Redaktion og opdatering af indholdet på denstoredanske.dk er indstillet pr. 24. august 2017. Artikler og andet indhold er tilgængeligt i den form, der var gældende ved redaktionens afslutning.

  • Artiklens indhold er godkendt af redaktionen

mikrobølger

Oprindelig forfatter BenKn Seneste forfatter Redaktionen

Mikrobølger. Radarbillede af Storebæltsbroen optaget under byggeriet i juni 1996. Billedet er dannet af data optaget med Syntetisk Apertur Radar (SAR) monteret i et fly, der under denne optagelse fløj i 12,5 km højde og ca. den samme afstand syd for broen. Den høje opløsning (2 m×2 m) opnås ved at kombinere data indsamlet i 5 sekunder svarende til en flyvestrækning på 1 km. Spejlbilledet af højbroen skyldes, at radarstrålerne reflekteres fra kablerne ned til havoverfladen og tilbage til flyets antenne. For sådanne optagelser er det uden betydning, om det er skyet, regnvejr, nat eller dag.

Mikrobølger. Radarbillede af Storebæltsbroen optaget under byggeriet i juni 1996. Billedet er dannet af data optaget med Syntetisk Apertur Radar (SAR) monteret i et fly, der under denne optagelse fløj i 12,5 km højde og ca. den samme afstand syd for broen. Den høje opløsning (2 m×2 m) opnås ved at kombinere data indsamlet i 5 sekunder svarende til en flyvestrækning på 1 km. Spejlbilledet af højbroen skyldes, at radarstrålerne reflekteres fra kablerne ned til havoverfladen og tilbage til flyets antenne. For sådanne optagelser er det uden betydning, om det er skyet, regnvejr, nat eller dag.

mikrobølger, elektromagnetiske bølger i frekvensområdet 300 MHz til 300 GHz svarende til bølgelængder fra 1 m til 1 mm. Mikrobølger bærer hovedparten af al radiokommunikation og anvendes desuden til radar- og radiometersystemer, til videnskabelige formål inden for medicin, fysik og kemi, til en lang række industrielle processer og i mikrobølgeovne.

Teknik

I moderne mikrobølgeteknik arbejder man med komponenter og strukturer, der både kan være meget mindre og meget større end bølgelængden. Det betyder, at man er nødt til at anvende en række teknikker, der strækker sig fra konventionel kredsløbsteknik over mikrobølgekredsløbsteknik og elektromagnetisk feltteori til optiske teknikker.

Aktive kredsløbselementer

Mikrobølgeeffekt genereres vha. elektronrør, transistorer og specielle dioder. De første praktisk anvendelige elektronrør til produktion af mikrobølger var magnetroner og klystroner, som blev udviklet i slutningen af 1930'erne. De anvendes stadig i stort omfang, og der er kommet to nye typer til, vandrebølgerør og gyrotroner. Elektronrør kan fremstilles til at levere mikrobølgeeffekt af størrelsesorden megawatt for frekvenser op til mere end 100 GHz. Transistorer kan producere effekter af størrelsesorden 100 W ved lave mikrobølgefrekvenser og 1 mW ved frekvenser omkring 100 GHz. Teknologiske fremskridt presser til stadighed transistorer højere op i frekvens. Tunneldioder og Gunn-dioder er eksempler på specielle halvlederdioder, der kan generere mikrobølgeeffekt. De kan anvendes op til mere end 100 GHz, tunneldioder endda op imod 1000 GHz. Dioder kan maksimalt generere effekter på nogle få watt.

Passive kredsløbselementer

Passive kredsløbselementer omfatter komponenter som fx filtre, retningskoblere, effektdelere og diverse overgange mellem forskellige transmissionslinjer og bølgeledere.

Mikrobølger kan udsendes og modtages af antenner, som samler energien i et smalt strålebundt. Mikrobølger kan også fremføres i bølgeledere, i koaksiallinjer (se koaksialkabel) og i såkaldte plane transmissionslinjer. Bølgeledere er metalrør med rektangulært, cirkulært, cylindrisk eller enkelte andre tværsnit. De kan håndtere høje effekter og har lave tab, men fylder meget og er relativt smalbåndede, dvs. kun virksomme i et snævert frekvensområde. Koaksiallinjer er bredbåndede og bekvemme til mange mikrobølgeanvendelser, men det er vanskeligt og kostbart at fremstille komplicerede komponenter i koaksiallinjeteknik. Plane transmissionslinjer er kompakte, billige at fremstille, og det er lettere at montere aktive komponenter som dioder og transistorer i plane transmissionslinjer end i koaksiallinjer og bølgeledere.

Anvendelser

Mikrobølger anvendes inden for radar og kommunikation, og i industrien har man søgt at udnytte fordelene ved, at mikrobølgeenergi omdannes til varme. Mikrobølgeenergi anvendes også til videnskabelige formål.

Radar

Den første anvendelse af mikrobølger var til radarsystemer til at detektere, stedfæste, følge og identificere forskellige mål over store afstande. Radar- og radiometersystemer på fly og satellitter anvendes til elektromagnetisk telemåling, hvor man indsamler data fra Jorden og andre planeter og vha. digital billedteknik uddrager en række oplysninger om de observerede områder.

Mikrobølger udsendes fra antenner, der kan konstrueres, så de samler den udstrålede energi i et smalt strålebundt. Jo større antennen er i forhold til bølgelængden λ, desto smallere kan strålebundtet blive. Tv. ses en hornantenne påsat for enden af en bølgeleder. Antennens dimension er af samme størrelse som bølgelængden, og det udsendte strålebundt er bredt. Th. en parabolantenne, hvis dimension er meget større end bølgelængden; her er strålebundtet smalt.

Mikrobølger udsendes fra antenner, der kan konstrueres, så de samler den udstrålede energi i et smalt strålebundt. Jo større antennen er i forhold til bølgelængden λ, desto smallere kan strålebundtet blive. Tv. ses en hornantenne påsat for enden af en bølgeleder. Antennens dimension er af samme størrelse som bølgelængden, og det udsendte strålebundt er bredt. Th. en parabolantenne, hvis dimension er meget større end bølgelængden; her er strålebundtet smalt.

Kommunikationssystemer

Mikrobølgesystemer håndterer telefon- og datatrafik og overfører tv-programmer mellem stationer på jorden og satellitter og fra satellitter direkte til private modtagere. Mikrobølgesystemer er i dag (1998) enerådende inden for moderne mobilkommunikation, og i løbet af få år forventes et antal globale mikrobølgenetværk til personkommunikation baseret på et stort antal lavtflyvende satellitter.

Industrielle og videnskabelige anvendelser

Mikrobølger absorberes af en række materialer, især vandholdige, hvorved mikrobølgeenergien omdannes til varme. Det har siden 1940'erne ført til en lang række industrielle anvendelser og senest også til brug af mikrobølgeovne i private husholdninger. Industrielt benyttes mikrobølger mest til opvarmning og tørring og inden for fødevareområdet til kogning, optøning, tilberedning af færdigretter og sterilisation.

Mange molekylære og atomare resonanser i materialer optræder ved mikrobølgefrekvenser; det giver anledning til anvendelser inden for kemi, fysik og medicin. Inden for højenergifysik anvendes mikrobølgeenergi til at accelerere ladede partikler som protoner og elektroner i store forsøgsanlæg.

Mikrobølgesystemer kan benyttes til automatisk identifikation og registrering af fx fly, togvogne og biler. Disse forsynes med en enhed (transponder), der kan aflæses ved refleksion af mikrobølger over større eller mindre afstande. For bilers vedkommende anvendes systemet i stigende grad ved betalingssteder ved fx motorveje og broer.

Biologiske effekter

Mikrobølger, der trænger ind i mennesker og dyr, vil blive absorberet og omdannet til varme. Hvis mikrobølgeeffekten er så høj, at kroppens naturlige temperaturregulering ikke kan holde temperaturen nede, kan der ske en skadelig opvarmning af væv, farligst i organer uden god temperaturfølsomhed (for eksempel øjne). I Danmark fastsætter Arbejdstilsynet vejledende, frekvensafhængige grænseværdier for den effekttæthed (W/m2), mennesker maksimalt bør udsættes for.

Historisk udvikling

H.R. Hertz udførte 1886-89 en række eksperimenter, hvori han påviste rigtigheden af Maxwells teori for elektromagnetiske bølger. Hertz arbejdede ved 430 MHz og er således den første, der har arbejdet med mikrobølgeteknik. Praktiske anvendelser af mikrobølgeteknik lod vente på sig pga. manglende teknologi, ikke mindst pålidelige mikrobølgegeneratorer. Et betydningsfuldt gennembrud kom i 1939, da britiske fysikere ved University of Birmingham udviklede en magnetron med mange hulrumsresonatorer fordelt langs anodens periferi. Det var denne magnetrontype, der gjorde det muligt at udvikle mikrobølgeradarsystemer til anvendelse i 2. Verdenskrig.

Ønsket om stadig hurtigere og mindre kredsløb har sat gang i udviklingen af monolitisk integrerede mikrobølgekredsløb (MMIC). I dag fremstilles MMIC-kredsløb, der udfører komplicerede funktioner, og komplette mikrobølgesystemer fremstilles på en enkelt chip.

Annonce

Referér til denne tekst ved at skrive:
Bent Knudsen: mikrobølger i Den Store Danske, Gyldendal. Hentet 20. oktober 2019 fra http://denstoredanske.dk/index.php?sideId=125367