امواج ماکروویو و کاربردهای آن در مخابرات

مقدمه امواج ماکروویو و کاربردهای آن در مخابرات

توافق بر روی یک تعریف واحد برای واژه موج چیزی است که امکان ندارد. یک ارتعاش یا لرزش (ویبراسیون) را می‌توان به صورت یک حرکت به عقب و جلو پیرامون نقطه m در اطراف یک مقدار مرجع تعریف نمود. با وجود این، تعریف مشخصات کافی برای موج که باعث کیفیت بخشیدن به آن می‌شود موضوعی قابل انعطاف است.

این اصطلاح اغلب به طور ذاتی به صورت انتقال نوسانات در فضا مطرح می‌شود که با حرکت شی که فضا را پر کرده یا اشغال نموده در ارتباط نیست. در یک موج انرژی یک ارتعاش عبارتست ازانرژی شی که دارد از منبع به فرم یک اغتشاش و نوسان در داخل محیطی که آن را احاطه کرده یا در پیرامون آن است دور می‌شود (هال ۱۹۸۰).

مثال

با وجود این، این حرکت در مورد یک موج ساکن و ایستاده، مسئله برانگیز است. برای مثال، یک موج روی یک طناب یا نخ که انرژی در آن به طور مساوی در هر دو جهت منتشر می‌شود یا برای امواج الکترومغناطیسی یا امواج نوری در خلا، جاییکه مفهوم محیط واسطه‌ای دیگر قابل کاربرد نیست. به خاطر چنین دلایلی نظریه موج بیان کننده یک شاخه خاص از فیزیک است، که به خواص موج مستقل از آنکه منشا فیزیکی آن چه چیزی باشد وابسته‌است (استراوسکی و پتاپو،۱۹۹۹).

 

این خاصیت منحصر بفرد که با مستقل بودن از منشا فیزیکی و با تکیه بسیار روی منشا در موقعی که یک مورد خاص از یک فرآیند موجی را در نظر می‌گیریم همراه می‌گردد. مثال: آکوستیک از اوپتیک متمایز می‌گردد. به این صورت که امواج صوتی دارای منشا مکانیکی، بیشتر از امواج الکترومغناطیسی در موقع انتقال انرژی لرزشی یا ارتعاشی به انرژی مکانیکی تبدیل می‌شوند.

مفاهیم فیزیک

مفاهیمی از قبیل جرم، گشتاور، اینرسی، یا خاصیت کشسانی (ارتجاعی) موقع شرح دادن آکوستیک بسیار مهم هستند. (برخلاف اوپتیک هنگام بررسی فرآیندهای موجی). این تفاوت در منشا باعث ایجاد مشخصات موجی خاص متفاوت از محیطی که با آن سر و کار داریم می‌شود.

(به عنوان مثال، در موارد مربوط به هوا: فشار تابش موج‌های تلاطمی و… . در موارد جامد(اجسام صلب): امواج نور، تجزیه نور و …) خواص دیگر، اگر چه آنها هم معمولاً از طریق منشا مشخص می‌شوند، ممکن است به تمام امواج تعمیم داده شود. به عنوان مثال، با توجه به آن‌هایی که بر اساس منشا مکانیکی پایه گذاری شده اندمی توان اغتشاشاتی در فضابرای امواج آکوستیک بر حسب زمان انجام داد اگر وفقط اگر وسیله مورد بحث بسیار سخت و یا بسیار نرم و انعطاف پذیر نباشد.

انتقال ارتعاشی

اگر تمام اجزای تشکیل دهنده وسیله به صورت محکم به یکدیگر متصل شده باشند، تمام اجزای آن به شکل یک جسم واحد و بدون هیچ گونه تاخیری در انتقال نوسان، به ارتعاش در می‌آیند. که در این صورت هیچ حرکت موجی نخواهیم داشت. از سوی دیگر، اگر تمامی اجزا مستقل از یکدیگر بودند، هیچ انتقال ارتعاشی وجود نداشت. عبارات مذکور در بالا با فرض آنکه موج به هیچ منشا نیاز نداشته باشد بی معنی خواهد بود، اگر چه آن‌ها ویژگی که از خود بروز می‌دهند مستقل از منشا آن‌ها باشد: در طول یک موج، فاز یک ارتعاش (مکان و موقعیتی که در داخل سیکل نوسان اشغال کرده ) برای نقاط مجاور متفاوت می‌باشد و علت آن نیز این است که نوسان در زمان‌های متمایز به این نقاط می‌رسد.

تداخل یانگ

به صورت مشابه، پردازش فرآیندهای موج که از مطالعه درباره پدیده‌های موجی با سرچشمه‌هایی متفاوت با سر چشمه امواج صوتی حاصل می‌شود می‌تواند برای فهم هر چه بیشتر پدیده‌های صوتی بسیار با اهمیت باشد. یک مثال مناسب از این نمونه، قاعده تداخل یانگ می‌باشد ( یانگ،۱۸۰۲ ) این اصل برای اولین بار در تحقیقات یانگ پیرامون نور مطرح شد و هنوز نیز می‌تواند مطابق تعدادی از مفاهیم خاص دیگر ( برای مثال، پخش شدن صوت توسط صدا ) موضوعی پژوهشی در مطالعه صوت باشد.

تعریف موج

به هر آشفتگی در محیط که در فضا یا فضازمان منتشر می‌شود و اغلب حامل انرژی است موج می‌گویند. اگر این آشفتگی در میدان‌های الکترومغناطیسی باشد، آن را موج الکترومغناطیسی می‌نامند. در امواج الکترومغناطیسی میدان‌های الکتریکی و مغناطیسی به طور عمود بر یکدیگر نوسان می‌کنند و با سرعت نور انتشار پیدا می‌کنند. نور و امواج رادیویی از این نوع هستند.
امواج مکانیکی نوعی از امواج هستند که فقط در یک محیط مادی منتشر می‌شوند. انتشار این گونه امواج به دلیل نیروهای داخلی در محیط در اثر تغییر شکل ایجاد شده (آشفتگی) می‌باشد. این نیروها تمایل به بازگرداندن محیط به حالت اولیه را دارند. بعضی از انواع امواج مکانیکی امواج صوت، امواج زلزله و امواج آب است.

انواع موج

موج‌ها به دو دسته امواج طولی و امواج عرضی تقسیم می‌شوند. در امواج طولی، سرعت انتشار موج موازی با حرکت نوسانی آن است، در حالی که، در امواج عرضی این سرعت عمود بر آن است. امواج الکترو مغناطیسی از نوع امواج عرضی هستند.
طول موج:
به فاصله بین دو قله متوالی موج (یا بین هر دو نقطه تکراری موج که شکل یکسان دارند) گفته می‌شود و آن را با λ نشان می‌دهند. برای دو موجی که دارای سرعت یکسان باشند، موجی که دارای فرکانس بالاتری است طول موج کوتاه‌تر دارد و موجی که فرکانس پایین‌تری دارد، طول موج بلندتری دارد.

طول موج در موج الکترومغناطیسی

در موج الکترومغناطیسی طول موج مشخص کننده رنگ موج است. با تعیین رنگ، انرژی و طول موج می‌توان یک موج را نسبت به دیگر موج‌ها سنجید. به عنوان مثال طول موج‌های کوتاه در طیف مرئی در ناحیه بین آبی و فوق بنفش قرار می‌گیرد در حالیکه رنگ قرمز دارای طول موج‌های بلندتری می‌باشد. فاصله بین این قله‌های موج آن چنان کوچک است که واحد آن را نانومتر (ده به توان منفی نه) یا میکرون (ده به توان منفی شش) قرار داده اند.

تابش الکترومغناطیسی طیف طولانی از طول موج‌های بلند رادیویی تا طول موج‌های کوتاه پرتو ایکس را شامل می‌شود. چون شکل موج با سرعت ثابت c پیش می‌رود، فاصله یک طول موج را در زمان یک دوره تناوب طی می‌کند. هرموج علاوه بر طول موج دارای یک فرکانس می‌باشد که با واحدهایی مثل(hz,mhz,ghz,khz,thz) اندازه گیری می‌شود.

 

تابش الکترومغناطیسی

تابش الکترومغناطیسی یا انرژی الکترومغناطیسی بر اساس تئوری موجی، نوعی موج است که در فضا انتشار می‌یابد و از میدان‌های الکتریکی و مغناطیسی ساخته شده‌است. این میدان‌ها در حال انتشار بر یکدیگر و بر جهت پیشروی موج عمود هستند. گاهی به تابش الکترومغناطیسی نور می‌گویند، ولی باید توجه داشت که نور مرئی فقط بخشی از گستره امواج الکترومغناطیسی است. امواج الکترومغناطیسی بر حسب بسامدشان به نام‌های گوناگونی خوانده می‌شوند: امواج رادیویی، ریزموج، فروسرخ (مادون قرمز)، نور مرئی، فرابنفش، پرتو ایکس و پرتو گاما. این نام‌ها به ترتیب افزایش بسامد مرتب شده‌اند.  

                       
ماهیت فیزیکی

امواج الکترومغناطیسی را نخستین بار ماکسول پیش‌بینی کرد و سپس هاینریش هرتز آن را با آزمایش به اثبات رساند. ماکسول پس از تکمیل نظریهٔ الکترومغناطیس، از معادلات این نظریه شکلی از معادلهٔ موج را به دست آورد و بنابراین نشان داد که میدان‌های الکتریکی و مغناطیسی هم می‌توانند رفتاری موج‌گونه داشته باشند. سرعت انتشار امواج الکترومغناطیسی از معادلات ماکسول درست برابر با سرعت نور به دست می‌آمد، و ماکسول نتیجه گرفت که نور هم باید نوعی موج الکترومغناطیسی باشد.

معادلات ماکسول

طبق معادلات ماکسول، میدان الکتریکی متغیر با زمان باعث ایجاد میدان مغناطیسی می‌شود و برعکس. بنابراین اگر یک میدان الکتریکی متغیر میدان مغناطیسی بسازد، میدان مغناطیسی نیز میدان الکتریکی متغیر می‌سازد و این گونه موج الکترومغناطیسی ساخته می‌شود و پیش می‌رود. نظریهٔ کوانتومی برهم‌کنش بین تابش الکترومغناطیسی و ماده را نظریهٔ الکترودینامیک کوانتومی توصیف می‌کند.

تابش خورشید و زمین

خورشید، این راکتور گرما-هسته‌ای بزرگ، در سرتاسر طیف الکترومغناطیسی تابش می‌کند. از پرتوهای x و پرتوهای کیهانی گرفته تا موج‌های رادیویی به طول موج‌هایی تا ۱۵m یا بیشتر. اما چون سطح آن داغ است (۶۰۰۰ سانتیگراد)، بیشتر انرژی آن در طول موج‌های نسبتاً کوتاه (فرابنفش، مرئی و فروسرخ نزدیک) است و مقدار بیشینه تابش در طول موج نزدیک به ۰٫۵ میکرومتر گسیل می‌شود. علاوه بر این، پرتوهای فروسرخ خورشید نیز برای ما منبع گرما بشمار می‌آیند.

فرمول‌های تابش پلانک

با بهره‌گیری از فرمول‌های تابش پلانک، پی می‌بریم که انرژی گسیل شده از جسمی با دمایی برابر با دمای زمین نیز باید در محدوده فروسرخ باشد و طول موج‌های بارز این تابش نیز تقریباً در محدوده ۱۰ میکرومتر متمرکز است. از آنجا که زمین همواره در حالت شبه ترازمندی است، درمی‌یابیم به همان اندازه که از خورشید انرژی دریافت می‌کند، با تابش LW به فضا انرژی از دست می‌دهد. به این ترتیب، مناسب‌ترین شرایط برای زیست موجودات زنده در این کره خاکی فراهم می‌شود.           

طیف الکترومغناطیسی

امواج الکترومغناطیسی بر حسب بسامدشان به نام‌های گوناگونی خوانده می‌شوند: امواج رادیویی، ریزموج، فروسرخ (مادون قرمز)، نور مرئی، فرابنفش، پرتو ایکس و پرتو گاما. این نام‌ها به ترتیب افزایش بسامد مرتب شده‌اند.

اشعه گاما

از فرکانس ۳۰ اگزا هرتز تا ۳۰۰ اگزا هرتز را اشعه گاما می‌نامند.

اشعه ایکس

از فرکانس ۳ اگزا هرتز تا ۳۰ اگزا هرتز را اشعه ایکس سخت (HX) می‌نامند. از فرکانس ۳۰ پتا هرتز تا ۳ اگزا هرتز را اشعه ایکس نرم (SX) می‌نامند.

فرا بنفش

از فرکانس ۳ پتا هرتز تا ۳۳ پتا هرتز را اشعه فرا بنفش دور (EUV) می‌نامند. از فرکانس ۷۵۰ ترا هرتز تا ۳ پتا هرتز را اشعه فرا بنفش نزدیک (NUV) می‌نامند.

نور مرئی

از فرکانس ۴۰۰ ترا هرتز تا ۷۵۰ ترا هرتز را نور مرئی می‌نامند.

فروسرخ

از فرکانس ۲۱۴ ترا هرتز تا ۴۰۰ ترا هرتز را فروسرخ نزدیک (NIR) می‌نامند. از فرکانس ۱۰۰ ترا هرتز تا ۲۱۴ ترا هرتز را موج کوتاه فروسرخ (SIR) می‌نامند. از فرکانس ۳۷٫۵ ترا هرتز تا ۱۰۰ ترا هرتز را موج متوسط فروسرخ (MIR) می‌نامند. از فرکانس ۲۰ ترا هرتز تا ۳۷٫۵ ترا هرتز را موج بلند فروسرخ (HIR) می‌نامند. از فرکانس ۳۰۰ گیگا هرتز تا ۲۰ ترا هرتز را فروسرخ بسیار دور (FIR) می‌نامند.

بسامد مافوق

از فرکانس ۳۰ گیگا هرتز تا ۳۰۰ گیگا هرتز را بسامد مافوق بالا (EHF) می‌نامند. (ریزموج) از فرکانس ۳ گیگا هرتز تا ۳۰ گیگا هرتز را بسامد بسیار بالا (SHF) می‌نامند.(ریزموج) از فرکانس ۳۰۰ مگا هرتز تا ۳ گیگا هرتز را بسامد فرابالا (UHF) می‌نامند. (ریزموج) از فرکانس ۳۰ مگا هرتز تا ۳۰۰ مگا هرتز را بسامد خیلی بالا (VHF) می‌نامند. از فرکانس ۳ مگا هرتز تا ۳۰ مگا هرتز را بسامد بالا (HF) می‌نامند. از فرکانس ۳۰۰ کیلو هرتز تا ۳ مگا هرتز را بسامد متوسط (MF) می‌نامند.  از فرکانس ۳۰ کیلو هرتز تا ۳۰۰ کیلو هرتز را بسامد پایین (LF) می‌نامند.  از فرکانس ۳ کیلو هرتز تا ۳۰ کیلو هرتز را بسامد خیلی پایین (VLF) می‌نامند.  از فرکانس ۳۰۰ هرتز تا ۳ کیلو هرتز را بسامد در حد صوت (VF) می‌نامند. از فرکانس ۳۰ هرتز تا ۳۰۰ هرتز را بسامد بسیار پایین (ELF) می‌نامند.

ریزموج یا مایکروویو Microwaves 

مایکروویو چیست ؟

 به امواج الکترومغناطیسی با طول موج کمتر از امواج رادیویی و بیشتر از امواج فروسرخ، ریزموج گفته می‌شود. چنین به نظر می‌رسد که طول موج ماکروویو با توجه به نام آن، امواجی در طیف طول موج کمتر از یک میلی متر باشند و طول موج ریزموج‌ها تقریباً بین ۱ میلی‌متر (متناظر با بسامد ۳۰۰ گیگاهرتز) تا ۳۰ سانتیمتر (متناظر با بسامد ۱ گیگاهرتز) است. البته بر روی این مرزهای این تعریف، اتفاق نظر نیست و برخی آن را از ۰٫۳ میلی‌متر در نظر می‌گیرند.

مقدمه‌ای بر مایکروویو

مایکروویو یا ميکروويو ، از ترکيب دو واژه مايکرو يا ميکرو(MICRO)، به معنی کوچک و ويو (WAVE)،به معني موج تشکيل شده است و به معناي امواج با طول موج کوتاه و تعداد نوسانات (فرکانس) بسيار بالا می‌باشد. مايكروويو نوعی از امواج الكترومغناطيسی است، در واقع امواجی راديويی با فركانس بسيار بالا هستند. هر چه فركانس تشعشع بالاتر رود، طول موج آن کمترمی‌شود فرکانس چنين امواجی، بين۳۰۰ مگاهرتز تا چند گيگاهرتز در ثانيه می‌تواند باشد.

برد

برد چنين امواجی کوتاه بوده و در حد چند متر است، ولی ميزان نفوذ آن ها نسبتاً بالا است. هر چه فرکانس بيشتر باشد، شدت نفوذ بيشتر ولی برد امواج، کوتاه تر می‌شود. اين امواج ممكن است در برخورد با يك ماده ، منعكس، منتشر يا جذب شود. مواد فلزي اين امواج را كاملاً منعكس می‌كنند.

 

اغلب مواد غيرفلزی مثل شيشه و پلاستيك امواج را از خود عبور می‌دهند و موادی كه جاری آب هستند مانند غذاها و حتی انسان، انرژی اين امواج را جذب می‌كنند. اگر سرعت جذب انرژی يك ماده بيش از سرعت از دست دادن آن باشد، دماي آن ماده بالا می‌رود. امواج داراي طول موج کوتاه، هنگام برخورد به ماده، چنان موجب ارتعاش و تغيير قطب هاي منفی و مثبت موجود در آن می‌شوند که اين جنبش بالای ملکول ها موجب به هم خوردن شديد آن‌ها و ايجاد اصطکاک در ملکول‌ها و در نهايت سبب گرم شدن آن ماده می‌شود.

تولید امواج مايکروويو

يکي از زمينه‌های مهم و کاربردی در حوزه فيزيک انرژی‌های چگال ، تولید امواج مايکروويو از طريق گسيل الکترونی از يک ساختار کاتدی در يک تيوب خلاء، و دسته بندي و جهت مند کردن اين الکترون‌ها تحت تاثير يک ميدان الکتريکی يا مغناطيسی ويا ترمويونيک باشد. معمولا طول موج اين امواج بين ۱mmتا ۱m و يا به عبارتي در بازه فرکانسی ۰٫۳GHz تا ۳۰۰GHz می‌باشد. ارتباط تنگاتنگ بين مباحث مايکروويو، مخصوصا در توان‌های بسيار بالا با مباحث پلاسما موجب گرديده که بسياري از تحليل‌ها و شبيه سازی‌ها در هر دوزمينه مشترک باشند.

طراحی تيوب خلاء

تحليل PIC و FDTD و استفاده از روش‌هایی همچون مونت کارلو در طراحی تيوب خلاء از جمله اين موارد مشترک می‌باشد. اساسا سيستم‌های مايکروويو  کاربردی، شامل يک مولد مايکروويو مانند تيوب خلاء و يک منتشرکننده مانند آنتن می‌باشد که هر کدام به صورت جداگانه نياز به طراحی و بررسی داشته و پايه طراحی و ساخت يک سيستم کاربردي مايکروويو را تشکيل می‌دهند. به دليل تفاوت در ماهيت روش‌های طراحی، تحليل و شبيه سازي سيستم انتشار و مولد مايکروويو،  لازم به نظر می‌رسد که هر يک جداگانه مورد بررسي قرار گيرند. در اين حوزه استفاده از فناوری هايی مانند کاتدها و مواد تشکيل دهنده آن‌ها، ميدان‌های الکتريکی و مغناطيسی پرشدت ، منابع تغذيه با توان و فرکانس بالا ، خط انتقال، سيستم‌های موجبری و … اجتناب ناپذير می‌باشد.
 

امواج مایکروویو چه نوع امواجی هستند؟

فرکانس‌های بین ۳۰۰۰ تا ۱۲۰۰۰ مگاهرتز برای رابطه‌ای در خط مستقیم که در آن پیام رسانی از طریق آنتن‌هایی بر فراز برج‌های بلند ارسال می‌شود به کار می‌رود. ایستگاه‌های تکرار کننده را که ساختاری برج مانند دارند نیز در فواصل ۴۰ تا ۴۸ کیلومتری (معمولا بالای تپه ها ) کار می‌گذارند.

این ایستگاه‌ها امواج را می گیرند تقویت می‌کنند و دوباره به مسیر خود می‌فرستند. بخش مربوط به امواج مایکروویو برای ارتباط مراکز پرجمعیت بسیار مفید است چون فرکانس بالا به معنای آن است که امکان حمل باند عریضی از طریق مدولاسیون وجود دارد و این نیز به این معنی است که هزاران کانال تلفن را می توان روی یک فرکانس مایکروویو فرستاد. باند عریض این نوع فرکانس اجازه می دهد که علائم ارسالی تلویزیون سیاه و سفید و تلویزیون رنگی بر روی یک موج حامل منفرد ارسال شوند و چون این امواج دارای طول موج بسیار کوتاه هستند برای متمرکز کردن علائم رسیده می توان از بازتابنده های بسیار کوچک و اجزای هدایت مستقیم بهره گرفت.

        

 طول موج و بسامد

اگر سرعت موج (بر حسب متر بر ثانیه) را بر بسامد آن (بر حسب هرتز) تقسیم کنید، طول موج آن بر حسب متر بدست می‌آید. برای مثال که به سرعت ۳۴۴ متر بر ثانیه حرکت می‌کند و بسامد آن ۶۸۸ هرتز است، طول موجی برابر۰٫۵ متر دارد.
 

کاربرد ریز موج یا مایکروویو

امواج مايکروويو در مسير حرکت خود يا پس از برخورد با ماده انعکاس پيدا می‌کنند يا عبور می‌کنند و با جذب ماده می‌شوند. اين امواج اگر به سطح  فلزات برخورد کنند، منعکس خواهند شد، از شيشه و پلاستيک عبور می‌کنند.
مايكروويو در جامعه امروز ما كاربردهاي فراواني دارد. گستره وسيع اين كاربردها ، امور مخابرات رادار ،‌ تحقيقات فيزيكي ، داروسازی، اندازه گيری‌های صنعتی ، حرارت دادن و خشك كردن محصولات غذايی و كشاورزی و حتي پختن غذا را در بر می‌گيرد.

مزايای امواج مايكروويو

يك از مزايای مهم امواج مايكروويو در مخابرات ، پهنای باند وسيع آن است. بنابر نظريه مخابرات مقدار اطلاعاتي كه می‌توان انتقال داد مستقيما با پهنای باند موجود متناسب است. از طرفی برای برقراری يك ارتباط خوب بين دو نقطه سيگنال بايد دقيقا متمركز و سپس به سوی آنتن گيرنده هدف گيري می‌شود.

لذا با توجه به اينكه فركانس‌های مايكروويو اين قابليت را دارند، برای ارتباط نقطه به نقطه بی سيم ايده آلند. جالب است بدانيم كه پخش برنامه‌های راديو و تلويزيون بر اساس تمركزامواج نبوده بلكه بر اين اساس كه سيگنال راديويی در يك ناحيه حتي الامكان وسيع انتشار يابد به همين دليل فركانس‌های پخش امواج AM و FM و تلويزيون از گستره مايكروويو بسيار پائين ترند.

ارتباط نقطه به نقطه مايكروويو

با تركيبی از ماهواره ها و ارتباط نقطه به نقطه مايكروويو می‌توان به برقراری ارتباط بين قاره ها دست يافت. مثلا يك سيگنال تلويزيونی را می‌توان از طريق يك آنتن زميني از اروپا با يك ماهواره انتقال داد. اين ماهواره سيگنال را دريافت و تقويت كرده دوباره به يك آنتن بزرگ گيرنده مثلا در شرق آمريكا مي فرستد در واقع ماهواره مانند يك ايستگاه تكرار كننده با دكلي به ارتفاع ۵۰۰ مايل عمل مي كند. چون نويز مربوط به جو بويژه در گستره ۳Ghz تا ۶Ghz ناچيز است اكثر سيستم‌های مخابرات ماهواره‌ای در اين باند فركانس كار می‌كنند.

طيف مايكروويو

طيف مايكروويو باند وسيعی از فركانس‌ها را در برمی‌گيرد كه از آن در انتقال اطلاعاتي بخوبی استفاده می‌شود. بنابر نظريه مخابرات مقدار اطلاعاتی كه می‌توان انتقال داد مستقيما با پهنای باند موجود متناسب است.
بنابراین طيف مايكروويو نسبت به باندهاي راديويی و تلويزيوني كانال‌های مخابراتی بيشتر را می‌تواند در خود جای دهد با نياز فزاينده به انتقال اطلاعات مخابرات مايكروويو نيز در جامعه ما هرروز رواج بيشتری می‌يابد.

كاربرد عمده ديگر مايكروويو در سيستم‌های رادار است. اين سيستم‌ها در رديابی هواپيماها هدايت موشك‌های ماورای صوت، مشاهده و ردگيری توده های هوا و كنترل ترافيك پرواز در فرودگاه‌ها استفاده می‌شود. رادار همچنين در آژيرهای دزدگير، درب بازكن گاراژ ، و آشكارسازهاي سرعت كه مورد استفاده پليس است بكار می‌رود.

قابليت تمركز

قابليت تمركز دقيق در موج منتشر شده همان ويژگی است كه استفاده از مايكروويو را در رادار تا اين حد سودمند می‌سازد مثلا رادار فرودگاه بايد بتواند هواپيماهای مختلف را در صفحه نمايش ترافيك تشخيص دهد.
بنابراین پرتو رادار بايد چنان باريك باشد كه اگر متوجه يك هواپيما شود سيگنال دريافتي نشان دهنده وموج منعكس شده از همان هواپيما باشد و نه از هواپيمای ديگری كه بعنوان مثال ۱۵ درجه دورتر پرواز می‌كند. اين قدرت تفكيك زاويه ای برای سيگنال‌های منعكس شده مستلزم يك پرتو باريك و در نتيجه استفاده از فركانس‌های مايكروويو است. همچنين با استفاده از تمركز دقيق مايكروويو در رادار يك هواپيما می‌توان نقشه يك ناحيه وسيع از زمين را تهيه كرد. اين مطلب هم استفاده نظامی دارد و هم غير نظامی.

خواص گرمايی مايكروويو

از خواص گرمايی مايكروويو می‌توان در گستره وسيعی از كاربردهاي تجاری و صنعتي كه مورد استفاده است اشاره كرد.
امواج مایکروویو برای علوم نظامی، تعیین سرعت ماشین‌ها، برقراری ارتباطات تلفنی و تلویزیونی و همچنین درمان جراحات عضله بکار می‌روند.
ریز موج ها قسمتی از طیف الکترومغناطیسی هستند. ریز موج ها رادیویی با فرکانس خیلی بالا هستند. ریز موج ها برای برقراری ارتباط با فضاپیماها و ماهواره ها مورد استفاده نیز قرار می‌گیرند.

نظامی

هارپ (HAARP) سلاحی که تمامی سلاح های قرن بیستم را فلج می کند. حوادث طبيعی در طول ميلیون ها سال طبيعی بوده اند به غیر از ده‌های اخير که اين حوادث برخی طبيعی و برخی ديگر از طريق تکنولوژی های پيشرفته تولید و به جان و مال مردم لطمه ميزنند.اين حوادث ظاهراً طبيعی که غير طبيعی تولید ميشوند (مثل زلزله، طوفان ها، خشکسالی ها و سيل های بی شاخ و دم) را امروزه از طريق فرستادن ماکروویو (microwave) از ماهواره ها و پروژه هاي هارپ بوجود می آورند.                          
به گفته خود اعضای تیم پروژه هارپ، این پروژه در راستای کشف منابع معدنی و سوخت های فسیلی در اعماق زمین است. اگر امواج را به مواد ارسال کنیم، موج به آن ماده برخود میکند و به حالتی دیگر بازتابیده می‌شود.

مثال

مثلا فرض کنید اگر موجی را به نفت ارسال کنیم و از بازتاب آن، موجی به نام “الف” دریافت کنیم؛ موج “الف” به معنی نفت است. حالا اگر امواج را به زمین ارسال کردیم و موج “الف” دریافت کردیم؛ این بدین معناست که در عمقی از زمین نفت وجود دارد. این عمل با دستگاهی به نام “راديو ترموگرافی” (Radio Thermography) انجام میشود. مشکل این دستگاه این است که نمی‌تواند اعماق زمین را مورد بررسی قرار دهد به همین علت بسیاری از منابع زیر زمینی مفید برای انسان با این دستگاه کشف نمی‌شود.

اجاق‌های مایکرووی

مایکروویوهای داخل اجاق به وسیله لوله الکترون که مگنترون نام دارد، تولید می‌شوند. مایکروویوها در سطح فلزی داخل اجاق منعکس می‌شوند تا توسط غذا جذب شوند. مایکروویوها باعث می‌شوند مولکول‌های آب موجود در غذا به ارتعاش درآیند و گرما تولید و در نهایت باعث پخت غذا شود. به همین دلیل است که غذاهایی که آب زیادی دارند مانند سبزیجات تازه می‌توانند خیلی سریع‌تر از سایر غذاها پخته شوند. انرژی مایکروویو همینطور که توسط غذا جذب می‌شود میزان گرما را هم تغییر می‌دهد و غذا را رادیواکتیو یا آلوده نمی‌کند. با وجودی که گرما به‌طور مستقیم در غذا تولید می‌شود، اجاق‌های مایکروویو غذا را وارونه (از داخل به خارج) نمی‌پزند.

پختن غذا

هنگامی که حجم زیادی از غذا در حال پخته شدن است، ابتدا لایه‌های خارجی‌تر گرم و پخته می‌شوند در حالی که درون غذا اساسا از طریق انتقال حرارت از لایه‌های خارجی پخته می‌شوند. آشپزی با مایکروویو می‌تواند نسبت به آشپزی سنتی پرطرفدارتر باشد، زیرا غذاها سریع‌تر می‌پزند و انرژی فقط برای گرم کردن غذا به‌کار می‌رود، نه کل قسمت‌های اجاق. آشپزی با مایکروویو ارزش غذایی غذاها را در مقایسه با آشپزی سنتی کاهش نمی‌دهد. غذاهای پخته شده در اجاق مایکروویو ممکن است ویتامین و مواد معدنی بیشتری داشته باشند، زیرا اجاق‌های مایکروویو غذاها را با سرعت بیشتر و بدون افزودن آب می‌پزند.                       
 

اجاق‌های مایکروویو و سلامتی

بیشتر تحقیقات در مورد مایکروویوها و تأثیر آنها روی بدن انسان،‌ متمرکز است. موضوعی که شناخته شده، این است که امواج مایکروویو به همان طریقی که غذا را گرم می‌کنند، می‌توانند بافت بدن را نیز گرم کنند. مواجهه با سطوح بالایی از این امواج می‌تواند باعث سوختگی‌های دردناک شود. عدسی‌های چشم به‌طور ویژه‌ای به گرمای شدید حساس هستند و مواجهه با سطوح بالایی از امواج مایکروویو می‌تواند موجب کاتاراکت (آب مروارید) شود. اما این آسیب‌ها فقط در مواجهه با مقادیر خیلی زیاد امواج مایکروویو می‌تواند ایجاد شود که خیلی بالاتر از حداقل مقدار ۵ میلی واتی است که برای اجاق‌های مایکروویو در نظر گرفته شده است.

شناخت امواج مایکروویو

شناخت ما در مورد اتفاقاتی که برای مردم در مواجهه با سطوح کم امواج مایکروویو می‌افتد، کم است. مطالعات کنترل شده طولانی مدت که تعداد زیادی از افراد را نیز شامل شود، برای ارزیابی اثر سطوح کم امواج مایکروویو روی انسان انجام نشده است. به علاوه وضعیت‌های آزمایشگاهی نمی‌توانند کاملا شبیه به وضعیت‌هایی باشند که مردم از اجاق‌های مایکروویو استفاده می‌کنند. با این حال این مطالعات به ما کمک می‌کند که اثرات ممکن این پرتوها را بهتر بفهمیم.

در دوره‌ای این نگرانی وجود داشت که نشت امواج (خروج امواج از دستگاه) می‌تواند در کار دستگاه‌های تولید ضربان اختلال ایجاد کند. نگرانی‌هایی هم در مورد سیستم‌های خودکار احتراق و دیگر محصولات الکترونیکی به‌وجودآمد. در حال حاضر این مشکل برطرف شده است زیرا دستگاه‌های جدید دارای سپر حفاظتی در برابر اختلال‌های الکتریکی هستند. با این حال بیمارانی که از این دستگاه‌ها استفاده می‌کنند اگر نگرانی خاصی دارند می‌توانند با پزشک خودشان مشورت کنند.

 

نکاتی برای استفاده ایمن از اجاق مایکروویو

به دستورالعمل‌ها و راهنمایی‌های کارخانه سازنده بر اساس مدل مایکروویو توجه داشته باشید. اگر در اجاق مایکروویو کاملا بسته نمی‌شود یا آسیب‌های دیگری وجود دارد از آن استفاده نکنید.  به عنوان یک احتیاط اضافی در حالی اجاق مایکروویو در حال کارکردن است به‌طور مستقیم برای مدت زمان طولانی روبه‌روی آن قرار نگیرید و به بچه‌ها نیز اجازه چنین کاری را ندهید.  آب یا دیگر مایعات را برای مدت زمان زیاد نباید در مایکروویو داغ کرد.  برخی اجاق‌های مایکروویو را نباید در حالی که خالی هستند استفاده کرد. در این مورد به دستورالعمل‌های شرکت سازنده توجه کنید.

مخابرات مايكروويو

مخابرات مايكروويو در شبكه‌هاي LAN دارای استفاده محدودی هستند. اگر چه به دليل توان بيش‌تر آن‌ها، اين سيستم‌ها در شبكه‌های WAN ترجيح داده می‌شوند، برخي از مزايای اين سيستم‌ها عبارتنداز:

مزایای مخابرات ماکروویو

عرض باند خيلي بالا: در مقايسه با همه تكنولوژي‌های بی‌سيم، سيستم‌های ماكروويو داراي بالاترين عرض باند بوده ( به دليل توان بالای سيستم‌های فرستنده) دستيابي به سرعت ۱۰۰ مگابيت بر ثانيه و بالاتر در اين سيستم‌ها امكان‌پذير است. سيگنال‌های ارسال شده ، مسافت‌های خيلي زيادی را طي می‌كند.
همچنان كه قبلاً ذكر شد توان بالاي سيگنال‌ها، امكان ارسال آنها به مسافت‌های خيلي دور را فراهم می‌نمايد. اطلاعات ارسال شده را می‌توان تا صدها مايل انتقال داد. ارتباط سيگنال‌ها مي‌تواند بصورت نقطه به نقطه يا broadcast باشد: همانند ساير انواع مخابرات بی‌سيم، سيگنال‌ها را می‌توان دقيقاً در يك مسير ارتباطي نقطه‌ به نقطه متمركز نمود يا آن‌ها را از طريق ارتباطات broadcast، به چندين موقعيت جغرافيايي ارسال نمود.

معايب مخابرات ماكروويو

مخابرات ماكروويو برای اغلب كاربران، بواسطه معايب زيادی كه دارند، گزينه مناسبي نيست، به ويژه چند عيب عمده در اين گونه سيستم‌ها استفاده از آن را محدود به گروه خاصي از افراد مي‌نمايد برخی از اين معايب عبارتند از:

تجهيزات مربوطه گران هستند:

تجهيزات ارسال و دريافت ماكروويو در مقايسه با ساير انواع تجهيزات ارتباطی بي‌سيم گران هستند. يك فرستنده/گيرنده مايكروويو Combo مي‌تواند تا ۵هزار دلار هزينه داشته باشد. سيستم‌های مايكروويو ارزان‌تر نيز وجود دارند اما محدوده تحت پوشش آنها محدود می‌باشد.

نياز به خط ديد مستقيم:

به منظور عملكرد صحيح سيستم‌های مخابراتي ماكروويو می‌بايست بين فرستنده و گيرنده يك خط ديد مستقيم وجود داشته باشد.

تضعيف اتمسفريك:

همانند ساير تكنولوژي‌های بي‌سيم ( همانند ليزر مادون قرمز)، شرايط جوي(همانند مه، باران و برف) مي‌توانند تأثيري منفی روی ارسال مايكروويو اطلاعات داشته باشند. برای مثال يك توفان سهمگين بين فرستنده و گيرنده مي‌تواند سبب قطع ارتباط گردد. بعلاوه هر چه فركانس مايكروويو بالاتر باشد زمينه تضعيف بيشتر می‌گردد.

تأخير انتشار:

يك عيب مهم در سيستم‌های ماكروويو ماهواره‌ای، مسئله تأخير انتشار است، هنگامی كه بين دو ايستگاه زمينی، از ماهواره بعنوان ايستگاه تقويت استفاده گردد، تأخير انتشار معمولاً قابل توجه می‌باشد.

ايمنی:

از آنجا كه پرتوهای ماكروويو بسيار پرقدرت هستند مي‌تواند خطری برای انسان و حيوانات محسوب شود. در مسيري كه بين فرستنده و گيرنده قرار گيرند. مثلاً اگر دست خود را روي يك اجاق ماكروويو كم مصرف قرار دهيد مطمئناً شما را نمی کشد ولی برای شما ضررخواهد داشت.
حتماً شما ديش‌های ماهواره را در بالای ساختمان‌ها در سايت‌های بزرگ ديده‌ايد. اين ديش‌ها اغلب برای برقراری ارتباطات مايكروويو مورد استفاده قرار می‌گيرند. ارتباطات مايكروويو از امواج متمركز و بسيار پرقدرتي برای ارسال سيگنالهاي اطلاعات به مسافتهاي خيلي دور بهره‌گيری می‌نمايند.

مخابرات مايكروويو از بخش پايين‌تر فركانس‌های گيگاهرتزی طيف الكترومغناطيسی استفاده می‌كند، اين فركانس‌ها كه بالاتر از فركانس‌های راديويی هستند، عملكرد و خروجي بهتري را نسبت به ساير انواع ارتباطات بي‌سيم ارائه می‌دهند. دو نوع سيستم ارتباطات مايكروويو داده‌ای وجود دارند: سيستم‌های مايكروويو زمينی و سيستم‌های ماهواره‌ای.
 

سيستم‌های مايكروويو زمينی

سيستم‌های مايكروويو زميني، عموماً از آنتن‌های سهمی شكلی برای ارسال و دريافت سيگنال‌ها در محدوده پايين‌تر طيف فركانسی گيگاهرتزی استفاده می‌نمايند. سيگنال‌ها شديداً متمركز بوده و مسير فيزيكی عبور آن‌ها می‌بايست در يك خط مستقيم باشد. برجهای رله، بمنظور تقويت سيگنال‌ها مورد استفاده قرار می‌گيرند. سيستم‌های مايكروويو زمينی عموماً هنگامی مورد استفاده قرار می‌گيرد كه هزينه كابل‌كشي، عامل بازدارنده ای برای توسعه شبكه باشد.

از آنجائی كه اين سيستم‌ها از كابل استفاده نمی‌كنند، پيوندهای مايكروويو اغلب برای ارتباط چندين ساختمان به يكديگر جايی كه كابل‌كشي خيلی گران تمام شده يا نصب آن مشكل يا ممنوع باشد مورد استفاده قرار می‌گيرد. برای مثال اگر يك ساختمان در دو طرف جاده‌ای كه امكان عبور كابل از رو يا زير آن جاده ميسر نباشد، واقع گرديده باشد از سيستم‌های مايكروويو زمينی استفاده می‌گردد.

سيستم‌های مايكروويو زميني كوچكتر را مي‌توان در داخل يك ساختمان نيز مورد استفاده قرار داد. LANهاي مايكروويو داراي توان پايينی هستند و از فرستنده‌هاي كوچكی برای برقراري ارتباط با يكديگر و با هاب‌های شبكه استفاده مي‌نمايند. سپس هاب‌ها را در قالب يك شبكه كامل می‌توان بهم متصل نمود.
 

مشخصه‌های سيستم‌های مايكروويو زمينی

محدوده فركانسی

 اغلب سيستم‌های مايكروويو زمينی، سيگنال‌ها را در طيف گيگاهرتزی پايين ( معمولاً در باند ۴ تا ۶ گيگاهرتز و ۲۱ تا ۲۳ گيگاهرتز) تولید مي‌نمايند.

هزينه 

سيستم‌های كوتاه برد، نسبتاً ارزان تمام مي‌شوند و تا چند صدمتر را تحت پوشش قرار می‌دهند. سيستم‌های ارتباطي راه دور معمولاً خيلي گران هستند. سيستم‌هاي زمينی را می‌توان از فراهم‌آوران اين تجهيزات اجاره نمود. هرچند هزينه اجاره در يك مدت زمان طولانی می‌تواند گرانتر از خريد يك سيستم تمام شود.

نصب 

مشكل نياز به خط ديد مستقيم بين فرستنده و گيرنده در سيستم‌های مايكروويو، نصب آنها را دچار مشكل مي‌كند. آنتن‌ها می‌بايست در امتداد يك خط مستقيم قرار گيرند. همچنين از آنجائي كه فرآيند ارسال می‌بايست در يك خط مستقيم انجام گيرد، يافتن سايت‌های مناسب برای نصب فرستنده/گيرنده ، يك مشكل قابل توجه به حساب می‌آيد. در صورتی كه تشكيلات شما دارای يك سايت بلند بين دو آنتن باشد مي‌بايست سايت مناسبی را خريداري يا اجاره كنيم.

ظرفيت

با توجه به فركانس مورد استفاده، ظرفيت می‌تواند تغيير كند اما نرخ داده‌ها در محدوده ۱تا۱۰۰ مگابيت بر ثانيه قرار می‌گيرد.

تضعيف

 پديده تضعيف تحت تأثير عواملي همچون فركانس، قدرت سيگنال، اندازه آنتن و شرايط جوي مي‌باشد. طبعاً در مسافت‌هاي كوتاه تضعيف مسئله قابل توجهي نيست اما باران و مه مي‌تواند اثري منفي روي ارتباطات ماكروويو فركانس بالا داشته باشد.

EMI

سيگنال‌های مايكروويو در مقابل EMI و استراق ‌سمع آسيب‌پذير هستند (البته سيگنالهاي مايكروويو را بمنظور كاهش استراق سمع)، رمزگذاری می‌نمايند. همچنين سيستم‌هاي مايكروويو تحت تأثير شرايط جوي هستند. همانطور كه گفتيم فركانس‌های راديويی مايكروويو برای ارسال سيگنالهاي صوتی، تصويری و داده‌اي و اجتناب از بروز تداخل بين سيستم‌ها در يك عرصه جغرافيايی معين، می‌بايست داراي مجوز باشند. در كشور آمريكا، سازمان FCC اين مجوزها را صادر می‌نمايد. هر محدوده جغرافيايي، دارای شعاع ۲۸ كيلومتر بوده و مي‌تواند ۵مجوز را در برگيرد كه هر مجوز، ۲فركانس را تحت پوشش قرار مي‌دهد. شركت موتورولا داراي ۶۰۰ مجوز (۱۲۰۰فركانس) در باند ۱۸گيگاهرتز مي‌باشد كه همه كلان شهرها با جمعيت ۳۰۰۰۰ نفر يا بيشتر را تحت پوشش قرار مي‌دهد.

تكنيك باند باريك

تكنيك باند باريك معمولاً از پيكره‌بندی سلولی استفاده مي‌نمايد. سلولهاي مجاور از باندهاي فركانسی غيرهمپوشان در داخل باند ۱۸ گيگاهرتز، استفاده می‌نمايد. در آمريكا از آنجايی كه شركت موتورولا اين باند فركانسي را تحت نظارت دارد اين تضمين وجود دارد كه شبكه LAN مستقل در مكان‌های جغرافيايی نزديك به هم با يكديگر تداخل نكند. بمنظور ايجاد امنيت در مقابل استراق سمع همه سيگنال‌های ارسالی می‌بايست رمزگذاری گردند.
يك مزيت LAN باند باريك داراي مجوز، آن است كه برقراري ارتباط عاري از تداخل را تضمين مي‌نمايد. برخلاف طيف بدون مجوز همانند ISM، محدوده طيفي داراي مجوز، به دارنده آن حق قانوني استفاده انحصاري از يك كانال ارتباط داده‌ای بدون تداخل را مي‌دهد. كاربران يك شبكه LAN استفاده‌كننده از باند ISM در معرض خطر بروز تداخل الكترومغناطيسی می‌باشند.

سیستم های مایکروویو ماهواره ای

ماهواره يك ايستگاه رله يا تقويت كننده ماكروويو است كه در مدار زمين قرار دارد و به منظور ارتباط دو يا چند ايستگاه زمينی استفاده می‌شود. ماهواره سيگنال الكترومغناطيسی را در يك باند فركانسی دریافت کرده، سيگنال را تقويت می‌كند و يا اطلاعات را تكرار می‌كند و در نهايت به صورت سيگنال الكترومغناطيس در يك باند فركانسی ديگر به گيرنده مقابل می‌فرستد. يك ماهواره تعدادی تقويت كننده دارد (حدود ۱۲ تا ۲۰ ). به اين تقويت كننده ها ترانسپوندر گفته می‌شود. هر ترانسپوندر پهنای باندی برابر ۳۶ تا ۵۰ مگاهرتز دارد.

ماهواره را از نظر ارتفاع مدار

ماهواره را از نظر ارتفاع مدار آن از سطح زمين و نوع مدار گردش آن به LEO ، MEO ، HEO و GEO تقسيم بندی می‌كنند. هرچه ارتفاع ماهواره از سطح زمين بيشتر باشد زمان گردش آن به دور زمين به اندازه يك دور تفاوت خواهد داشت. در ارتفاع حدود ۳۶۰۰۰ کیلومتر از سطح زمين پريود ماهواره با پريود چرخش زمين به دور خودش يكسان است، يعنی در هر ۲۴ ساعت ماهواره يك بار به دور زمين می‌چرخد و به عنوان يك نقطه ثابت بالاي يك نقطه ازسطح زمين قرار ميگيرد. به این نوع ماهواره ها، GEO گفته می‌شود. در حالي كه در ارتفاع‌های پايينتر ماهواره نسبت به يك نقطه از سطح زمين طلوع و غروب ميكند مانند ماهواره هاي LEO .

ارتباط ماهواره ای

ارتباط ماهواره ای می‌تواند يك ارتباط نقطه به نقطه باشد، یعنی يك فرستنده در يك نقطه كره زمين را به گيرنده مقابل در نقطه ای ديگر وصل كند.
يك ارتباط پخش (Broadcast) باشد، یعنی اطلاعات يك فرستنده را برای گيرنده هاي متعدد در نقاط مختلف پخش می‌كند مانند پخش تلويزيوني.
ثابت بودن ماهواره نسبت به زمين از اين نظر مهم است كه آنتن‌ها می‌توانند نسبت به ماهواره تنظيم شده و چرخش آنتن گيرنده‌های زمين لازم نيست. وقتي از ماهواره های مدار پايين LEO استفاده می‌شود يك ماهواره به دليل طلوع و غروب نمی‌تواند به تنهايی ارتباط را برقرار كند. لذا بايد شبكه ای از ماهواره ها وجود داشته باشد با غروب يكی نقش آن به ديگري محول می‌شود. معمولا عموم ارتباطات مخابراتی و كامپوتری با استفاده از ماهواره های GEO انجام می‌شود. ماهواره هاي LEO برای مصارف خاصی از جمله ارتباطات موبايل ماهواره ای استفاده می‌شود.
 

شبكه‌های طيف گسترده

امواج راديويی طيف گسترده از فركانس‌های راديويی برای ارسال اطلاعات استفاده می‌كنند، اما به جای يك فركانس، بطور همزمان از چندين فركانس راديويی بهره‌گيري مي‌كند. دو تكنيك مدولاسيون برای اجراي اين فرآيند مورد استفاده قرار مي‌گيرد: مدولاسيون مستقيم فركانس و تكنيك جهش فرکانس.

مدولاسيون مستقيم فركانس

مدولاسيون مستقيم فركانس، معمولترين روش مورد استفاده در اين سيستم‌هاست. در اين تكنيك، داده‌هاي اصلی به اجزاء فرعی بنام chip تقسيم گشته و سپس روی فركانس‌های جداگانه‌اي ارسال می‌شود. بمنظور گمراه كردن استراق سمع‌كنندگان اطلاعات از سيگنال‌های كاذب و جعلي نيز می‌توان بهره‌گيری نمود. فرستنده و گيرنده هدف هماهنگ گشته بطوری كه گيرنده می‌داند كدام سيگنال‌ها معتبر می‌باشد. سپس گيرنده، چيپ‌ها را ايزوله نموده، آنها را مجدداً به يكديگر متصل و اطلاعات كاذب را بدور می‌اندازد.

هركسی می‌تواند در مسير سيگنال قرار گرفته و آنرا دريافت كند. اما شناسايی فركانس‌های صحيح، جمع‌آوری چيپ‌ها، آگاهی يافتن از چيپ‌های معتبر و استخراج پيام كار ساده‌ای نيست. بنابراین استراق‌سمع اطلاعات در اين سيستم‌ها بسيار مشكل می‌باشد. در تكنيك frequency hopping ، فرستنده سريعاً چندين فركانس از پيش تعيين شده سوئيچ می‌نمايد. بمنظور عملكرد صحيح اين سيستم، فرستنده و گيرنده می‌بايست كاملاً با يكديگر همزمان گردند. بواسطه استفاده از چندين فركانس ارسال بطور همزمان، عرض باند كانال افزايش می‌يابد.

 

مشخصات فرستنده/ گيرنده‌هاي طيف گسترده 

محدوده فركانسي

سيستم‌های طيف گسترده اصولاً در محدوده فركانس‌های بدون مجوز عمل می‌نمايند. در ايالات متحده آمريكا، دستگاههاي ارتباطی دارای ۹۰۲ تا ۹۲۸ مگاهرتز داراي استفاده بيشتري بوده اما گيرنده‌هاي ۲.۴ گيگاهرتز نيز وجود دارند.

هزينه

 اگرچه هزينه، وابسته به نوع تجهيزاتی است كه شما انتخاب می‌كنيد. با اين وجود اين سيستم‌ها نسبتاً ارزان می‌باشند. ( در مقايسه با ساير رسانه‌هاي بی‌سيم).

نصب

 با توجه به نوع تجهيزاتی كه مورد استفاده قرار می‌گيرند، فرآيند نصب ممكن است ساده يا نسبتاً پيچيده باشند.

ظرفيت

 عمومی‌ترين سيستم‌ها( سيستم‌های ۹۰۰ مگاهرتزی) داراي نرخ ارسال داده‌ای ۲ تا ۶ مگابيت بر ثانيه هستند، اما سيستم‌هايی كه در طيف گيگاهرتزی عمل می‌نمايند. نرخ ارسال داده‌هاي بالاتری را ميسر می‌سازند.

تضعيف

 ميزان تضعيف وابسته به فركانس و توان سيگنال می‌باشد. از آنجائی كه سيستم‌های ارسال طيف گسترده داراي توان پايينی هستند ( سيگنال ضعيف‌تر) بنابراین معمولاً در معرض تضعيف بالايی قرار دارند.

EMI

 مصونيت در مقابل EMI در اينگونه سيستم‌ها پايين بوده اما از آنجائي كه امواج طيف گسترده از فركانس‌های مختلفي استفاده می‌نمايند، بروز تداخل در فركانس‌های مختلف سبب تخريب سيگنال می‌گردد. ميزان آسيب‌پذيری در مقابل استراق‌سمع اطلاعات نيز پايين مي‌باشد.
در صنعت از مایکروویوها برای خشک کردن تخته‌های چندلایه، بهبود وضعیت رزین‌ها و پلاستیک و همچنین پختن چیپس سیب‌زمینی استفاده می‌کنند. اما شایع‌ترین محل استفاده از انرژی مایکروویو در اجاق‌های مایکروویو است. بر پایه دانش کنونی در مورد پرتوهای مایکروویو، اداره دارو و غذای آمریکا بیان می‌کند اجاق‌هایی که استاندارد این سازمان را داشته باشند و براساس راهنمایی و دستورالعمل‌های شرکت سازنده مورد استفاده قرار گیرند ایمن هستند.

انواع انتشار امواج

انتشار خط ديدمستقیم  LOS

(Line of Sight Propagation):

 در فركانس‌های بالاتر از ۳۰ مگاهرتز امواج مطابق انتشارهاي قبلي عمل نمی‌كنند، لذا بايد از  آنتن به آنتن فرستاده شده و آنتن‌ها بايد جهتدار باشند تا حداكثر انرژی را در جهت آنتن گيرنده فرستاده يا از فرستنده دريافت نمايند. در انتشار خط ديد و در ارتباطات راه دور، بايد از آنتنهاي بلند استفاده نمود. زيرا اگر چه ممكن است ارتفاعات نيز بين دو آنتن نباشند ولي با توجه به انحناي زمين بايد آنتن‌ها در خط دید مستقیم يكديگر باشند. با توجه به اينكه ارتفاع آنتن به دليل شرايط فيزيكی از حدود دكلهاي ۱۰۰ متری نمی‌تواند بيشتر شود، لذا در ارتباطات راه دور امواج در فواصل مشخصی تقويت شده و دوباره ارسال می‌شوند.
 

انتشاردر ديد غيرمستقيم NLOS 

كانال راديويی يك سيستم ارتباطی بی سيم يا به صورت LOS ويا به صورت NLOS عمل می كند، دريك لينك LOS سيگنال روی يك مسير مستقيم وبدون مانع از فرستنده به سمت گيرنده ارسال می‌شود انتشار به صورت LOS مسـتلزم آن است كه درناحيه اول فرنل هيچ گونه مانعی وجود نداشته باشد، درغيراينصورت سيگنال دچار افت شديد می‌شود ( بهReF5 نگاه كنيد ) نواحی فرنل بستگی به فركانس عملياتي و فاصله بين فرستنده وگيرنده دارد.

دريك لينك NLOS يك سيگنال دريافتي ازطريق بازتابش ، تفرق ويا انكسار به گيرنده می‌رسد . سيگنال‌های رسيده به گيرنده تركيبی از سيگنال‌های مسير مستقيم ، پراكنده شده ، منعكسه وانكسار يافته می‌باشد ، اين سيگنال ها دارای تاخير انتشار ، تضعيف، پلاريزاسيون و دوام متفاوتی نسبت به سيگنال مسيرمستقيم می‌باشد.

پديده چند مسيرگی

پديده چند مسيرگی همچنين می‌تواند باعث تغيير پلاريزاسيون سيگنال شود ، بنابراین استفاده از پلاريزاسيون جهت استفاده دوباره از فركانس همان گونه  كه به طور معمول در انتشار LOS استفاده می‌شود  دركاربردهاي NLOS می‌تواند مسئله سازشود. چگونگي بهره گيري يك سيستم راديويی از سيگنال‌های چند مسيره رمز ارائه سرويس در شرايط NLOS می‌باشد. فن آوری NLOS افزايش قدرت سيگنال جهت عبور آن از موانع نمی‌باشد ، به دليل آن كه اين نگرش فقط روي قدرت سيگنال در مسيرمستقيم تاكيد دارد و از انرژی موجود در مسيرهای غيرمستقيم بهره‌ای نبرده است. محدوده پوشش تحت شرايط NLOS وLOS  از مشخصات انتشار درآن محيط ها ، افت مسير، مشخصات لينك راديويی تبعيت مي كند.

مزاياي انتشار به صورت NLOS

مزايايی كه درانتشار به صورت NLOS وجود دارد باعث گسترش توسعه اين فن آوری شده است برای مثال عدم انعطاف درطراحی ومحدوديت ارتفاع آنتن دربرخی از موارد اغلب اجازه قرارگيری آنتن ها به صورت ديد مستقيم را نخواهد داد در توسعه های شبكه سلولي درمقياس وسيع ، جائي كه استفاده مجدد از فركانس امری ضروری می‌باشد كاهش ارتفاع آنتن جهت كاهش تداخل بين سلول‌های همجوار بسيار مفيد می‌باشد به دليل آن كه ايستگاه‌های پايه غالبا” بايد در شرايط NLOS عمل كنند درسيستم‌های LOS  ارتفاع آنتن را نمی‌توان كاهش داد زيرا بايد يك مسير ديد مستقيم از CPE به ايستگاه پايه وجود داشته باشد ازآن جائی كه درفن آوری NLOS نصب CPE به آساني مثلا” درلبه تراس وبدون مشكلات ناشی از تعيين موقعيت جهت نصب دكل و آنتن انجام می‌پذيرد هزينه هاي مربوط به نصب را كاهش مي‌دهد.

انتشار زميني(Ground Propagation)

در این نوع انتشار، امواج از انحناي زمين پيرویی كرده و از پايينترين بخش اتمسفر عبور می‌كنند و در لايه هاي بالای جو منعكس نمی‌شوند. انتشار همه جهته بوده و برد امواج بستگي به توان فرستنده دارد. بطور مثال امواج راديوي AM که از فركانس‌های۵۷۰ تا ۱۷۰۰ کیلوهرتز استفاده می‌کنند و صدها كيلومتر برد دارند، از این دسته اند.
انتشار آسمانی(Sky Propagation): در فركانس‌های ۲ تا ۳۰ مگاهرتز، امواج به لايه های بالای جو نفوذ کرده و منعكس می‌شوند. لايه يونيسفر لايه ای است كه از يون‌ها تشكيل شده و لايه يونيزه شده بالای جو است كه كار انعكاس را انجام می‌دهد. به علت انعكاس‌های متوالي بين لايه يونيسفر و سطح زمين امواج می‌توانند برد بالايي را داشته و با استفاده از اين نوع انتشار سيگنال فرستنده در فاصله هزاران كيلومتر دريافت می‌گردد.
 

موانع انتشار خط دید

افت توان امواج با فاصله 

هرچه فاصله بيشتر شود انرژی ارسالی آنتن در محدوده گسترده تری پخش شده و انرژی دریافتی كمتر می‌شود. اگر آنتن را همه جهته فرض نماييد، انرژی روي مساحت كره ای به شعاع(فاصله انتشار) به طور يكنواخت پخش شده و هرچه این شعاع بزرگتر شود، سطح كره بزرگتر می‌گردد. تلفات به فركانس بستگي دارد. هرچه فركانس بيشتر شود، تلفات بيشتر می‌گردد.

جذب امواج

انرژی ارسالي در فضا به علت شرایط جوی نظیر رطوبت و بخار آب، جذب شده و لذا انرژی كمتري به گيرنده می‌رسد. هرچه بخار آب بيشتر باشد، يا باران در مسير ارسال بيشتر شود جذب امواج توسط محيط بيشتر ميگردد.

پديده چند مسيری

 گاهي اوقات امواج به موانعي برخورد کرده و منعكس ميشوند. انعكاس امواج با خود موج جمع شده و به گيرنده ميرسد و تداخل ايجاد ميشود. تداخل باعث ایجاد ISI می‌شود.

شكست

برخی اوقات موج ارسالي به علت تغييرات در شرايط جوي و غلظت متفاوت لايه هاي جو، به خط مستقيم منتشر نشده و شكست پيدا می‌كند و بطور مستقيم به آنتن گيرنده نمی‌رسد. اگر چه آنتنهاي جهتدار طوري با يكديگر تنظيم شده اند كه بيشترين انرژی از يك آنتن به آنتن مقابل برسد، ولي در ساعاتي از روز به علت تغييرات شكست موج در محيط قسمت كمي از انرژی به آن رسیده و ارتباط مختل می‌شود.