Микроволновое излучение: различия между версиями
| [непроверенная версия] | [отпатрулированная версия] |
Содержимое удалено Содержимое добавлено
м отмена правки 112173872 участника 217.118.90.147 (обс.) Метка: отмена |
Ququ (обсуждение | вклад) дополнение |
||
Строка 1:
[[Файл:Frazier_Peak,_tower_and_Honda_Element.jpg|мини|266x266пкс| Телекоммуникационная вышка с множеством тарелочных антенн для [[Радиорелейная связь|микроволновых ретрансляционных]] линий на [[Пик Фрейзера|пике Фрейзер]], округ Вентура, [[Калифорния]]. Апертуры тарелок закрыты пластиковыми листами ([[Радом|кожухами]]) для защиты от влаги.]]
'''Микроволновое излучение''' ('''микроволны''') — это область спектра [[Электромагнитное излучение|электромагнитного излучения]] с [[Длина волны|длинами волн]] от одного метра до одного миллиметра, соответствующими [[частота]]м от 300 до 300 МГц и 300 ГГц соответственно<ref name="Hitchcock">{{Cite book|last1=Hitchcock|first1=R. Timothy|title=Radio-frequency and Microwave Radiation|publisher=American Industrial Hygiene Assn.|date=2004|pages=1|url=https://books.google.com/books?id=0TUIQ9-Ap5cC&q=microwave&pg=PA1|isbn=978-1931504553}}</ref><ref name="Kumar">{{Cite book|last1=Kumar|first1=Sanjay|title=Concepts and Applications of Microwave Engineering|publisher=PHI Learning Pvt. Ltd|date=2014|pages=3|url=https://books.google.com/books?id=GY9eBAAAQBAJ&q=microwave&pg=PA3|isbn=978-8120349353}}</ref><ref name="NAB">{{Cite book|last1=Jones|first1=Graham A.|title=National Association of Broadcasters Engineering Handbook, 10th Ed.|publisher=Taylor & Francis|date=2013|pages=6|url=https://books.google.com/books?id=K9N1TVhf82YC&q=microwave&pg=PA6|isbn=978-1136034107}}</ref><ref>Sorrentino, R. and Bianchi, Giovanni (2010) ''[https://books.google.com/books?id=6Hc30XnqdPwC Microwave and RF Engineering]'', John Wiley & Sons, p. 4, {{ISBN|047066021X}}.</ref><ref>{{cite book | last = Pozar | first = David | title = Microwave engineering | publisher = Wiley | location = Hoboken, NJ | year = 2012 | isbn = 0470631554 }}</ref>. Различные источники используют разные диапазоны частот для микроволн; вышеупомянутое широкое определение включает как [[Дециметровые волны|диапазоны УВЧ]] так и [[Миллиметровые волны|КВЧ]] ([[миллиметровые волны]]). Более распространённое определение в [[Радиотехника|радиотехнике]] — это диапазон от 1 до 100 ГГц (длины волн от 0,3 м и 3 мм). Во всех случаях микроволны включают весь [[Сантиметровые волны|СВЧ-]]<nowiki/>диапазон (от 3 до 30 ГГц или от 10 до 1 см) минимум. Частоты микроволнового излучения часто обозначаются их в терминах [[Радиодиапазон|IEEE для радиолокационных диапазонов]][[S-диапазон|: S]], [[C-диапазон|C]], [[X-диапазон|X]], [[Ku-диапазон|K <sub>u</sub>]], [[K-диапазон|K]] или [[Ka-диапазон|K <sub>a</sub> диапазон]] или аналогичными обозначениями НАТО или ЕС.
[[Приставка (лингвистика)|Приставка]] ''микро-'' в словосочетании ''микроволновое излучение'' не предназначено для определения длины волны в [[микрометр]]овом диапазоне. Скорее, это указывает на то, что микроволны «маленькие» (с более короткими длинами волн) по сравнению с [[Радиоволны|радиоволнами, которые]] использовались до распространения микроволновой технологии. Границы между [[Дальний инфракрасный|далёкой инфракрасной]] области [[Терагерцевое излучение|терагерцового излучения]], микроволнами и [[Дециметровые волны|дециметровых]] [[радио]][[Волна|волн]] достаточно произвольна и используется по-разному в различных областях науки и технологии.
Микроволны распространяются в пределах [[Распространение в прямой видимости|прямой видимости]]; в отличие от низкочастотных радиоволн, они не дифрагируют вокруг холмов, не следуют за земной поверхностью, как [[поверхностная волна|поверхностные волны]], и не отражаются от [[Ионосфера|ионосферы]], поэтому наземные микроволновые каналы связи ограничены визуальным горизонтом примерно до {{Convert|40|mi|km}}. В верхней части диапазона они поглощаются газами в атмосфере, ограничивая практическое расстояние связи примерно до километра. Микроволны широко используются в современных технологиях, например, в линиях связи [[Сеть точка-точка|точка-точка]], [[Беспроводная вычислительная сеть|беспроводных сетях]], [[Радиорелейная связь|микроволновых радиорелейных]] сетях, [[Радиолокационная станция|радарах]], [[Спутник связи|спутниковой и космической связи]], медицинской [[Диатермия|диатермии]] и лечении рака, [[Дистанционное зондирование Земли|дистанционном зондировании Земли]], [[Радиоастрономия|радиоастрономии]], [[Ускоритель заряженных частиц|ускорителях частиц]], [[Спектроскопия|спектроскопии.]], промышленное отопление, [[Система автономного экстренного торможения автомобиля|системах предотвращения столкновений]], устройствах [[Устройство открывания гаражных ворот|открывания гаражных ворот]] и [[Система доступа без ключа|системы входа без ключа]], а также для приготовления пищи в [[Микроволновая печь|микроволновых печах]].
Микроволновое излучение большой [[Интенсивность (физика)|интенсивности]] используется для бесконтактного нагрева тел (в бытовых [[Микроволновая печь|микроволновых печах]] — для разогрева продуктов, в промышленных — для термообработки металлов, в хирургии — при '''радиочастотной абляции вен'''<ref>{{Cite web|url=http://venefit.covidien.com/pages.aspx?page=Products/ClosureRFG|title=Covidien ClosureRFG™ {{!}} Venefit™ Procedure by Covidien|publisher=venefit.covidien.com|accessdate=2016-05-19}}</ref>; основным элементом здесь служит [[магнетрон]]), а также для [[Радиолокация|радиолокации]].
== Электромагнитный спектр ==
Микроволны занимают область в [[Электромагнитный спектр|электромагнитном спектре]] с частотой выше обычных [[Радиоволны|радиоволн]] и ниже [[Инфракрасное излучение|инфракрасного]] света:
{| class="wikitable nowrap" style="text-align:center;"
! colspan="5" |[[Электромагнитный спектр]]
|-
! Имя
! Длина волны
! [[Герц (единица измерения)|Частота (Гц)]]
! [[Энергия]] [[фотон]]а ([[Электронвольт|эВ]])
|-
| [[Гамма-излучение|Гамма-луч]]
| <0,02 нм
| > 15 [[Экса-|E]] Гц
| > 62,1 [[Кило-|кэ]] В
|-
| [[Рентгеновское излучение|Рентгеновский]]
| 0,01 нм — 10 нм
| 30 EHZ — 30 [[Пета-|Р]] Гц
| 124 кэВ — 124 эВ
|-
| [[Ультрафиолетовое излучение|Ультрафиолетовый]]
| 10 нм — 400 нм
| 30 МГц — 750 ТГц
| 124 эВ — 3 эВ
|-
| [[Свет|Видимый свет]]
| 390 нм — 750 нм
| 770 ТГц — 400 ТГц
| 3,2 эВ — 1,7 эВ
|-
| [[Инфракрасное излучение|Инфракрасный]]
| 750 нм — 1 мм
| 400 ТГц — 300 ГГц
| 1,7 эВ — 1,24 [[Милли-|мне]] V
|- style="background:#ccffcc;"
| '''Микроволны'''
| 1 мм — 1 м
| 300 ГГц — 300 МГц
| 1,24 мэВ — 1,24 [[Микро-|мкэ]] В
|-
| [[Радиоволны|Радио]]
| 1 м — 100 км
| [[Миллиметровые волны|300 МГц]] — 3 кГц
| 1,24 [[Микро-|мкэ]] В — 12,4 [[Фемто-|фе]] В
|}
В описаниях [[Электромагнитный спектр|электромагнитного спектра]] некоторые источники классифицируют микроволны как радиоволны, подмножество диапазона радиоволн; в то время как другие классифицируют микроволны и радиоволны как отдельные типы излучения. Это распространённое различие.
=== Поддиапазоны ===
Поддиапазоны СВЧ в различных системах обозначений различаются; используемые в [[Спутниковая связь|спутниковой связи]] приведены в таблице.
Строка 12 ⟶ 62 :
</center>
== Распространение ==
[[Файл:Atmospheric_Microwave_Transmittance_at_Mauna_Kea_(simulated).svg|справа|мини|300x300пкс| Атмосферное [[Экстинкция|ослабление]] микроволн и дальнего инфракрасного излучения в сухом воздухе с уровнем конденсируемого водяного пара 0,001 мм. Глубокие провалы на графике соответствуют частотам, на которых микроволны поглощаются сильнее. Этот график включает диапазон частот от 0 до 1 ТГц; микроволны — это подмножество в диапазоне от 0,3 до 300 Гигагерц.]]
Микроволны распространяются только в [[Распространение в прямой видимости|прямой видимости]]; в отличие от низкочастотных радиоволн, они не распространяются как [[поверхностная волна|поверхностные волны,]] которые повторяют контур Земли и не отражаются от [[Ионосфера|ионосферы]] ([[Skywave|небесные волны]])<ref name="Seybold"></ref>. Хотя в нижнем конце диапазона они могут проходить сквозь стены здания, сохраняя достаточную мощность сигнала для приёма, обычно требуются свободное пространство для [[Ближняя зона|ближней зоны приёма.]] Следовательно, на поверхности Земли микроволновые каналы связи ограничены визуальным горизонтом примерно 48-64 км. Микроволны поглощаются влагой в атмосфере, и затухание увеличивается с увеличением частоты, становясь значительным фактором ([[Дождь угасает|замирание сигнала в дожде]]) на верхнем конце диапазона. Начиная примерно с 40 ГГц, атмосферные газы также начинают поглощать микроволны, поэтому выше этой частоты микроволновая передача ограничивается несколькими километрами. Спектральная структура полосы вызывает пики поглощения на определённых частотах (см. График справа). Более 100 ГГц, поглощение электромагнитного излучения атмосферой Земли настолько велико, что она фактически [[непрозрачность|непрозрачна]], пока атмосфера снова не станет прозрачной в так называемом [[Инфракрасное излучение|диапазоне]] частот инфракрасного и [[Оптическое окно|оптического окон.]]
=== Тропосферное рассеяние ===
В микроволновом луче, направленном под углом в небо, небольшое количество энергии будет случайным образом рассеиваться, когда луч проходит через [[Тропосфера|тропосферу]]<ref name="Seybold">{{Cite book|last1=Seybold|first1=John S.|title=Introduction to RF Propagation|publisher=John Wiley and Sons|date=2005|pages=55–58|url=https://books.google.com/books?id=4LtmjGNwOPIC&q=cross+polarization+discrimination&pg=PA57|isbn=978-0471743682}}</ref>. Чувствительный приемник за горизонтом с антенной с высоким коэффициентом усиления, сфокусированной на этой области тропосферы, может уловить сигнал. Этот метод использовался на частотах от 0,45 до 5 ГГц в [[Тропосферная радиосвязь|системах связи с тропосферным рассеянием]] (тропосферное рассеяние) для связи за горизонтом на расстояниях до 300 км.
== Антенны ==
[[Файл:Diplexer1.jpg|мини| Волновод используется для передачи микроволнового излучения. Пример [[волновод]]ов и [[диплексер]]а в РЛС [[Управление воздушным движением|управления воздушным движением]]]]
Короткие [[Длина волны|длины волн]] микроволнового излучения позволяют делать [[Всенаправленная антенна|всенаправленные антенны]] для портативных устройств очень маленькими, от 1 до 20 сантиметров в длину, поэтому микроволновые частоты широко используются для [[Беспроводные технологии|беспроводных устройств,]] таких как [[Сотовый телефон|сотовые телефоны]], [[Радиотелефон|беспроводные телефоны]] и [[Беспроводная локальная сеть|доступ к беспроводным локальным сетям]] (Wi-Fi) для [[ноутбук]]ов и наушников [[Bluetooth|Bluetooth.]] Используемые антенны включают короткие [[Штыревая антенна|штыревые антенны]], [[Резиновая уточка антенна|антенны с резиновыми утками]], [[Вибратор Герца|антенны Герца]], [[Патч-антенна|патч-антенны]] и всё чаще используются [[Перевернутая F-антенна|инвертированные F-антенны]] с печатной схемой (PIFA), используемые в сотовых телефонах.
Их короткая [[длина волны]] также позволяет создавать узкие пучки микроволнового излучения с помощью удобных небольших [[Антенна|антенн]] [[Коэффициент усиления антенны|с высоким коэффициентом усиления]] от полуметра до 5 метров в диаметре. Поэтому микроволны используются для каналов связи [[Сеть точка-точка|точка-точка]] [[Радиолокационная станция|и для радаров]]. Преимущество узких направленных лучей состоит в том, что они не создают помех соседнему оборудованию, использующему ту же частоту, что позволяет [[Сотовая связь|повторно использовать частоту]] соседними передатчиками. [[Зеркальная антенна|Параболические (тарелочные) антенны]] являются наиболее широко используемыми направленными антеннами на микроволновых частотах, но также используются [[Рупорная антенна|рупорные антенны]], [[Щелевая антенна|щелевые антенны]] и [[Линза Люнеберга|диэлектрические линзовые]] антенны. Плоские [[Микрополосковая антенна|микрополосковые антенны]] всё чаще используются в потребительских устройствах. Другим типом направленной антенны, применяемой на микроволновых частотах, является [[фазированная антенная решётка]], которая представляет собой матрицу антенн, управляемую компьютером, создающая луч, который можно направлять управляемым способом в разных направлениях.
Линии [[Линия передачи|передачи,]] которые используются для передачи низкочастотных радиоволн к антеннам и от них, такие как [[коаксиальный кабель]] и параллельные проводные линии, имеют чрезмерные потери мощности на микроволновых частотах, поэтому, когда требуется низкое затухание, микроволны передаются по металлическим трубам, называемым [[Радиоволновод|волноводами]]. Из-за высокой стоимости и требований к техническому обслуживанию волноводных участков во многих СВЧ-антеннах выходной каскад [[Радиопередатчик|передатчика]] или ВЧ-вход [[Радиоприёмник|приемника]] расположен на антенне.
== Устройство и анализ ==
Термин ''микроволны'' также имеет более техническое значение в [[электромагнетизм]]е и [[Теория электрических цепей|теории цепей]]<ref name="Golio1">{{Cite book|last1=Golio|first1=Mike|last2=Golio|first2=Janet|title=RF and Microwave Passive and Active Technologies|publisher=CRC Press|date=2007|pages=I.2–I.4|url=https://books.google.com/books?id=MCj9jxSVQKIC&q=lumped-element+distributed-element&pg=PR13|isbn=978-1420006728}}</ref><ref name="Karmel">{{Cite book|last1=Karmel|first1=Paul R.|last2=Colef|first2=Gabriel D.|title=Introduction to Electromagnetic and Microwave Engineering|publisher=John Wiley and Sons|date=1998|pages=1|url=https://books.google.com/books?id=iruLnH941OEC&pg=PA1|isbn=9780471177814}}</ref>. Аппаратура и методы можно качественно описать как «микроволновые», когда длины волн сигналов примерно такие же, как и размеры схемы, так что [[Модель с сосредоточенными элементами|теория схем с сосредоточенными элементами]] неприменима, и вместо этого [[Модель с распределенными элементами|более полезны модели с распределёнными элементами]] и [[теория линий передачи]] для проектирования и анализа.
Как следствие, в практических СВЧ-схемах обычно отходят от дискретных [[резистор]]ов, [[Электрический конденсатор|конденсаторов]] и [[Катушка индуктивности|катушек индуктивности,]] используемых с низкочастотными [[Радиоволны|радиоволнами]]. Открытые и коаксиальные [[Линия передачи|линии передачи,]] используемые на более низких частотах, заменяются [[волновод]]ами и [[Полосковая линия|полосковыми]] линиями, а схемы с сосредоточенными элементами заменяются объёмными [[резонатор]]ами или [[Резонансный заглушка|резонансными шлейфами]]<ref name="Golio1"></ref>. В свою очередь, на ещё более высоких частотах, когда длина волны электромагнитных волн становится мала по сравнению с размером структур, используемых для их обработки, микроволновые методы становятся неадекватными, и используются методы [[Оптика|оптики]].
== СВЧ источники ==
[[Файл:Radar_speed_gun_internal_works.jpg|мини| Разобранный [[Полицейский радар|полицейский радар для измерения скорости]]. Серый узел, прикреплённый к концу [[Рупорная антенна|рупорной антенны]] медного цвета, представляет собой [[Диод Ганна|диод Ганна,]] который генерирует микроволны.]]
В мощных микроволновых источниках используются специальные [[Электронная лампа|вакуумные лампы]] для генерации микроволн. Эти устройства работают на принципах, отличных от низкочастотных вакуумных ламп, используя баллистическое движение электронов в вакууме под действием управляющих электрических или магнитных полей и включают в себя [[магнетрон]] (используемый в [[Микроволновая печь|микроволновых печах]]), [[клистрон]], [[Лампа бегущей волны|лампу бегущей волны]] (ЛБВ) и [[гиротрон]]. Эти устройства работают в [[Плотность|режиме модуляции плотности]], а не в режиме модуляции [[Электрический ток|тока]]. Это означает, что они работают на основе сгустков электронов, пролетающих через них баллистически (без столкновений), а не на использовании непрерывного потока электронов.
В источниках микроволнового излучения малой мощности используются твердотельные устройства, такие как [[полевой транзистор]] (по крайней мере, на более низких частотах), [[Туннельный диод|туннельные диоды]], [[Диод Ганна|диоды Ганна]] и [[лавинно-пролётные диоды]]<ref>[http://www.herley.com/index.cfm?act=app_notes¬es=oscillators Microwave Oscillator] {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20131030115909/http://www.herley.com/index.cfm?act=app_notes¬es=oscillators |date=2013-10-30 }} notes by [[Herley Industries|Herley General Microwave]]</ref>. Источники с низким энергопотреблением доступны в виде настольных инструментов, инструментов для монтажа в стойку, встраиваемых модулей и в формате на уровне карты. [[Мазер]] — это твердотельное устройство, которое усиливает микроволны, используя принципы, аналогичные принципам [[лазер]]а, который усиливает световые волны более высокой частоты.
Все тёплые объекты излучают малоинтенсивное микроволновое излучение [[Абсолютно чёрное тело|чёрного тела в]] зависимости от их [[Температура|температуры]], поэтому в метеорологии и [[Дистанционное зондирование Земли|дистанционном зондировании]] [[Микроволновый радиометр|микроволновые радиометры]] используются для измерения температуры объектов или местности<ref name="Sisodia">{{Cite book|last1=Sisodia|first1=M. L.|title=Microwaves : Introduction To Circuits, Devices And Antennas|publisher=New Age International|date=2007|pages=1.4–1.7|url=https://books.google.com/books?id=iEvgmwH1esgC&q=microwaves&pg=SA1-PA4|isbn=978-8122413380}}</ref>. Солнце<ref name="Liou">{{Cite book|last1=Liou|first1=Kuo-Nan|title=An introduction to atmospheric radiation|url=https://books.google.com/books?id=6xUpdPOPLckC&q=microwaves%20from%20Sun&pg=PR13|publisher=Academic Press|isbn=978-0-12-451451-5|access-date=12 July 2010}}</ref> и другие астрономические радиоисточники, такие как [[Кассиопея A|Кассиопея А]], излучают микроволновое излучение, которое несёт информацию об их составе, который изучается [[Радиоастрономия|радиоастрономами]] с помощью приёмников, называемых [[радиотелескоп]]ами. [[Реликтовое излучение|Космическое микроволновое фоновое излучение]] (CMBR), например, представляет собой слабый микроволновый шум, заполняющий пустое пространство, который является основным источником информации по [[Физическая космология|космологической]] теории происхождения [[Вселенная|Вселенной,]] [[Большой взрыв|касающейся Большого взрыва]].
== Использование микроволнового излучения ==
Микроволновая технология широко используется для связи [[Сеть точка-точка|точка-точка]] (то есть не радиовещания). Микроволны особенно подходят для этого использования, поскольку они легче фокусируются в более узкие лучи, чем радиоволны, что позволяет [[Сотовая связь|повторно использовать частоту]]; их сравнительно более высокие частоты обеспечивают широкую [[Полоса пропускания|полосу пропускания]] и высокие [[Скорость передачи данных|скорости передачи данных]], а размеры антенн меньше, чем на более низких частотах, поскольку размер антенны обратно пропорционален передаваемой частоте. Микроволны используются для связи на космических кораблях, и большая часть мировых данных, телевидения и телефонной связи передаётся на большие расстояния с помощью микроволн между наземными станциями и [[Спутник связи|спутниками связи]]. Микроволны также используются в [[Микроволновая печь|микроволновых печах]] и в [[Радиолокационная станция|радиолокационной]] технике.
=== Коммуникация ===
[[Файл:SuperDISH121.jpg|мини| [[Спутниковая антенна|Спутниковая тарелка]] в доме, принимающая [[спутниковое телевидение]] в [[Ku-диапазон|диапазоне K <sub>u</sub>]] 12-14 ГГц от [[Спутник связи|спутника]] прямого радиовещания на [[Геостационарная орбита|геостационарной орбите на]] высоте 35 700 километров (22 000 миль) над Землей.]]
До появления [[Оптическое волокно|оптоволоконной]] передачи большинство [[Дальняя связь|междугородних]] [[Телефонный разговор|телефонных звонков]] осуществлялось через сети [[Радиорелейная связь|микроволновых радиорелейных]] линий, которыми управляют такие операторы, как [[AT&T Long Lines]]. Начиная с начала 1950-х годов, [[Частотное разделение каналов|мультиплексирование с частотным разделением]] использовалось для передачи до 5400 телефонных каналов по каждому микроволновому радиоканалу, при этом до десяти радиоканалов объединялись в одну антенну для ''перехода'' к следующему узлу расположенному на расстоянии до 70 км.
[[Протокол передачи данных|Протоколы]] [[Беспроводная локальная сеть|беспроводной локальной сети]], такие как [[Bluetooth]] и [[IEEE Standards Association|спецификации IEEE]] [[IEEE 802.11|802.11,]] используемые для Wi-Fi, также используют микроволны в 2.4 ГГц [[Группа ISM|ISM]] диапазона, хотя [[IEEE 802.11a|802.11a]] использует [[Группа ISM|диапазон ISM]] и [[У-НИИ|частоты U-NII]] в диапазоне 5 ГГц. Лицензионная дальнобойность (примерно до 25 км) для услуги беспроводного доступа в Интернет использовались почти десять лет во многих странах при 3,5-4,0 ГГц. FCC выделила частоты для операторов, которые хотят предлагать услуги в этом диапазоне в США с акцентом на 3,65 ГГц. Десятки поставщиков услуг по всей стране получают или уже получили от FCC лицензии на работу в этом диапазоне. Предлагаемые услуги WIMAX, которые могут быть реализованы на 3.65 ГГц предоставит бизнес-клиентам ещё один вариант подключения.
[[Городская вычислительная сеть|Протоколы городских сетей]] (MAN), такие как [[WiMAX]], основаны на таких стандартах, как [[Wireless MAN|IEEE 802.16]], рассчитанные на работу от 2 до 11 ГГц. Коммерческие реализации находятся в диапазонах 2.3 ГГц, 2,5 ГГц, 3,5 ГГц и 5,8 ГГц.
[[Мобильного широкополосного доступа|Протоколы мобильного широкополосного]] беспроводного доступа (MBWA), основанные на спецификациях стандартов, таких как [[IEEE 802.20]] или ATIS/ANSI [[IEEE 802.20|HC-SDMA]] (например, [[IEEE 802.20|iBurst]]), работают в диапазоне от 1,6 до 2,3 ГГц, чтобы обеспечить мобильность и характеристики проникновения излучения в здания, аналогичные мобильным телефонам, но с гораздо большей спектральной эффективностью<ref>{{Cite web|url=http://grouper.ieee.org/groups/802/20/|title=IEEE 802.20: Mobile Broadband Wireless Access (MBWA)|website=Official web site|access-date=August 20, 2011}}</ref>.
Некоторые [[Сотовый телефон|сети мобильной]] связи, такие как [[Полосы частот GSM|GSM]], используют низкие частоты СВЧ/высокие УВЧ около 1,8 и 1,9 ГГц в США и в других странах соответственно. [[DVB-SH]] и [[S-DMB]] используют диапазон от 1,452 до 1,492 ГГц, в то время как в США используется [[Спутниковое радио|проприетарное или несовместимое спутниковое радио около 2,3]] ГГц для [[Служба цифрового аудио-радио|DARS]].
Микроволновое радио используется в [[Телерадиовещание|радиовещании]] и [[Электросвязь|телекоммуникациях,]] потому что из-за своей короткой длины волны высоконаправленные [[Направленная антенна|антенны]] меньше и, следовательно, более практичны, чем они были бы на более длинных волнах (более низких частотах). Кроме того, [[Полоса пропускания|в микроволновом спектре доступна более широкая полоса,]] чем в остальном радиоспектре; полезная пропускная способность ниже 300 МГц меньше 300 МГц, в то время как многие ГГц могут использоваться полосу больше чем 300 МГц. Обычно микроволны используются в [[Телевизионные новости|телевизионных новостях]] для передачи сигнала из удалённого места на телевизионную станцию из специально оборудованного фургона. См. [[Вспомогательная служба вещания|Вспомогательную службу вещания]] (BAS), устройство [[Блок дистанционного пикапа|дистанционного приема]] (RPU) и [[Ссылка на студию / передатчик|канал связи между студией и передатчиком]] (STL).
Большинство [[Спутник связи|систем спутниковой связи]] работают в диапазонах C, X, K<sub>a</sub> или K<sub>u</sub> микроволнового спектра. Эти частоты обеспечивают широкую полосу пропускания, избегая переполненных частот УВЧ и оставаясь ниже частот КВЧ, при которых сильно атмосферное поглощение. [[Спутниковое телевидение]] работает либо в диапазоне C для традиционной [[Фиксированная спутниковая служба|фиксированной спутниковой службы с]] [[TVRO|большой тарелкой,]] либо в диапазоне K<sub>u</sub> [[Спутниковое телевидение|для прямого вещания со спутник]]<nowiki/>а. Военная связь осуществляется в основном по каналам связи X или K<sub>u</sub>, при этом диапазон K используется для [[MILSTAR|Milstar]].
=== Навигация ===
[[Спутниковая система навигации|Глобальные навигационные спутниковые системы]] (GNSS), включающие китайскую [[Бэйдоу|Beidou]], американскую систему [[GPS|глобального позиционирования]] (введена в 1978 г.) и российскую систему [[ГЛОНАСС|ГЛОНАСС,]] транслируют навигационные сигналы в различных диапазонах между примерно 1,2 ГГц и 1,6 ГГц.
=== Радар ===
[[Файл:ASR-9_Radar_Antenna.jpg|мини| [[Зеркальная антенна|Параболическая антенна]] (нижняя кривая поверхность) [[РЛС наблюдения за аэропортом|РЛС наблюдения аэропорта]] ASR-9, излучает узкий вертикальный веерообразный луч шириной 2,7-2,9 ГГц (диапазон [[S-диапазон|S]]) для обнаружения самолётов в воздушном пространстве вокруг аэропорта.]]
[[Радиолокационная станция|Радар]] — это устройство для [[Радиолокация|радиолокации]], которое использует луч радиоволн, излучаемый передатчиком и измеряет отражённый от объекта сигнал, позволяя определить местоположение, дальность, скорость и другие характеристики объекта. Короткая длина волны микроволн вызывает сильные отражения от объектов размером с автомобили, корабли и самолёты. Кроме того, на этих длинах волн антенны с высоким коэффициентом усиления, такие как [[Зеркальная антенна|параболические антенны,]] которые требуются для получения узкого луча, необходимой для точного определения местоположения объектов, малы по размерам, что позволяет быстро поворачивать их для сканирования объектов. Следовательно, микроволновые частоты являются основными частотами, используемыми в радарах. Микроволновый радар широко используется в таких приложениях, как [[управление воздушным движением]], прогнозирование погоды, навигация судов и [[Соблюдение ограничения скорости|обеспечение соблюдения ограничений скорости]]. Радары дальнего действия используют более низкие микроволновые частоты, поскольку в верхнем конце диапазона атмосферное поглощение ограничивает диапазон, но [[миллиметровые волны]] используются для радаров ближнего действия, таких как [[Система автономного экстренного торможения автомобиля|системы предотвращения столкновений]].
=== Радиоастрономия ===
{{Кратное изображение
|зона = right
|ширина = 200
|изобр1 = The Atacama Compact Array.jpg
|подпись1 = Некоторые из тарелочных антенн радиотелескопа [[Atacama Large Millimeter Array]] (ALMA), расположенного на севере Чили. Он детекрирует микроволны в диапазоне [[Миллиметровые волны|миллиметровых волн]], 31–1000 ГГц.
|изобр2 = BigBangNoise.jpg
|подпись2 = Карты [[Реликтовое излучение|космического микроволнового фонового излучения]], демонстрирующие улучшенное разрешение, которое было достигнуто с помощью более совершенных микроволновых радиотелескопов.
}}
Микроволны, излучаемые [[Астрономический радиоисточник|астрономическими радиоисточниками]]; такими как планеты, звёзды, [[Галактика|галактики]] и [[Туманность|туманности]] изучаются в [[Радиоастрономия|радиоастрономии]] с помощью больших тарелочных антенн, называемых [[радиотелескоп]]ами. Помимо приёма естественного микроволнового излучения, радиотелескопы использовались в активных радиолокационных экспериментах, для экспериментов с отражением микроволн от планет Солнечной системы, где определялись расстояния до [[Луна|Луны]] или наносилась на карту невидимая поверхность [[Венера|Венеры]] через облачный покров.
Недавно завершённый микроволновый радиотелескоп — [[Atacama Large Millimeter Array|Большая миллиметровая антенная]] решётка в Атакаме, расположенный на высоте более 5000 метров в Чили, исследует [[Вселенная|Вселенную]] в [[Терагерцевое излучение|миллиметровом и субмиллиметровом]] диапазонах длин волн. На сегодняшний день это крупнейший в мире проект в области наземной астрономии. Он состоит из более чем 66 тарелок и был построен при международном сотрудничестве Европы, Северной Америки, Восточной Азии и Чили<ref>{{Cite web|url=http://www.almaobservatory.org/en|title=ALMA website|access-date=2011-09-21}}</ref><ref>{{Cite web|url=http://www.eso.org/sci/facilities/alma/|title=Welcome to ALMA!|access-date=2011-05-25}}</ref>.
Основным направлением микроволновой радиоастрономии в последнее время стало картирование [[Реликтовое излучение|космического микроволнового фонового излучения]] (CMBR), открытого в 1964 году радиоастрономами [[Пензиас, Арно Аллан|Арно Пензиасом]] и [[Вильсон, Роберт Вудро|Робертом Уилсоном]]. Это слабое фоновое излучение, которое заполняет Вселенную и практически одинаково во всех направлениях, является «реликтовым излучением» оставшимся от [[Большой взрыв|Большого взрыва]] и является одним из немногих источников информации об условиях в ранней Вселенной. Из-за расширения и, таким образом, охлаждения Вселенной первоначально высокоэнергетическое излучение сместилось в микроволновую область радиоспектра. Достаточно чувствительные [[радиотелескоп]]ы могут обнаруживать реликтовое излучение как слабый сигнал, не связанный с какой-либо звездой, галактикой или каким-либо другим объектом<ref name="Wright">
{{Cite book|last=Wright|first=E.L.|date=2004|chapter=Theoretical Overview of Cosmic Microwave Background Anisotropy|editor=W. L. Freedman|title=Measuring and Modeling the Universe|series=Carnegie Observatories Astrophysics Series|publisher=[[Cambridge University Press]]|page=291|isbn=978-0-521-75576-4}}</ref>.
=== Нагревательные и энергетические приложения ===
[[Файл:Electrodomésticos_de_línea_blanca_18.JPG|мини| Маленькая [[микроволновая печь]] на кухонном столе.]]
[[Файл:Microwave_tunnel_closeup.jpg|мини| Микроволновое излучение широко используются для нагрева в промышленных процессах. Туннельная микроволновая печь для размягчения пластиковых стержней перед экструзией.]]
[[Микроволновая печь]] пропускает микроволновое излучение с частотой около 2,45 ГГц через пищу, вызывая [[диэлектрический нагрев]] в первую очередь за счёт поглощения энергии молекулами воды. Микроволновые печи стали обычным кухонным оборудованием в западных странах в конце 1970-х годов, после разработки менее дорогих [[Магнетрон|резонаторных магнетронов]]. Вода в жидком состоянии обладает множеством молекулярных взаимодействий, которые расширяют пик поглощения. В паровой фазе изолированные молекулы воды поглощают излучение около 22 ГГц, что почти в десять раз больше частоты микроволновой печи.
Микроволновое излучение используется в промышленных процессах для сушки и [[Отверждение|отверждения]] продуктов.
Многие [[Технологический процесс в электронной промышленности|технологические процессы обработки полупроводников]] используют микроволны для генерации [[Плазма|плазмы]] для таких целей, как [[реактивное ионное травление]] и [[Химическое осаждение из газовой фазы|химическое осаждение из паровой фазы]] (PECVD).
Микроволны используются в [[стелларатор]]ах и [[Токамак|экспериментальных термоядерных реакторах токамаков,]] для превращения газа в плазму и нагрева её до очень высоких температур. Частота настроена на [[Циклотронная частота|циклотронный резонанс]] электронов в магнитном поле, где-то между 2-200 ГГц, поэтому его часто называют электронно-циклотронным резонансным нагревом (ЭЦРН). Строящийся термоядерный реактор [[Международный экспериментальный термоядерный реактор|ИТЭР]]<ref>{{Cite web|url=http://www.iter.org/default.aspx|title=The way to new energy|date=2011-11-04|publisher=ITER|access-date=2011-11-08}}</ref> будет использовать 170 ГГц излучатели с мощностью до 20 МВт.
Микроволны могут использоваться для [[Беспроводная передача электричества|передачи энергии]] на большие расстояния, и после [[Вторая мировая война|Второй мировой войны]] были проведены исследования для изучения такой возможности. В 1970-х и начале 1980-х годов [[НАСА]] [[Космическая энергетика|работало над исследованием возможностей использования спутниковых систем на солнечной энергии]] (SPS) с большими [[Фотовольтаика|солнечными батареями]], которые передавали бы энергию на поверхность Земли с помощью микроволн.
[[Оружие несмертельного действия|Существует менее смертоносное]] оружие, использующее миллиметровые волны для нагрева тонкого слоя человеческой кожи до невыносимой температуры, чтобы заставить человека уйти. Двухсекундная очередь сфокусированного луча с частотой 95 ГГц нагревает кожу до температуры {{Convert|54|C|F}} на глубине {{Convert|0.4|mm|in}}. Военно-[[Военно-воздушные силы США|воздушные силы]] и [[Корпус морской пехоты США|морская пехота США]] в настоящее время используют этот тип системы [[Active Denial System|активного отказа]] в стационарных установках<ref>[https://web.archive.org/web/20070128014922/http://www.raytheon.com/products/stellent/groups/public/documents/content/cms04_017939.pdf Silent Guardian Protection System. Less-than-Lethal Directed Energy Protection]. raytheon.com</ref>.
=== Спектроскопия ===
Микроволновое излучение используется в [[Электронный парамагнитный резонанс|спектроскопии электронного парамагнитного резонанса]] (ЭПР или ЭПР), обычно в области X-диапазона (~ 9 ГГц) в сочетании с [[Магнитное поле|магнитными полями]] 0,3 Тл. Этот метод предоставляет информацию о неспаренных [[электрон]]ах в химических соединениях, таких как [[свободные радикалы]] или [[Переходные металлы|ионы переходных металлов]], таких как Cu (II). Микроволновое излучение также используется для [[Вращательная спектроскопия|вращательной спектроскопии]] и может быть объединено с [[Электрохимия|электрохимией, для]] [[Электрохимия, усиленная микроволновым излучением|электрохимии, усиленной микроволновым излучением]].
== Диапазоны миквоволновых частот ==
Полосы частот в микроволновом спектре обозначены буквами. Однако, существует несколько несовместимых систем обозначения диапазонов, и даже внутри системы частотные диапазоны, соответствующие некоторым буквам, несколько различаются между различными областями применения<ref name="Microwaves101">{{Cite encyclopedia|title=Frequency Letter bands|encyclopedia=Microwave Encyclopedia|publisher=Microwaves101 website, Institute of Electrical and Electronic Engineers (IEEE)|date=14 May 2016|url=https://www.microwaves101.com/encyclopedia/588-frequency-letter-bands|access-date=1 July 2018}}</ref><ref name="Golio2">{{Cite book|title=RF and Microwave Applications and Systems|publisher=CRC Press|date=2007|url=https://books.google.com/books?id=fNJLcL1LBpEC&q=Microwave+letter+bands&pg=SL9-PA9|isbn=978-1420006711}}</ref>. Буквенная система возникла во время Второй мировой войны в сверхсекретной американской классификации диапазонов, используемых в радиолокационных установках; это источник самой старой буквенной системы, радиолокационных диапазонов IEEE. Один набор микроволновых диапазонов, обозначенных [[Радио общество Великобритании|Радиосообществом Великобритании]] (RSGB), представлен в таблице ниже:
{| class="wikitable nowrap"
|+Полосы частот СВЧ
! Обозначение
! Частотный диапазон
! Диапазон длин волн
! Типичное использование
|-
| [[L-диапазон|L группа]]
| 1 к 2 ГГц
| 15 см до 30 см
| style="white-space:normal;" | военная телеметрия, GPS, мобильные телефоны (GSM), любительское радио
|-
| [[S-диапазон|Группа S]]
| От 2 до 4 ГГц
| 7,5 см до 15 см
| style="white-space:normal;" | метеорологический радар, радар для надводных кораблей, некоторые спутники связи, микроволновые печи, микроволновые устройства / средства связи, радиоастрономия, мобильные телефоны, беспроводная локальная сеть, Bluetooth, ZigBee, GPS, любительское радио
|-
| [[C-диапазон|Группа C]]
| От 4 до 8 ГГц
| 3,75 см до 7,5 см
| style="white-space:normal;" | междугородная радиосвязь
|-
| [[X-диапазон|Группа X]]
| 8 до 12 ГГц
| 25 мм до 37,5 мм
| style="white-space:normal;" | спутниковая связь, радар, наземная широкополосная связь, космическая связь, любительское радио, молекулярная вращательная спектроскопия
|-
| [[Ku-диапазон|Группа K <sub>U</sub>]]
| С 12 до 18 ГГц
| 16,7 мм до 25 мм
| style="white-space:normal;" | спутниковая связь, молекулярная вращательная спектроскопия
|-
| [[K-диапазон|Группа K]]
| От 18 до 26,5 ГГц
| 11,3 мм до 16,7 мм
| style="white-space:normal;" | радар, спутниковая связь, астрономические наблюдения, автомобильный радар, молекулярная вращательная спектроскопия
|-
| [[Ka-диапазон|Группа К]]
| 26,5 к 40 ГГц
| 5.0 мм до 11,3 мм
| style="white-space:normal;" | спутниковая связь, молекулярная вращательная спектроскопия
|-
| Диапазон Q
| От 33 до 50 ГГц
| 6.0 мм до 9,0 мм
| style="white-space:normal;" | спутниковая связь, наземная микроволновая связь, радиоастрономия, автомобильный радар, молекулярная вращательная спектроскопия
|-
| Группа U
| От 40 до 60 ГГц
| 5.0 мм до 7,5 мм
| style="white-space:normal;" |
|-
| Группа V
| От 50 до 75 ГГц
| 4.0 мм до 6.0 мм
| style="white-space:normal;" | радиолокационные исследования миллиметрового диапазона, вращательная спектроскопия молекул и другие виды научных исследований
|-
| Группа W
| От 75 до 110 ГГц
| 2,7 мм до 4,0 мм
| style="white-space:normal;" | спутниковая связь, исследования радаров миллиметрового диапазона, военные радиолокационные системы наведения и слежения, а также некоторые невоенные приложения, автомобильные радары
|-
| Группа F
| От 90 до 140 ГГц
| 2.1 мм до 3,3 мм
| style="white-space:normal;" | СВЧ-передачи: радиоастрономия, микроволновые устройства / средства связи, беспроводная локальная сеть, самые современные радары, спутники связи, спутниковое телевизионное вещание, [[Спутниковое телевидение|DBS]], любительское радио.
|-
| Группа D
| 110 к 170 ГГц
| 1,8 мм до 2,7 мм
| style="white-space:normal;" | КВЧ-передачи: радиоастрономия, высокочастотное микроволновое радиорелейное устройство, микроволновое дистанционное зондирование, любительское радио, оружие направленной энергии, сканер миллиметровых волн.
|}
Существуют и другие определения<ref>See {{Cite web|url=http://www.radioing.com/eengineer/bands.html|title=eEngineer – Radio Frequency Band Designations|publisher=Radioing.com|access-date=2011-11-08}}, {{Cite web|url=http://www.microwaves101.com/encyclopedia/letterbands.cfm|title=Frequency Letter bands – Microwave Encyclopedia|author=PC Mojo – Webs with MOJO from Cave Creek, AZ|date=2008-04-25|publisher=Microwaves101.com|archive-url=https://web.archive.org/web/20140714171156/http://www.microwaves101.com/ENCYCLOPEDIA/letterbands.cfm|archive-date=2014-07-14|access-date=2011-11-08}}, [http://www.jneuhaus.com/fccindex/letter.html Letter Designations of Microwave Bands].</ref>.
Для [[Дециметровые волны|частот УВЧ]] ниже L-диапазона иногда используется термин P-диапазон, но теперь он устарел согласно IEEE Std 521.
Когда во время Второй мировой войны впервые были разработаны радары для диапазона K, не было известно, что существует соседняя полоса поглощения (из-за водяного пара и кислорода в атмосфере). Чтобы избежать этой проблемы, исходная полоса K была разделена на нижнюю K<sub>u</sub> и верхнюю K<sub>a</sub> полосы<ref name="test">Skolnik, Merrill I. (2001) ''Introduction to Radar Systems'', Third Ed., p. 522, McGraw Hill. [[iarchive:IntroductionToRadarSystems|1962 Edition full text]]</ref>.
== Измерение частоты микроволн ==
[[Файл:Ondamtr.JPG|мини| [[Поглощающий волномер|Абсорбционный волномер]] для измерения в диапазоне K<sub>u</sub>.]]
Частоту микроволн можно измерить электронными или механическими методами.
Можно использовать [[Частотомер|счётчики частоты]] или высокочастотные [[гетеродин]]ы. Здесь неизвестная частота сравнивается с гармониками известной более низкой частоты с использованием низкочастотного генератора, генератора гармоник и смесителя. Точность измерения ограничена точностью и стабильностью опорного источника.
Механические методы требуют настраиваемого резонатора, такого как [[Поглощающий волномер|измеритель поглощения волны]], у которого известна связь между физическим размером и частотой.
В лабораторных условиях [[линии Лечера]] можно использовать для прямого измерения длины волны на линии передачи, состоящей из параллельных проводов, после чего можно определить частоту. Аналогичный метод заключается в использовании [[волновод]]а с прорезями или коаксиальной линии с прорезями для прямого измерения длины волны. Эти устройства состоят из зонда, вводимого в линию через продольную прорезь, так что зонд может свободно перемещаться вверх и вниз по линии. Щелевые линии предназначены в первую очередь для измерения [[Коэффициент стоячей волны|коэффициента стоячей волны по напряжению]] линии. Однако при наличии [[Стоячая волна|стоячей волны]] их также можно использовать для измерения расстояния между [[Пучность|узлами]], которое равно половине длины волны. Точность этого метода ограничена определением местоположения узлов.
== Влияние на здоровье ==
Микроволны — это [[Радиобиология неионизирующих излучений|неионизирующее]] излучение, что означает, что микроволновые [[фотон]]ы не содержат достаточной энергии для [[Ионизация|ионизации]] молекул или разрыва химических связей или повреждения ДНК, в отличие от ионизирующего излучения, такого как [[Рентгеновское излучение|рентгеновские лучи]] или [[ультрафиолетовое излучение]]<ref name="HyperPhysics Radiation Interaction">{{Cite web|url=http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/mod3.html|title=Interaction of Radiation with Matter|author=Nave|first=Rod|website=HyperPhysics|access-date=20 October 2014}}</ref>. Слово «излучение» относится к энергии, исходящей от источника, а не к [[Радиоактивный распад|радиоактивности]]. Основной эффект поглощения микроволн — нагрев материалов; электромагнитные поля заставляют полярные молекулы колебаться или вращаться. Неизвестно, что микроволны (или другое [[Радиобиология неионизирующих излучений|неионизирующее]] электромагнитное излучение) оказывают значительное неблагоприятное биологическое воздействие при низких интенчсивностях. Некоторые, но не все исследования показывают, что длительное воздействие может иметь [[канцероген]]ный эффект<ref>{{Cite journal|author=Goldsmith|first=JR|title=Epidemiologic evidence relevant to radar (microwave) effects|journal=Environmental Health Perspectives|volume=105|issue=Suppl. 6|pages=1579–1587|date=December 1997|pmid=9467086|doi=10.2307/3433674}}</ref>.
Во время [[Вторая мировая война|Второй мировой войны]] было замечено, что люди на пути излучения радарных установок слышали щелчки и жужжащие звуки как результат воздействия микроволнового излучения. Исследования [[НАСА]] в 1970-х годах показали, что это вызвано тепловым расширением частей внутреннего уха. В 1955 году доктор Джеймс Лавлок смог реанимировать крыс, охлаждённых до 0-1 °C с использованием микроволновой диатермии<ref>{{Cite journal|pages=541–546|journal=The Journal of Physiology|date=1955|first=R.K.|author=Andjus|volume=128|issue=3|title=Reanimation of rats from body temperatures between 0 and 1 °C by microwave diathermy|pmid=13243347|doi=10.1113/jphysiol.1955.sp005323}}</ref>.
Когда возникает травма от воздействия микроволн, это обычно происходит в результате диэлектрического нагрева тела. Воздействие микроволнового излучения может вызвать [[Катаракта|катаракту]] по этому механизму<ref>{{Cite web|url=https://www.fda.gov/radiation-emittingproducts/resourcesforyouradiationemittingproducts/ucm252762.htm#Microwave_Ovens_and_Health|title=Resources for You (Radiation-Emitting Products)|website=US Food and Drug Administration home page|publisher=U.S. Food and Drug Administration|access-date=20 October 2014}}</ref>, потому что микроволновое нагревание [[Денатурация белков|денатурирует]] [[белки]] в [[хрусталик]]е [[Глаз человека|глаза]] (так же, как тепло делает [[Яичный белок|яичный]] белок непрозрачным). Хрусталик и [[роговица]] глаза особенно уязвимы, потому что в них нет [[Кровеносные сосуды|кровеносных сосудов,]] которые могут отводить тепло. Воздействие высоких доз микроволнового излучения (например, от духовки, которая была взломана, чтобы позволить работать даже с открытой дверцей) может вызвать тепловое повреждение и других тканей, вплоть до серьёзных [[Ожог|ожогов,]] которые могут быть не сразу очевидны из-за склонность микроволн нагревать более глубокие ткани с более высоким содержанием влаги.
[[Адэр, Элеонора|Элеонора Р. Адэр]] провела исследование своего здоровья, животных и других людей под воздействием микроволн, от которых они чувствовали тепло или даже начинали потеть и чувствовать себя довольно некомфортно. Она не обнаружила никаких неблагоприятных последствий для здоровья, кроме тепла.
== История ==
=== Оптика Герца ===
Микроволны были впервые созданы в 1890-х годах в некоторых из самых ранних [[радио]]экспериментов физиками, которые считали их формой «невидимого света»<ref name="Hong1">{{Cite book|last1=Hong|first1=Sungook|title=Wireless: From Marconi's Black-box to the Audion|url=https://archive.org/stream/WirelessFromMarconisBlack-boxToTheAudion/Hong_Sungook_Wireless_From_Marconis_Black-Box_to_the_Audion#page/n23/mode/2up|isbn=978-0262082983}}</ref>. [[Максвелл, Джеймс Клерк|Джеймс Клерк Максвелл]] в своей теории [[электромагнетизм]]а 1873 года, которая основывается на [[Уравнения Максвелла|уравнениях Максвелла]], предсказал, что переменные [[Электрическое поле|электрическое]] и [[Магнитное поле|магнитное поля]] могут перемещаться в пространстве в виде [[Электромагнитное излучение|электромагнитных волн]], и предположил, что свет состоит из коротковолновых электромагнитных волн. В 1888 году немецкий физик [[Герц, Генрих Рудольф|Генрих Герц]] первым продемонстрировал существование [[Радиоволны|радиоволн,]] используя примитивный [[Искровой радиопередатчик|радиопередатчик с искровым разрядником]]<ref name="Roer">{{Cite book|last1=Roer|first1=T.G.|title=Microwave Electronic Devices|url=https://books.google.com/books?id=deDvBwAAQBAJ&pg=PA1|isbn=978-1461525004}}</ref>. Герц и другие ранние исследователи радио были заинтересованы в изучении сходства между радиоволнами и световыми волнами, чтобы проверить теорию Максвелла. Они сконцентрировались на создании коротковолновых радиоволн в [[Дециметровые волны|диапазонах УВЧ]] и СВЧ, с помощью которых они могли дублировать классические [[Оптика|оптические]] эксперименты в своих лабораториях, используя [[Квазиоптика|квазиоптические]] компоненты, такие как [[Призма (оптика)|призмы]] и [[Линза|линзы]] из [[парафин]]а, [[Сера|серы]] и [[Пек|пека,]] и проволочные [[Дифракционная решётка|дифракционные решетки]] для преломления и рассеивать радиоволны, как световых лучей<ref name="Sarkar1">{{Cite book|last1=Sarkar|first1=T. K.|title=History of Wireless|url=https://archive.org/stream/HistoryOfWireless#page/n496/mode/2up|isbn=978-0471783015}}</ref>. Герц создал волны до 450 МГц; его направленный передатчик 450 МГц состоял из 26 см латунной стержневой [[Вибратор Герца|дипольной антенны]] с искровым разрядником между концами, подвешенным на фокальной линии [[Зеркальная антенна|параболической антенны,]] сделанной из изогнутого цинкового листа, питаемой импульсами высокого напряжения от [[Катушка Румкорфа|индукционной катушки]]. Его исторические эксперименты продемонстрировали, что радиоволны, также как и свет, демонстрируют [[преломление]], [[Дифракция|дифракцию]], [[Поляризация волн|поляризацию]], [[Интерференция волн|интерференцию]] и [[Стоячая волна|стоячие волны]], доказывая, связь радиоволн и световых волн, которые являются формами [[Электромагнитное излучение|электромагнитных волн]] Максвелла.<gallery mode="packed" heights="150">
Файл:Hertz spark gap transmitter and parabolic antenna.png|Искровой передатчик [[Heinrich Hertz|Генриха Герца]] 450 МГц, 1888 г., состоял из 23 см диполя и искрового разрядника в фокусе параболического отражателя.
Файл:Microwave Apparatus - Jagadish Chandra Bose Museum - Bose Institute - Kolkata 2011-07-26 4051.JPG|[[Jagadish Chandra Bose|Джагадиш Чандра Бозе]] в 1894 году был первым человеком, который создал [[Millimeter wave|миллиметровые волны]]; его искровой генератор ''(в коробке справа)'' генерировал 60 ГГц (5 мм) волны с использованием резонатора с металлическими шариками диаметром 3 мм.
Файл:Refraction of Hertzian waves by paraffin prism.png|Эксперимент по микроволновой спектроскопии [[John Ambrose Fleming|Джона Амброуза Флеминга]] в 1897 году показал преломление микроволн 1,4 ГГц на парафиновой призме, дублирующие более ранние эксперименты Бозе и Риги.
Файл:Oscillatore di Righi con riflettore parabolico - Museo scienza tecnologia Milano 08757 1.jpg|Искровой генератор и приемник [[Augusto Righi|Аугусто Риги]] 12 ГГц, 1895 г.
</gallery>
[[Файл:Marconi_parabolic_xmtr_and_rcvr_1895.jpg|мини| 1.2 Искровой микроволновый передатчик ''(слева)'' и приемник [[когерер]]а ''(справа),'' использованные [[Маркони, Гульельмо|Гульельмо Маркони]] во время его экспериментов 1895 года, имели диапазон {{Convert|6.5|km|mi|abbr=on|sigfig=2}}]]
Начиная с 1894 года индийский физик [[Бос, Джагдиш Чандра|Джагдиш Чандра Бозе]] провёл первые эксперименты с микроволнами. Он был первым человеком, который создал [[миллиметровые волны]], генерируя частоты до 60 ГГц (5 миллиметр), используя искровой генератор с металлическим шариком 3 мм<ref name="Emerson">{{Cite web|url=http://www.tuc.nrao.edu/~demerson/bose/bose.html|title=The work of Jagdish Chandra Bose: 100 years of MM-wave research|author=Emerson, D.T.|date=February 1998|publisher=National Radio Astronomy Observatory}}</ref><ref name="Sarkar1"></ref>. Бозе также изобрел [[Радиоволновод|волновод]], [[Рупорная антенна|рупорные антенны]] и [[Кристаллический детектор|детекторы]] [[Полупроводник|на полупроводниковых]] кристаллах для использования в своих экспериментах. Независимо в 1894 году [[Лодж, Оливер Джозеф|Оливер Лодж]] и [[Риги, Аугусто|Аугусто Риги]] экспериментировали с 1,5 и 12 ГГц микроволнами, соответственно, генерируемыми небольшими искровыми резонаторами с металлическими шариками. Русский физик [[Лебедев, Пётр Николаевич|Пётр Лебедев]] в 1895 г. создал миллиметровые волны 50 ГГц. В 1897 году [[Стретт, Джон Уильям (лорд Рэлей)|лорд Рэлей]] решил математическую [[Краевая задача|краевую задачу]] об электромагнитных волнах, распространяющихся через проводящие трубки и диэлектрические стержни произвольной формы<ref name="Packard">{{Cite journal|author=Packard|first=Karle S.|title=The Origin of Waveguides: A Case of Multiple Rediscovery|journal=IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques|volume=MTT-32|issue=9|pages=961–969|date=September 1984|url=http://www.ieeeghn.org/wiki/images/8/86/MTT_Waveguide_History.pdf|doi=10.1109/tmtt.1984.1132809|accessdate=March 24, 2015|bibcode=1984ITMTT..32..961P}}</ref><ref name="Rayleigh">{{Cite journal|author=Strutt|first=William (Lord Rayleigh)|title=On the passage of electric waves through tubes, or the vibrations of dielectric cylinders|journal=Philosophical Magazine|volume=43|issue=261|pages=125–132|date=February 1897|doi=10.1080/14786449708620969|url=https://zenodo.org/record/1431225}}</ref><ref name="Kizer">{{cite book
| last1 = Kizer
| first1 = George
| title = Digital Microwave Communication: Engineering Point-to-Point Microwave Systems
| publisher = John Wiley and Sons
| date = 2013
| pages = 7
| url = https://books.google.com/books?id=JVhGmjQ8TyoC&q=southworth+bose+lodge+waveguide
| isbn = 978-1118636800
}}</ref><ref name="Lee3">{{cite book
| last1 = Lee
| first1 = Thomas H.
| title = Planar Microwave Engineering: A Practical Guide to Theory, Measurement, and Circuits, Vol. 1
| publisher = Cambridge University Press
| date = 2004
| pages = 18, 118
| url = https://books.google.com/books?id=uoj3IWFxbVYC&pg=PA18
| isbn = 978-0521835268
}}</ref>, в которой указал режимы и [[Частота среза|частоту отсечки]] для микроволн, распространяющихся через [[Радиоволновод|волновод]]<ref name="Roer"></ref>.
Однако, поскольку распространение микроволн ограничено [[Распространение в прямой видимости|прямой видимостью]], они не могли использоваться за пределами видимого горизонта, а низкая мощность искровых передатчиков, которые использовались тогда, ограничивала их практический диапазон до нескольких миль. Последующее развитие радиосвязи после 1896 года использовало более низкие частоты, которые могли распространяться за горизонт в виде [[поверхностная волна|поверхностных волн]] и отражаться от [[Ионосфера|ионосферы в]] виде [[Skywave|небесных волн]], более детально микроволновые частоты в то время не исследовались.
=== Первые эксперименты по микроволновой связи ===
Практическое применение микроволновых частот не состоялось до 1940-х и 1950-х годов из-за отсутствия соответствующих источников, поскольку [[Генератор сигналов|электронный генератор]] [[Триод|на триодной]] [[Электронная лампа|вакуумной лампе]] (лампе), используемый в радиопередатчиках, не мог генерировать частоты выше нескольких сотен [[Герц (единица измерения)|мегагерц]] из-за чрезмерного времени прохождения электронов и межэлектродной ёмкости<ref name="Roer"></ref>. К 1930-м годам были разработаны первые микроволновые вакуумные лампы малой мощности, работающие на новых принципах; [[трубка Баркгаузена - Курца]] и [[Магнетрон|магнетрон с разъёмным анодом]]. Они могли генерировать несколько ватт мощности на частотах до нескольких гигагерц и использовались в первых экспериментах по микроволновой связи.<gallery mode="packed" heights="150">
Файл:English Channel microwave relay antennas 1931.jpg|Антенны 1931 года для опытов по радиорелейной связи через Ла-Манш на частоте 1.7 ГГц.
Файл:Westinghouse experimental 700 MHz transmitter 1932.jpg|Экспериментальный передатчик 700 МГц в лабораториях Westinghouse в 1932 году передаёт голос на расстояние более мили.
Файл:Southworth demonstrating waveguide.jpg|Саутворт демонстрирует волновод на [[Institute of Radio Engineers|встрече IRE]] в 1938 году, показывает 1,5 ГГц волны, проходящие через гибкий металлический шланг длиной 7,5 м, регистрируемые диодным детектором.
Файл:Wilmer Barrow & horn antenna 1938.jpg|Первая современная рупорная антенна в 1938 году изобретателем [[Wilmer L. Barrow|Уилмером Л. Барроу.]]
</gallery>В 1931 году англо-французский консорциум во главе с [[Андре К. Клавье]] продемонстрировал первую экспериментальную [[Радиорелейная связь|микроволновую ретрансляционную]] линию через [[Ла-Манш|Ла-Манш на]] {{Convert|40|mi|km}} между [[Дувр]]ом, Великобритания и [[Кале]], Франция<ref name="EC">{{cite magazine
| title = Microwaves span the English Channel
| magazine = Short Wave Craft
| volume = 6
| issue = 5
| pages = 262, 310
| publisher = Popular Book Co
| location = New York
| date = September 1935
| url = http://www.americanradiohistory.com/Archive-Short-Wave-Television/30s/SW-TV-1935-09.pdf
| access-date = March 24, 2015}}</ref><ref name="Free">{{cite magazine
| last1 = Free
| first1 = E.E.
| title = Searchlight radio with the new 7 inch waves
| magazine = Radio News
| volume = 8
| issue = 2
| pages = 107–109
| publisher = Radio Science Publications
| location = New York
| date = August 1931
| url = http://www.americanradiohistory.com/Archive-Radio-News/30s/Radio-News-1931-08-R.pdf
| access-date = March 24, 2015}}</ref>. Система передавала телефонные, телеграфные и [[Факсимиле|факсимильные]] данные по двунаправленному каналу 1.7 ГГц с мощностью около полуватта, создаваемую миниатюрными [[Трубка Баркгаузена - Курца|трубками Баркгаузена — Курца]] в фокусе {{Convert|10|ft|m|0|adj=on}} металлической тарелки.
Требовалось придумать слово, чтобы отличить эти новые более короткие длины волн, которые ранее были объединены в «[[Короткие волны|коротковолновый]]» диапазон, что означало все волны короче 200 метров. Термины ''квазиоптические волны'' и ''ультракороткие волны'' использовались какой-то период времени, но не получили широкого распространения. Первое использование слова «''микроволна», по-'' видимому, произошло в 1931 году<ref name="Ayto">{{cite book
| last1 = Ayto
| first1 = John
| title = 20th century words
| date = 2002
| pages = 269
| url = https://books.google.com/books?id=p0h5AAAAIAAJ&q=%22When+trials+with+wavelengths+as+low+as+18+cm+were+made+known,+there+was+undisguised+surprise+that+the+problem+of+the+micro-wave+had+been+solved+so+soon.%22
| isbn = 978-7560028743
}}</ref>.
=== Радар ===
Разработка [[Радиолокационная станция|радара]], в основном секретная, до и во время [[Вторая мировая война|Второй мировой войны]], привела к технологическим достижениям, которые сделали микроволны применимыми на практиктике<ref name="Roer"></ref>. Длины волн в сантиметровом диапазоне были необходимы для того, чтобы маленькие радиолокационные антенны, которые были достаточно компактными, чтобы поместиться на самолётах, имели достаточно узкую [[Ширина луча|ширину луча]] для локализации самолётов противника. Было обнаружено, что обычные [[Линия передачи|линии передачи,]] используемые для передачи радиоволн, имеют чрезмерные потери мощности на микроволновых частотах, и [[Джордж Саутворт]] из [[Лаборатории Белла|Bell Labs]] и [[Уилмер Барроу]] из [[Массачусетский технологический институт|Массачусетского технологического института]] независимо изобрели [[Радиоволновод|волновод]] в 1936 году<ref name="Packard"></ref>. Барроу изобрёл [[Рупорная антенна|рупорную антенну]] в 1938 году как средство для эффективного излучения микроволн в волновод или из него. В микроволновом [[Радиоприёмник|приёмнике]] [[Линейная схема|требовался нелинейный]] компонент, который действовал бы как [[Детектор (радиотехника)|детектор]] и [[Смеситель (электроника)|смеситель]] на этих частотах, поскольку электронные лампы имели слишком большую ёмкость. Чтобы удовлетворить этому требованию, исследователи возродили устаревшую технологию, [[Диод|точечный]] [[кристаллический детектор]] (детектор с «кошачьем усом»), который использовался в качестве [[Демодуляция|демодулятора]] в [[Детекторный приёмник|кристаллических радиоприемниках]] на рубеже веков до появления ламповых приёмников<ref name="Riordan">{{Cite book | last = Riordan | first = Michael |author2=Lillian Hoddeson | title = Crystal fire: the invention of the transistor and the birth of the information age | publisher = W. W. Norton & Company | year = 1988 | location = US | pages = 89–92 | url = https://books.google.com/books?id=SZ6wm5ZSUmsC&pg=PA89 | isbn = 978-0-393-31851-7 }}</ref>. Малая ёмкость [[P-n-переход|полупроводниковых переходов]] позволяла им работать на сверхвысоких частотах. Первые современные [[Кремний|кремниевые]] и [[Германий|германиевые]] [[диод]]ы были разработаны как микроволновые детекторы в 1930-х годах, и принципах [[Полупроводник|физики полупроводников,]] открытых во время разработки полупроводников, они привели к созданию [[Полупроводниковые приборы|полупроводниковой электроники]] после войны.<gallery mode="packed" heights="150">
Файл:R&B Magnetron.jpg|Прототип магнетронной трубки с резонатором, созданный [[John Randall (physicist)|Рэндаллом]] и [[Harry Boot|Бутом]] [[University of Birmingham|в Университете Бирмингема]], 1940 год. При использовании трубка устанавливалась между полюсами электромагнита.
Файл:Prototype klystron cutaway.jpg|Первая коммерческая клистронная трубка General Electric, 1940 г., разрезанная для демонстрации внутренней конструкции
Файл:An-APS-4 side view.jpg|АН/[[APS-4|АПС-4]] - радиолокатор воздушного перехвата 10 ГГц, используемый на американских и британских самолётах во время Второй мировой войны.
Файл:US Army Signal Corps AN-TRC-1, 5, 6, & 8 microwave relay station 1945.jpg|Мобильная микроволновая релейная станция армии США, 1945 г., демонстрирующая релейные системы, использующие частоты от 100 МГц до 4,9 ГГц, который может передавать до 8 телефонных звонков по лучу.
</gallery>Первые мощные источники микроволнового излучения были изобретены в начале Второй мировой войны: [[клистрон]] — [[Рассел и Сигурд Вариан|Расселом и Сигурд Варианами]] из [[Стэнфордский университет|Стэнфордского университета]] в 1937 году, и [[Магнетрон|магнетрон -]] [[Рэндалл, Джон Туртон|Джоном Рэндаллом]] и [[Бут, Гарри|Гарри Бутом]] из университета Бирмингема, Великобритания в 1940 году<ref name="Roer"></ref>. Десяти сантиметровый (3 ГГц) СВЧ-радар использовался на британских военных самолётах в конце 1941 года и, как оказалось, изменил правила игры. Решение Великобритании в 1940 году поделиться своей микроволновой технологией со своим союзником из США ([[Миссия Тизарда|Миссия Тизард]]) значительно сократило войну. [[Радиационная лаборатория Массачусетского технологического института|Радиационная лаборатория]] [[Массачусетский технологический институт|Массачусетского технологического института,]] тайно созданная в Массачусетском технологическом институте в 1940 году для исследования радаров, дала большую часть теоретических знаний, необходимых для использования микроволн. Первые микроволновые релейные системы были разработаны вооруженными силами союзников ближе к концу войны и использовались для защищенных сетей связи на поле боя на европейском театре военных действий.
=== После Второй мировой войны ===
{{Кратное изображение
|зона = right
|изобр1 = Hogg horn antennas.jpg
|подпись1 = [[Рупорная антенна]] C-диапазона в телефонном коммутационном центре в Сиэтле, принадлежащем сети микроволновых ретрансляторов Long Lines компании AT&T, построенной в 1960-х годах.
|изобр2 = NIKE AJAX Anti-Aircraft Missile Radar3.jpg
|подпись2 = Линзовая микроволновая антенна, используемая в радаре для зенитной ракеты [[Nike Ajax]] 1954 года.
|изобр3 = NS Savannah microwave oven MD8.jpg
|подпись3 = Первая коммерческая микроволновая печь, Amana's [[Radarange]], на кухне американского авианосца Саванна в 1961 году.
}}
После Второй мировой войны микроволны стали широко использоваться в коммерческих целях<ref name="Roer"></ref>. Благодаря своей высокой частоте передатчики на их основе обладают очень большой пропускной способностью ([[Полоса пропускания|пропускной способностью]]) информации; один микроволновый луч может передать десятки тысяч телефонных звонков. В 1950-х и 60-х годах [[Радиорелейная связь|в США и Европе были построены трансконтинентальные микроволновые ретрансляционные]] сети для обмена телефонными звонками между городами и распространения телевизионных программ. В новой промышленности [[Телевизионная сеть|телевизионного вещания]], начиная с 1940-х микроволновые тарелки использовались для передачи [[Backhaul (вещание)|транспортных каналов]] видео каналов с мобильных [[Передвижная телевизионная станция|телевизионных станций]] обратно в студию, позволяя транслировать [[Удаленная трансляция|дистанционные телевизионные передачи]]. Первые [[Спутник связи|спутники связи]] были запущены в 1960-х годах, которые ретранслировали телефонные звонки и телевидение между удалёнными друг от друга точками на Земле с помощью микроволновых лучей. В 1964 году [[Пензиас, Арно Аллан|Арно Пензиас]] и [[Вильсон, Роберт Вудро|Роберт Вудро Вильсон]], исследуя шум в спутниковой рупорной антенне в [[Лаборатории Белла|Bell Labs]], Холмдел, Нью-Джерси, обнаружили [[Реликтовое излучение|космическое микроволновое фоновое излучение]].
Микроволновая РЛС стала центральной технологией, используемой в [[Управление воздушным движением|управлении воздушным движением]], морской [[Навигация|навигации]], [[Противовоздушная оборона|противовоздушной обороне]], [[Баллистическая ракета|обнаружении баллистических ракет]], а позже и во многих других областях. Радиолокационная и спутниковая связь послужили стимулом для разработки современных микроволновых антенн; [[Зеркальная антенна|параболической антенны]] (наиболее распространённый тип), [[Антенна Кассегрена|антенны Кассегрена]], [[Линзовая антенна|линзовой антенны]], [[Щелевая антенна|щелевой антенны]] и [[Фазированная антенная решётка|фазированной антенной решетки]].
Способность [[Короткие волны|коротких волн]] быстро нагревать материалы и готовить пищу была исследована в 1930-х годах И. Ф. Муромцевым в Westinghouse, а на [[Всемирная выставка (1933)|Всемирной выставке в Чикаго]] в 1933 году продемонстрировал приготовление пищи с помощью 60 МГц радиопередатчика<ref name="SWC">{{Cite journal|title=Cooking with Short Waves|journal=Short Wave Craft|volume=4|issue=7|date=November 1933|url=http://www.americanradiohistory.com/Archive-Short-Wave-Television/30s/SW-TV-1933-11.pdf|accessdate=23 March 2015}}</ref>. В 1945 году [[Спенсер, Перси Лебарон|Перси Спенсер]], инженер, работавший над радаром в [[Raytheon]], заметил, что микроволновое излучение магнетронного генератора расплавило шоколадный батончик в его кармане. Он исследовал приготовление пищи с помощью микроволн и изобрёл [[Микроволновая печь|микроволновую печь]], состоящую из магнетрона, излучающего микроволны в закрытую металлическую полость, содержащую пищу, которая была запатентована Raytheon 8 октября 1945 года. Из-за их стоимости микроволновые печи изначально использовались на кухнях в учреждениях, но к 1986 году примерно 25 % домашних хозяйств в США имели такую. Микроволновой нагрев стал широко использоваться в качестве промышленного процесса в таких отраслях, как производство пластмасс, а также в качестве лечебного средства для уничтожения раковых клеток в [[Гипертермия|микроволновой гипертермии]].
[[Лампа бегущей волны]] (ЛБВ), разработанная в 1943 году [[Компфнер, Рудольф|Рудольфом Компфнером]] и [[Пирс, Джон Робинсон|Джоном Пирсом,]] обеспечила мощный перестраиваемый источник микроволн до 50 ГГц, и стала наиболее широко используемой микроволновой лампой, помимо повсеместно используемого в микроволновых печах магнетрона. Семейство [[гиротрон]]ных трубок, разработанное в Советском Союзе, может генерировать микроволны мегаваттной мощности до [[Миллиметровые волны|частот миллиметрового]] диапазона и используется в промышленном нагреве и [[Плазма|исследованиях плазмы]], а также для питания [[Ускоритель заряженных частиц|ускорителей частиц]] и ядерных [[Управляемый термоядерный синтез|термоядерных реакторов]].
=== Твердотельные микроволновые устройства ===
{{Кратное изображение
|зона = right
|изобр1 = Ganna gjenerators M31102-1.jpg
|подпись1 = СВЧ-генератор, состоящий из [[Диод Ганна|диода Ганна]] внутри [[Объёмный резонатор|объёмного резонатора]], 1970-е годы.
|изобр2 = Radar Gun Electronics.jpg
|подпись2 = Современный радар для измерения скорости. На правом конце медной [[Рупорная антенна|рупорной антенны]] находится диод Ганна ''(серая сборка)'', который генерирует микроволны.
}}
Развитие [[Полупроводниковые приборы|полупроводниковой электроники]] в 1950-х годах привело к появлению первых [[Твердотельная электроника|твердотельных]] микроволновых устройств, которые работали по новому принципу; [[отрицательное дифференциальное сопротивление]] (некоторые из довоенных микроволновых ламп также использовали отрицательное дифференциальное сопротивление)<ref name="Roer"></ref>. Генератор [[Генератор сигналов|обратной связи]] и [[Четырёхполюсник|двухпортовые]] усилители, которые использовались на более низких частотах, стали нестабильными на микроволновых частотах, а [[Отрицательное дифференциальное сопротивление|генераторы на основе отрицательного дифференциального сопротивления]] и усилители на основе [[Один порт|однопортовых]] устройств, таких как [[Диод|диоды,]] работали лучше.
[[Туннельный диод|Туннельный диод,]] изобретённый в 1957 году японским физиком [[Эсаки, Лео|Лео Эсаки,]] мог генерировать несколько милливатт микроволновой мощности. Его изобретение положило начало поиску полупроводниковых устройств с отрицательным дифференциальным сопротивлением для использования в качестве микроволновых генераторов, что привело к изобретению [[Лавинно-пролётный диод|лавинно-пролётного диода]] в 1956 году [[WT Читать|У. Т. Ридом]] и Ральфом Л. Джонстоном и [[Диод Ганна|диода Ганна]] в 1962 году Дж. [[Ганн, Джон|Б. Ганном]]<ref name="Roer"></ref>. Сегодня диоды являются наиболее широко используемыми микроволновыми источниками. Были разработаны два малошумящих [[Твердотельная электроника|полупроводниковых]] [[Электронный усилитель|усилителя]] СВЧ с отрицательным дифференциальным сопротивлением; рубиновый [[Мазер|мазер,]] изобретённый в 1953 году [[Таунс, Чарлз Хард|Чарльзом Х. Таунсом]], [[Джеймс П. Гордон|Джеймсом П. Гордоном]] и [[HJ Zeiger|Х. Дж. Зейгером]], и [[Варикап|варакторный]] [[Параметрический осциллятор|параметрический усилитель,]] разработанный в 1956 году Марионом Хайнсом. Они использовались для малошумящих микроволновых приёмников в радиотелескопах и [[Земная станция|наземных спутниковых станциях]]. Мазер привёл к разработке [[Атомные часы|атомных часов]], которые отсчитывают время, используя точную микроволновую частоту, излучаемую атомами при [[Квантовый скачок|переходе электрона]] между двумя энергетическими уровнями. Схемы усилителей с отрицательным дифференциальным сопротивлением потребовали изобретения новых [[Взаимность (электрические сети)|невзаимных]] волноводных компонентов, таких как [[циркулятор]]ы, [[Ферритовый вентиль|изоляторы]] и [[Направленный ответвитель|направленные ответвители]]. В 1969 году Курокава вывел математические условия устойчивости цепей с отрицательным дифференциальным сопротивлением, которые легли в основу конструкции микроволнового генератора<ref name="Kurokawa">{{Cite journal|author=Kurokawa|first=K.|title=Some Basic Characteristics of Broadband Negative Resistance Oscillator Circuits|journal=Bell System Tech. J.|volume=48|issue=6|pages=1937–1955|date=July 1969|url=https://archive.org/details/bstj48-6-1937|doi=10.1002/j.1538-7305.1969.tb01158.x|accessdate=December 8, 2012}}</ref>.
=== Микроволновые микросхемы ===
[[Файл:LNB_dissassembled.JPG|мини| [[Микрополосковая линия|Микрополосковая]] [[Ku-диапазон|схема диапазона k <sub>u</sub>]], используемая в [[Спутниковое телевидение|спутниковой]] тарелке.]]
До 1970-х годов СВЧ-устройства и схемы были громоздкими и дорогими, поэтому СВЧ-частоты обычно ограничивались выходным каскадом передатчиков и [[RF передняя часть|ВЧ-входом]] приёмников, а сигналы [[гетеродин]]ировались до более низкой [[Промежуточная частота|промежуточной частоты]] для обработки. В период с 1970-х годов по настоящее время были разработаны крошечные недорогие активные твердотельные микроволновые компоненты, которые могут быть установлены на печатных платах, что позволяет схемам выполнять значительную [[Обработка сигналов|обработку сигналов]] на микроволновых частотах. Это сделало возможным [[спутниковое телевидение]], [[кабельное телевидение]], [[GPS|устройства GPS]] и современные беспроводные устройства, такие как [[смартфон]]ы, [[Wi-Fi]] и [[Bluetooth|Bluetooth,]] которые подключаются к сетям с помощью микроволн.
[[Микрополосковая линия|Микрополосковая]] [[линия передачи]], используемая на микроволновых частотах, была изобретена с помощью [[Печатная плата|печатных схем]] в 1950-х годах<ref name="Roer"></ref>. Возможность дёшево изготавливать широкий спектр форм на [[Печатная плата|печатных платах]] позволила создавать микрополосковые версии [[Электрический конденсатор|конденсаторов]], [[Катушка индуктивности|катушек индуктивности]], [[Заглушка (электроника)|резонансных шлейфов]], [[Направленный ответвитель|разветвителей]], [[Направленный ответвитель|направленных ответвителей]], [[диплексер]]ов, [[Фильтр (электроника)|фильтров]] и антенн, что позволило проектировать компактные микроволновые схемы.
[[Транзистор]]ы, работающие на сверхвысоких частотах, были разработаны в 1970-х годах. Полупроводниковый [[арсенид галлия]] (GaAs) имеет гораздо более высокую [[Подвижность носителей заряда|подвижность электронов,]] чем кремний<ref name="Roer"></ref>, поэтому устройства, изготовленные из этого материала, могут работать с частотой в 4 раза выше, чем аналогичные устройства из кремния. Начиная с 1970-х годов GaAs использовался для создания первых микроволновых транзисторов и, с тех пор, он доминирует в сверхвысокочастотных полупроводниках. MESFET ([[Полевой транзистор металл-полупроводник|полевые транзисторы металл-полупроводник]]), высокочастотные [[Полевой транзистор|полевые транзисторы на основе]] GaAs, использующие [[Диод Шоттки|переходы Шоттки]] для затвора разрабатывались, начиная с 1968 года, и достигли частоты отсечки 100 ГГц, и в настоящее время являются наиболее широко используемыми активными микроволновыми устройствами. Ещё одно семейство транзисторов с более высоким пределом частоты — HEMT (транзистор с [[Транзистор с высокой подвижностью электронов|высокой подвижностью электронов]]), [[полевой транзистор]], сделанный из двух разных полупроводников, AlGaAs и GaAs, с использованием [[Гетеропереход|технологии гетероперехода]] и аналогичный HBT ([[биполярный транзистор с гетеропереходом]]).
GaAs может быть полуизолирующим, что позволяет использовать его в качестве [[Полупроводниковая пластина|подложки,]] на которой электронные схемы, содержащие [[Пассивный фильтр|пассивные компоненты]], а также транзисторы, можно изготовить методом литографии<ref name="Roer"></ref>. К 1976 году это привело к появлению первых [[Интегральная схема|интегральных схем]] (ИС), которые работали на микроволновых частотах, названных [[Микроволновая монолитная интегральная схема|микровоновыми монолитными интегральными схемами]] (MMIC). Слово «монолитный» было добавлено, чтобы отличить их от микрополосковых печатных плат, которые назывались «микроволновыми интегральными схемами» (MIC). С тех пор также были разработаны кремниевые MMIC. Сегодня MMIC стали рабочими лошадками как аналоговой, так и цифровой высокочастотной электроники, позволяя изготавливать однокристальные микроволновые приёмники, широкополосные [[Электронный усилитель|усилители]], [[модем]]ы и [[микропроцессор]]ы.
== Примечания ==
{{примечания}}
== Ссылки ==
* [http://www.emtalk.com EM Talk, Учебники и инструменты для СВЧ-техники]
* [http://miwv.com/millimeter-wave-resources/waveguide-dimensions Таблица размеров волноводов миллиметрового] и микроволнового диапазона.
{{EMSpectrum}}
| |||