גלים מילימטריים

גלים מילימטריים או גמ"מ הם קרינה אלקטרומגנטית בעלת אורך גל של 1 מ"מ ועד 10 מ"מ, או לחלופין בתדר של 30 גיגה-הרץ ועד 300 גה"צ. לגמ"מ תכונות ייחודיות אשר משמשות במגוון טכנולוגיות, בהן סורק גלים מילימטריים לגילוי נשק חבוי בשדות תעופה, חיישן תאונה לרכב פרטי להתרעות התנגשות בערפל כבד, מיפוי קרינת הרקע הקוסמית החיונית להבנת היקום, ורשתות תקשורת Wi-Fi.
התכונות הראשיות המאפשרות את הטכנולוגיות הללו הן עבירות אטמוספירית גבוהה, עבירות גבוהה בחומרים פלסטיים ועבירות נמוכה במים, כל זאת בדומה לגלי מיקרו, אך אורך גל קצר בהרבה מגלי מיקרו המאפשר להקטין את ממדי המכשירים.

תכונות עבירות

בתחום הגמ"מ מספר חלונות אטמוספיריים
שבהם הקרינה עוברת תוך הנחתה נמוכה יחסית, שהם סביב תדרי 35, 94, 140 ו-220 גה"צ. למעשה רוב התחום עביר לקרינה מלבד מספר תחומי בליעה צרים, הנובעים ממים וחמצן באוויר. קרינת גמ"מ חודרת בהנחתה נמוכה גם חלקיקים קטנים המצויים באוויר, כמו אובך, ערפל, אבק וחול. במצבי גשם או שלג, לגמ"מ עבירות דומה לאור נראה, כאשר למכ"ם (גלי מיקרו) יש עבירות גבוהה. העבירות האטמוספירית בתחום הגמ"מ נעה בין עשרות מטרים ל-10 קילומטר ("עבירות" בהקשר הזה היא המרחק שבו הקרינה עוברת ניחות פי 10 מעוצמתה המקורית).
בדומה לגלי מיקרו, הקרינה חודרת חומרים רבים, בהם פלסטיקים שונים, חומרים קרמיים ובגדים, אך נבלעת ומוחזרת ממים (ולכן גם מבני אדם, בעלי חיים וצמחים) וממתכות.

קרינת גוף שחור

כל גוף פולט קרינה הנקראת קרינת גוף שחור, כאשר העוצמה תלויה באורך הגל ובטמפרטורת הגוף, על פי חוק פלאנק, וכן באמיסיביות של הגוף. לפי חוק ההסחה של וין, תדר הגל שבו שיא הקרינה, מתכונתי לטמפרטורה. שיא הקרינה מתקבל בגמ"מ כאשר הטמפרטורה היא מספר מעלות קלווין בודדות מעל האפס המוחלט. זוהי הטמפרטורה של קרינת הרקע הקוסמית ולכן תצפיות שלה נעשות בתדרי גמ"מ. על פני כדור-הארץ הטמפרטורה היא 300 קלווין ולכן מרבית הקרינה היא באורכי גל תת-אדום רחוק, סביב 10 מיקרון. למרות זאת קיימת קרינה חלשה גם בגמ"מ, שהיא חזקה מספיק כדי להיקלט בגלאים, כפי שנפרט בהמשך. עוצמת הקרינה הזו בקירוב טוב מתכונתית לטמפרטורה בתחום רחב מאוד של טמפרטורות הגוף ותדרי גמ"מ.

גלאים פאסיביים לקרינת גוף שחור

קרינה עצמית של עצמים בטמפרטורת החדר חלשה מאוד בתדר גמ"מ, ונדרשים גלאים רגישים מאוד לקליטתה. הגלאים המתאימים ביותר לחישה פאסיבית והרגישים ביותר הם מוליכי-על מקוררים לטמפרטורה של מספר מעלות קלווין. גלאים אלו בנויים על עיקרון התרמיסטור - רכיב בעל התנגדות חשמלית שתלויה בטמפרטורה. במקרה זה הגלאי בנוי על בסיס מוליך על מקורר לטמפרטורות נמוכות של מספר מעלות קלווין מעל האפס המוחלט, שבהן כל שינוי קל בטמפרטורה גורם לשינוי גדול במוליכות החשמלית. הקרינה מהטלסקופ פוגעת בגלאי ומחממת אותו במידה מזערית, הגורמת לשינוי גדול במוליכות, שנמדד היטב.
קיימים גם גלאים בטמפרטורת החדר שהם רגישים מספיק כדי לקלוט את הקרינה. הגלאים הלא-מקוררים הם התקנים של מעגלים משולבים לגמ"מ (MMIC). גלאי MMIC מורכב ממגבר דל-רעש (LNA) שהוא הרכיב הקשה ביותר לתכנון וייצור, ואחריו במעגל מצויה פוטודיודה הממירה את הפוטונים בתדר גבוה למתח חשמלי בתדר נמוך יותר, המועבר למעגל קריאה דיגיטלי. טכנולוגיות מוליכים למחצה המשמשות לייצור MMIC גמ"מ מפורטות בפרק המקורות המלאכותיים - אותן הטכנולוגיות מתאימות למקלטים ולמשדרים כאחד.

גלאים אקטיביים

גלאי אקטיבי הוא גלאי שמיועד לקלוט קרינה הבאה ממקור ידוע. לעיתים הקרינה המשודרת והנקלטת מסונכרנות (כמו במכ"ם), ולעיתים לא (כמו בתקשורת גמ"מ) אך התדר ידוע. גלאים אקטיביים נדרשים לרגישות נמוכה בהרבה, כי מקורות קרינה אקטיביים הם חזקים בהרבה מקרינת גוף שחור. במכ"ם הגלאי ישתמש בשיטת הטרודיין (heterodyne) שבה חלק מקרינת הגל המשודר נשלחת למיקסר שו היא מתאבכת עם הקרינה החוזרת, ומתקבל אות בתדר נמוך ברגישות גבוהה (רעש נמוך).
גלאים אקטיביים יכולים להיות מעגלים משולבים, רכיבים לא ליניאריים, או רכיבים בולומטריים. רכיבים לא ליניאריים ממירים אות בתדר נמוך לתדר גבוה ולהפך, כך שלאחר ההמרה ניתן לקרוא את האות בקלות. רכיבים בולומטריים מתחממים (חימום מזערי) עקב הקרינה הפוגעת, כאשר בתוכם מצוי טרמיסטור שהוא רכיב שהתנגדותו תלויה בטמפרטורה. כאשר הוא מתחמם, ההתנגדות והזרם דרכו נמדדים, ולכן נמדדת עוצמת הקרינה. רכיבים אלו לא יכולים להיות מסונכרנים ובמקרים אלו רגישותם נמוכה יותר, והם אינם יכולים למדוד את הפאזה של הגל, אך הם זולים מאוד לייצור.

מיפוי קרינת הרקע הקוסמית

קרינת הרקע הקוסמית היא קרינה בתדרי גמ"מ שמגיעה מכל מקום ביקום. תמונה של הקרינה מכילה מידע על השלבים הראשונים של היווצרות היקום. המיפוי מתבצע באמצעות מצלמת גמ"מ פאסיבית, המורכבת מטלסקופ סורק בעל רזולוציה אופטית (יכולת הבחנה) גבוהה מאוד, וגלאים פאסיביים רגישים מאוד, שתוארו למעלה. סריקת השמיים ואיסוף כל המדידות לתמונה גדולה מספקת תמונה המכילה מידע עשיר על תחילת היקום, ומאפשרת בניית מודלים קוסמולוגיים מדויקים יותר, ככל שהתמונה מפורטת ומדויקת יותר.

סריקה למציאת חפצים חשודים

מערכת כזאת נפוצה בעיקר בשדות תעופה גדולים ובכניסה לבניינים חשובים, עקב המחיר הגבוה של המכשירים. קיים מגוון רב של טכנולוגיות ומכשירים המשמשים לסריקה וסינון של אנשים. בתדרי גמ"מ בגדים הם שקופים כמעט לחלוטין, בעוד מים אינם ולכן גוף האדם נראה היטב. תכונות אלו מאפשרות לסרוק אדם מבעד לבגדים ולצלם אותו בתדר גמ"מ, כאשר כל פרט בגוף וכל חפץ זר ניתן לבחינה.

סוגיית הפרטיות

טכנולוגית גמ"מ מאפשרת לצפות באנשים מבעד לבגדים, כך שבאופן עקרוני הטכנולוגיה פוגעת קשות בפרטיות האנשים המצולמים. בארצות הברית, רשות הבטיחות בתעבורה (TSA) קבעה, בהתייחסות לכך וללחץ ציבורי שהופעל בנושא, שהמכשירים לא יציגו את התמונה הנסרקת. במקום התמונה מכשירים מסוימים מציגים רק תוצאת "סריקה נקייה" או "סריקה עם בעיה אפשרית", ולעיתים מוצגת דמות קו מתאר אנושי כללי שעליה מודגשים אזורים חשודים שנמצאו בסריקה.

סוגיית בטיחות קרינה

נושא נוסף שמעורר התנגדות ציבורית הוא נושא הקרינה. קיימים מכשירים סורקים שמקרינים כדי לשפר את איכות התמונה. קרינת גמ"מ היא קרינה בלתי מייננת, וכמו קרינה סלולרית, טרם נקבע אם במינון נמוך היא פוגעת בבריאות האדם או לאו. קיימים תקנים לעוצמת חשיפה מרבית, אך אין עדות רפואית לנזק הנגרם מחשיפה העומדת בתקן או גבוהה ממנו. החשש העיקרי הוא מכך שהקרינה אולי גורמת לסרטן, אך לא נמצאה לכך הוכחה מעבדתית או סטטיסטית.