aniqligi etalon manbaning aniqligi va barqarorligi bilan cheklanadi.
Mexanik usullarda yutilish to‘lqin o‘lchagichi kabi sozlanadigan rezonator kerak bo‘ladi; unda fizik o‘lcham bilan chastota orasidagi bog‘lanish ma’lum.
Laboratoriya sharoitida Lexer liniyalari yordamida parallel simlardan tuzilgan uzatish liniyasidagi to‘lqin uzunligini bevosita o‘lchash va so‘ng chastotani aniqlash mumkin. Shunga o‘xshash usulda to‘lqin o‘tkazgichdagi yoki koaksial liniyadagi tirqishlar orqali to‘lqin uzunligi bevosita o‘lchanadi. Bunday qurilmalar o‘lchash liniyasi deb ataladi. Ular bo‘ylama tirqishdan liniyaga kiritiladigan va liniya bo‘ylab erkin harakatlanadigan zonddan iborat. O‘lchash liniyalari, asosan, kuchlanish bo‘yicha turg‘un to‘lqin koeffitsiyentini o‘lchash uchun mo‘ljallangan. Ammo turg‘un to‘lqin mavjud bo‘lganda, ulardan tugunlar orasidagi masofani ham o‘lchashda foydalanish mumkin. Bu masofa to‘lqin uzunligining yarmiga teng. Usul aniqligi tugunlar joylashuvini aniqlash bilan cheklanadi.
Salomatlikka ta’siri
Mikroto‘lqinlar — ionlashtirmaydigan nurlanish. Bu shuni anglatadiki, mikroto‘lqin fotonlari molekulalarni ionlashtirish, kimyoviy bog‘larni uzish yoki DNKni shikastlash uchun yetarli energiyaga ega emas. Bu jihatdan ular rentgen nurlari yoki ultrabinafsha nurlanish kabi ionlashtiruvchi nurlanishdan farq qiladi. «Nurlanish» so‘zi radioaktivlikni emas, balki manbadan chiqadigan energiyani anglatadi. Mikroto‘lqinlar yutilishining asosiy ta’siri — materiallarni qizdirish; elektromagnit maydon qutbli molekulalarni tebranishga yoki aylanishga majbur qiladi. Past intensivlikda mikroto‘lqinlar (yoki boshqa ionlashtirmaydigan elektromagnit nurlanish) sezilarli salbiy biologik ta’sir ko‘rsatishi haqida ishonchli ma’lumot yo‘q. Ba’zi tadqiqotlarda uzoq ta’sir kanserogen bo‘lishi mumkinligi qayd etilgan, boshqalarida esa bunday xulosa aniqlanmagan.
Ikkinchi jahon urushi davrida radar nurlanishi yo‘lida turgan odamlar mikroto‘lqinlar ta’sirida chertish va g‘uvillash tovushlarini eshitishi kuzatilgan. NASAning 1970-yillardagi tadqiqotlari buning ichki quloq qismlarining issiqlik ta’sirida kengayishi bilan bog‘liqligini ko‘rsatgan. 1955-yilda doktor Jeyms Lavlok 0–1 °C gacha sovutilgan kalamushlarni mikroto‘lqinli diatermiya yordamida qayta jonlantira olgan.
Mikroto‘lqinlar ta’siridan jarohat yuz bersa, bunga odatda tana to‘qimalarining dielektrik qizishi sabab bo‘ladi. Ushbu nurlanish kataraktaga olib kelishi mumkin. Bunda mikroto‘lqinli isitish denaturatsiyalaydi oqsillarni ko‘z gavharida (ko‘zda) (issiqlik tuxum oqini xiralashtirgani kabi). Ko‘z gavhari va shox pardasi ayniqsa zaif, chunki ularda issiqlikni olib ketadigan qon tomirlari yo‘q. Mikroto‘lqinlarning yuqori dozasi (masalan, eshigi ochiq holatda ham ishlaydigan qilib o‘zgartirilgan pechdan) boshqa to‘qimalarni ham termik shikastlashi, jumladan, jiddiy kuyishlarga olib kelishi mumkin. Bunday jarohatlar darhol sezilmasligi mumkin, chunki mikroto‘lqinlar namligi yuqori bo‘lgan chuqur to‘qimalarni ham qizdira oladi.
Eleonora R. Adeyr mikroto‘lqinlar ta’sirida o‘zi, hayvonlar va boshqa odamlarning salomatligini o‘rgangan. Ular issiqlikni sezgan, hatto terlagan va ancha noqulaylik his qilgan. U issiqlikdan tashqari salomatlikka salbiy ta’sirni aniqlamagan.
Tarixi
Gers optikasi
Mikroto‘lqinlar 1890-yillarda dastlabki radiotajribalar davomida ilk bor hosil qilingan. O‘sha davr fiziklari ularni «ko‘rinmas yorug‘lik»ning bir turi deb hisoblagan. Jeyms Klark Maksvell o‘zining elektromagnetizm nazariyasida (1873-yil) Maksvell tenglamalariga asoslanib, o‘zgaruvchan elektr va magnit maydonlar fazoda elektromagnit to‘lqinlar ko‘rinishida tarqalishi mumkinligini bashorat qilgan hamda yorug‘lik qisqa to‘lqinli elektromagnit to‘lqinlardan iboratligini ilgari surgan. 1888-yilda nemis fizigi Genrix Gers sodda radioto‘lqinlarni hosil qilish uchun uchqun razryadli radiouzatkichdan foydalanib, ularning mavjudligini birinchi bo‘lib tajribada isbotlagan. Gers va dastlabki radio tadqiqotchilari Maksvell nazariyasini tekshirish uchun radioto‘lqinlar bilan yorug‘lik to‘lqinlari orasidagi o‘xshashliklarni o‘rganishga qiziqqan. Ular ultrayuqori chastota diapazonlari va mikroto‘lqinli diapazonda qisqa radioto‘lqinlar yaratishga e’tibor qaratgan. Shu yo‘l bilan ular laboratoriyalarda klassik optik tajribalarni takrorlashlari mumkin edi. Buning uchun kvazioptik elementlar: prizmalar va linzalar, shuningdek, parafin, oltingugurt va qatrondan tayyorlangan qismlar hamda simli difraksion panjaralar qo‘llangan. Bu elementlar radioto‘lqinlarni yorug‘lik nurlari singari sindirish va sochish uchun xizmat qilgan. Gers 450 MGts gacha bo‘lgan to‘lqinlar hosil qilgan; uning 450 MGts chastotali yo‘naltirilgan uzatkichi 26 sm uzunlikdagi jez sterjenli dipol antennasidan iborat edi; uning uchlari orasida uchqun razryadniki bo‘lib, u egilgan rux listidan tayyorlangan parabolik antennaning fokus chizig‘ida osilgan va induksion g‘altakdan keladigan yuqori kuchlanish impulslari bilan ta’minlangan. Uning tarixiy tajribalari radioto‘lqinlar ham yorug‘lik kabi sinish, difraksiya, qutblanish, interferensiya va turg‘un to‘lqinlar hodisalarini namoyon qilishini ko‘rsatdi. Bu radioto‘lqinlar va yorug‘lik Maksvell ta’riflagan elektromagnit to‘lqinlarning shakllari ekanini tasdiqladi.
Genrix Gersning 450 MGts chastotali, 1888-yildagi uzatkichi parabolik reflektor fokusida joylashgan 23 sm dipol va uchqun razryadnikidan iborat edi.
Jagadish Chandra Bos 1894-yilda birinchi bo‘lib millimetrli to‘lqinlarni hosil qilgan; uning (o‘ngdagi qutidagi) 60 GGts (5 mm) to‘lqinlarni diametri 3 mm metall sharchali rezonator yordamida hosil qilgan.
Jon Ambrouz Flemingning 1897-yildagi mikroto‘lqinli spektroskopiya tajribasi parafin prizma orqali o‘tuvchi 1,4 GGts mikroto‘lqinlarning sinishini ko‘rsatgan va Bos hamda Rigining oldingi tajribalarini takrorlagan.
Augusto Rigining 12 GGts chastotali uchqun generatori va qabul qilgichi, 1895-yil.
1894-yildan boshlab hind fizigi Jagadish Chandra Bos mikroto‘lqinlar bilan dastlabki tajribalarni o‘tkazgan. U birinchi bo‘lib millimetrli to‘lqinlarni 60 GGts (5 millimetr) gacha chastotada, diametri 3 mm metall sharchali uchqun generatori orqali hosil qilgan. Bos, shuningdek, to‘lqin o‘tkazgich, ruporli antennalar va yarimo‘tkazgich kristalli detektorlarni ham yaratgan. 1894-yilda mustaqil ravishda Oliver Lodj va Augusto Rigi mos ravishda 1,5 va 12 GGts mikroto‘lqinlar bilan tajriba o‘tkazgan; ularni kichik metall sharchali uchqun rezonatorlari hosil qilgan. Rus fizigi Pyotr Lebedev 1895-yilda 50 GGts millimetrli to‘lqinlarni hosil qilgan. 1897-yilda lord Reyli ixtiyoriy shakldagi o‘tkazuvchi quvurlar va dielektrik sterjenlar orqali tarqaluvchi elektromagnit to‘lqinlar uchun matematik chegaraviy masalani yechgan. Unda kesish chastotasi va to‘lqin o‘tkazgich.
orqali tarqaladigan mikroto‘lqinlarning rejimlari ko‘rsatilgan. Ammo mikroto‘lqinlar faqat to‘g‘ri ko‘rinish hududida tarqalgani uchun ular ko‘rinish gorizontidan uzoqqa uzatilmasdi. O‘sha paytdagi uchqunli uzatkichlarning kichik quvvati amaliy masofani bir necha mil bilan cheklagan. 1896-yildan keyin rivojlangan radioaloqa esa gorizont ortiga sirt to‘lqinlari sifatida tarqaladigan yoki ionosferadan osmon to‘lqinlari sifatida qaytadigan pastroq chastotalardan foydalangan. Shu sababli mikroto‘lqin chastotalari o‘sha davrda batafsil tadqiq qilinmagan.
Mikroto‘lqinli aloqa bo‘yicha dastlabki tajribalar
Amaliy mikroto‘lqin chastotalari tegishli manbalar yo‘qligi tufayli 1940–1950-yillargacha qo‘llanmagan. Sababi, elektron generator dagi triodli vakuum lampa (radiouzatkichlarda ishlatiladigan lampa) elektronlarning o‘tish vaqti hamda elektrodlararo sig‘im juda katta bo‘lgani uchun bir necha yuz megagersdan yuqori chastotalarni hosil qila olmagan. 1930-yillarga kelib yangi tamoyillar asosida ishlaydigan dastlabki kam quvvatli mikroto‘lqin vakuum lampalari yaratilgan: Barkgauzen–Kurts lampasi va ajratilgan anodli magnetron. Ular bir necha gigagersgacha chastotalarda bir necha vatt quvvat ishlab chiqargan va dastlabki mikroto‘lqinli aloqa tajribalarida ishlatilgan.
1931-yilda La-Mansh bo‘ylab 1,7 GGts chastotada radiorele aloqasi tajribalari uchun antennalar.
Westinghouse laboratoriyalaridagi 700 MGts tajribaviy uzatkich 1932-yilda ovozni bir mildan uzoqqa uzatgan.
Sautvort 1938-yilda Institute of Radio Engineers yig‘ilishida to‘lqin o‘tkazgichni namoyish etmoqda: 1,5 GGts to‘lqinlar 7,5 m uzunlikdagi egiluvchan metall shlangdan o‘tib, diod detektori bilan qayd qilinmoqda.
1938-yilda ixtirochi Uilmer L. Barrou yaratgan birinchi zamonaviy ruporli antenna.
1931-yilda Andre Klavye rahbarligidagi ingliz-fransuz konsorsiumi birinchi tajribaviy mikroto‘lqinli retranslyatsiya liniyasini La-Mansh orqali, bir-biridan 64 km uzoqlikda joylashgan Duvr va Kale orasida namoyish etgan. Tizim telefon, telegraf va faksimil ma’lumotlarni 1,7 GGts chastotali ikki tomonlama kanalda, taxminan yarim vatt quvvat bilan uzatgan. Quvvat miniatyura Barkgauzen–Kurts lampalari yordamida 3 metrli metall likopchasimon antenna fokusida hosil qilingan.
Ilgari «qisqa to‘lqinli» diapazoni deb yuritilgan, uzunligi 200 m dan kam bo‘lgan to‘lqinlar orasidan yangi, yanada qisqa to‘lqinlarni ajratish uchun boshqa atama topish zarur edi. Kvazioptik to‘lqinlar va ultraqisqa to‘lqinlar atamalari bir muddat ishlatilgan, ammo keng tarqalmagan. «mikroto‘lqin» so‘zining ilk qo‘llanishi, aftidan, 1931-yilga to‘g‘ri keladi.
Radar
radarning asosan maxfiy tarzda, Ikkinchi jahon urushidan oldin va urush davomida rivojlantirilishi mikroto‘lqinlarni amalda qo‘llash imkonini bergan texnologik yutuqlarga sabab bo‘ldi. Samolyotga sig‘adigan darajada ixcham kichik radar antennalari dushman samolyotlarini aniq joylashtirish uchun yetarlicha tor nur chiqarishi zarur edi. Buning uchun santimetrli diapazon to‘lqinlari kerak bo‘lgan. Odatdagi uzatish liniyalari mikroto‘lqin chastotalarida juda katta quvvat yo‘qotishi aniqlandi. Jorj Sautvort Bell Labs laboratoriyasida va Uilmer Barrou Massachusets texnologiya institutida mustaqil ravishda to‘lqin o‘tkazgichni 1936-yilda. Barrou ruporli antennanini 1938-yilda mikroto‘lqinlarni to‘lqin o‘tkazgichga samarali kiritish yoki undan chiqarish uchun yaratgan. Mikroto‘lqinli qabul qilgichda ushbu chastotalarda detektor va aralashtirgich vazifasini bajaruvchi nochiziqli komponent kerak bo‘lgan, chunki elektron lampalarning sig‘imi juda katta edi. Buni qondirish uchun tadqiqotchilar eskirgan nuqtaviy kontaktli kristalli detektor («mushuk mo‘ylovi» detektori) texnologiyasini qayta qo‘llay boshlagan. U elektron lampali qabul qilgichlar paydo bo‘lishidan avval asrlar almashuvida demodulyator sifatida kristalli radioqabul qilgichlarda ishlatilgan. Yarimo‘tkazgich o‘tishlarining kichik sig‘imi ularga mikroto‘lqin chastotalarida ishlash imkonini bergan. Dastlabki zamonaviy kremniy va germaniy diodlari 1930-yillarda mikroto‘lqinli detektorlar sifatida ishlab chiqilgan. Ularni yaratish davrida kashf etilgan yarimo‘tkazgichlar fizikasi tamoyillari urushdan keyin yarimo‘tkazgich elektronikasi rivojiga olib kelgan.
General Electric kompaniyasining birinchi tijorat klistron lampasi, 1940-yil; ichki tuzilishini ko‘rsatish uchun kesib ochilgan.
AN/APS-4 — Ikkinchi jahon urushida Amerika va Britaniya samolyotlarida qo‘llangan 10 GGts havo nishonlarini tutish radari.
AQSh armiyasining 1945-yildagi ko‘chma mikroto‘lqinli radiorele stansiyasi; 01 dan 4,9 GGts gacha chastotalardagi, bitta nur orqali 8 tagacha telefon qo‘ng‘irog‘ini uzata oladigan retranslyatsiya tizimlari ko‘rsatilgan.
Birinchi kuchli mikroto‘lqin manbalari Ikkinchi jahon urushi boshlanishida yaratilgan: klistron — Stenford universiteti olimlari Rassell va Sigurd Varian tomonidan 1937-yilda, magnetron — esa Jon Rendall va Garri But tomonidan 1940-yilda Buyuk Britaniyaning Birmingem universitetida yaratilgan. O‘n santimetrli (3 GGts) mikroto‘lqinli radar 1941-yil oxirida Britaniya harbiy samolyotlarida qo‘llangan va urush borishiga kuchli ta’sir ko‘rsatgan. Britaniyaning 1940-yilda mikroto‘lqin texnologiyasini AQShdagi ittifoqchisiga berish qarori (Tizard missiyasi) urushning qisqarishiga katta hissa qo‘shgan. Massachusets texnologiya instituti qoshida radarlarni tadqiq etish uchun 1940-yilda maxfiy tashkil etilgan Radiatsiya laboratoriyasi mikroto‘lqinlardan foydalanishga zarur nazariy bilimlarning katta qismini ishlab chiqqan. Birinchi mikroto‘lqinli retranslyatsiya tizimlari urush oxirlariga kelib ittifoqchilar qurolli kuchlari tomonidan yaratilgan va Yevropadagi jang maydonlarida himoyalangan aloqa tarmoqlari uchun qo‘llangan.
Ikkinchi jahon urushidan keyin
Ikkinchi jahon urushidan keyin mikroto‘lqinlar tijorat maqsadlarida keng qo‘llana boshladi. Yuqori chastotalari sababli ularga asoslangan uzatkichlar juda katta axborot o‘tkazish qobiliyatiga ega: bitta mikroto‘lqin dastasi o‘n minglab telefon qo‘ng‘iroqlarini uzata oladi. 1950–1960-yillarda AQSh va Yevropada qit’alararo mikroto‘lqinli retranslyatsiya tarmoqlari qurilib, shaharlar o‘rtasidagi telefon aloqasi va teleko‘rsatuvlarni tarqatish uchun xizmat qilgan. Rivojlanayotgan televizion eshittirish sanoatida 1940-yillardan boshlab mikroto‘lqinli likopchalar mobil transport kanallari orqali video signalni televizion stansiyalardan studiyaga qaytarish uchun qo‘llanib, masofadagi jonli teleko‘rsatuvlarni uzatish imkonini yaratgan. Birinchi aloqa sun’iy yo‘ldoshlari 1960-yillarda uchirilgan. Ular mikroto‘lqinli dastalar yordamida Yerning bir-biridan uzoq nuqtalari orasidagi telefon qo‘ng‘iroqlari va teleko‘rsatuvlarni qayta uzatgan. 1964-yilda Arno Penzias va Robert Vudro Uilson, sun’iy yo‘ldosh ruporli antennasi shovqinini o‘rganar ekan, Bell Labs, Xolmdel, Nyu-Jersi laboratoriyasida kosmik mikroto‘lqinli fon nurlanishini kashf etgan.
Mikroto‘lqinli radar havo harakatini boshqarish, dengiz navigatsiyasi, havo hujumidan mudofaa, ballistik raketalarni aniqlash va keyinchalik ko‘plab boshqa sohalarda asosiy texnologiyaga aylangan. Radiolokatsiya va sun’iy yo‘ldosh aloqasi zamonaviy mikroto‘lqinli antennalarni rivojlantirishni jadallashtirdi: parabolik antenna (eng keng tarqalgan turi), Kassegren antennasi, linzali antenna, tirqishli antenna va fazalangan antenna panjarasi.
Qisqa to‘lqinlarning materiallarni tez isitish va ovqat pishirish xususiyatlari 1930-yillarda Westinghouse kompaniyasida I. F. Muromsev tomonidan o‘rganilgan; Chikago Butunjahon ko‘rgazmasida 1933-yilda 60 MGts radiouzatkich yordamida ovqat pishirish namoyish etilgan. 1945-yilda Persi Spenser, Raytheon kompaniyasining radar muhandisi, magnetron generatori nurlanishi cho‘ntagidagi shokolad bo‘lagini eritib yuborganini payqagan. U mikroto‘lqinlar bilan ovqat pishirishni o‘rgangan va mikroto‘lqinli pechnini yaratgan. Pech ovqat joylashtirilgan yopiq metall bo‘shliqqa mikroto‘lqin chiqaruvchi magnetrondan iborat bo‘lgan. Raytheon uni 8-oktabr 1945-yilda patentlagan. Qimmatligi sababli dastlab mikroto‘lqinli pechlar muassasalar oshxonalarida ishlatilgan, ammo 1986-yilga kelib AQSh xonadonlarining qariyb 25 % ida bunday pech bor edi. Mikroto‘lqinli qizdirish plastmassa ishlab chiqarish kabi sanoat tarmoqlarida keng yoyilgan va saraton hujayralarini yo‘q qilish maqsadida mikroto‘lqinli gipertermiya usulida ham qo‘llanilgan.
Yuguruvchi to‘lqin lampasi (YTL) 1943-yilda Rudolf Kompfner va Jon Pirs tomonidan yaratilgan. U 50 GGts gacha bo‘lgan chastotada kuchli, sozlanuvchi mikroto‘lqin manbaini ta’minlab, pechlarda keng ishlatiladigan magnetrondan keyin eng ommabop mikroto‘lqin lampasiga aylandi. Sovet Ittifoqida yaratilgan giroqurilmalar oilasi megavatt quvvatli mikroto‘lqinlarni millimetrli chastotalar diapazonigacha hosil qila oladi. Ular sanoat isitishida va plazma tadqiqotlarida, shuningdek, zarralar tezlatkichlari va yadroviy termoyadro reaktorlarini.
Qattiq jismli mikroto‘lqin qurilmalar
yarimo‘tkazgich elektronikasining 1950-yillardagi rivojlanishi yangi tamoyilda ishlaydigan dastlabki qattiq jismli mikroto‘lqin qurilmalarining paydo bo‘lishiga sabab bo‘ldi. Bu tamoyil — manfiy differensial qarshilik (urushdan oldingi ayrim mikroto‘lqin lampalari ham manfiy differensial qarshilikdan foydalangan). Past chastotalarda qo‘llanadigan teskari aloqali generatorlar va ikki portli kuchaytirgichlar mikroto‘lqin chastotalarida beqarorlashgan. Manfiy differensial qarshilikka asoslangan generatorlar va diodlar kabi bir portli qurilmalarga asoslangan kuchaytirgichlar yaxshiroq ishlagan.
Tunnel diodi 1957-yilda yapon fizigi Leo Esaki tomonidan ixtiro qilingan bo‘lib, bir necha millivatt mikroto‘lqin quvvatini hosil qila olgan. Bu ixtiro mikroto‘lqin generatorlarida qo‘llash uchun manfiy differensial qarshilikli yarimo‘tkazgich qurilmalarni izlashga turtki bergan. Natijada ko‘chkisimon uchish diodi 1956-yilda U. T. Rid va Ralf L. Jonston tomonidan, Gann diodi esa 1962-yilda J. B. Gann tomonidan yaratilgan. Bugun diodlar eng keng tarqalgan mikroto‘lqin manbalaridir. Manfiy differensial qarshilikka asoslangan ikki xil kam shovqinli yarimo‘tkazgich kuchaytirgich ishlab chiqilgan: yoqutli mazer (1953-yilda Charlz X. Tauns, Jeyms P. Gordon va X. J. Zeyger tomonidan ixtiro qilingan) hamda varaktorli parametrik kuchaytirgich (1956-yilda Marion Xayns tomonidan ishlab chiqilgan). Ular radioteleskoplar va yer usti sun’iy yo‘ldosh stansiyalarida kam shovqinli mikroto‘lqin qabul qilgichlar uchun ishlatilgan. Mazerning yaratilishi atom soatlarini rivojlantirishga olib kelgan. Ular atomlar ikki energiya sathi orasida elektron o‘tishi vaqtida chiqaradigan aniq mikroto‘lqin chastotasi yordamida vaqtni o‘lchaydi. Manfiy differensial qarshilikli kuchaytirgich sxemalari yangi o‘zaro teskari bo‘lmagan to‘lqin o‘tkazgich komponentlarini, jumladan, sirkulyatorlar, izolyatorlar va yo‘naltirilgan tarmoqlagichlarni yaratishni talab qildi. 1969-yilda Kurokava manfiy differensial qarshilikli zanjirlar barqarorligining matematik shartlarini keltirib chiqardi va ular mikroto‘lqinli generatorlar loyihasiga asos bo‘ldi.
Mikroto‘lqinli mikrosxemalar
1970-yillargacha mikroto‘lqinli qurilmalar va sxemalar katta hamda qimmat bo‘lgan. Shu sababli mikroto‘lqin chastotalari odatda faqat uzatkichning chiqish kaskadi va qabul qilgichning yuqori chastotali kirish qismida ishlatilgan; signallar esa ishlov berish uchun geterodin usulida pastroq oraliq chastotaga o‘tkazilgan. 1970-yillardan hozirgacha bosma platalarga o‘rnatish mumkin bo‘lgan juda kichik va arzon faol qattiq jismli mikroto‘lqin komponentlari yaratildi. Bu sxemalarga mikroto‘lqin chastotalarida keng ko‘lamli signalga ishlov berish imkonini berdi. Natijada sun’iy yo‘ldosh televideniyesi, kabel televideniyesi, GPS qurilmalari va smartfonlar, Wi-Fi hamda Bluetooth kabi mikroto‘lqinlar orqali tarmoqlarga ulanadigan zamonaviy simsiz qurilmalar paydo bo‘ldi.
Mikrotasmali uzatish liniyasi mikroto‘lqin chastotalarida qo‘llanadigan bo‘lib, bosma sxemalar yordamida 1950-yillarda ixtiro qilingan. Bosma platalarda turli shakllarni arzon tayyorlash imkoniyati kondensatorlar, induktivlik g‘altaklari, rezonansli shleyflar, tarmoqlagichlar, yo‘naltirilgan tarmoqlagichlar, diplekserlar, filtrlar va antennalarning mikrotasmali ko‘rinishlarini yaratishga yo‘l ochib, ixcham mikroto‘lqinli sxemalarni loyihalash imkonini berdi.
Tranzistorlar mikroto‘lqin chastotalarida ishlay oladigan qilib 1970-yillarda ishlab chiqilgan. Yarimo‘tkazgich galliy arsenid (GaAs) elektron harakatchanligiga ko‘ra kremniydan ancha ustun. Shu bois undan ishlab chiqarilgan qurilmalar o‘xshash kremniyli qurilmalarga nisbatan 4 marta yuqori chastotada ishlashi mumkin. 1970-yillardan boshlab GaAs birinchi mikroto‘lqin tranzistorlarini yaratishda ishlatildi va keyinchalik yuqori chastotali yarimo‘tkazgichlarda ustun mavqega ega bo‘ldi. MESFET (metall–yarimo‘tkazgichli maydoniy tranzistorlar) — yuqori chastotali GaAs asosidagi maydoniy tranzistorlar bo‘lib, zatvorda Shottki o‘tishlarini ishlatadi. Ular 1968-yildan boshlab ishlab chiqilgan va 100 GGts kesish chastotasiga erishgan; bugungi kunda eng keng qo‘llanadigan faol mikroto‘lqin qurilmalaridir. Yuqoriroq chastota chegarasiga ega yana bir tranzistor oilasi — HEMT (elektronlar harakatchanligi yuqori bo‘lgan tranzistor), maydoniy tranzistorbo‘lib, AlGaAs va GaAs kabi ikki xil yarimo‘tkazgichdan geteroo‘tish texnologiyasi asosida tayyorlanadi. Shunga o‘xshash HBT (geteroo‘tishli bipolyar tranzistor).
GaAs yarimizolyatsion xususiyatga ega bo‘lishi mumkin, shu sababli u taglik vazifasini bajaradi. Unda passiv komponentlar va tranzistorlardan iborat elektron sxemalarni litografiya usulida tayyorlash mumkin. 1976-yilga kelib bu usul mikroto‘lqin chastotalarida ishlovchi dastlabki integral sxemalarni (IS) yaratishga olib keldi. Ular monolit mikroto‘lqinli integral sxemalar (MMIC) deb nomlandi. «Monolit» so‘zi ularni «mikroto‘lqinli integral sxemalar» (MIC) deb ataladigan mikrotasmali bosma platalardan farqlash uchun qo‘shilgan. Keyinchalik kremniyli MMIC sxemalari ham ishlab chiqildi. Bugungi kunda MMIC analog va raqamli yuqori chastotali elektronikaning muhim asosiga aylandi. Ular bitta kristallda mikroto‘lqin qabul qilgichlar, keng polosali kuchaytirgichlar, modemlar va mikroprotsessorlar.
Havolalar
- EM Talk — mikroto‘lqin texnikasi bo‘yicha qo‘llanmalar va vositalar
- Millimetrli diapazondagi to‘lqin o‘tkazgichlar o‘lchamlari jadvali va mikroto‘lqinli diapazon uchun.
