Ingegneria delle microonde: 5 fattori importanti ad essa correlati

Punti di discussione

• Introduzione all'ingegneria a microonde
• Breve storia dell'ingegneria a microonde
• Proprietà dell'ingegneria a microonde
• Vantaggi e svantaggi dell'ingegneria a microonde
• Applicazioni dell'ingegneria a microonde
• Domande frequenti sull'ingegneria delle microonde.

Introduzione all'ingegneria a microonde

La gamma di frequenza delle microonde è in genere da 100 Mega Hertz a 1000 Giga Hertz. La gamma copre non solo il dominio delle microonde ma anche il dominio delle radiofrequenze. Il tipico dominio delle microonde ha una gamma di frequenza da 3 MHz a 300 GHz. La lunghezza d'onda elettrica corrispondente è compresa tra 10 cm e 1 mm. I segnali con lunghezze d'onda millimetriche sono spesso indicati come onde millimetriche. A causa della gamma delle alte frequenze, tipica teoria dei circuiti i problemi non possono risolvere i problemi di ingegneria delle microonde.

I componenti a microonde generalmente agiscono come elementi distribuiti. I fenomeni si verificano al variare della fase di corrente e tensione. A frequenze più basse, la lunghezza d'onda diventa più grande. Ecco perché ci sono cambiamenti di fase insignificanti nella dimensione del dispositivo.

I teoremi di Maxwell sono uno dei teoremi più utilizzati in questo dominio.

Radar per rivelatori di aerei,

Immagine di credito: Bucvoed, Radar Hatzerim 1-1, CC BY-SA 3.0

Breve storia dell'ingegneria a microonde

L'ingegneria a microonde è uno dei campi giovani e prosperi dell'ingegneria. Lo sviluppo è iniziato quasi 50 anni fa. I progressi in questa era digitale in vari campi stanno aiutando il dominio delle microonde e delle radiofrequenze a essere attivo.

Nell'anno 1873, James Clerk Maxwell elaborò i fondamenti della teoria elettromagnetica. Negli Stati Uniti, presso il Massachusetts Institute of Technology, è stato istituito un laboratorio unico chiamato – Radiation Laboratory, per studiare, ricercare e sviluppare la teoria del radar. Vari scienziati rinomati tra cui: HA Bethe, RH Dicke, II Rabi, JS Schwinger e diversi eminenti scienziati erano lì per lo sviluppo nel campo della radiofrequenza e delle microonde in quel momento.

Le tecnologie di comunicazione che utilizzano i sistemi a microonde hanno iniziato a svilupparsi subito dopo l'invenzione del radar. Le ampie larghezze di banda e la propagazione in linea di vista delle tecnologie a microonde si sono dimostrate necessarie per le comunicazioni sia terrestri che satellitari. Attualmente sono in corso le ricerche per lo sviluppo di componenti economici a microonde miniaturizzati.

Proprietà delle microonde

La Microwave Engineering si occupa di segnali a microonde. Analizziamo alcune delle caratteristiche del dominio delle microonde. 

1. I segnali a microonde hanno lunghezze d'onda più corte.
2. La ionosfera non può riflettere il microonde.
3. I segnali a microonde vengono riflessi dalle superfici conduttrici.
4. I segnali a microonde vengono attenuati facilmente entro distanze più brevi.
5. Un sottile strato di cavo è sufficiente per la trasmissione dei segnali a microonde.

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Vantaggi e svantaggi dell'ingegneria a microonde

Ingegneria delle microonde presenta sia i vantaggi che gli svantaggi. Sono discussi nelle sezioni successive.

Vantaggi dell'ingegneria a microonde

Le microonde hanno diversi vantaggi rispetto a qualsiasi altro dominio. Parliamo di alcuni di loro.

1. Il microonde ha una larghezza di banda più ampia. In questo modo è possibile trasmettere più dati. Per questo vantaggio, i segnali a microonde vengono utilizzati nelle comunicazioni punto a punto.
2. Le antenne a microonde hanno un guadagno maggiore.
3. La dimensione dell'antenna si riduce man mano che le frequenze sono più alte e la lunghezza d'onda è più corta.
4. Poiché le microonde si trovano da HF a VHF, viene consumata una quantità molto piccola di energia.
5. I segnali a microonde consentono di avere un'efficace area di riflessione per i sistemi radar.
6. La propagazione della linea visiva aiuta a ridurre l'effetto dello sbiadimento.

Svantaggi delle microonde

L'ingegneria a microonde ha anche alcune limitazioni. Parliamo di alcuni di loro.

1. Le risorse a microonde sono notevolmente più costose. Inoltre, i costi di installazione sono elevati per diversi tipi di apparecchiature.
2. I dispositivi e i sistemi a microonde sono significativi e occupano più spazio. Tuttavia, sono in corso ricerche per dispositivi che occupano meno spazio.
3. I sistemi a microonde da qualche tempo subiscono interferenze elettromagnetiche.
4. Può causare inefficienza dovuta all'energia elettrica.

Applicazioni dell'ingegneria a microonde

Le alte frequenze e le lunghezze d'onda più corte dei sistemi a microonde creano difficoltà analisi del circuito. Ma queste caratteristiche uniche offrono opportunità per l'applicazione del sistema a microonde. Le considerazioni seguenti potrebbero essere utili per le pratiche.

• L'antenna ha la proprietà che il guadagno dell'antenna è proporzionalmente correlato alla dimensione dell'antenna. Ora, per una frequenza operativa più elevata, il guadagno dell'antenna è relativamente maggiore per una data dimensione dell'antenna fisica. Ha anche conseguenze significative quando si implementa un sistema a microonde.
• Più larghezza di banda (che è di nuovo direttamente correlata alla velocità dei dati) viene acquisita a frequenze più alte. 1% BW di 500 Mega Hertz significa 5 Mega Hertz. Può fornire una velocità dati di circa 5 Megabyte al secondo.
• Le microonde hanno la proprietà della linea di vista e la ionosfera non può rifletterle.
• Una delle proprietà dei segnali a microonde, accoppiata con un guadagno di antenne, lo rende unico e preferibile.
• Si verificano diversi tipi di risonanze come quella molecolare, atomica e nucleare microonde gamme di frequenza. Ciò apre il campo a numerose applicazioni nelle scienze di base, nel telerilevamento, nelle scienze mediche, ecc.

1. L'applicazione principale di RF e microonde nel mondo di oggi è nelle tecnologie wireless. Tecnologie come: comunicazioni wireless, reti wireless, sistemi di sicurezza wireless, sistemi radar, ingegneria medica e rilevamento a distanza.
   • Il sistema di telefonia dei giorni nostri si è evoluto con il concetto di riutilizzo della frequenza cellulare, proposto nel 1947 presso i laboratori Bell. Ma è stato praticamente implementato nel 1970. Nel frattempo, la domanda di comunicazioni wireless è aumentata e è stata sviluppata la miniaturizzazione dei dispositivi. Successivamente, varie comunicazioni come - 2G, 2.5G, 3G, 3.5G, 3.75G, 4G sono state sviluppate utilizzando il sistema a microonde.
2. Le comunicazioni satellitari dipendono anche dalle tecnologie RF e microonde. I satelliti sono stati sviluppati per fornire dati cellulari, video, connessioni dati per tutto il mondo. I piccoli sistemi satellitari come GPS e DBS stanno andando alla grande.
3. Le reti locali wireless o WLAN connettono i computer a breve distanza e forniscono una rete ad alta velocità. È anche un'applicazione delle microonde. La domanda di WLAN aumenta di giorno in giorno e anche in futuro avrà elevate esigenze.
4. Un'altra applicazione delle microonde è la radio a banda ultra larga. Qui il segnale trasmesso prende una vasta banda di frequenza ma ha un basso livello di potenza. È una precauzione per evitare interferenze con altri sistemi.
5. Radar e applicazioni militari: i sistemi radar hanno diverse applicazioni in formato Campi della difesa e del militante, anche in campi redditizi e basati sulla ricerca. Il radar viene generalmente utilizzato per rilevare e contrassegnare qualsiasi oggetto estraneo all'interno del territorio dell'utente in aria e terra. Viene anche utilizzato nella guida missilistica e nei controlli antincendio.
6. Nei settori commerciali, i sistemi radar vengono utilizzati in ATC (controllo del traffico aereo), rilevamento del movimento (come apertura e chiusura della porta, allarmi di sicurezza), prevenzione delle collisioni dei veicoli, misurazione della distanza da un punto.
7. La radiometria a microonde è un'altra applicazione.

Circuito microstriscia per televisione satellitare

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Immagine di credito:Mappa satellitare, LNB smontato, contrassegnato come dominio pubblico, maggiori dettagli su Wikimedia Commons

Domande frequenti sull'ingegneria delle microonde

1. Qual è la gamma di frequenza per RF e microonde?

• Risposta: RF varia da 30 MHz a 300 MHz e microonde da 300 MHz a 300 GHz.

2. Quali sono le bande di frequenza delle microonde?

• Risposta: Ci sono 13 diverse bande di frequenza nella gamma delle microonde. L'elenco seguente li illustra.

3. Menziona alcuni svantaggi delle microonde.

• Risposta: L'ingegneria a microonde ha anche alcune limitazioni. Parliamo di alcuni di loro.

1. Le risorse a microonde sono notevolmente più costose. Inoltre, i costi di installazione sono elevati per diversi tipi di apparecchiature.
2. I dispositivi e i sistemi a microonde sono significativi e occupano più spazio. Tuttavia, sono in corso ricerche per dispositivi che occupano meno spazio.
3. I sistemi a microonde da qualche tempo subiscono interferenze elettromagnetiche.
4. Può causare inefficienza dovuta all'energia elettrica.

Immagine di copertina di: PERSONALIZZAZIONE DELLE FINESTRE

Sudipta Roy

Ciao, sono Sudipta Roy. Ho fatto B. Tech in Elettronica. Sono un appassionato di elettronica e attualmente mi dedico al campo dell'elettronica e delle comunicazioni. Nutro un vivo interesse nell'esplorazione delle tecnologie moderne come l'intelligenza artificiale e l'apprendimento automatico. I miei scritti sono dedicati a fornire dati accurati e aggiornati a tutti gli studenti. Aiutare qualcuno ad acquisire conoscenze mi dà un immenso piacere.
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