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).

مرجع کامل و جامع آموزش مهندسی برق

کلیک کنید

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 میکروویو ، از ترکیب دو واژه مایکرو یا میکرو(MICRO)، به معنی کوچک و ویو (WAVE)،به معنی موج تشکیل شده است و به معنای امواج با طول موج کوتاه و تعداد نوسانات (فرکانس) بسیار بالا می‌باشد. مایکروویو نوعی از امواج الکترومغناطیسی است، در واقع امواجی رادیویی با فرکانس بسیار بالا هستند. هر چه فرکانس تشعشع بالاتر رود، طول موج آن کمترمی‌شود فرکانس چنین امواجی، بین۳۰۰ مگاهرتز تا چند گیگاهرتز در ثانیه می‌تواند باشد.

برد

برد چنین امواجی کوتاه بوده و در حد چند متر است، ولی میزان نفوذ آن ها نسبتاً بالا است. هر چه فرکانس بیشتر باشد، شدت نفوذ بیشتر ولی برد امواج، کوتاه تر می‌شود. این امواج ممکن است در برخورد با یک ماده ، منعکس، منتشر یا جذب شود. مواد فلزی این امواج را کاملاً منعکس می‌کنند.

مرجع کامل و جامع آموزش مهندسی مخابرات

کلیک کنید

اغلب مواد غیرفلزی مثل شیشه و پلاستیک امواج را از خود عبور می‌دهند و موادی که جاری آب هستند مانند غذاها و حتی انسان، انرژی این امواج را جذب می‌کنند. اگر سرعت جذب انرژی یک ماده بیش از سرعت از دست دادن آن باشد، دمای آن ماده بالا می‌رود. امواج دارای طول موج کوتاه، هنگام برخورد به ماده، چنان موجب ارتعاش و تغییر قطب های منفی و مثبت موجود در آن می‌شوند که این جنبش بالای ملکول ها موجب به هم خوردن شدید آن‌ها و ایجاد اصطکاک در ملکول‌ها و در نهایت سبب گرم شدن آن ماده می‌شود.

تولید امواج مایکروویو

یکی از زمینه‌های مهم و کاربردی در حوزه فیزیک انرژی‌های چگال ، تولید امواج مایکروویو از طریق گسیل الکترونی از یک ساختار کاتدی در یک تیوب خلاء، و دسته بندی و جهت مند کردن این الکترون‌ها تحت تاثیر یک میدان الکتریکی یا مغناطیسی ویا ترمویونیک باشد. معمولا طول موج این امواج بین ۱mmتا ۱m و یا به عبارتی در بازه فرکانسی ۰٫۳GHz تا ۳۰۰GHz می‌باشد. ارتباط تنگاتنگ بین مباحث مایکروویو، مخصوصا در توان‌های بسیار بالا با مباحث پلاسما موجب گردیده که بسیاری از تحلیل‌ها و شبیه سازی‌ها در هر دوزمینه مشترک باشند.

طراحی تیوب خلاء

تحلیل PIC و FDTD و استفاده از روش‌هایی همچون مونت کارلو در طراحی تیوب خلاء از جمله این موارد مشترک می‌باشد. اساسا سیستم‌های مایکروویو  کاربردی، شامل یک مولد مایکروویو مانند تیوب خلاء و یک منتشرکننده مانند آنتن می‌باشد که هر کدام به صورت جداگانه نیاز به طراحی و بررسی داشته و پایه طراحی و ساخت یک سیستم کاربردی مایکروویو را تشکیل می‌دهند. به دلیل تفاوت در ماهیت روش‌های طراحی، تحلیل و شبیه سازی سیستم انتشار و مولد مایکروویو،  لازم به نظر می‌رسد که هر یک جداگانه مورد بررسی قرار گیرند. در این حوزه استفاده از فناوری هایی مانند کاتدها و مواد تشکیل دهنده آن‌ها، میدان‌های الکتریکی و مغناطیسی پرشدت ، منابع تغذیه با توان و فرکانس بالا ، خط انتقال، سیستم‌های موجبری و … اجتناب ناپذیر 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 مایکروویو در مسیر حرکت خود یا پس از برخورد با ماده انعکاس پیدا می‌کنند یا عبور می‌کنند و با جذب ماده می‌شوند. این امواج اگر به سطح  فلزات برخورد کنند، منعکس خواهند شد، از شیشه و پلاستیک عبور می‌کنند.
مایکروویو در جامعه امروز ما کاربردهای فراوانی دارد. گستره وسیع این کاربردها ، امور مخابرات رادار ،‌ تحقیقات فیزیکی ، داروسازی، اندازه گیری‌های صنعتی ، حرارت دادن و خشک کردن محصولات غذایی و کشاورزی و حتی پختن غذا را در بر می‌گیرد.

مزایای امواج مایکروویو

یک از مزایای مهم امواج مایکروویو در مخابرات ، پهنای باند وسیع آن است. بنابر نظریه مخابرات مقدار اطلاعاتی که می‌توان انتقال داد مستقیما با پهنای باند موجود متناسب است. از طرفی برای برقراری یک ارتباط خوب بین دو نقطه سیگنال باید دقیقا متمرکز و سپس به سوی آنتن گیرنده هدف گیری می‌شود.

لذا با توجه به اینکه فرکانس‌های مایکروویو این قابلیت را دارند، برای ارتباط نقطه به نقطه بی سیم ایده آلند. جالب است بدانیم که پخش برنامه‌های رادیو و تلویزیون بر اساس تمرکزامواج نبوده بلکه بر این اساس که سیگنال رادیویی در یک ناحیه حتی الامکان وسیع انتشار یابد به همین دلیل فرکانس‌های پخش امواج AM و FM و تلویزیون از گستره مایکروویو بسیار پائین ترند.

ارتباط نقطه به نقطه مایکروویو

با ترکیبی از ماهواره ها و ارتباط نقطه به نقطه مایکروویو می‌توان به برقراری ارتباط بین قاره ها دست یافت. مثلا یک سیگنال تلویزیونی را می‌توان از طریق یک آنتن زمینی از اروپا با یک ماهواره انتقال داد. این ماهواره سیگنال را دریافت و تقویت کرده دوباره به یک آنتن بزرگ گیرنده مثلا در شرق آمریکا می فرستد در واقع ماهواره مانند یک ایستگاه تکرار کننده با دکلی به ارتفاع ۵۰۰ مایل عمل می کند. چون نویز مربوط به جو بویژه در گستره ۳Ghz تا ۶Ghz ناچیز است اکثر سیستم‌های مخابرات ماهواره‌ای در این باند فرکانس کار می‌کنند.

طیف مایکروویو

طیف مایکروویو باند وسیعی از فرکانس‌ها را در برمی‌گیرد که از آن در انتقال اطلاعاتی بخوبی استفاده می‌شود. بنابر نظریه مخابرات مقدار اطلاعاتی که می‌توان انتقال داد مستقیما با پهنای باند موجود متناسب است.
بنابراین طیف مایکروویو نسبت به باندهای رادیویی و تلویزیونی کانال‌های مخابراتی بیشتر را می‌تواند در خود جای دهد با نیاز فزاینده به انتقال اطلاعات مخابرات مایکروویو نیز در جامعه ما هرروز رواج بیشتری می‌یابد.

کاربرد عمده دیگر مایکروویو در سیستم‌های رادار است. این سیستم‌ها در ردیابی هواپیماها هدایت موشک‌های ماورای صوت، مشاهده و ردگیری توده های هوا و کنترل ترافیک پرواز در فرودگاه‌ها استفاده می‌شود. رادار همچنین در آژیرهای دزدگیر، درب بازکن گاراژ ، و آشکارسازهای سرعت که مورد استفاده پلیس است بکار می‌رود.

قابلیت تمرکز

قابلیت تمرکز دقیق در موج منتشر شده همان ویژگی است که استفاده از مایکروویو را در رادار تا این حد سودمند می‌سازد مثلا رادار فرودگاه باید بتواند هواپیماهای مختلف را در صفحه نمایش ترافیک تشخیص دهد.
بنابراین پرتو رادار باید چنان باریک باشد که اگر متوجه یک هواپیما شود سیگنال دریافتی نشان دهنده وموج منعکس شده از همان هواپیما باشد و نه از هواپیمای دیگری که بعنوان مثال ۱۵ درجه دورتر پرواز می‌کند. این قدرت تفکیک زاویه ای برای سیگنال‌های منعکس شده مستلزم یک پرتو باریک و در نتیجه استفاده از فرکانس‌های مایکروویو است. همچنین با استفاده از تمرکز دقیق مایکروویو در رادار یک هواپیما می‌توان نقشه یک ناحیه وسیع از زمین را تهیه کرد. این مطلب هم استفاده نظامی دارد و هم غیر نظامی.

خواص گرمایی مایکروویو

از خواص گرمایی مایکروویو می‌توان در گستره وسیعی از کاربردهای تجاری و صنعتی که مورد استفاده است اشاره کرد.
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 طبیعی در طول میلیون ها سال طبیعی بوده اند به غیر از ده‌های اخیر که این حوادث برخی طبیعی و برخی دیگر از طریق تکنولوژی های پیشرفته تولید و به جان و مال مردم لطمه میزنند.این حوادث ظاهراً طبیعی که غیر طبیعی تولید میشوند (مثل زلزله، طوفان ها، خشکسالی ها و سیل های بی شاخ و دم) را امروزه از طریق فرستادن ماکروویو (microwave) از ماهواره ها و پروژه های 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 “رادیو 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 مایکروویو

مخابرات مایکروویو در شبکه‌های LAN دارای استفاده محدودی هستند. اگر چه به دلیل توان بیش‌تر آن‌ها، این سیستم‌ها در شبکه‌های WAN ترجیح داده می‌شوند، برخی از مزایای این سیستم‌ها عبارتنداز:

مزایای مخابرات ماکروویو

عرض باند خیلی بالا: در مقایسه با همه تکنولوژی‌های بی‌سیم، سیستم‌های ماکروویو دارای بالاترین عرض باند بوده ( به دلیل توان بالای سیستم‌های فرستنده) دستیابی به سرعت ۱۰۰ مگابیت بر ثانیه و بالاتر در این سیستم‌ها امکان‌پذیر است. سیگنال‌های ارسال شده ، مسافت‌های خیلی زیادی را طی می‌کند.
همچنان که قبلاً ذکر شد توان بالای سیگنال‌ها، امکان ارسال آنها به مسافت‌های خیلی دور را فراهم می‌نماید. اطلاعات ارسال شده را می‌توان تا صدها مایل انتقال داد. ارتباط سیگنال‌ها می‌تواند بصورت نقطه به نقطه یا broadcast باشد: همانند سایر انواع مخابرات بی‌سیم، سیگنال‌ها را می‌توان دقیقاً در یک مسیر ارتباطی نقطه‌ به نقطه متمرکز نمود یا آن‌ها را از طریق ارتباطات broadcast، به چندین موقعیت جغرافیایی ارسال نمود.

معایب مخابرات ماکروویو

مخابرات ماکروویو برای اغلب کاربران، بواسطه معایب زیادی که دارند، گزینه مناسبی نیست، به ویژه چند عیب عمده در این گونه سیستم‌ها استفاده از آن را محدود به گروه خاصی از افراد می‌نماید برخی از این معایب عبارتند از:

تجهیزات مربوطه گران هستند:

تجهیزات ارسال و دریافت ماکروویو در مقایسه با سایر انواع تجهیزات ارتباطی بی‌سیم گران هستند. یک فرستنده/گیرنده مایکروویو Combo می‌تواند تا ۵هزار دلار هزینه داشته باشد. سیستم‌های مایکروویو ارزان‌تر نیز وجود دارند اما محدوده تحت پوشش آنها محدود می‌باشد.

نیاز به خط دید مستقیم:

به منظور عملکرد صحیح سیستم‌های مخابراتی ماکروویو می‌بایست بین فرستنده و گیرنده یک خط دید مستقیم وجود داشته باشد.

تضعیف اتمسفریک:

همانند سایر تکنولوژی‌های بی‌سیم ( همانند لیزر مادون قرمز)، شرایط جوی(همانند مه، باران و برف) می‌توانند تأثیری منفی روی ارسال مایکروویو اطلاعات داشته باشند. برای مثال یک توفان سهمگین بین فرستنده و گیرنده می‌تواند سبب قطع ارتباط گردد. بعلاوه هر چه فرکانس مایکروویو بالاتر باشد زمینه تضعیف بیشتر می‌گردد.

تأخیر انتشار:

یک عیب مهم در سیستم‌های ماکروویو ماهواره‌ای، مسئله تأخیر انتشار است، هنگامی که بین دو ایستگاه زمینی، از ماهواره بعنوان ایستگاه تقویت استفاده گردد، تأخیر انتشار معمولاً قابل توجه می‌باشد.

ایمنی:

از آنجا که پرتوهای ماکروویو بسیار پرقدرت هستند می‌تواند خطری برای انسان و حیوانات محسوب شود. در مسیری که بین فرستنده و گیرنده قرار گیرند. مثلاً اگر دست خود را روی یک اجاق ماکروویو کم مصرف قرار دهید مطمئناً شما را نمی کشد ولی برای شما ضررخواهد داشت.
حتماً شما دیش‌های ماهواره را در بالای ساختمان‌ها در سایت‌های بزرگ دیده‌اید. این دیش‌ها اغلب برای برقراری ارتباطات مایکروویو مورد استفاده قرار می‌گیرند. ارتباطات مایکروویو از امواج متمرکز و بسیار پرقدرتی برای ارسال سیگنالهای اطلاعات به مسافتهای خیلی دور بهره‌گیری می‌نمایند.

مخابرات مایکروویو از بخش پایین‌تر فرکانس‌های گیگاهرتزی طیف الکترومغناطیسی استفاده می‌کند، این فرکانس‌ها که بالاتر از فرکانس‌های رادیویی هستند، عملکرد و خروجی بهتری را نسبت به سایر انواع ارتباطات بی‌سیم ارائه می‌دهند. دو نوع سیستم ارتباطات مایکروویو داده‌ای وجود دارند: سیستم‌های مایکروویو زمینی و سیستم‌های ماهواره‌ای.
 

سیستم‌های مایکروویو زمینی

سیستم‌های مایکروویو زمینی، عموماً از آنتن‌های سهمی شکلی برای ارسال و دریافت سیگنال‌ها در محدوده پایین‌تر طیف فرکانسی گیگاهرتزی استفاده می‌نمایند. سیگنال‌ها شدیداً متمرکز بوده و مسیر فیزیکی عبور آن‌ها می‌بایست در یک خط مستقیم باشد. برجهای رله، بمنظور تقویت سیگنال‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرند. سیستم‌های مایکروویو زمینی عموماً هنگامی مورد استفاده قرار می‌گیرد که هزینه کابل‌کشی، عامل بازدارنده ای برای توسعه شبکه باشد.

از آنجائی که این سیستم‌ها از کابل استفاده نمی‌کنند، پیوندهای مایکروویو اغلب برای ارتباط چندین ساختمان به یکدیگر جایی که کابل‌کشی خیلی گران تمام شده یا نصب آن مشکل یا ممنوع باشد مورد استفاده قرار می‌گیرد. برای مثال اگر یک ساختمان در دو طرف جاده‌ای که امکان عبور کابل از رو یا زیر آن جاده میسر نباشد، واقع گردیده باشد از سیستم‌های مایکروویو زمینی استفاده می‌گردد.

سیستم‌های مایکروویو زمینی کوچکتر را می‌توان در داخل یک ساختمان نیز مورد استفاده قرار داد. LANهای مایکروویو دارای توان پایینی هستند و از فرستنده‌های کوچکی برای برقراری ارتباط با یکدیگر و با هاب‌های شبکه استفاده می‌نمایند. سپس هاب‌ها را در قالب یک شبکه کامل می‌توان بهم متصل نمود.
 

مشخصه‌های سیستم‌های مایکروویو زمینی

محدوده فرکانسی

 اغلب سیستم‌های مایکروویو زمینی، سیگنال‌ها را در طیف گیگاهرتزی پایین ( معمولاً در باند ۴ تا ۶ گیگاهرتز و ۲۱ تا ۲۳ گیگاهرتز) تولید می‌نمایند.

هزینه 

سیستم‌های کوتاه برد، نسبتاً ارزان تمام می‌شوند و تا چند صدمتر را تحت پوشش قرار می‌دهند. سیستم‌های ارتباطی راه دور معمولاً خیلی گران هستند. سیستم‌های زمینی را می‌توان از فراهم‌آوران این تجهیزات اجاره نمود. هرچند هزینه اجاره در یک مدت زمان طولانی می‌تواند گرانتر از خرید یک سیستم تمام شود.

نصب 

مشکل نیاز به خط دید مستقیم بین فرستنده و گیرنده در سیستم‌های مایکروویو، نصب آنها را دچار مشکل می‌کند. آنتن‌ها می‌بایست در امتداد یک خط مستقیم قرار گیرند. همچنین از آنجائی که فرآیند ارسال می‌بایست در یک خط مستقیم انجام گیرد، یافتن سایت‌های مناسب برای نصب فرستنده/گیرنده ، یک مشکل قابل توجه به حساب می‌آید. در صورتی که تشکیلات شما دارای یک سایت بلند بین دو آنتن باشد می‌بایست سایت مناسبی را خریداری یا اجاره کنیم.

ظرفیت

با توجه به فرکانس مورد استفاده، ظرفیت می‌تواند تغییر کند اما نرخ داده‌ها در محدوده ۱تا۱۰۰ مگابیت بر ثانیه قرار می‌گیرد.

تضعیف

 پدیده تضعیف تحت تأثیر عواملی همچون فرکانس، قدرت سیگنال، اندازه آنتن و شرایط جوی می‌باشد. طبعاً در مسافت‌های کوتاه تضعیف مسئله قابل توجهی نیست اما باران و مه می‌تواند اثری منفی روی ارتباطات ماکروویو فرکانس بالا داشته باشد.

EMI

سیگنال‌های مایکروویو در مقابل EMI و استراق ‌سمع آسیب‌پذیر هستند (البته سیگنالهای مایکروویو را بمنظور کاهش استراق سمع)، رمزگذاری می‌نمایند. همچنین سیستم‌های مایکروویو تحت تأثیر شرایط جوی هستند. همانطور که گفتیم فرکانس‌های رادیویی مایکروویو برای ارسال سیگنالهای صوتی، تصویری و داده‌ای و اجتناب از بروز تداخل بین سیستم‌ها در یک عرصه جغرافیایی معین، می‌بایست دارای مجوز باشند. در کشور آمریکا، سازمان FCC این مجوزها را صادر می‌نماید. هر محدوده جغرافیایی، دارای شعاع ۲۸ کیلومتر بوده و می‌تواند ۵مجوز را در برگیرد که هر مجوز، ۲فرکانس را تحت پوشش قرار می‌دهد. شرکت موتورولا دارای ۶۰۰ مجوز (۱۲۰۰فرکانس) در باند ۱۸گیگاهرتز می‌باشد که همه کلان شهرها با جمعیت ۳۰۰۰۰ نفر یا بیشتر را تحت پوشش قرار می‌دهد.

تکنیک باند باریک

تکنیک باند باریک معمولاً از پیکره‌بندی سلولی استفاده می‌نماید. سلولهای مجاور از باندهای فرکانسی غیرهمپوشان در داخل باند ۱۸ گیگاهرتز، استفاده می‌نماید. در آمریکا از آنجایی که شرکت موتورولا این باند فرکانسی را تحت نظارت دارد این تضمین وجود دارد که شبکه LAN مستقل در مکان‌های جغرافیایی نزدیک به هم با یکدیگر تداخل نکند. بمنظور ایجاد امنیت در مقابل استراق سمع همه سیگنال‌های ارسالی می‌بایست رمزگذاری گردند.
یک مزیت LAN باند باریک دارای مجوز، آن است که برقراری ارتباط عاری از تداخل را تضمین می‌نماید. برخلاف طیف بدون مجوز همانند ISM، محدوده طیفی دارای مجوز، به دارنده آن حق قانونی استفاده انحصاری از یک کانال ارتباط داده‌ای بدون تداخل را می‌دهد. کاربران یک شبکه LAN استفاده‌کننده از باند ISM در معرض خطر بروز تداخل الکترومغناطیسی می‌باشند.

سیستم های مایکروویو ماهواره ای

ماهواره یک ایستگاه رله یا تقویت کننده ماکروویو است که در مدار زمین قرار دارد و به منظور ارتباط دو یا چند ایستگاه زمینی استفاده می‌شود. ماهواره سیگنال الکترومغناطیسی را در یک باند فرکانسی دریافت کرده، سیگنال را تقویت می‌کند و یا اطلاعات را تکرار می‌کند و در نهایت به صورت سیگنال الکترومغناطیس در یک باند فرکانسی دیگر به گیرنده مقابل می‌فرستد. یک ماهواره تعدادی تقویت کننده دارد (حدود ۱۲ تا ۲۰ ). به این تقویت کننده 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 زمین و نوع مدار گردش آن به LEO ، MEO ، HEO و GEO تقسیم بندی می‌کنند. هرچه ارتفاع ماهواره از سطح زمین بیشتر باشد زمان گردش آن به دور زمین به اندازه یک دور تفاوت خواهد داشت. در ارتفاع حدود ۳۶۰۰۰ کیلومتر از سطح زمین پریود ماهواره با پریود چرخش زمین به دور خودش یکسان است، یعنی در هر ۲۴ ساعت ماهواره یک بار به دور زمین می‌چرخد و به عنوان یک نقطه ثابت بالای یک نقطه ازسطح زمین قرار میگیرد. به این نوع ماهواره ها، GEO گفته می‌شود. در حالی که در ارتفاع‌های پایینتر ماهواره نسبت به یک نقطه از سطح زمین طلوع و غروب میکند مانند ماهواره های LEO .

ارتباط ماهواره ای

ارتباط ماهواره ای می‌تواند یک ارتباط نقطه به نقطه باشد، یعنی یک فرستنده در یک نقطه کره زمین را به گیرنده مقابل در نقطه ای دیگر وصل کند.
یک ارتباط پخش (Broadcast) باشد، یعنی اطلاعات یک فرستنده را برای گیرنده های متعدد در نقاط مختلف پخش می‌کند مانند پخش تلویزیونی.
ثابت بودن ماهواره نسبت به زمین از این نظر مهم است که آنتن‌ها می‌توانند نسبت به ماهواره تنظیم شده و چرخش آنتن گیرنده‌های زمین لازم نیست. وقتی از ماهواره های مدار پایین LEO استفاده می‌شود یک ماهواره به دلیل طلوع و غروب نمی‌تواند به تنهایی ارتباط را برقرار کند. لذا باید شبکه ای از ماهواره ها وجود داشته باشد با غروب یکی نقش آن به دیگری محول می‌شود. معمولا عموم ارتباطات مخابراتی و کامپوتری با استفاده از ماهواره های GEO انجام می‌شود. ماهواره های LEO برای مصارف خاصی از جمله ارتباطات موبایل ماهواره ای استفاده می‌شود.
 

شبکه‌های طیف گسترده

امواج رادیویی طیف گسترده از فرکانس‌های رادیویی برای ارسال اطلاعات استفاده می‌کنند، اما به جای یک فرکانس، بطور همزمان از چندین فرکانس رادیویی بهره‌گیری می‌کند. دو تکنیک مدولاسیون برای اجرای این فرآیند مورد استفاده قرار می‌گیرد: مدولاسیون مستقیم فرکانس و تکنیک جهش فرکانس.

مدولاسیون مستقیم فرکانس

مدولاسیون مستقیم فرکانس، معمولترین روش مورد استفاده در این سیستم‌هاست. در این تکنیک، داده‌های اصلی به اجزاء فرعی بنام chip تقسیم گشته و سپس روی فرکانس‌های جداگانه‌ای ارسال می‌شود. بمنظور گمراه کردن استراق سمع‌کنندگان اطلاعات از سیگنال‌های کاذب و جعلی نیز می‌توان بهره‌گیری نمود. فرستنده و گیرنده هدف هماهنگ گشته بطوری که گیرنده می‌داند کدام سیگنال‌ها معتبر می‌باشد. سپس گیرنده، چیپ‌ها را ایزوله نموده، آنها را مجدداً به یکدیگر متصل و اطلاعات کاذب را بدور می‌اندازد.

هرکسی می‌تواند در مسیر سیگنال قرار گرفته و آنرا دریافت کند. اما شناسایی فرکانس‌های صحیح، جمع‌آوری چیپ‌ها، آگاهی یافتن از چیپ‌های معتبر و استخراج پیام کار ساده‌ای نیست. بنابراین استراق‌سمع اطلاعات در این سیستم‌ها بسیار مشکل می‌باشد. در تکنیک frequency hopping ، فرستنده سریعاً چندین فرکانس از پیش تعیین شده سوئیچ می‌نماید. بمنظور عملکرد صحیح این سیستم، فرستنده و گیرنده می‌بایست کاملاً با یکدیگر همزمان گردند. بواسطه استفاده از چندین فرکانس ارسال بطور همزمان، عرض باند کانال افزایش می‌یابد.

مشخصات فرستنده/ گیرنده‌های طیف گسترده 

محدوده فرکانسی

سیستم‌های طیف گسترده اصولاً در محدوده فرکانس‌های بدون مجوز عمل می‌نمایند. در ایالات متحده آمریکا، دستگاههای ارتباطی دارای ۹۰۲ تا ۹۲۸ مگاهرتز دارای استفاده بیشتری بوده اما گیرنده‌های ۲.۴ گیگاهرتز نیز وجود دارند.

هزینه

 اگرچه هزینه، وابسته به نوع تجهیزاتی است که شما انتخاب می‌کنید. با این وجود این سیستم‌ها نسبتاً ارزان می‌باشند. ( در مقایسه با سایر رسانه‌های بی‌سیم).

نصب

 با توجه به نوع تجهیزاتی که مورد استفاده قرار می‌گیرند، فرآیند نصب ممکن است ساده یا نسبتاً پیچیده باشند.

ظرفیت

 عمومی‌ترین سیستم‌ها( سیستم‌های ۹۰۰ مگاهرتزی) دارای نرخ ارسال داده‌ای ۲ تا ۶ مگابیت بر ثانیه هستند، اما سیستم‌هایی که در طیف گیگاهرتزی عمل می‌نمایند. نرخ ارسال داده‌های بالاتری را میسر می‌سازند.

تضعیف

 میزان تضعیف وابسته به فرکانس و توان سیگنال می‌باشد. از آنجائی که سیستم‌های ارسال طیف گسترده دارای توان پایینی هستند ( سیگنال ضعیف‌تر) بنابراین معمولاً در معرض تضعیف بالایی قرار دارند.

EMI

 مصونیت در مقابل EMI در اینگونه سیستم‌ها پایین بوده اما از آنجائی که امواج طیف گسترده از فرکانس‌های مختلفی استفاده می‌نمایند، بروز تداخل در فرکانس‌های مختلف سبب تخریب سیگنال می‌گردد. میزان آسیب‌پذیری در مقابل استراق‌سمع اطلاعات نیز پایین می‌باشد.
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 دیدمستقیم  LOS

(Line of Sight Propagation):

 در فرکانس‌های بالاتر از ۳۰ مگاهرتز امواج مطابق انتشارهای قبلی عمل نمی‌کنند، لذا باید از  آنتن به آنتن فرستاده شده و آنتن‌ها باید جهتدار باشند تا حداکثر انرژی را در جهت آنتن گیرنده فرستاده یا از فرستنده دریافت نمایند. در انتشار خط دید و در ارتباطات راه دور، باید از آنتنهای بلند استفاده نمود. زیرا اگر چه ممکن است ارتفاعات نیز بین دو آنتن نباشند ولی با توجه به انحنای زمین باید آنتن‌ها در خط دید مستقیم یکدیگر باشند. با توجه به اینکه ارتفاع آنتن به دلیل شرایط فیزیکی از حدود دکلهای ۱۰۰ متری نمی‌تواند بیشتر شود، لذا در ارتباطات راه دور امواج در فواصل مشخصی تقویت شده و دوباره ارسال می‌شوند.
 

انتشاردر دید غیرمستقیم NLOS 

کانال رادیویی یک سیستم ارتباطی بی سیم یا به صورت LOS ویا به صورت NLOS عمل می کند، دریک لینک LOS سیگنال روی یک مسیر مستقیم وبدون مانع از فرستنده به سمت گیرنده ارسال می‌شود انتشار به صورت LOS مسـتلزم آن است که درناحیه اول فرنل هیچ گونه مانعی وجود نداشته باشد، درغیراینصورت سیگنال دچار افت شدید می‌شود ( بهReF5 نگاه کنید ) نواحی فرنل بستگی به فرکانس عملیاتی و فاصله بین فرستنده وگیرنده دارد.

دریک لینک NLOS یک سیگنال دریافتی ازطریق بازتابش ، تفرق ویا انکسار به گیرنده می‌رسد . سیگنال‌های رسیده به گیرنده ترکیبی از سیگنال‌های مسیر مستقیم ، پراکنده شده ، منعکسه وانکسار یافته می‌باشد ، این سیگنال ها دارای تاخیر انتشار ، تضعیف، پلاریزاسیون و دوام متفاوتی نسبت به سیگنال مسیرمستقیم می‌باشد.

پدیده چند مسیرگی

پدیده چند مسیرگی همچنین می‌تواند باعث تغییر پلاریزاسیون سیگنال شود ، بنابراین استفاده از پلاریزاسیون جهت استفاده دوباره از فرکانس همان گونه  که به طور معمول در انتشار LOS استفاده می‌شود  درکاربردهای NLOS می‌تواند مسئله سازشود. چگونگی بهره گیری یک سیستم رادیویی از سیگنال‌های چند مسیره رمز ارائه سرویس در شرایط NLOS می‌باشد. فن آوری NLOS افزایش قدرت سیگنال جهت عبور آن از موانع نمی‌باشد ، به دلیل آن که این نگرش فقط روی قدرت سیگنال در مسیرمستقیم تاکید دارد و از انرژی موجود در مسیرهای غیرمستقیم بهره‌ای نبرده است. محدوده پوشش تحت شرایط NLOS وLOS  از مشخصات انتشار درآن محیط ها ، افت مسیر، مشخصات لینک رادیویی تبعیت می کند.

مزایای انتشار به صورت NLOS

مزایایی که درانتشار به صورت NLOS وجود دارد باعث گسترش توسعه این فن آوری شده است برای مثال عدم انعطاف درطراحی ومحدودیت ارتفاع آنتن دربرخی از موارد اغلب اجازه قرارگیری آنتن ها به صورت دید مستقیم را نخواهد داد در توسعه های شبکه سلولی درمقیاس وسیع ، جائی که استفاده مجدد از فرکانس امری ضروری می‌باشد کاهش ارتفاع آنتن جهت کاهش تداخل بین سلول‌های همجوار بسیار مفید می‌باشد به دلیل آن که ایستگاه‌های پایه غالبا” باید در شرایط NLOS عمل کنند درسیستم‌های LOS  ارتفاع آنتن را نمی‌توان کاهش داد زیرا باید یک مسیر دید مستقیم از CPE به ایستگاه پایه وجود داشته باشد ازآن جائی که درفن آوری NLOS نصب CPE به آسانی مثلا” درلبه تراس وبدون مشکلات ناشی از تعیین موقعیت جهت نصب دکل و آنتن انجام می‌پذیرد هزینه های مربوط به نصب را کاهش می‌دهد.

انتشار زمینی(Ground Propagation)

در این نوع انتشار، امواج از انحنای زمین پیرویی کرده و از پایینترین بخش اتمسفر عبور می‌کنند و در لایه های بالای جو منعکس نمی‌شوند. انتشار همه جهته بوده و برد امواج بستگی به توان فرستنده دارد. بطور مثال امواج رادیوی AM که از فرکانس‌های۵۷۰ تا ۱۷۰۰ کیلوهرتز استفاده می‌کنند و صدها کیلومتر برد دارند، از این دسته اند.
انتشار آسمانی(Sky Propagation): در فرکانس‌های ۲ تا ۳۰ مگاهرتز، امواج به لایه های بالای جو نفوذ کرده و منعکس می‌شوند. لایه یونیسفر لایه ای است که از یون‌ها تشکیل شده و لایه یونیزه شده بالای جو است که کار انعکاس را انجام می‌دهد. به علت انعکاس‌های متوالی بین لایه یونیسفر و سطح زمین امواج می‌توانند برد بالایی را داشته و با استفاده از این نوع انتشار سیگنال فرستنده در فاصله هزاران کیلومتر دریافت می‌گردد.
 

موانع انتشار خط دید

افت توان امواج با فاصله 

هرچه فاصله بیشتر شود انرژی ارسالی آنتن در محدوده گسترده تری پخش شده و انرژی دریافتی کمتر می‌شود. اگر آنتن را همه جهته فرض نمایید، انرژی روی مساحت کره ای به شعاع(فاصله انتشار) به طور یکنواخت پخش شده و هرچه این شعاع بزرگتر شود، سطح کره بزرگتر می‌گردد. تلفات به فرکانس بستگی دارد. هرچه فرکانس بیشتر شود، تلفات بیشتر می‌گردد.

جذب امواج

انرژی ارسالی در فضا به علت شرایط جوی نظیر رطوبت و بخار آب، جذب شده و لذا انرژی کمتری به گیرنده می‌رسد. هرچه بخار آب بیشتر باشد، یا باران در مسیر ارسال بیشتر شود جذب امواج توسط محیط بیشتر میگردد.

پدیده چند مسیری

 گاهی اوقات امواج به موانعی برخورد کرده و منعکس میشوند. انعکاس امواج با خود موج جمع شده و به گیرنده میرسد و تداخل ایجاد میشود. تداخل باعث ایجاد ISI می‌شود.

شکست

برخی اوقات موج ارسالی به علت تغییرات در شرایط جوی و غلظت متفاوت لایه های جو، به خط مستقیم منتشر نشده و شکست پیدا می‌کند و بطور مستقیم به آنتن گیرنده نمی‌رسد. اگر چه آنتنهای جهتدار طوری با یکدیگر تنظیم شده اند که بیشترین انرژی از یک آنتن به آنتن مقابل برسد، ولی در ساعاتی از روز به علت تغییرات شکست موج در محیط قسمت کمی از انرژی به آن رسیده و ارتباط مختل می‌شود.

مرجع کامل آموزش نرم افزارهای مهندسی برق

کلیک کنید