СВЧ: расшифровка выражения сверхвысокая частота, что значит микроволновой диапазон

Что такое микроволны?

Свойства сверхвысокочастотных волн

В современной жизни сверхвысокочастотные волны используются весьма активно. Взгляните на ваш сотовый телефон – он работает в диапазоне сверхвысокочастотного излучения.

Все технологии, такие как Wi-Fi, беспроводной Wi-Max, 3G, 4G, LTE (Long Term Evolution), радиоинтерфейс малого радиуса действия Bluetooth, системы радиолокации и радионавигации используют сверхвысокочастотные (СВЧ) волны.

СВЧ нашли применение в промышленности и медицине. По-другому СВЧ волны ещё называют микроволнами. Работа бытовой микроволновой печи также основана на применении СВЧ излучения.

Микроволны – это те же самые радиоволны, но длина волны у таких волн составляет от десятков сантиметров до миллиметра. Микроволны занимают промежуточное место между ультракороткими волнами и излучением инфракрасного диапазона. Такое промежуточное положение оказывает влияние и на свойства микроволн. Микроволновое излучение обладает свойствами, как радиоволн, так и световых волн. Например, СВЧ излучению присущи качества видимого света и инфракрасного электромагнитного излучения.

Станция мобильной сети стандарта LTE

Микроволны, длина волны которых составляет сантиметры, при высоких уровнях излучения способны оказывать биологическое воздействие. Кроме этого сантиметровые волны хуже проходят через здания, чем дециметровые.

СВЧ излучение можно концентрировать в узконаправленный луч. Это свойство напрямую сказывается на конструкции приёмных и передающих антенн, работающих в диапазоне СВЧ. Никого не удивит вогнутая параболическая антенна спутникового телевидения, принимающая высокочастотный сигнал, словно вогнутое зеркало, собирающее световые лучи.

Микроволны подобно свету распространяются по прямой и перекрываются твёрдыми объектами, наподобие того, как свет не проходит сквозь непрозрачные тела. Так, если в квартире развернуть локальную Wi-Fi сеть, то в направлении, где радиоволна встретит на своём пути препятствия, вроде перегородок или перекрытий, сигнал сети будет меньше, чем в направлении более свободном от преград.

Излучение от базовых станций сотовой связи GSM довольно сильно ослабляют сосновые леса, так как размеры и длина иголок приблизительно равны половине длины волны, и иголки служат своеобразными приёмными антеннами, тем самым ослабляя электромагнитное поле. Также на ослабление сигнала станций влияют и густые тропические леса. С ростом частоты увеличивается затухание СВЧ–излучения при перекрытии его естественными препятствиями.

Аппаратуру сотовой связи можно обнаружить даже на столбах электроснабжения

Распространение микроволн в свободном пространстве, например, вдоль поверхности земли ограничено горизонтом, в противоположность длинным волнам, которые могут огибать земной шар за счёт отражения в слоях ионосферы.

Данное свойство СВЧ излучения используется в сотовой связи. Область обслуживания делиться на соты, в которых действует базовая станция, работающая на своей частоте. Соседняя базовая станция работает уже на другой частоте, чтобы рядом расположенные станции не создавали помех друг другу. Далее происходит так называемое повторное использование радиочастот.

Поскольку излучение станции перекрывается горизонтом, то на некотором удалении можно установить станцию, работающую на той же частоте. В результате мешать такие станции друг другу не будут. Получается, что экономиться полоса радиочастот, используемая сетью связи.

Антенны базовых станций GSM

Радиочастотный спектр является природным, ограниченным ресурсом, наподобие нефти или газа. Распределением частот в России занимается государственная комиссия по радиочастотам – ГКРЧ. Чтобы получить разрешение на развёртывание сетей беспроводного доступа порой ведутся настоящие “корпоративные войны” между операторами мобильных сетей связи.

Почему микроволновое излучение используется в системах радиосвязи, если оно не обладает такой дальностью распространения, как, например, длинные волны?

Причина в том, что чем выше частота излучения, тем больше информации можно передавать с его помощью. К примеру, многие знают, что оптоволоконный кабель обладает чрезвычайно высокой скоростью передачи информации исчисляемой терабитами в секунду.

Все высокоскоростные телекоммуникационные магистрали используют оптоволокно. В качестве переносчика информации здесь служит свет, частота электромагнитной волны которого несоизмеримо выше, чем у микроволн. Микроволны в свою очередь имеют свойства радиоволн и беспрепятственно распространяются в пространстве. Световой и лазерные лучи сильно рассеиваются в атмосфере и поэтому не могут быть использованы в мобильных системах связи.

У многих дома на кухне есть СВЧ–печь (микроволновка), с помощью которой разогревают пищу. Работа данного устройства основана на поляризационных эффектах микроволнового излучения. Следует отметить, что разогрев объектов, с помощью СВЧ–волн происходит в большей степени изнутри, в отличие от инфракрасного излучения, которое разогревает объект снаружи внутрь. Поэтому нужно понимать, что разогрев в обычной и СВЧ–печи происходит по-разному. Также микроволновое излучение, например, на частоте 2,45 ГГц способно проникать внутрь тела на несколько сантиметров, а производимый нагрев ощущается при плотности мощности в 20 – 50 мВт/см 2 при действии излучения в течение нескольких секунд. Понятно, что мощное СВЧ–излучение может вызывать внутренние ожоги, так как разогрев происходит изнутри.

На частоте работы микроволновки, равной 2,45 Гигагерцам, обычная вода способна максимально поглощать энергию сверхвысокочастотных волн и преобразовывать её в тепло, что, собственно, и происходит в микроволновке.

В то время пока идут неутихающие споры о вреде СВЧ-излучения военные уже имеют возможность проверить на деле так называемую “лучевую пушку”. Так в Соединённых штатах разработана установка, которая “стреляет” узконаправленным СВЧ-лучом.

Установка на вид представляет собой что-то вроде параболической антенны, только невогнутой, а плоской. Диаметр антенны довольно большой – это и понятно, ведь необходимо сконцентрировать СВЧ-излучение в узконаправленный луч на большое расстояние. СВЧ-пушка работает на частоте 95 Гигагерц, а её эффективная дальность “стрельбы” составляет около 1 километра. По заявлениям создателей – это не предел. Вся установка базируется на армейском хаммере.

По словам разработчиков, данное устройство не представляет смертельной угрозы и будет применяться для разгона демонстраций. Мощность излучения такова, что при попадании человека в фокус луча, у него возникает сильное жжение кожи. По словам тех, кто попадал под такой луч, кожа будто бы разогревается очень горячим воздухом. При этом возникает естественное желание укрыться, сбежать от такого эффекта.

Действие данного устройства основано на том, что микроволновое излучение частотой 95 ГГц проникает на пол миллиметра в слой кожи и вызывает локальный нагрев за доли секунды. Этого достаточно, чтобы человек, оказавшийся под прицелом, ощутил боль и жжение поверхности кожи. Аналогичный принцип используется и для разогрева пищи в микроволновой печи, только в микроволновке СВЧ-излучение поглощается разогреваемой пищей и практически не выходит за пределы камеры.

На данный момент биологическое воздействие микроволнового излучения до конца не изучено. Поэтому, чтобы не говорили создатели о том, что СВЧ-пушка не вредна для здоровья, она может причинить вред органам и тканям человеческого тела.

Стоит отметить, что СВЧ-излучение наиболее вредно для органов с медленной циркуляцией тепла – это ткани головного мозга и глаз. Ткани мозга не имеют болевых рецепторов, и почувствовать явное воздействие излучения не удастся. Также с трудом вериться, что на разработку “отпугивателя демонстрантов” будут отпускаться немалые деньги – 120 миллионов долларов. Естественно, это военная разработка. Кроме этого нет особых преград, чтобы увеличить мощность высокочастотного излучения пушки до такого уровня, когда его уже можно использовать в качестве поражающего оружия. Также при желании её можно сделать и более компактной.

В планах военных создать летающую версию СВЧ-пушки. Наверняка её установят на какой-нибудь беспилотник и будут управлять им удалённо.

Вред микроволнового излучения

В документах на любой электронный прибор, который способен излучать СВЧ-волны упоминается так называемый SAR. SAR – это удельный коэффициент поглощения электромагнитной энергии. Простым языком – это мощность излучения, которая поглощается живыми тканями тела. Измеряется SAR в ваттах на килограмм. Так вот, для США определён допустимый уровень в 1,6 Вт/кг. Для Европы он чуть больше. Для головы 2 Вт/кг, для остальных частей тела и вовсе 4 Вт/кг. В России действуют более строгие ограничения, а допустимое излучение меряется уже в Вт/см 2 . Норма составляет 10 мкВт/см 2 .

Несмотря на то, что СВЧ излучение принято считать неионизирующим, стоит отметить, что оно в любом случае оказывает влияние на любые живые организмы. Например, в книге “Мозг в электромагнитных полях” (Ю. А. Холодов) приводятся результаты множества экспериментов, а также тернистая история внедрения норм на облучение электромагнитными полями. Результаты весьма любопытны. Микроволновое излучение влияет на многие процессы, протекающие в живых организмах. Если интересно, почитайте.

Из всего этого следует несколько простых правил. Как можно меньше болтать по мобильному телефону. Держать его подальше от головы и важных частей тела. Не спать со смартфоном в обнимку. По возможности использовать гарнитуру. Держаться подальше от базовых станций сотовой связи (речь идёт о жилых и рабочих помещениях). Не секрет, что антенны подвижной связи ставят на крышах жилых домов.

Также стоит “швырнуть камень в огород” мобильного интернета при использовании смартфона или планшета. Если вы “сидите в интернете”, то устройство постоянно передаёт данные базовой станции. Даже если излучение по мощности небольшое (всё зависит от качества связи, помех и удалённости базовой станции), то при длительном использовании негативный эффект обеспечен. Нет, вы не облысеете и не начнёте светиться. В мозгу нет болевых рецепторов. Поэтому он будет устранять “проблемы” по “мере сил и возможностей”. Просто будет сложнее сконцентрироваться, усилится усталость и пр. Это как пить яд малыми дозами.

Радиоизлучение и микроволны

микроволны: миллиметровые (мм), сантиметровые (см), дециметровые (дм)
энергия E — до 0,001 эВ
температура Т — до 2 К
частота ν (ню) — до 200 ГГц = 2 ·10 11 Гц
длина волны λ (лямбда) — от 1 мм

ультракороткие волны (УКВ): дециметровые, метровые
E — до 4 ·10 –6 эВ
Т — до 0,01 К
ν — до 1 ГГц = 10 9 Гц
λ — от 30 см

короткие (КВ), средние (СВ), длинные (ДВ) волны
E — до 1,2 ·10 –8 эВ
Т — до 0,0003 К
ν — до 30 МГц = 3 ·10 7 Гц
λ — от 10 м

сверхдлинные волны (СДВ)
E — до 4 ·10 –10 эВ
Т — до 10 –6 К
ν — до 100 КГц
λ — от 3 км

Диапазон радиоизлучения противоположен гамма-излучению и тоже неограничен с одной стороны — со стороны длинных волн и низких частот.

Инженеры делят его на множество участков. Самые короткие радиоволны используют для беспроводной передачи данных (интернет, сотовая и спутниковая телефония); метровые, дециметровые и ультракороткие волны (УКВ) занимают местные теле- и радиостанции; короткие волны (КВ) служат для глобальной радиосвязи — они отражаются от ионосферы и могут огибать Землю; средние и длинные волны используют для регионального радиовещания. Сверхдлинные волны (СДВ) — от 1 км до тысяч километров — проникают сквозь соленую воду и применяются для связи с подводными лодками, а также для поиска полезных ископаемых.

Энергия радиоволн крайне низка, но они возбуждают слабые колебания электронов в металлической антенне. Эти колебания затем усиливаются и регистрируются.

Атмосфера пропускает радиоволны длиной от 1 мм до 30 м. Они позволяют наблюдать ядра галактик, нейтронные звезды, другие планетные системы, но самое впечатляющее достижение радиоастрономии — рекордно детальные изображения космических источников, разрешение которых превосходит десятитысячную долю угловой секунды.

Микроволны

Микроволны — это поддиапазон радиоизлучения, примыкающий к инфракрасному. Его также называют сверхвысокочастотным (СВЧ) излучением, так как у него самая большая частота в радиодиапазоне.

Микроволновый диапазон интересен астрономам, поскольку в нем регистрируется оставшееся со времен Большого взрыва реликтовое излучение (другое название — микроволновый космический фон). Оно было испущено 13,7 млрд лет назад, когда горячее вещество Вселенной стало прозрачным для собственного теплового излучения. По мере расширения Вселенной реликтовое излучение остыло и сегодня его температура составляет 2,7 К.

Реликтовое излучение приходит на Землю со всех направлений. Сегодня астрофизиков интересуют неоднородности свечения неба в микроволновом диапазоне. По ним определяют, как в ранней Вселенной начинали формироваться скопления галактик, чтобы проверить правильность космологических теорий.

А на Земле микроволны используются для таких прозаических задач, как разогрев завтрака и разговоры по мобильному телефону.

Атмосфера прозрачна для микроволн. Их можно использовать для связи со спутниками. Есть также проекты передачи энергии на расстояние с помощью СВЧ-пучков.

Источники

Крабовидная туманность в радиодиапазоне

Крабовидная туманность — наиболее изученный остаток взрыва сверхновой. На данном изображении показано, как она выглядит в радиодиапазоне.

Радиоизлучение генерируется быстрыми электронами при движении в магнитном поле. Поле заставляет электроны поворачивать, то есть двигаться ускоренно, а при ускоренном движении заряды испускают электромагнитные волны. По этому изображению, которое построено по данным наблюдений американской Национальной радиоастрономической обсерватории (NRAO), можно судить о характере магнитных полей в Крабовидной туманности.

Компьютерная модель распределения вещества во Вселенной

Изначально распределение вещества во Вселенной было почти идеально равномерным. Но все же небольшие (возможно даже квантовые) флуктуации плотности за многие миллионы и миллиарды лет привели к тому, что вещество фрагментировалось.

На рисунке представлен результат компьютерного моделирования эволюции Вселенной. Рассчитывалось движение 10 млрд частиц под действием взаимного тяготения на протяжении 15 млрд лет. В результате сформировалась пористая структура, отдаленно напоминающая губку. Скопления-галактики концентрируются в ее узлах и ребрах, а между ними находятся обширные пустыни, где почти нет объектов, — астрономы называют их войдами (от англ. void — пустота).

Похожие результаты дают наблюдательные обзоры распределения галактик в пространстве. Для сотен тысяч галактик определяются координаты на небе и красные смещения, по которым вычисляются расстояния до галактик.

Правда, достичь хорошего согласия расчетов и наблюдений удается, только если предположить, что видимое (светящееся в электромагнитном спектре) вещество составляет всего около 5% всей массы Вселенной. Остальное приходится на так называемые темную материю и темную энергию, которые проявляют себя только своим тяготением и природа которых пока не установлена. Их изучение — одна из наиболее актуальных задач современной астрофизики.

Квазар: активное ядро галактики

Когда на сверхмассивную черную дыру в центре галактики аккрецирует слишком много вещества, выделяется огромное количество энергии.

Эта энергия разгоняет часть вещества до околосветовых скоростей и выбрасывает его релятивистскими плазменными джетами в двух противоположных направлениях перпендикулярно оси аккреционного диска. Когда эти джеты сталкиваются с межгалактической средой и тормозятся, входящие в них частицы испускают радиоволны.

На радиоизображении квазара красным цветом показаны области высокой интенсивности радиоизлучения: в центре активное ядро галактики, а по бокам от него — два джета. Сама галактика в радиодиапазоне практически не излучает.

Радиогалактика: карта изолиний радиояркости

Для изображения космических объектов в диапазонах излучения, отличных от видимого, используются различные приемы. Чаще всего это искусственные цвета и карты изолиний.

С помощью искусственных цветов можно показать, как выглядел бы объект, если бы светочувствительные рецепторы человеческого глаза были чувствительны не к определенным цветам в видимом диапазоне, а к другим частотам электромагнитного спектра.

Карты изолиний обычно используются для представления изображений, полученных на одной длине волны, что особенно характерно для радиодиапазона. По принципу построения они подобны горизонталям на топографической карте, только вместо точек с фиксированной высотой над горизонтом ими соединяют точки с одинаковой радиояркостью источника на небе.

Приемники

Микроволновый орбитальный зонд WMAP

Космический фон микроволнового излучения, называемый также реликтовым излучением, создает радиошум, который почти одинаков во всех направлениях на небе. И всё же в нем есть очень небольшие вариации интенсивности — около тысячной доли процента. Это следы неоднородностей плотности вещества в молодой Вселенной, которые послужили зародышами для будущих скоплений галактик.

Изучение микроволнового фона было начато наземными радиотелескопами, продолжено советским прибором «Реликт-1» на борту спутника «Прогноз-9» в 1983 г. и американским спутником COBE (Cosmic Background Explorer) в 1989 г., но самую подробную карту распределения микроволнового фона по небесной сфере построил в 2003 г. зонд WMAP (Wilkinson Microwave Anisotropy Probe).

Полученные данные накладывают существенные ограничения на модели образования галактик и эволюции Вселенной.

Система радиотелескопов ALMA (строится)

У радиотелескопа, как и у оптического, разрешение пропорционально диаметру, а чувствительность — площади антенны. Строить подвижные антенны крупнее 100 метров невозможно из-за ограничений по прочности конструкции. Но можно совместно обрабатывать излучение, собранное несколькими небольшими радиотелескопами, как бы синтезируя большое зеркало из маленьких кусочков.

Такая система называется радиоинтерферометром. Строящийся в Чили радиоинтерферометр ALMA будет состоять из 64 12-метровых антенн, размещенных на территории поперечником 15 км. Система будет работать в сантиметровом, миллиметровом и субмиллиметровом диапазонах. Последний доступен благодаря тому, что строительство ведется на высоте более 5 тысяч метров в условиях очень сухого климата.

В радиоастрономии уже давно применяются интерферометры с антеннами, размещенными на разных континентах. В последнее время принцип интерферометра стали использовать и в оптическом диапазоне, например, в системе из четырех 8-метровых телескопов VLT Европейской Южной обсерватории.

Схема радиотелескопа

Радиотелескоп устроен отчасти подобно оптическому телескопу. Он тоже имеет параболическое зеркало, которое собирает радиоволны. Однако из-за большой длины радиоволн в фокусе нельзя получить изображение объекта, поскольку размер пиксела должен быть не меньше длины волны.

Поэтому в фокусе радиотелескопа вместо камеры (как в оптических инструментах) устанавливается единственный радиометр, измеряющий интенсивность собранного излучения. А для получения изображения радиотелескопу приходится линия за линией сканировать выбранный участок неба. Результат обычно представляют картой изолиний радиояркости, хотя может быть построено и обычное полутоновое изображение.

Обзоры неба

Небо в микроволновом диапазоне 1,9 мм (WMAP)

Космический микроволновый фон, называемый также реликтовым излучением, представляет собой остывшее свечение горячей Вселенной. Впервые оно было обнаружено А. Пензиасом и Р. Вильсоном в 1965 году (Нобелевская премия 1978 г.) Первые измерения показали, что излучение совершенно однородно по всему небу.

В 1992 году было объявлено об открытии анизотропии (неоднородности) реликтового излучения. Этот результат был получен советским спутником «Реликт-1» и подтвержден американским спутником COBE (см. Небо в инфракрасном диапазоне). COBE также определил, что спектр реликтового излучения очень близок к чернотельному. За этот результат присуждена Нобелевская премия 2006 года.

Вариации яркости реликтового излучения по небу не превышают одной сотой доли процента, но их наличие указывает на едва заметные неоднородности в распределении вещества, которые существовали на ранней стадии эволюции Вселенной и послужили зародышами галактик и их скоплений.

Однако точности данных COBE и «Реликта» было недостаточно для проверки космологических моделей, и поэтому в 2001 году был запущен новый более точный аппарат WMAP (Wilkinson Microwave Anisotropy Probe), который к 2003 году построил детальную карту распределения интенсивности реликтового излучения по небесной сфере. На основе этих данных сейчас ведется уточнение космологических моделей и представлений об эволюции галактик.

Спектр реликтового излучения

Реликтовое излучение возникло, когда возраст Вселенной составлял около 400 тысяч лет и она вследствие расширения и остывания стала прозрачна для собственного теплового излучения. Первоначально излучение имело планковский (чернотельный) спектр с температурой около 3000 K и приходилось на ближний инфракрасный и видимый диапазоны спектра.

По мере расширения Вселенной реликтовое излучение испытывало красное смещение, что приводило к снижению его температуры. На сегодня температура реликтового излучения составляет 2,7 К и оно приходится на микроволновый и дальний инфракрасный (субмиллиметровый) диапазоны спектра. На графике показан приближенный вид планковского спектра для этой температуры. Впервые спектр реликтового излучения был измерен спутником COBE (см. Небо в инфракрасном диапазоне), за что в 2006 году была присуждена Нобелевская премия.

Радионебо на волне 21 см, 1420 МГц (Dickey & Lockman)

Знаменитая спектральная линия с длиной волны 21,1 см — это еще один способ наблюдения нейтрального атомарного водорода в космосе. Линия возникает благодаря так называемому сверхтонкому расщеплению основного энергетического уровня атома водорода.

Энергия невозбужденного атома водорода зависит от взаимной ориентации спинов протона и электрона. Если они параллельны, энергия чуть выше. Такие атомы могут спонтанно переходить в состояние с антипараллельными спинами, испуская квант радиоизлучения, уносящий крохотный избыток энергии. С отдельным атомом такое случается в среднем раз в 11 млн лет. Но огромное распространение водорода во Вселенной делает возможным наблюдение газовых облаков на этой частоте.

Радионебо на волне 73,5 см, 408 МГц (Бонн)

Это самый длинноволновый из всех обзоров неба. Он был выполнен на волне, на которой в Галактике наблюдается значительное число источников. Кроме того, выбор длины волны определялся техническими причинами. Для построения обзора использовался один из крупнейших в мире полноповоротных радиотелескопов — 100-метровый боннский радиотелескоп.

Земное применение

Микроволновая печь

Главное преимущество микроволновой печи — прогрев со временем продуктов по всему объему, а не только с поверхности.

Микроволновое излучение, имея большую длину волны, глубже инфракрасного проникает под поверхность продуктов. Внутри продуктов электромагнитные колебания возбуждают вращательные уровни молекул воды, движение которых в основном и вызывает нагрев пищи. Таким образом происходит микроволновая (СВЧ) сушка продуктов, размораживание, приготовление и разогрев. Также переменные электрические токи возбуждают токи высокой частоты. Эти токи могут возникать в веществах, где присутствуют подвижные заряженные частицы.

А вот острые и тонкие металлические предметы в микроволновую печь помещать нельзя (это особенно касается посуды с напыленными металлическими украшениями под серебро и золото). Даже тонкое колечко позолоты по краю тарелки может вызвать мощный электрический разряд, который повредит устройство, создающее электромагнитную волну в печи (магнетрон, клистрон).

Сотовый телефон

Принцип действия сотовой телефонии основан на использовании радиоканала (в микроволновом диапазоне) для связи между абонентом и одной из базовых станций. Между базовыми станциями информация передается, как правило, по цифровым кабельным сетям.

Радиус действия базовой станции — размер соты — от нескольких десятков до нескольких тысяч метров. Он зависит от ландшафта и от мощности сигнала, которую подбирают так, чтобы в одной соте было не слишком много активных абонентов.

В стандарте GSM одна базовая станция может обеспечивать не более 8 телефонных разговоров одновременно. На массовых мероприятиях и при стихийных бедствиях количество звонящих абонентов резко увеличивается, это перегружает базовые станции и приводит к перебоям с сотовой связью. На такие случаи у сотовых операторов есть мобильные базовые станции, которые могут быть оперативно доставлены в район большого скопления народа.

Много споров вызывает вопрос о возможном вреде микроволнового излучения сотовых телефонов. Во время разговора передатчик находится в непосредственной близости от головы человека. Многократно проводившиеся исследования пока не смогли достоверно зарегистрировать негативного воздействия радиоизлучения сотовых телефонов на здоровье. Хотя полностью исключить воздействие слабого микроволнового излучения на ткани организма нельзя, оснований для серьезного беспокойства нет.

Телевизор

Передача телевизионного изображения ведется на метровых и дециметровых волнах. Каждый кадр разбивается на строки, вдоль которых определенным образом меняется яркость.

Передатчик телевизионной станции постоянно выдает в эфир радиосигнал строго фиксированной частоты, она называется несущей частотой. Под нее подстраивается приемный контур телевизора — в нем на нужной частоте возникает резонанс, позволяющий уловить слабые электромагнитные колебания. Информация об изображении передается амплитудой колебаний: большая амплитуда — высокая яркость, низкая амплитуда — темный участок изображения. Этот принцип называется амплитудной модуляцией. Аналогичным образом передается звук радиостанциями (кроме FM-станций).

С переходом к цифровому телевидению правила кодирования изображения меняются, но сам принцип несущей частоты и ее модуляции сохраняется.

Спутниковая тарелка

Параболическая антенна для приема сигнала с геостационарного спутника в микроволновом и УКВ-диапазонах. Принцип действия такой же, как у радиотелескопа, но тарелку не требуется делать подвижной. В момент монтажа ее направляют на спутник, который всегда остается на одном месте относительно земных сооружений.

Это достигается за счет вывода спутника на геостационарную орбиту высотой около 36 тыс. км над экватором Земли. Период обращения по этой орбите в точности равен периоду вращения Земли вокруг своей оси относительно звезд — 23 часа 56 минут 4 секунды. Размер тарелки зависит от мощности спутникового передатчика и его диаграммы направленности. У каждого спутника есть основной район обслуживания, где его сигналы принимаются тарелкой диаметром 50–100 см, и периферийная зона, где сигнал быстро слабеет и для его приема может потребоваться антенна до 2–3 м.

СВЧ: расшифровка выражения сверхвысокая частота, что значит микроволновой диапазон

СВЕРХВЫСОКИХ ЧАСТОТ ДИАПАЗОН- частотный диапазон электромагнитного излучения (100ё300 000 млн. герц), расположенный в спектре между ультравысокими телевизионными частотами и частотами дальней инфракрасной области. Этот частотный диапазон соответствует длинам волн от 30 см до 1 мм; поэтому его называют также диапазоном дециметровых и сантиметровых волн. В англоязычных странах он называется микроволновым диапазоном; имеется в виду, что длины волн очень малы по сравнению с длинами волн обычного радиовещания, имеющими порядок нескольких сотен метров.

Так как по длине волны излучение СВЧ-диапазона является промежуточным между световым излучением и обычными радиоволнами, оно обладает некоторыми свойствами и света, и радиоволн. Например, оно, как и свет, распространяется по прямой и перекрывается почти всеми твердыми объектами. Во многом аналогично свету оно фокусируется, распространяется в виде луча и отражается. Многие радиолокационные антенны и другие СВЧ-устройства представляют собой как бы увеличенные варианты оптических элементов типа зеркал и линз.

В то же время СВЧ-излучение сходно с радиоизлучением вещательных диапазонов в том отношении, что оно генерируется аналогичными методами. К СВЧ-излучению применима классическая теория радиоволн, и его можно использовать как средство связи, основываясь на тех же принципах. Но благодаря более высоким частотам оно дает более широкие возможности передачи информации, что позволяет повысить эффективность связи. Например, один СВЧ-луч может нести одновременно несколько сотен телефонных разговоров. Сходство СВЧ-излучения со светом и повышенная плотность переносимой им информации оказались очень полезны для радиолокационной и других областей техники.

ПРИМЕНЕНИЕ СВЧ-ИЗЛУЧЕНИЯ:

• Радиолокация.
• Связь.
• Спутники связи.
• Термообработка пищевых продуктов.
• Научные исследования.

ИСТОЧНИКИ СВЧ-ИЗЛУЧЕНИЯ:

Быстрый прогресс в области СВЧ-техники в значительной мере связан с изобретением специальных электровакуумных приборов – магнетрона и клистрона, способных генерировать большие количества СВЧ-энергии. Генератор на обычном вакуумном триоде, используемый на низких частотах, в СВЧ-диапазоне оказывается весьма неэффективным.

Двумя главными недостатками триода как СВЧ-генератора являются конечное время пролета электрона и межэлектродная емкость. Первый связан с тем, что электрону требуется некоторое (хотя и малое) время, чтобы пролететь между электродами вакуумной лампы. За это время СВЧ-поле успевает изменить свое направление на обратное, так что и электрон вынужден повернуть обратно, не долетев до другого электрода. В результате электроны без всякой пользы колеблются внутри лампы, не отдавая свою энергию в колебательный контур внешней цепи.

• Магнетрон.

В магнетроне, изобретенном в Великобритании перед Второй мировой войной, эти недостатки отсутствуют, поскольку за основу взят совершенно иной подход к генерации СВЧ-излучения – принцип объемного резонатора. Подобно тому как у органной трубы данного размера имеются собственные акустические резонансные частоты, так и у объемного резонатора имеются собственные электромагнитные резонансы. Стенки резонатора действуют как индуктивность, а пространство между ними – как емкость некой резонансной цепи. Таким образом, объемный резонатор подобен параллельному резонансному контуру низкочастотного генератора с отдельными конденсатором и катушкой индуктивности. Размеры объемного резонатора выбираются, конечно, так, чтобы данному сочетанию емкости и индуктивности соответствовала нужная резонансная сверхвысокая частота.

В магнетроне (рис. 1) предусмотрено несколько объемных резонаторов, симметрично расположенных вокруг катода, находящегося в центре. Прибор помещают между полюсами сильного магнита. При этом электроны, испускаемые катодом, под действием магнитного поля вынуждены двигаться по круговым траекториям. Их скорость такова, что они в строго определенное время пересекают на периферии открытые пазы резонаторов. При этом они отдают свою кинетическую энергию, возбуждая колебания в резонаторах. Затем электроны возвращаются на катод, и процесс повторяется. Благодаря такому устройству время пролета и межэлектродные емкости не мешают генерации СВЧ-энергии.

Рис. 1. МАГНЕТРОН (вид с частичным вырезом, показывающим внутреннее устройство). Представляет собой двухэлектродную электронную лампу, которая генерирует СВЧ-излучение за счет движения электронов под действием взаимно перпендикулярных электрического и магнитного полей. Применяется в качестве генераторной лампы радио- и радиолокационных передатчиков СВЧ-диапазона. 1 – катод; 2 – токоподводы нагревателя; 3 – анодный блок; 4 – объемные резонаторы; 5 – выходная петля связи; 6 – коаксиальный кабель.

Магнетроны могут быть сделаны большого размера, и тогда они дают мощные импульсы СВЧ-энергии. Но у магнетрона имеются свои недостатки. Например, резонаторы для очень высоких частот становятся столь малыми, что их трудно изготавливать, а сам такой магнетрон из-за своих малых размеров не может быть достаточно мощным. Кроме того, для магнетрона нужен тяжелый магнит, причем требуемая масса магнита возрастает с увеличением мощности прибора. Поэтому для самолетных бортовых установок мощные магнетроны не подходят.

• Клистрон.

Для этого электровакуумного прибора, основанного на несколько ином принципе, не требуется внешнее магнитное поле. В клистроне (рис. 2) электроны движутся по прямой от катода к отражательной пластине, а затем обратно. При этом они пересекают открытый зазор объемного резонатора в форме бублика. Управляющая сетка и сетки резонатора группируют электроны в отдельные «сгустки», так что электроны пересекают зазор резонатора только в определенные моменты времени. Промежутки между сгустками согласованы с резонансной частотой резонатора таким образом, что кинетическая энергия электронов передается резонатору, вследствие чего в нем устанавливаются мощные электромагнитные колебания. Этот процесс можно сравнить с ритмичным раскачиванием первоначально неподвижных качелей.

Рис. 2. КЛИСТРОН, электровакуумный прибор отражательного типа. Применяется в СВЧ-технике. Изменяющиеся электрические поля периодически группируют электроны в «сгустки». Электронный пучок, модулированный по скорости, поступает в объемный резонатор, где и вызывает генерацию или усиление. 1 – катод; 2 – резонатор; 3 – отражательная пластина; 4 – резонаторные сетки; 5 – выходная петля связи; 6 – управляющая сетка.

Первые клистроны были довольно маломощными приборами, но позднее они побили все рекорды магнетронов как СВЧ-генераторов большой мощности. Были созданы клистроны, выдававшие до 10 млн. ватт мощности в импульсе и до 100 тыс. ватт в непрерывном режиме. Система клистронов исследовательского линейного ускорителя частиц выдает 50 млн. ватт СВЧ-мощности в импульсе.

Клистроны могут работать на частотах до 120 млрд. герц; однако при этом их выходная мощность, как правило, не превышает одного ватта. Разрабатываются варианты конструкции клистрона, рассчитанного на большие выходные мощности в миллиметровом диапазоне.

Клистроны могут также служить усилителями СВЧ-сигналов. Для этого нужно входной сигнал подавать на сетки объемного резонатора, и тогда плотность электронных сгустков будет изменяться в соответствии с этим сигналом.

• Лампа бегущей волны (ЛБВ).

Еще один электровакуумный прибор для генерации и усиления электромагнитных волн СВЧ-диапазона – лампа бегущей волны. Она представляет собой тонкую откачанную трубку, вставляемую в фокусирующую магнитную катушку. Внутри трубки имеется замедляющая проволочная спираль. Вдоль оси спирали проходит электронный луч, а по самой спирали бежит волна усиливаемого сигнала. Диаметр, длина и шаг спирали, а также скорость электронов подобраны таким образом, что электроны отдают часть своей кинетической энергии бегущей волне.

Радиоволны распространяются со скоростью света, тогда как скорость электронов в луче значительно меньше. Однако, поскольку СВЧ-сигнал вынужден идти по спирали, скорость его продвижения вдоль оси трубки близка к скорости электронного луча. Поэтому бегущая волна достаточно долго взаимодействует с электронами и усиливается, поглощая их энергию.

Если на лампу не подается внешний сигнал, то усиливается случайный электрический шум на некоторой резонансной частоте и ЛБВ бегущей волны работает как СВЧ-генератор, а не усилитель.

Выходная мощность ЛБВ значительно меньше, чем у магнетронов и клистронов на той же частоте. Однако ЛБВ допускают настройку в необычайно широком частотном диапазоне и могут служить очень чувствительными малошумящими усилителями. Такое сочетание свойств делает ЛБВ очень ценным прибором СВЧ-техники.

• Плоские вакуумные триоды.

Хотя клистроны и магнетроны более предпочтительны как СВЧ-генераторы, благодаря усовершенствованиям в какой-то мере восстановлена важная роль вакуумных триодов, особенно в качестве усилителей на частотах до 3 млрд. герц.

Трудности, связанные с временем пролета, устранены благодаря очень малым расстояниям между электродами. Нежелательные межэлектродные емкости сведены к минимуму, поскольку электроды сделаны сетчатыми, а все внешние соединения выполняются на больших кольцах, находящихся вне лампы. Как и принято в СВЧ-технике, применен объемный резонатор. Резонатор плотно охватывает лампу, и кольцевые соединители обеспечивают контакт по всей окружности резонатора.

• Генератор на диоде Ганна.

Такой полупроводниковый СВЧ-генератор был предложен в 1963 Дж.Ганном, сотрудником Уотсоновского научно-исследовательского центра корпорации ИБМ. В настоящее время подобные приборы дают мощности лишь порядка милливатт на частотах не более 24 млрд. герц. Но в этих пределах он имеет несомненные преимущества перед маломощными клистронами.

Поскольку диод Ганна представляет собой монокристалл арсенида галлия, он в принципе более стабилен и долговечен, нежели клистрон, в котором должен быть нагреваемый катод для создания потока электронов и необходим высокий вакуум. Кроме того, диод Ганна работает при сравнительно низком напряжении питания, тогда как для питания клистрона нужны громоздкие и дорогостоящие источники питания с напряжением от 1000 до 5000 В.

Микроволны

Изучите мощность и влияние микроволн. Читайте про диапазоны микроволн, частота и длина излучения, какие есть источники микроволн, работа духового шкафа.

Микроволны – электромагнитные волны с длиной в 1 м – 1 мм).

Задача обучения

• Разобраться в трех диапазонах микроволн.

Основные пункты

• Микроволновая область перекрывается наиболее высокими частотными волнами.
• Префикс «микро» в микроволновой печи не указывает на длину волн.
• Микроволны делятся на три диапазона: крайне высокая частота (30-300 ГГц), сверхвысокая (3-30 ГГц) и ультрасверхвысокая (300 МГц-3 ГГц).
• В список источников входят искусственные устройства вроде передающих башен, радаров, мазеров, а также природные – Солнце и реликтовое излучение.
• Микроволны можно добыть из атомов и молекул. Они поглощают и излучают лучи, если температура поднимается выше абсолютного нуля.

Термины

• Радиолокационный – метод поиска удаленных объектов и указание их позиции, скорости и прочих характеристик через анализ отправляемых радиоволн, отраженных от поверхности.
• Тепловое волнение – тепловое перемещение атомов и молекул, если температура в объекте выше абсолютного нуля.
• Терагерцовое излучение – электромагнитные волны, чьи частоты приближаются к терагерцу.

Микроволны

Микроволны – электромагнитные волны, чья длина волны существует в диапазоне 1м – 1мм (300 МГц – 300 ГГц). Микроволновая область обычно перекрывается наиболее высокими частотными волнами. Они способны перемещаться в условиях вакуума со световой скоростью.

Префикс «микро» в «микроволновой печи» не указывает на длину волны в диапазоне микрометров. Это лишь говорит о том, что микроволны выступают маленькими, потому что обладают меньшими длинами волн, если сравнивать с радиовещанием. Разделение между различными типами лучей чаще всего произвольно.

Перед вами главные категории электромагнитных волн. Разделительные линии в некоторых местах отличаются, а другие категории могут перекрываться. Микроволны занимают высокочастотный участок радиосекции электромагнитного спектра

Подкатегории микроволн

Микроволны делятся на три диапазона:

• крайне высокая частота (30-300 Гц). Если показатели выше, то мы сталкиваемся с дальним ИК-светом, именуемым еще терагерцовым излучением. Эту полосу чаще всего задействуют в радиоастрономии и дистанционном зондировании.
• сверхвысокая частота (3-30 ГГц). Ее именуют сантиметровой полосой, потому что частота колеблется между 10-1 см. Диапазон применим в радиолокационных передатчиках, микроволновках, спутниках связи и коротких наземных каналах для транспортировки данных.
• Ультрасверхвысокая частота (300МГц – 3ГГц) – дециметровый диапазон, так как длина волн колеблется от 10 см к 1 м. Они присутствуют в телевизионном вещании, беспроводной телефонной связи, рациях, спутниках и т.д.

Источники микроволн

Это высокочастотные электромагнитные волны, создающиеся токами в макроскопических схемах и устройствах. Их также можно получить из атомов и молекул, если те выступают в составе электромагнитных лучей, сформированных при термическом перемешивании.

Важно запомнить, что больше информации передается на высоких частотах, поэтому микроволны прекрасно подходят для коммуникационных приборов. Из-за коротких длин волн между передатчиком и приемником должна установиться четкая линия зрения.

Солнце также производит микроволновые лучи, хотя большая часть блокируется планетарной атмосферой. Реликтовое излучение пронизывает все пространство. Его нахождение подтверждает теорию Большого Взрыва.

Реликтовое излучение Большого Взрыва с увеличенным расширением

Устройства с микроволнами

В микроволновых источниках с большой мощностью используют специальные вакуумные трубки, чтобы генерировать микроволны. Устройства функционируют по различным принципам при помощи баллистического движения электронов в условиях вакуума. На них влияют электрические или магнитные поля.

Полость магнетрона, задействованная в микроволновой печи

Микроволновые печи используют микроволны, чтобы подогреть пищу. Необходимые частоты в 2.45 ГГц создаются благодаря ускорению электронов. После чего в духовке формируется переменное электрическое поле.

Вода и некоторые компоненты пищи обладают отрицательным зарядом на одном конце и положительным на другом. Диапазон микроволновых частот выбирается таким образом, чтобы полярные молекулы в попытке сберечь свои позиции, поглощали энергии и увеличивали температурные показатели (диэлектрический нагрев).

Радар во времена Второй мировой волны использовал микроволны. Нахождение и синхронизация микроволновых эхо-сигналов способны вычислить дистанцию к объектам, вроде облаков или летательных аппаратов. Доплеровский сдвиг в радиолокационном эхо может указать скорость перемещения машины или даже интенсивность ливня. Более сложные системы отображают нашу и чужие планеты. Мазер – прибор, напоминающий лазер, которые увеличивает световую энергию, стимулируя фотоны.

Как работает микроволновка — принцип работы СВЧ и магнетрона

Микроволновая печь, более известная как микроволновка – полезный кухонный прибор, который в разы упрощает повседневную жизнь. Имея ее в своем арсенале, не придется подолгу возиться на кухне, подогревая пищу. Микроволновую печь еще называют СВЧ-печью.

Задача этого бытового электроприбора – быстрое приготовление или быстрый подогрев приготовленной пищи, размораживание продуктов. Если сравнивать с классической печью, например, духовкой, микроволновка разогревает продукты не с поверхности, а по всему объему.

Микроволны, глубоко проникая практически в любую пищу, в разы сокращают время разогрева. В статье пойдет речь о принципе работы и устройстве этой техники, незаменимой на кухне.

Принцип работы микроволновой печи

Чтобы разобраться с этим, необходимо немного вводных данных. Большинство продуктов питания в своем составе содержат следующие вещества: соли, жиры, сахар, воду. Чтобы микроволны «работали», то есть грели пищу, в продуктах должны быть дипольные молекулы.

С одной стороны у них положительный электрический заряд, с другой – отрицательный. В пище этих молекул достаточно – это жиры и сахар, но главный диполь – молекула воды.

В овощах, мясе, фруктах и рыбе содержится большое число дипольных молекул, количество которых достигает миллионов. Если электрического поля нет, молекулы располагаются в хаотическом порядке.

При наличии электромагнитного поля, они начинают «выстраиваться»: «плюс» направлен в одну сторону, «минус» в другую. Когда поле меняет полярность, молекулы «разворачиваются» на 180 градусов.

В СВЧ-печах микроволны имеют частоту 2450 Мгц. 1 герц = 1 колебанию за секунду. Мегагерц – миллион колебаний. Полярность меняется дважды за один период волны.

Когда на продукты воздействует микроволновое излучение, молекулы в них начинают вращаться чаще, буквально стираясь друг о друга. При этом выделяется тепло, которое и служит источником нагрева продуктов.

Но, тепло «идет» дальше – включается физика теплопроводности. Отсюда же следует совет: если нужно разогреть большой кусок мяса, лучше выставить микроволновую печь на среднюю мощность. Так он прогреется лучше, хоть на это и уйдет больше времени. Тепло из наружных слоев начнет проникать внутрь.

Аналогично дела обстоят и с супами: их лучше периодически вынимать из печи и перемешивать, помогая теплу пробиться внутрь.

В выпускаемых сейчас моделях печей может быть функция «Двойного излучения» — это говорит о раздвоенном источнике излучения. Благодаря этому разделению продукты прогреваются равномернее, а СВЧ-печь имеет повышенный КПД.

Схема СВЧ печи

Наглядным примером послужит модель микроволновки Samsung RE290D. Принципиальная электрическая схема поможет понять, как работают печи от любых производителей. Отличаться они могут разве что специфическими модификациями. Сама схема представлена на фото.

В левой части заметно, что заземляющий контакт вилки соединяется с корпусом, а тот подключен от средней точки конденсаторной развязки фильтра, снижающего помехи высокочастотного излучения.

В области входа питания находится предохранитель плавного типа – FU1. Для проверки его состояния пользуются электрическими методами – прозванивают цепь мультиметром, работающим в режиме омметра.

Чтобы магнетрон – источник излучения, начал «работать», контакты исправности дверцы размыкаются, а все остальные – замыкаются. Если их отключить, причем любой, то с высоковольтного трансформатора снимется питающее напряжение.

В схеме есть термические предохранители-датчики (2 шт.), которые, в зависимости от температуры корпуса магнетрона и рабочей камеры, размыкаются и замыкаются. У первого – периодическая работа. Он защищает магнетрон от перегрева. Второй срабатывает, если неисправен вентилятор или засорились вентиляционные отверстия.

Контакт страхующего реле обеспечивает подключение электродвигателей таймера и охлаждающего вентилятора. Если предохранитель «Monitor Fuse» перегорит, обмотка реле выходит из строя.

Переключатель, отвечающий за выбор мощности, находится на таймере. Он, следуя алгоритмам, снимает напряжение со схемы магнетрона.

Его задача – ограничение импульса, вызванного разрядом конденсатора (он может получить заряд до того, как включится). Это обеспечивает плавный запуск микроволновой печи.

Силовая схема этой печи от Самсунг проста для тех, кто в этом разбирается. Главное различие в СВЧ-печах – электронные блоки, с разной конструкцией и функциональными возможностями.

Устройство микроволновки

Внутри микроволновки есть несколько обязательных деталей, поэтому не лишним будет знать, какова их роль. Внутреннее строение имеет следующую конструкцию: металлическая камера, в которой происходит нагрев пищи и дверца, предотвращающая выход излучения наружу.

Чтобы продукты питания разогревались равномернее, для этого в камере предусмотрен вращающийся столик, работающий от мото-редуктора (мотора). Но есть и другие ответственные детали.

Блок управления

Панель управления бывает:

Блок управления поддерживает заданную мощность и выключает устройство по истечении заданного времени.

Внутри электронного блока – микроЭВМ с богатым потенциалом, поэтому в ходе производства печей ему находят другое применение. Например, встраивают часы или отрывки мелодий, которые сигнализируют об окончании работы.

Сама схема устроена по-разному. Простейшая представляет собой круговые регуляторы, один из которых – таймер. Бывает и гибридная система – с кнопками. Она, по сравнению с «механикой» более функциональна.

Все чаще встречается блок управления в виде сенсорной панели. Принципом работы она аналогична механическим кнопкам, только надежнее. Продвинутые схемы поддерживают «программирование» — настраивается мощность и время выдачи излучения.

Блок генерации СВЧ излучения

Это «сердце» микроволновой печи. Выглядит элемент как вакуумная лампа, которую можно было встретить в старых кинескопных телевизорах.

Блок генерации включает не единственный СВЧ-источник. Чтобы волны поступали в рабочую зону печи, в ней предусмотрены волноводы. Расположены они за слюдяной пластиной, которая «прячется» за боковой стенкой.

Системы основной и вторичной защиты

Контрольные датчики следят за тем, чтобы ключевые электронные и аппаратные части работали исправно, а не в аварийном режиме. Их функция – обеспечение безаварийной работы микроволновой печи и предотвращение опасных сбоев.

Чтобы защитить человека от воздействия микроволн, в СВЧ-печах есть запорный механизм, состоящих из нескольких выключателей:

• Primary Switch;
• Secondary Switch;
• Door Switch;
• Monitor Switch.

Задача дверного (door) выключателя – блокировать работу реле регулировки мощности. Устанавливается он преимущественно в технике с электронным блоком управления.

Функции микроволновки

Микроволновую печь большинство используют просто для нагрева пищи. Но эта техника способна на большее. С ее помощью можно даже готовить шашлык, курицу-гриль, выпекать картошку и так далее.

Единственное, режим «гриль» требует мощности в 1500 Вт, значит света «тянуть» печь будет немало. Да и магнетрон – блок, генерирующий излучение, не вечен.

Поэтому, чем реже пользоваться печью, тем дольше она прослужит. Сейчас редко кто полностью отказывается от традиционных плит в пользу микроволновок.

Перечь функций, доступных в СВЧ-печах и их назначение:

• подвижный гриль. Позволяет менять угол наклона. Те, кто предпочитает курицу-гриль, выбирают печи с этой функцией;
• конвекция. Обдув продуктов питания горячим воздухом. Как заявляют производители, эта функция предназначена для выпекания. Правда, модели печей с нею дорогие, тяжелые и громоздкие. Неудивительно, так как сзади техники ставится немаленький вентилятор, нагнетающий воздух;
• биопокрытие. Иначе – керамическое покрытие, хотя производители именуют их по-разному. Его преимущества: стойкость, прочность, биологическая инертность (микробы не будут размножаться внутри печи, даже если долго ее не мыть). Чем дороже модель микроволновки, тем «навороченней» в ней покрытие;
• автоприготовление. Это функция, встречающаяся в технике компании LG. Есть программы, полностью автоматизированные, предназначенные для готовки определенного блюда. К примеру, готовится каша. С этим режимом остается только выбрать вес продукта, а мощность и время зададутся автоматически;
• размораживание. Все просто – печь работает на минимальной мощности, необходимой для разморозки продуктов;
• Intellowave. Система, позволяющая равномерно прогреть еду, например, большой кусок мяса. Встроенные датчики «наблюдают» за отдельными участками продукта, определяя температуру поверхности и регулируя мощность;
• подача пара. Дополнительная возможность, предотвращающая пересушивание пищи в ходе приготовления;
• проветривание рабочей камеры. Полезно, если хочется, чтобы новое блюдо не пропиталось оставшимися запахами.

Что такое магнетрон

Магнетрон в микроволновке – это элемент, генерирующий высокочастотное излучение в рабочей камере. Излучаемые электромагнитные волны воздействуют на молекулы, содержащиеся в пище, из-за чего она разогревается. То есть для подогрева не требуется внешнее тепловое воздействие.

Именно по этой причине температура в микроволновках не превышает отметку в +100 градусов Цельсия. Магнетрон – основная деталь, которая иногда выходит из строя. Ее можно заменить на новую, но для этого учитывается полная совместимость по мощности, частоте, расположению клемм.

Принцип работы магнетрона

Микроволновая печь работает так: она преобразует электроэнергию в высокочастотное электромагнитное излучение. В результате, молекулы воды, содержащиеся в пище, начинают «двигаться», что приводит к разогреву. Устройство, генерирующее микроволны, называется магнетроном.

Нередко магнетрон сравнивают с электровакуумным диодом, который работает за счет явления термоэлектронной эмиссии. Явление образуется, если нагревается поверхность катода или эмиттера.

Высокая температура «вынуждает» активные электроны покинуть поверхность. Но для этого на анод должно подаваться напряжение.

Образуемое электрическое поле приводит электроды в движение, которые по силовым линиям направляются к аноду. Электрон, оказавшийся в области магнитного поля, меняет свою траекторию.

Их траектория нарушается, и они начинают вращаться вокруг катода. Электроны, проходящие около резонаторов, отдают им часть собственной энергии (взаимозаменяемость). В результате в полости образуется мощное сверхвысокочастотное поле, выводимое наружу посредством проволочной петли.

Магнетрон «запускается», когда на анод подается высокое напряжение – 3000 – 4000 В. По этой причине в бытовых электросетях магнетрон должен подключаться через высоковольтный трансформатор.

Устройство магнетрона

Магнетрон – элемент, ответственный за генерацию высокочастотных колебаний. Есть устройства с похожим принципом действия – клистроны и платинотроны, но они не получили должного распространения.

Впервые магнетрон задействовали в СВЧ-печи в 1960 году. Сейчас используется многорезонаторный элемент. Его компоненты и их описания:

• анод. Цилиндр из меди, состоящий из нескольких секторов. В нем есть полости-резонаторы, которые создают кольцевую систему колебаний;
• катод. Цилиндр с нитью накаливания, расположенный в центре магнетрона. Эта часть ответственна за эмиссию электронов;
• кольцевые магниты. Расположены на торцах печи. Они создают магнитное поле, направленное параллельно они магнетрона. Электроны движутся в том же направлении;
• проволочная петля. Находится в резонаторе, соединяется с катодом и выводится к антенне-излучателю. Задача петли – вывод высокочастотного излучения в волновод. Оттуда оно поступает в рабочую камеру микроволновки.

Подключение магнетрона

Схема включения – однополупериодное выпрямление высоковольтного напряжения. Выход трансформатора работает в режиме короткого замыкания выходной обмотки (не дольше 5 минут).

Испорченный магнетрон нет смысла нести в ремонт – даже хорошо оснащенные мастерские этим не занимаются. Поэтому приобретают новую деталь.

Извлекая ее из микроволновки, помечают контакты разъемов, чтобы не перепутать их при переустановке. При неправильном подключении выводов магнетрон работать не будет.

Но подойдет аналогичная деталь. Мощность выбирается та же или выше, крепления и разъемы подключения должны совпадать.

Независимо от производителя, магнетроны имеют единое устройство, отличается только конструкция. Поэтому, заменяя деталь, нужно убедиться, что аналог плотно прилегает к волноводу.

Благодаря серийному изготовлению СВЧ блоков микроволновка становится простой, но полезной в условиях кухни техникой, которая в разы облегчает процедуру приготовления или разогрева пищи. Обслуживать ее легко, а конструкция не предполагает незаменимых деталей, что повышает надежность. Бытует мнение, что излучения от микроволн – вредны, но это не более чем миф.

Микроволновка или мобильник, что варит мозг лучше?

Микроволновка похожа на мобильный телефон

Поясню сразу: микроволновка сконструирована не для того, чтобы засовывать в нее голову. А вот телефон предназначен для работы прямо возле головы. Хотя излучает он гораздо больше, чем заэкранированная микроволновка. Сравним обычные режимы работы. Микроволновка гораздо мощнее мобильного телефона. Но, где микроволновка, а где Вы? Вряд ли, Вы находитесь ближе полуметра от микроволновки в процессе приготовления пищи? А вот, практически всегда, при разговоре по мобильному телефону он плотно прижат к уху. А так, по сути дела принцип работы микроволновки и мобильного телефона похож. Излучать электромагнитные волны сверхвысокой частоты.

Отличия небольшие: мобильный телефон имеет не только излучатель радиоволн, но и приемник. Кроме того, микроволновка излучает практически все волны внутрь себя и экранирована, чтобы не пустить излучение наружу. А мобильные телефон излучает все наружу, не защищая человека, который по нему разговаривает. Диапазон волн микроволновок во всем мире 2 450 МГц (2,45 ГГц) для бытовых устройств и 950 МГц для индустриальных микроволновых СВЧ-печей. Мобильные телефоны используют сравнимый диапазон частот: от 824 до 1990 МгЦ (0,8-1,99 ГГц) для стандартов GSM-850 / GSM-900 / GSM-1800 / GSM-1900 / CDMA2000.

Даже частота излучаемых радиоволн у обоих устройств практически одинакова. Самое главное, что мощность передатчика мобильного телефона ограничена 2 Вт. при стандартной мощности магнетрона микроволновой печи в 500-850 Вт. Но нужно учесть, что микроволновка сконструирована так, чтобы не пускать излучение вокруг себя, а излучает внутрь. Т.е. микроволновка лучше защищает человеческий организм, чем мобильный телефон, излучающий вокруг себя. И главное: расстояние от мобильного телефона до мозга всего 2-3 сантиметра при схожем механизме вредного воздействия! Все факты противостояния «микроволновка VS мобильник» будут приведены в нашей статье ниже.

Микроволновка (СВЧ-печь): как работает микроволновка

Основной принцип работы одного из самых полезных домашних приборов: микроволновка облучает пищу токами сверхвысокой частоты (СВЧ). К СВЧ-излучению относится электромагнитное излучение в диапазоне 0,3-300 ГГц. В результате взаимодействия радиоволны электромагнитного излучения с окружающей средой происходит частичный переход ее в тепловую энергию (нагрев). Этот нагрев тем больше, чем больше частота радиоволны и мощность ее передатчика. Также нагрев значительно больше в средах, которые содержат жидкость. На этом физическом явлении и основан принцип работы микроволновки: нагрев пищи, содержащей воду при помощи электромагнитного излучения СВЧ-диапазона.

Схема устройства микроволновки

Основной элемент микроволновой (СВЧ) печи — магнетрон. Магнетрон — вакуумная радиолампа, излучающая СВЧ радиоволны (токи сверхвысокой частоты). Дя исключения потерь радиоволн их прямо с магнетрона передают на волновод квадратного сеченеия, который непосредственно направляет радиоволны в металлическую камеру микроволновки, где помещается разогреваемая пища. Микроволновка экранирована со всех сторон. А дверца, через которую нужно видеть приготавливаемые пищевые продукты имеет многослойную структуру и надежно защищена металлической сеткой с отверстиями не больше 3 мм. в диаметре. Уплотнения вокруг дверцы микроволновой печи также защищают от выхода радио-излучения наружу.

Вредно ли электромагнитное излучение СВЧ-печи?

Любое электромагнитные излучения вредно воздействуют на человеческий организм. СВЧ-излучение — одно из самых вредных в этом смысле. Неоспоримым вредом является нагрев водосодержащих тканей организма. Он тем сильнее выражен, чем более мощный сигнал источника электромагнитного излучения. Если не соблюдать технику безопасности, то непосредственно около излучателя телевышки человек может буквально «зажариться». Несмотря на то, что все помещения в и окна в телецентрах экранированы медной сеткой, можно увидеть как горит никуда не подключенная лампа накаливания.

Для сохранения здоровья людей введены санитарные нормы, ограничивающие излучение от всех бытовых и промышленных приборов. К ним принадлежат и микроволновки и мобильные телефоны. Способность мобильных телефонов негативно влиять на здоровье людей исследовалась неоднократно. Вот пример одной из многочисленных статей о связи долговременного использования мобильных телефонов и заболеваниях раком. Согласно исследованиям шведских ученых, спустя 10 лет после длительного пользования мобильным телефоном резко повышаются шансы заболеть раком слухового нерва, болезнями Альтцгеймера и Паркинсона. Вот краткая цитата из огромной научной статьи в ВикипедиЯ с 17 подтверждающими источниками о вредном влиянии мобильных телефонов на здоровье человека («Здоровье и мобильный телефон»):

«31 мая 2011 года Всемирная организация здравоохранения и Международное агентство по изучению рака классифицировали радиоизлучение сотовых телефонов как потенциальный канцероген»

Защита людей от излучения микроволновки

При условии того, что микроволновка соответствует параметрам безопасности на излучение в окружающую среду, она полностью безопасна для окружающих людей. Для этого конструкция СВЧ-печи продумана очень просто. Излучение от источника (магнетрона) идет по специальному волноводу. В отличие от антенны мобильного телефона, которая излучает электромагнитные волны вокруг или примущественно в одном направлении, микроволновка по волновод доставляет их прямо месту назначения. По сути, волновод — металлическая трубка круглого (на радиостанциях) или квадратного (в микроволновках) сечения, внутри которой распространяются радиоволны, не имея возможности выйти наружу, кроме как в камере микроволновки. Металлическая камера микроволновки со стороны пищи в гигиенических целях покрыта пластиком, который легче отмывать от остатков пищи. Камера микроволновки открыта только со стороны дверцы, чтобы помещать туда пищу и присматривать за процессом ее приготовления. Дверца и ее уплотнения также надежно экранированы.

Уже на расстоянии в полметра-метр от микроволновки облучение во время ее работы не вызывает опасения за здоровье присутствующих рядом людей. Из представленного ниже рисунка видно, что при увеличении расстояния от дверцы микроволновки в 30 раз (от 5 до 150 см.) мощность излучения от нее ослабевает в 1000 раз.

Падение мощности излучения микроволновки с увеличением расстояния от нее

Может ли микроволновка сварить человеку мозг? Нет, пока ее дверца открыта, микроволновка не заработает. А как защищают разговаривающего по мобильному телефону? Держитесь крепче за стул… Защиты от вредного излучения мобильного телефона нет! Можно только попытаться уменьшить вредное влияние мобильного телефона на человека.

Как измерить излучение мобильного телефона?

Как мы рассказали в предыдущем разделе, уже на расстоянии 50 см. от закрытой дверцы, микроволновка излучаетс мощностью 0,05 милливатта. теперь рассмотрим мощность излучения мобильных телефонов. На сегодняшний день существуют мобильные телефоны нескольких поколений мобильной связи (1G, 2G, 2,5G, 3G, 3,5G, 4G). К ним принадлежат самые популярные использующиеся сегодня стандарты: NMT-450, CDMA, GSM, GPRS, EDGE, WCDMA, CDMA2000, UMTS, HSPA+, LTE-Advanced, WiMax Release 2, WirelessMAN Advanced. Практически 100% из используемых сегодня мобильных телефонов, используют технологии беспроводной передачи данных: Bluetooth, Wi-Fi.

Все они подчиняются международным требованиям Международной электротехнической комиссии (IEC, International Electrotechnical Comission), которая в 2005 году разработала специальный параметр SAR и обязало производителей указывать его для каждой модели мобильного телефона. SAR (Specific Absorption Rate) — относительный коэффициент поглощения энергии. SAR зависит от излучаемой мобильным телефоном мощности, степени экранирования, положения антенны к голове человека. Чем меньше SAR, тем меньше вред от излучения мобильного телефона. Уровень SAR напрямую указывает на степень нагрева тканей человеческого тела и не учитывает возможного риска онкозаболеваний или воздействия на ДНК.

Насколько сильно излучение мобильного телефона?

Мощность же передатчика измеряется в ваттах (милливаттах), а на мобильном телефоне ее можно увидеть в одном из разделов «Настройки» — «Мощность сигнала». Правда, в телефоне эта мощность представлениа в виде уровня сигнала (к нему привязано количество «палочек» указывающее на качество сигнала). Уровень сигнала измеряется в dBm (децибеллах на милливатт). Для удобства данные актуальных на сегодня сетей сведены в общую таблицу (средняя мощность указана с учетом скважности, т.е. излучение идет в часть периода связи /передачи).

Обычно максимальная мощность при использовании GSM мобильных телефонов достигается в течение первых нескольких секунд, затем она снижается в 5-10, в зависимости от качества связи. Чем хуже условия приема / передачи, слабее сигнал, тем мощнее излучение передатчика мобильного телефона в процессе разговора.

Что опаснее для человека: микроволновка или мобильник?

Самый главный вывод, который можно сделать при изучении приведенной выше таблицы: использование мобильного телефона стандарта GSM-900 в момент осуществления вызова в 20 000 раз вреднее, чем работающая микроволновка с расстояния полуметра! Вреднее, чем поднести голову прямо к дверце работающей микроволновки! Теперь Вы сами можете ответить на вопрос: сварятся ли мозги разговаривающего по мобильному телефону? Конечно не сварятся. Но однозначно, вред от нагрева есть! И это вам должен подсказывать личный опыт. Вспомните, было ли хоть раз у Вас после долгого разговора по мобильному телефону ощущение того, что голова горячая? Как минимум, ухо, правда? Также необходимо учитывать, что есть люди часами разговаривающие по мобильному телефону каждый день. Естественно, риск облучения вредным излучением передатчика мобильного телефона у них возрастает катастрофически.

Глубина проникновение излучения мобильного телефона в голову. Вид спереди.

Как проверить микроволновку на пропускание излучения

А если со временем микроволновка сломалась? Не секрет, что ломается все. Даже если уже починили, возможно мастер при ремонте магнетрона (выход из строя магнетрона — самая частая неисправность микроволновок) забыл что-то прикрутить. Самый простой способ проверки микроволновой печи на утечку излучения:

1. Поместите внутрь микроволновки обычный мобильный телефон во включенном состоянии;
2. Убедитесь, что микроволновка с телефоном внутри плотно закрыта;
3. С другого телефона позвоните на тот, который находится внутри микроволновки;
4. Убедитесь, что вызов не проходит, для мобильной сети Ваш телефон внутри микроволновки недоступен.

Если радиоволны похожего на излучение микроволновки диапазона не могут проникнуть внутрь, то они не могут и выбраться наружу. Если же вам удалось дозвониться на телефон внутри микроволновки, то это очень тревожный симптом. Значит что-то нарушилось в экранировании Вашей СВЧ-печи и излучение, в нарушение конструктивных характеристик микроволновки, пробивается наружу. Проверьте прямо сейчас! Это напрямую угрожает Вашему здоровью! Если микроволновка неисправна, это может привести к смертельной болезни. Поделитесь этой информацией с дорогими Вам людьми!

Как уменьшить влияние мобильного телефона на мозг

Несмотря на ограничения мощности, мобильные телефоны всех стандартов распространяют вредное электромагнитное излучение сверхвысокой частоты. Ограничить его еще больше, значит уменьшить радиус действия, что приведет к необходимости чаще располагать вышки базовой связи. Удорожание мобильной связи станет таким, что разговоры по мобильному телефону будут экономически нецелесообразны. Но мы можем попытаться уменьшить вред от воздействия мобильных телефонов на наше здоровье.

Для этого, по возможности соблюдайте следующие правила:

• Самый радикальный способ: громкая связь. При разговоре по громкой связи Вы максимально удалены от передатчика мобильного телефона, хоть это и быстрее садит батарейку и не дает возможности сохранить конфиденциальность переговоров. Частично улучшить ситуацию позволит использование проводной гарнитуры. Хоть вас и слышно, но не Вашего собеседника.
• Старайтесь не разговаривать долго по мобильному телефону. Риск облучения мозга при длительных разговорах по мобильному телефону возрастает в тысячи раз: от возрастания мощности излучения, близости мобильного телефона к мозгу и длительности непрерывного воздействия;
• Во время разговора в помещении старайтесь держаться ближе к окну. Мощность исходящего сигнала возрастает в случае плохого приема, вызываемого железобетонными конструкциями;
• при плохом уровне сигнала, особенно в подвале постарайтесь найти место, где количество «палочек» уровня приема максимальное. Возможно будет лучше выйти на улицу, еще и качество речи будет выше. В крайнем случае, постарайтесь уменьшить время разговора.
• Не обхватывайте корпус телефона целиком. Изучите инструкцию Вашего мобильного телефона, чтобы знать где внутри него находится антенна. Ее не нужно закрывать рукой, чтобы не вызывать повышения мощности передатчика;
• самое безопасное место для ношения телефона: на внешней стороне бедра, выше колена;
• Подносите трубку к уху спустя несколько секунд после осуществления исходящего звонка. Мощность исходящего сигнала при установлении соединения в десять раз выше, чем во время разговора;
• нецелесообразно разговаривать по мобильному телефону в автомобиле / транспорте. Корпус транспортного средства сильно экранирует, вызывая сильное увеличение мощности сигнала передатчика;
• Металлическая оправа при длительных разговорах по мобильному телефону может вызвать наведенне излучение в качестве вторичной антенны и вызвать увеличение мощности передатчика;
• не позволяйте разговаривать больше 1-2 минут детям до 8 лет.

Как продлить срок жизни микроволновки

Принцип работы микроволновки: нагрев ее содержимого элктромагнитными волнами сверхвысокой частоты. Если содержимого (пищи) не будет, то электромагнитные волны попытаются выбраться через защиту и будут взаимодействовать с металлическое содержимым внутри микроволновки. Это визуально видно в виде искр и треска, такие мини-молнии с мини-громом. Основное правило использование микроволновки: никогда не включать ее вхолостую. Даже если Вам необходимо просто проверить работоспособность микроволновки, поставьте внутрь нее чашку с водой. Как уже говорилось выше, именно вода лучше всего поглощает электромагнитное излучение, превращая энергию радиоволн в нагрев.

Ни в коем случае, не помещайте в микроволновку металлические предметы. Например, в микроволновку вместе с тарелкой может попасть ложка, вилка, чашка или тарелка может оказаться с металлическим ободком. Помещать же в микроволновку кастрюлю — прямой путь к ее немедленной поломке. Может образоваться настолько большая искра или молния, что ее замкнет на металлическую камеру. Также, необходимо следить за чистотой внутренней камеры микроволновки, вовремя отмывать ее от остатков пищи и разбрызгиваний жидкости. Если пища может разбрызгаться, ее следует накрывать сверху крышкой или другой тарелкой. Не пытайтесь разогреть в микроволновке сырое яйцо! При нагреве оно взорвется изнутри и забрызгает все. А, возможно, замкнет что-то и микроволновка сломается или загорится.

Как Вы сами убедились, влияние мобильного телефона на здоровье человека больше, чем от мощной микроволновки. Микроволновка и мобильник — полезные и незаменимые в быту устройства. Используйте приведенные в этой статье советы по уменьшению излучения от мобильного телефона. Микроволновка потенциально более опасна и подлежит проверке защиты окружающих от вредного излучения.

Обязательно поделитесь этой статьей в в социальных сетях, со своими близкими, родственниками, друзьями и знакомыми. Покажите на деле, что Вы заботитесь о их здоровье!