Mikrowellen und ihre gemeinsame Verwendung in der Technologie

Von Robert Hazen, Ph.D., George Mason University

Merkmale der Mikrowellenstrahlung

Mikrowellen umfassen elektromagnetische Strahlung mit Wellenlängen von etwa einem Drittel eines Millimeters bis zu einem Drittel eines Meters oder etwa einem Fuß lang. Dieser Bereich überschneidet sich mit den kürzesten Radiowellen, und es gibt keine klare Trennung zwischen Radio und Mikrowelle. Mikrowellenfrequenzen reichen folglich aufgrund ihrer Länge von etwa einer Milliarde bis zu etwa hundert Milliarden Zyklen pro Sekunde.

Das sind ein bis hundert Gigahertz. Ein Gigahertz ist eine Milliarde Zyklen pro Sekunde. Mikrowellen werden hauptsächlich durch ein schnell oszillierendes elektrisches Feld oder Magnetfeld erzeugt und finden in Technologien eine Reihe gängiger Anwendungen.

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Mikrowellen zu Hause

Die wohl häufigste alltägliche Anwendung von Mikrowellen ist in Mikrowellenherden. Der Mikrowellenherd beruht auf der Tatsache, dass die in allen Arten von Lebensmitteln vorhandenen Wassermoleküle tatsächlich Mikrowellen einer bestimmten Frequenz, 2, 45 Gigahertz, absorbieren.

Wenn eine Frequenz von 2,45 Gigahertz an ein Wassermolekül angelegt wird, beginnt es schnell zu vibrieren und schwingt mit dieser Frequenz. Hier ist also eine Technologie, die heute zum Erhitzen von Lebensmitteln weit verbreitet ist, aber auch in vielen verschiedenen Technologien und Branchen eingesetzt wird, da andere Wellenlängen in Mikrowellen zum Erhitzen anderer Arten von Materialien verwendet werden können.

So wird es manchmal verwendet, um Materialien in synthetischen Labors und so weiter zu erhitzen. So finden Mikrowellen eine weit verbreitete Verwendung für Heizanwendungen. Die Wirkung der Erwärmung durch Mikrowellen wurde Berichten zufolge von einem Physiker namens Percy Spencer entdeckt.

Wie ein Mikrowellenherd funktioniert

Der Mikrowellenherd ist ein wunderschön gestaltetes und sehr einfaches Gerät. Es hat einen Mikrowellengenerator, der als Magnetron bezeichnet wird. Und ein Magnetron ist ein Gerät, das einfach so konstruiert ist, dass es ein Magnetfeld mit etwa zweieinhalb Gigahertz oszilliert. Diese Vorrichtung, die in einem Teil einen Oszillator aufweist, erzeugt dann Mikrowellen, die dann durch eine Leitung fokussiert und reflektiert werden.

Der Mikrowellenherd muss zwei Eigenschaften haben. Die erste ist, dass Mikrowellen von der Innenfläche reflektiert werden müssen, denn wenn die Mikrowellen in die Box strömen, streuen sie, prallen ab und werden schließlich von der Nahrung absorbiert.

Die Außenwände der Mikrowelle müssen jedoch für Mikrowellen undurchlässig sein, damit sie nicht austreten. Das andere Hauptgerät im Mikrowellenherd ist ein Magnetron, das lediglich auf die Seite dieser Box passt und Mikrowellen in die Box pumpt. So funktioniert die Mikrowelle.

Erfahren Sie mehr über Materiezustände und Zustandsänderungen.

Mikrowellen in der Kommunikation

Eine weitere wichtige Anwendung von Mikrowellen ist die Kommunikation. Mikrowellen können wie eine Taschenlampe auf einen schmalen Strahl fokussiert werden. Sie werden nicht leicht durch Luft zerstreut. Mikrowellen werden verwendet, um eine sichere und Punkt-zu-Punkt-Kommunikation zu ermöglichen, sodass Personen auf der Seite diese Übertragung nicht empfangen können.

Es ist notwendig, eine direkte Sichtlinie zur Mikrowellenkommunikation zu haben. Deshalb gibt es Mikrowellenrelais Türme Punktierung der Landschaft. Dies sind hohe Türme mit seltsamen kegelförmigen Vorrichtungen, die in die eine oder andere Richtung zeigen. Sie verbinden verschiedene Mikrowellentürme, so dass es ein Kommunikationsnetz von Mikrowellen-Relaisstationen gibt.

Übrigens verwenden die meisten Mobiltelefone an der einen oder anderen Stelle und auch die Satellitenkommunikation Mikrowellenrelais. Aber Handys können keine Punkt-zu-Punkt-Kommunikation haben, sie müssen Signale in alle Richtungen ausstrahlen, weil sich die Person bewegt. So kann jeder das Gespräch mithören, weshalb Handygespräche nicht sicher sind, obwohl die Punkt-zu-Punkt-Mikrowellenkommunikation ist.

Verwendung von Mikrowellen zur Herstellung eines Radars

Radar verwendet die Reflexion von Mikrowellen an festen Objekten. Eine Radarantenne fungiert oft sowohl als Sender als auch als Empfänger. Mikrowellen werden von dieser Schüssel ausgesendet und dann zurück in die Schüssel reflektiert. Richtungen, Entfernung und die Geschwindigkeit des Objekts können vom Radar bestimmt werden.

Modernes Militärradar ist erstaunlich. Es ist so empfindlich, dass man mit modernem Militärradar eine Stubenfliege in einer Entfernung von einer Meile aufnehmen kann. Es ist also eine sehr empfindliche Methode, die Entfernung, die Richtung und die Geschwindigkeit eines Objekts zu erfassen.

Radar kann auf verschiedene Arten blockiert werden. Eine besteht darin, einfach einen sehr intensiven Mikrowellenstrahl zu senden, der den Radardetektor überflutet. Eine andere ist, viele Stücke von glänzendem Metallmaterial fallen zu lassen, die als Reflektoren wirken und das Radar verwirren, weil es so viele verschiedene Treffer und Echos aufnimmt.

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Stealth-Technologie gegen Mikrowellen

Moderne Militärs arbeiten heutzutage an Stealth-Technologie. In den frühen Tagen hatte Stealth-Ausrüstung viele flache, glatte Oberflächen, und die flachen Oberflächen fungierten teilweise als reflektierende Spiegel für Mikrowellen. Spiegelähnliche Oberflächen sind eine Möglichkeit, ein Stealth-Aussehen zu erzielen.

Die neuere Stealth-Ausrüstung hat jedoch Mikrowellen absorbierende Materialien, die auf ihrer Oberfläche viel glatter sind. Und so funktioniert das etwas anders. In jedem Fall können Sie sich vorstellen, dass einige dieser Stealth-Kämpfer das Aussehen einer Stubenfliege bei etwa einer Meile haben. Sie sind so großartige radarabsorbierende Materialien und für Radar fast unsichtbar.

Häufige Fragen zu Mikrowellen