سلسلة الاتصالات (7) الأمواج الميكروية (Microwave)

تتميّز الأمواج الميكروية بطول موجةٍ قصير يكافئ ترددًا عاليًا، وهذا يؤدي لقدرة تركيز أفضل لانتشار الموجة وإمكانية تحقيق اتصالٍ فعال بين نقطتين، حيث تكون الإشارة المرسلة حادة التوجيه إلى هوائي الاستقبال.

يتراوح ترددها من 1 GHz إلى 30GHz  ولها طول موجي يتراوح بين1 سم و 30 سم.

وبسبب قصر الطول الموجي وارتفاع التردد؛ تصبح العناصر الأساسية المُكوّنة للدارات الإلكترونية مثل المقاومة والمكثفة المستخدمة في الترددات المنخفضة غير مُجدية، بسبب قصر طول الموجة بالنسبة لأبعاد العناصر.

بمعنى آخر، نجد أنّ التيار والجهد في العناصر الإلكترونية ذات التردد المنخفض ليس لهما نفس القيمة على طول العنصر عند تطبيق الأمواج الميكروية، فقد يكون الجهد موجب في نقطة وسالب في نقطة أخرى على طول العنصر.

بالإضافة إلى أنّ قصر الطول الموجي بالنسبة لطول العناصر الإلكترونية يجعلها كهوائيٍّ مشعّ لمجالٍ كهرومغناطيسي يؤثر في عمل الدارة ويقوم بالتشويش على الأجهزة المجاورة، لذلك نستخدم طرقًا مختلفة مع الأمواج الميكروية لحسابات الدارات، وأيضًا نستخدم عناصر مختلفة عن عناصر الدارات الإلكترونية ذات الترددات المنخفضة.

للأمواج الميكروية استخدامات عديدة تمتد من إرسال إشارات عبر القارات إلى الطبخ في عدة دقائق.

فخلال الحرب العالمية الثانية كانت أهمية هندسة الأمواج الميكروية مرادفةً لهندسة الرادار التي تأثّرت بشكلٍ كبيرٍ بتطوّر أنظمة الأمواج الميكروية؛ بسبب الحاجة لرادارٍ دقيقٍ قادرٍ على تحديد مواقع طائرات وسفن العدو.

هل تعلم كيف يعمل فرن الميكرويف؟

السر هو عنصر المغنيترون، الذي يُحوّل التيار الكهربائي إلى أمواجٍ ميكروية مماثلة في قوتها لرادارات الجيش، فتخترق هذه الأمواج الطعام لتسخنه.

إذ ترتد الأمواج الميكروية ذهابًا وإيابًا داخل جدران الفرن، وأثناء اختراق الأمواج للطعام تقوم بتحريك الجزيئات بداخله بسرعة عالية مما يُسبّب ارتفاع درجة حرارتها.

يكون التأثير أقوى في الجزيئات التي تحوي قطبيةً بين الذرات الموجبة والسالبة. إذ تتميّز جزئيات الماء بقطبيةٍ كبيرة مما يجعلها أكثر حساسية للأمواج الميكروية، وكذلك الأمر بالنسبة للكثير من الزيوت والسكريات والدهون، وبعض أنواع البلاستيك والسيراميك.

وقد بدأ استخدامها منذ خمسينيات القرن الماضي.

مميزات الأمواج الميكروية:

1. تحميل عدة قنوات في تردد واحد،وبذلك تستخدم الأمواج الميكروية في ربط المقاسم الهاتفية، إذ يكون بإمكان الحامل الواحد نقل أكثر من 1500 خط هاتف منفصل.
2. دارات إلكترونية صغيرة الحجم بسبب قصر الطول الموجي.
3. ظهور هوائيات ذات كسب عالي بإمكانها قطع مسافات بعيدة كالربط بين الأرض والفضاء.
4. بسبب طبيعة انتشار الموجات الميكروية التي هي من نمط Line Of Sight (LOS) أي أنّ جميع نقاط طبق الاستقبال ترى جميع نقاط طبق الإرسال ولا يوجد أي عائق يمنع الاتصال.

ومن المميزات أعلاه يتمُّ استخدام الموجات الميكروية في:

1. الرادار في استكشاف مختلف الأهداف.
2. الاتصالات مع الأقمار الاصطناعية بسبب قدرة الموجات الميكروية اختراق طبقة (Ionospher).
3. الاتصالات ذات النطاق الواسع (Broadband Communication System).

المصادر:

Microwave Engineering by David M.Pozar  4d edition Wiley 2012

Foundations for Microwave Engineering 2^nd edition by Robert E. Collin