Mikroaallot

Mikroaallot ovat korkeataajuisia  (korkeaenergisiä)  eli nopeasti värähteleviä sähkömagneettisia radioaaltoja, jotka muodostavat ympärilleen sähkö- ja magneettikentän. Mikroaaltosäteily lähettää energiaa fotoneina eli kvantteina eli sähkömagneettisen vuorovaikutuksen välittäjähiukkasina, mitä kutsutaan värähtelyksi. Mikroaallot värähtelevät tuhansia kertoja nopeammin kuin ääniradiolähetyksiin käytettävät radioaallot, mutta hitaammin kuin lämpösäteily.
Mikroaaltojen kantama on sitä lyhyempi, mitä nopeammin ne värähtelevät, koska aallot menettävät osan energiastaan fotonin irrotessa. 
Avaruudesta tuleva luontainen taustasäteily muodostuu äärimmäisen heikosta mikroaaltosäteilystä, jonka aallonpituus vaihtelee noin millimetristä noin senttimetriin. Ihmisperäisen mikroaaltosäteilyn määrä on moninkertainen luonnon taustasäteilyyn verrattuna. Langaton viestintäteknologia tuottaa länsimaissa suurimman osan ympäristön mikroaaltosäteilystä. Matkapuhelinverkko lähettää ympäristöön jatkuvakestoista mikroaaltosäteilyä synnyttäen laajan mikroaaltoradiokentän, jonka eri osien voimakkuus vaihtelee sen mukaan, kuinka paljon mikroaaltoihin koodattua informaatiota eli niin sanottua mobiilidataa ilmassa on tarkoitus kuljettaa. Tuotetun mikroaaltokentän voimakkuus kasvaa tyypillisesti väestötiheyden, liikennemäärien ja langattoman internetin käyttöasteen kasvaessa. 
Myös televisio- ja WLAN-verkko sekä lyhyemmän kantaman Bluetooth-yhteys toimivat mikroaalloilla. Mikroaaltosäteilyä lähettäviä laitteita ovat esimerkiksi tutkat, satelliitit, mikroaaltouunit, videotykit ja langattomat mikrofonit sekä GPS-paikannusta hyödyntävät laitteet kuten  navigaattorit, aktiivisuusrannekkeet ja älypannat.

Mikroaallot Suomen ympäristössä

Ympäristön mikroaaltosäteilyn määrä on monikertaistunut etenkin 2010-luvulla mobiililaajakaistan käytön lisääntyessä. Mobiilidatan käytön vuotuinen kasvu oli 70-82 % vuosina 2010-2015. Vuonna 2015 ennustettiin, että mobiililiikenne kaksinkertaistuu seuraavien vuosien aikana muun muassa videoiden suosion kasvaessa. Matkaviestinverkon tiedonsiirtomäärä oli joulukuussa 2017 jo 20 gigabittiä henkeä kohti, mikä oli enemmän kuin missään muussa maassa. Suomessa käytettiin vuonna 2018 langatonta internettiä enemmän kuin kaikissa muissa Pohjoismaissa yhteensä. 
Tutkimuksiin perustuvien ennusteiden mukaan langaton viestiliikenne tulee kasvamaan Suomessa vähintään kahdeksankertaiseksi vuoteen 2024 mennessä. Kasvu johtuu etenkin lisääntyvästä videoiden katselusta mobiililaitteiden kautta. 
Myös säteilyn voimakkuus on kasvanut, kun korkeaenergisempiä taajuuksia on otettu käyttöön. Suomen ensimmäinen matkapuhelinjärjestelmä ARP toimi 150 megahertsin taajuisilla mikroaalloilla. NMT-teknologiaan perustuva matkapuhelinverkko käytti aluksi 450:n megahertsin taajuutta. Kun vähäenergiseen 450 megahertsin säteilyyn ei mahtunut enää niin paljon analogista informaatiota, että sillä oltaisiin kyetty vastaamaan häiriöttömästi matkapuheluiden lisääntyneeseen kysyntään, alettiin tuottaa myös korkeaenergisempää 900 megahertsin mikroaaltosäteilyä. Vuonna 2018 Suomen matkapuhelinverkoissa lähetettiin 700:n, 800:n, 900:n, 1 800:n, 2 100:n ja 2 600:n megahertsin taajuista mikroaaltosäteilyä.
Monilla Suomen alueilla alkaa toimia vuonna 2019 entistä tehokkaammilla, niin sanotuilla superkorkeilla eli millimetritaajuuksilla (SHF) toimiva 5G-verkko, jossa lähetetään aluksi 3 500 megahertsin taajuista ja muutaman vuoden päästä todennäköisesti 26–28 gigahertsin taajuista mikroaaltosäteilyä.

Mikroaaltojen tuottaminen

Mikroaaltojen tuottamiseen käytetään kiinteitä puolijohdevahvistimia tai onteloresonaattoreita eli putkivahvistimia kuten magnetronia, klystronia,  tai kulkuaaltoputkea (TWT). Sekä puolijohdevahvistimissa että putkivahvistimissa elektroneja kiihdytetään sähkökentän avulla resonaattorissa, joka saadaan resonoimaan halutulla resonanssitaajuudella. Resonoivassa komponentissa elektronit kiihtyvät ja hidastuvat (pulssittuvat) luovuttaen samalla energiaa sähkömagneettiselle kentälle.
Mikroaaltoja siirretään aaltoputkea pitkin. Aaltoputkessa on pienemmät häviöt kuin mikroaaltoja siirrettäessä koaksiaalikaapelia pitkin, ja se kestää suurempien tehojen siirtämistä.

Mikroaaltojen eteneminen ilmakehässä

Mikroaaltojen etenemistä ilmakehässä häiritsee niiden sironta ja absorptio, jota aiheuttavat kaasumolekyylit (lähinnä vesihöyry ja happi) sekä sadepisarat. Vaimeneminen on sitä suurempaa, mitä korkeampi taajuus (lyhyempi aallonpituus). Mikroaaltojen sironta sadepisaroista on säätutkan toiminnan ydin, mutta myös tiedonsiirtoon tarkoitettujen mikroaaltolinkkien kokemaa vaimenemista käytetään sateen arviointiin.

Mikroaaltojen terveysvaikutukset

Pohjoismaiset säteilyturvaviranomaiset julkaisivat vuonna 2013 kannanoton, jonka mukaan tieteelliset tutkimukset eivät olleet kyenneet näyttämään radiotaajuuksisen säteilyn aiheuttavan terveyshaittoja, jos altistus jää Pohjoismaissa käytetyn EU:n komission suosituksen alle. Kannanotossa todettiin myös, etteivät tutkimukset olleet onnistuneet osoittamaan laajemmassa skaalassa aivokasvainten ja mobiililaitteiden käytön yhteyttä. Tutkimustietoa oli kuitenkin olemassa varsin rajallisesti pitkäaikaisesti eli yli 13–15 vuotta jatkuneeseen laitteiden käyttöön liittyen. Muita kuin aivokasvainten aiheuttamia terveysriskejä selvittäneissä tutkimuksissa oli löydetty yksittäisiä linkkejä, mutta menetelmien rajoitteet estivät lopullisten päätelmien tekemisen syy-yhteyksistä. Kannanotto totesi lisäksi mobiililaitteiden tuottamien radioaaltojen pitkäaikaisten vaikutusten olevan edelleen epäselvät etenkin lasten ja nuorten osalta.
Maailman terveysjärjestö WHO toteaa edelleen kotisivuillaan, etteivät 0–300 GHz sähkömagneettisen säteilyn terveysvaikutuksista tehdyt metatutkimukset ole osoittaneet minkäänlaista yhteyttä terveyshaittoihin, kun altistus on jäänyt ICNIRP:in suositusarvojen alle.