მიკროტალღა

მიკროტალღა, მიკროტალღური გამოსხივება — არამაიონებელი ელექტრომაგნიტური გამოსხივება, რომელსაც უკავია სპექტრული არე ინფრაწითელ გამოსხივებასა და რადიოტალღებს შორის. მისი ტალღის სიგრძე მერყეობს დაახლოებით 1 მ-დან 1 მმ-მდე ინტერვალში, რაც შეესაბამება 300 მეგჰც-დან 300 გჰც-მდე სიხშირეს.Pozar, David M. (1993). Microwave Engineering Addison–Wesley Publishing Company. .Sorrentino, R. and Bianchi, Giovanni (2010) Microwave and RF Engineering, John Wiley & Sons, p. 4, .

მიკროტალღური გამოსხივების სიხშირე უფრო ზუსტად განისაზღვრება, როგორც 1-დან 100 გჰც-მდე დიაპაზონი (ტალღის სიგრძე 30 სმ-დან 3 მმ-მდე), ან 1-დან 3000 გჰც-მდე (30 სმ და 0.1 მმ) დიაპაზონი. მიკროტალღებში პრეფიქსი მიკრო- არ ნიშნავს მიკრომეტრის დიაპაზონში ტალღის სიგრძეს; პირიქით, ის მიუთითებს, რომ მიკროტალღები მცირეა (უფრო მოკლე ტალღის სიგრძე აქვთ), რადიოტექნოლოგიაში გამოყენებულ რადიოტალღებთან შედარებით.

მიკროტალღური სპექტრის სიხშირეების აღსაღნიშნავად ხშირად გამოიყენება IEEE-ს სიმბოლოები: S, C, X, Ku, K ან Ka დიაპაზონი, ან მსგავსი NATO-ს ან ევროკავშირის აღნიშვნები.

მიკროტალღები ვრცელდებიან პირდაპირი ხაზით; დაბალი სიხშირის რადიოტალღებისგან განსხვავებით, ისინი არ გარდატყდებიან ბორცვების გარშემო, არ მიჰყვებიან დედამიწის ზედაპირს მიწის ტალღების მსგავსად და არ აირეკლებიან იონოსფეროდან, ამიტომ ხმელეთის მიკროტალღური საკომუნიკაციო კავშირები შეზღუდულია ვიზუალური ჰორიზონტით დაახლოებით 64 კმ-მდე. სპექტრის ზედა ზღვარზე ისინი შთაინთქმებიან ატმოსფეროში არსებული გაზებით, რაც ზღუდავს კომუნიკაციის მანძილს დაახლოებით ერთ კილომეტრამდე.

მიკროტალღები ფართოდ გამოიყენება თანამედროვე ტექნოლოგიებში, მაგალითად, ორწერტილოვანი საკომუნიკაციო კავშირებში, უკაბელო ქსელებში, მიკროტალღური რადიორელეურ ქსელებში, რადარებში, თანამგზავრულ და კოსმოსურ ხომალდებთან კომუნიკაციაში, სამედიცინო დიათერმიასა და სიმსივნის მკურნალობაში, დისტანციურ ზონდირებაში, რადიოასტრონომიაში, ნაწილაკების ამაჩქარებლებში, სპექტროსკოპიაში, სამრეწველო გათბობაში, შეჯახების თავიდან აცილების სისტემებში, ავტოფარეხის კარის გასაღებებსა და უგასაღები შესვლის სისტემებში, ასევე მიკროტალღურ ღუმელებში საჭმლის მოსამზადებლად.

 ელექტრომაგნიტური სპექტრი 
მიკროტალღები ელექტრომაგნიტური გამოსხივების სპექტრში იკავებენ ადგილს რადიოტალღებსა და ინფრაწითელ გამოსხივებას შორის:
 ელექტრომაგნიტური სპექტრი სახელი ტალღის სიგრძე, მ  სიხშირე, ჰც  ფოტონის ენერგია, ევ გამა-გამოსხივება      < 0.01 ნმ         > 30 ეჰც  > 124 კევ      რენტგენის გამოსხივება          0.01 ნმ – 10 ნმ    30 ეჰც – 30 პჰც  124 კევ – 124 ევ ულტრაიისფერი გამოსხივება      10 ნმ – 400 ნმ   30 პჰც – 750 ტჰც    124 ევ – 3 ევ           ხილული გამოსხივება   400 ნმ – 750 ნმ  750 ტჰც – 400 ტჰც    3 ევ – 1.7 ევ         ინფრაწითელი გამოსხივება        750 ნმ – 1 მმ    400 ტჰც – 300 გჰც    1.7 ევ – 1.24 მევ  მიკროტალღური გამოსხივება      1 მმ – 1 მ     300 გჰც – 300 მეგჰც  1.24 მევ – 1.24 მკევ რადიოტალღები  ≥ 1 მ  ≤ 300 მეგჰც  ≤ 1.24 მკევ
ელექტრომაგნიტური სპექტრის აღწერილობებში, ზოგიერთი წყარო მიკროტალღებს რადიოტალღური დიაპაზონის ქვესიმრავლედ კლასიფიცირებს, ზოგი კი მიკროტალღებსა და რადიოტალღებს გამოსხივების განსხვავებულ ტიპებად განიხილავს. 

 სიხშირის დიაპაზონები 
მიკროტალღურ სპექტრში სიხშირეების დიაპაზონები ასოებით არის აღნიშნული. არსებობს რამდენიმე შეუთავსებელი დიაპაზონების აღნიშვნის სისტემა, ასევე სისტემის შიგნითაც კი, ზოგიერთი ასოს შესაბამისი სიხშირის დიაპაზონები გარკვეულწილად განსხვავდება სხვადასხვა სფეროში გამოყენების მიხედვით. ასოების სისტემა სათავეს მეორე მსოფლიო ომიდან იღებს, რომელიც აშშ-ს მიერ საიდუმლოდ იყო შედგენილი; აღნიშნული საფუძვლად დაედო IEEE რადარის ზოლების წარმოშობას. დიდი ბრიტანეთის რადიო საზოგადოების (RSGB) მიერ მიკროტალღური სიხშირის ზოლების აღნიშვნის ნაკრები ქვემოთ არის მოცემული:

+ მიკროტალღური სიხშირის დიაპაზონები აღნიშვნა  სიხშირის დიაპაზონი  ტალღის სიგრძის დიაპაზონი  გამოყენების არეალი L დიაპაზონი  1 – 2 გჰც  15 სმ – 30 სმ სამხედრო ტელემეტრია, GPS, მობილური ტელეფონები (GSM), სამოყვარულო რადიო S დიაპაზონი  2 – 4 გჰც  7.5 სმ – 15 სმ ამინდის რადარი, ზედაპირული გემის რადარი, ზოგიერთი საკომუნიკაციო თანამგზავრი, მიკროტალღური ღუმელები, მიკროტალღური მოწყობილობები/კომუნიკაციები, რადიო ასტრონომია, მობილური ტელეფონები, უკაბელო LAN, Bluetooth, ZigBee, GPS, სამოყვარულო რადიო C დიაპაზონი  4 – 8 გჰც  3.75 სმ – 7.5 სმ საქალაქთაშორისო რადიო ტელეკომუნიკაცია, უკაბელო LAN, სამოყვარულო რადიო X დიაპაზონი  8 – 12 გჰც  25 მმ – 37.5 მმ სატელიტური კომუნიკაციები, რადარი, ხმელეთის ფართოზოლოვანი, კოსმოსური კომუნიკაციები, სამოყვარულო რადიო, მოლეკულური ბრუნვის სპექტროსკოპია Ku დიაპაზონი  12 – 18 გჰც  16.7 მმ – 25 მმ სატელიტური კომუნიკაციები, მოლეკულური ბრუნვის სპექტროსკოპია K დიაპაზონი  18 – 26.5 გჰც  11.3 მმ – 16.7 მმ რადარი, სატელიტური კომუნიკაციები, ასტრონომიული დაკვირვებები, საავტომობილო რადარი, მოლეკულური ბრუნვის სპექტროსკოპია Ka დიაპაზონი  26.5 – 40 გჰც  5.0 მმ – 11.3 მმ სატელიტური კომუნიკაციები, მოლეკულური ბრუნვის სპექტროსკოპია Q დიაპაზონი  33 – 50 გჰც  6.0 მმ – 9.0 მმ სატელიტური კომუნიკაციები, ხმელეთის მიკროტალღური კომუნიკაციები, რადიო ასტრონომია, საავტომობილო რადარი, მოლეკულური ბრუნვის სპექტროსკოპია U დიაპაზონი  40 – 60 გჰც  5.0 მმ – 7.5 მმ V დიაპაზონი  50 – 75 გჰც  4.0 მმ – 6.0 მმ მილიმეტრიანი ტალღის რადარის კვლევა, მოლეკულური ბრუნვის სპექტროსკოპია და სხვა სახის სამეცნიერო კვლევა W დიაპაზონი  75 – 110 გჰც  2.7 მმ – 4.0 მმ სატელიტური კომუნიკაციები, მილიმეტრიანი ტალღის რადარის კვლევა, სამხედრო რადარის დამიზნებისა და თვალთვალის აპლიკაციები და ზოგიერთი არასამხედრო პროგრამა, საავტომობილო რადარი F დიაპაზონი  90 – 140 გჰც  2.1 მმ – 3.3 მმ SHF გადაცემები: რადიო ასტრონომია, მიკროტალღური მოწყობილობები/კომუნიკაციები, უკაბელო LAN, ყველაზე თანამედროვე რადარები, საკომუნიკაციო თანამგზავრები, სატელიტური ტელევიზიის მაუწყებლობა, DBS, სამოყვარულო რადიო D დიაპაზონი  110 – 170 გჰც  1.8 მმ – 2.7 მმ EHF გადაცემები: რადიო ასტრონომია, მაღალი სიხშირის მიკროტალღური რადიო რელე, მიკროტალღური დისტანციური ზონდირება, სამოყვარულო რადიო, მიმართული ენერგიის იარაღი, მილიმეტრიანი ტალღის სკანერი

არსებობს სხვა განმარტებებიც.See , , Letter Designations of Microwave Bands.

ტერმინი P დიაპაზონი ზოგჯერ გამოიყენება L დიაპაზონის ქვემოთ მდებარე UHF სიხშირეებისთვის, მაგრამ ამჟამად IEEE Std 521-ის მიხედვით მოძველებულია.

როდესაც რადარები პირველად შეიქმნა K დიაპაზონში მეორე მსოფლიო ომის დროს, არ იყო ცნობილი, რომ არსებობდა ახლომდებარე შთანთქმის დიაპაზონი (ატმოსფეროში წყლის ორთქლისა და ჟანგბადის გამო). ამ პრობლემის თავიდან ასაცილებლად, თავდაპირველი K დიაპაზონი დაიყო ქვედა დიაპაზონად — Ku, და ზედა დიაპაზონად — Ka.Skolnik, Merrill I. (2001) Introduction – Radar Systems, Third Ed., p. 522, McGraw Hill. 1962 Edition full text

 გავრცელება
მიკროტალღები მხოლოდ ხედვის ხაზით მოძრაობენ; დაბალი სიხშირის რადიოტალღებისგან განსხვავებით, ისინი არ მოძრაობენ მიწის ტალღების სახით, რომლებიც დედამიწის კონტურს მიჰყვებიან ან იონოსფეროდან (ცის ტალღები) არ აირეკლებიან. მიუხედავად იმისა, რომ დიაპაზონის დაბალ ბოლოში მათ შეუძლიათ შენობის კედლების გავლა სასარგებლო მიღებისთვის, როგორც წესი, საჭიროა პირველი ფრენელის ზონამდე გაწმენდილი გზის ზოლები. ამიტომ, დედამიწის ზედაპირზე, მიკროტალღური საკომუნიკაციო კავშირები ვიზუალური ჰორიზონტით შემოიფარგლება დაახლოებით 48-64 კმ-ით. მიკროტალღები შთაინთქმება ატმოსფეროში არსებული ტენით და შესუსტება იზრდება სიხშირის მატებასთან ერთად, რაც მნიშვნელოვან ფაქტორად იქცევა (წვიმის შესუსტება) დიაპაზონის მაღალ ბოლოში. დაახლოებით 40 გჰც-დან დაწყებული, ატმოსფერული აირები ასევე იწყებენ მიკროტალღების შთანთქმას, ამიტომ ამ სიხშირის ზემოთ მიკროტალღური გადაცემა რამდენიმე კილომეტრით შემოიფარგლება. სპექტრული დიაპაზონის სტრუქტურა იწვევს შთანთქმის პიკებს კონკრეტულ სიხშირეებზე. 100 გჰც-ზე მეტი სიხშირის შემთხვევაში, დედამიწის ატმოსფეროს მიერ ელექტრომაგნიტური გამოსხივების შთანთქმა იმდენად ეფექტურია, რომ ის ფაქტობრივად გაუმჭვირვალეა მანამ, სანამ ატმოსფერო კვლავ გამჭვირვალე არ გახდება ე.წ. ინფრაწითელი და ოპტიკური ფანჯრის სიხშირის დიაპაზონებში.

 ტროპოგაფანტვა 
ცისკენ მიმართული კუთხით მიმართული მიკროტალღური სხივის დროს, სიმძლავრის მცირე რაოდენობა შემთხვევით გაიფანტება ტროპოსფეროში სხივის გავლისას. ჰორიზონტს მიღმა მგრძნობიარე მიმღებს, რომელსაც ტროპოსფეროს ამ არეალზე ფოკუსირებული მაღალი გამაძლიერებელი ანტენა აქვს, შეუძლია სიგნალის აღება. ეს ტექნიკა გამოიყენება 0.45-დან 5 გჰც-მდე სიხშირეებზე ტროპოსფერულ გაფანტვის (ტროპოგაფანტვის) საკომუნიკაციო სისტემებში ჰორიზონტს მიღმა 300 კმ-მდე მანძილზე კომუნიკაციისთვის.

 ანტენები

მიკროტალღური გამოსხივების მოკლე ტალღის სიგრძე საშუალებას იძლევა, პორტატული მოწყობილობებისთვის განკუთვნილი ყოვლისმიმართულებითი ანტენები ძალიან პატარა, 1-დან 20 სანტიმეტრამდე სიგრძის იყოს, ამიტომ მიკროტალღური სიხშირეები ფართოდ გამოიყენება უკაბელო მოწყობილობებისთვის, როგორიცაა მობილური ტელეფონები, უსადენო ტელეფონები და ლეპტოპებისთვის განკუთვნილი უკაბელო ლოკალური ქსელების (Wi-Fi) წვდომის ქსელები და Bluetooth ყურსასმენები.

მათი მოკლე ტალღის სიგრძე ასევე საშუალებას იძლევა, მიკროტალღური გამოსხივების ვიწრო სხივები წარმოიქმნას მოსახერხებლად მცირე, ნახევარი მეტრიდან 5 მეტრამდე დიამეტრის მაღალი გამაძლიერებელი ანტენებით. ამიტომ, მიკროტალღური გამოსხივების სხივები გამოიყენება წერტილოვანი საკომუნიკაციო კავშირებისთვის და რადარისთვის. ვიწრო სხივების უპირატესობა ის არის, რომ ისინი არ ერევა იმავე სიხშირის გამოყენებით ახლომდებარე აღჭურვილობას, რაც საშუალებას აძლევს ახლომდებარე გადამცემებს ხელახლა გამოიყენონ სიხშირე. პარაბოლური („თეფის“) ანტენები ყველაზე ფართოდ გამოყენებული ანტენებია მიკროტალღურ სიხშირეებზე, მაგრამ ასევე გამოიყენება რქისებრი ანტენები, სლოტიანი ანტენები და ლინზებიანი ანტენები. ბრტყელი მიკროზოლიანი ანტენები სულ უფრო ხშირად გამოიყენება სამომხმარებლო მოწყობილობებში. 

მიკროტალღურ სიხშირეებზე, დაბალი სიხშირის რადიოტალღების ანტენებამდე და ანტენებიდან გადასატანად გამოყენებული გადამცემი ხაზები, როგორიცაა კოაქსიალური კაბელი და პარალელური მავთულის ხაზები, განიცდის სიმძლავრის ზედმეტ დანაკარგებს, ამიტომ, როდესაც საჭიროა დაბალი შესუსტება, მიკროტალღები გადაიცემა ლითონის მილებით, რომლებსაც ტალღის გამტარები ეწოდება. ტალღის გამტარების მაღალი ღირებულებისა და მოვლა-პატრონობის მოთხოვნების გამო, ბევრ მიკროტალღურ ანტენაში გადამცემის გამომავალი ეტაპი ან მიმღების RF წინა მხარე მდებარეობს ანტენაზე.

 დიზაინი და ანალიზი 
ტერმინ „მიკროტალღურს“ ელექტრომაგნეტიზმისა და ელექტრული წრედების თეორიაში უფრო ტექნიკური მნიშვნელობაც აქვს. აპარატურა და ტექნიკა შეიძლება თვისობრივად აღიწეროს, როგორც „მიკროტალღური“, როდესაც სიგნალების ტალღის სიგრძეები დაახლოებით იგივეა, რაც წრედის ზომები, ამიტომ გაერთიანებული ელემენტების წრედის თეორია არაზუსტია და ამის ნაცვლად განაწილებული წრედის ელემენტები და გადამცემი ხაზის თეორია უფრო სასარგებლო მეთოდებია დიზაინისა და ანალიზისთვის.

შედეგად, პრაქტიკული მიკროტალღური წრედები, როგორც წესი, შორდებიან დაბალი სიხშირის რადიოტალღებთან გამოყენებულ დისკრეტულ რეზისტორებს, კონდენსატორებსა და ინდუქტორებს. დაბალ სიხშირეებზე გამოყენებული ღია მავთულის და კოაქსიალური გადამცემი ხაზები იცვლება ტალღის გამტარებით და ზოლიანი ხაზით, ხოლო გაერთიანებული ელემენტების რეგულირებადი წრედები ღრუ რეზონატორებით ან რეზონანსული შტამპებით. თავის მხრივ, კიდევ უფრო მაღალ სიხშირეებზე, სადაც ელექტრომაგნიტური ტალღების ტალღის სიგრძე მცირე ხდება მათი დამუშავებისთვის გამოყენებული სტრუქტურების ზომასთან შედარებით, მიკროტალღური ტექნიკა არაადეკვატური ხდება და გამოიყენება ოპტიკის მეთოდები.

 მოწყობილობები
მიკროტალღური ტექნოლოგია ფართოდ გამოიყენება წერტილოვანი ტელეკომუნიკაციებისთვის (ანუ არამაუწყებლობისთვის). მიკროტალღური ღუმელები განსაკუთრებით შესაფერისია ამ გამოყენებისთვის, რადგან ისინი უფრო ადვილად ფოკუსირდებიან უფრო ვიწრო სხივებზე, ვიდრე რადიოტალღები, რაც სიხშირის ხელახლა გამოყენების საშუალებას იძლევა; მათი შედარებით მაღალი სიხშირეები ფართო გამტარობისა და მაღალი მონაცემთა გადაცემის სიჩქარის საშუალებას იძლევა, ხოლო ანტენის ზომები უფრო მცირეა, ვიდრე დაბალ სიხშირეებზე, რადგან ანტენის ზომა უკუპროპორციულია გადაცემული სიხშირისა. მიკროტალღური ღუმელები გამოიყენება კოსმოსური ხომალდების კომუნიკაციაში და მსოფლიოში მონაცემთა, ტელევიზიისა და სატელეფონო კომუნიკაციების დიდი ნაწილი გადაიცემა დიდ მანძილზე მიკროტალღური ღუმელებით მიწისზედა სადგურებსა და საკომუნიკაციო თანამგზავრებს შორის. მიკროტალღური ღუმელები ასევე გამოიყენება მიკროტალღურ ღუმელებსა და რადარის ტექნოლოგიაში.

 კომუნიკაცია 

ადრე, ინფორმაციის ოპტიკურ-ბოჭკოვან გადაცემამდე, შორ მანძილზე სატელეფონო ზარების უმეტესობა ხორციელდებოდა მიკროტალღური რადიკავშირების ქსელებით, რომლებსაც ისეთი ოპერატორები ახორციელებდნენ, როგორიცაა AT&T Long Lines. 1950-იანი წლების დასაწყისიდან, სიხშირის გაყოფა გამოიყენებოდა თითოეულ მიკროტალღურ რადიოარხზე 5400-მდე სატელეფონო არხის გასაგზავნად, ათამდე რადიოარხი გაერთიანებული იყო ერთ ანტენაში, რათა გადაცემულიყო 70 კმ-მდე დაშორებულ შემდეგ ადგილს.

უკაბელო ლოკალური ქსელის პროტოკოლები, როგორიცაა Bluetooth და IEEE 802.11 სპეციფიკაციები, რომლებიც გამოიყენება Wi-Fi-სთვის, ასევე იყენებენ მიკროტალღურ ტალღებს 2.4 გჰც ISM დიაპაზონში, თუმცა 802.11a იყენებს ISM დიაპაზონს და U-NII სიხშირეებს 5 გჰც დიაპაზონში. შორ მანძილზე (დაახლოებით 25 კმ-მდე) ლიცენზირებული უსადენო ინტერნეტ წვდომის სერვისები გამოიყენება თითქმის ათი წლის განმავლობაში მრავალ ქვეყანაში 3.5-4.0 გჰც დიაპაზონში. FCC-მ ცოტა ხნის წინ გამოყო სპექტრი იმ ოპერატორებისთვის, რომლებსაც სურთ აშშ-ში ამ დიაპაზონში მომსახურების შეთავაზება - 3.65 გჰც-ზე. ქვეყნის მასშტაბით ათობით სერვისის პროვაიდერი იღებს ან უკვე მიიღო ლიცენზია FCC-სგან ამ დიაპაზონში მუშაობისთვის. 

მეტროპოლიტენის ქსელის (MAN) პროტოკოლები, როგორიცაა WiMAX (მიკროტალღური წვდომის მსოფლიო თავსებადობა), ეფუძნება ისეთ სტანდარტებს, როგორიცაა IEEE 802.16, რომლებიც შექმნილია 2-დან 11 გჰც-მდე მუშაობისთვის. კომერციული რეალიზებულია 2.3 გჰც, 2.5 გჰც, 3.5 გჰც და 5.8 გჰც დიაპაზონებში.

მობილური ფართოზოლოვანი უსადენო წვდომის (MBWA) პროტოკოლები, რომლებიც დაფუძნებულია სტანდარტების სპეციფიკაციებზე, როგორიცაა IEEE 802.20 ან ATIS/ANSI HC-SDMA (მაგალითად, iBurst), მუშაობენ 1.6-დან 2.3 გჰც-მდე სიხშირეზე, რათა უზრუნველყონ მობილურ ტელეფონებთან მსგავსი მობილურობისა და შენობაში შეღწევადობის მახასიათებლები, მაგრამ გაცილებით მაღალი სპექტრული ეფექტურობით.

ზოგიერთი მობილური ტელეფონის ქსელი, როგორიცაა GSM, იყენებს დაბალი მიკროტალღური/მაღალი UHF სიხშირეებს, შესაბამისად, დაახლოებით 1.8 და 1.9 გჰც-მდე ამერიკასა და სხვა ქვეყნებში. DVB-SH და S-DMB იყენებენ 1.452-დან 1.492 გჰც-მდე სიხშირეს, ხოლო აშშ-ში საკუთრებაში არსებული/შეუთავსებელი თანამგზავრული რადიო იყენებს დაახლოებით 2.3 გჰც-ს DARS-ისთვის.

მიკროტალღური რადიო გამოიყენება წერტილოვანი ტელეკომუნიკაციების გადაცემებში, რადგან მათი მოკლე ტალღის სიგრძის გამო, მაღალმიმართულებიანი ანტენები უფრო პატარაა და შესაბამისად, უფრო პრაქტიკული, ვიდრე ისინი იქნებოდნენ უფრო გრძელ ტალღის სიგრძეებზე (დაბალი სიხშირეები). ასევე, მიკროტალღურ სპექტრში უფრო მეტი გამტარობაა, ვიდრე რადიო სპექტრის დანარჩენ ნაწილში; 300 მეგჰც-ზე ნაკლები გამოსაყენებელი გამტარობა 300 მეგჰც-ზე ნაკლებია, მაშინ როცა ბევრი გჰც-ის გამოყენება შესაძლებელია 300 მეგჰც-ზე მეტი სიხშირის მქონე რადიოსიხშირეების შემთხვევაში. როგორც წესი, მიკროტალღები გამოიყენება ახალი ამბების ან სპორტული ღონისძიებების დისტანციურ ტრანსლირებისას, როგორც უკუკავშირის ბმული, რათა სიგნალი გადაიცეს დისტანციური ადგილიდან სატელევიზიო სადგურზე სპეციალურად აღჭურვილი ფურგონიდან.

თანამგზავრული საკომუნიკაციო სისტემების უმეტესობა მუშაობს მიკროტალღური სპექტრის C, X, Ka ან Ku დიაპაზონებში. ეს სიხშირეები საშუალებას იძლევა დიდი გამტარობის, თავიდან აიცილონ გადატვირთული UHF სიხშირეები და რჩებიან რა EHF სიხშირეების ატმოსფერული შთანთქმის ქვემოთ. თანამგზავრული ტელევიზია მუშაობს C დიაპაზონში ტრადიციული დიდი თეფშის ფიქსირებული თანამგზავრული სერვისისთვის ან Ku დიაპაზონში პირდაპირი სამაუწყებლო თანამგზავრისთვის. სამხედრო კომუნიკაციები ძირითადად ხორციელდება X ან Ku-დიაპაზონის ბმულებზე, ხოლო Ka დიაპაზონი გამოიყენება Milstar-ისთვის.

 ნავიგაცია
გლობალური ნავიგაციის თანამგზავრული სისტემები (GNSS), მათ შორის ჩინური Beidou, ამერიკული გლობალური პოზიციონირების სისტემა (დანერგილი 1978 წელს) და რუსული GLONASS, ნავიგაციურ სიგნალებს გადასცემენ სხვადასხვა დიაპაზონში, დაახლოებით 1.2 გჰც-დან 1.6 გჰც-მდე.

 რადარი 

რადარი არის რადიოლოკაციური საშუალება, რომლის მიერ გამოსხივებული რადიოტალღების სხივი აირეკლება ობიექტიდან და ბრუნდება მიმღებში, რაც საშუალებას იძლევა განისაზღვროს ობიექტის ადგილმდებარეობა, დიაპაზონი, სიჩქარე და სხვა მახასიათებლები. მიკროტალღების მოკლე ტალღის სიგრძე საშუალებას იძლევა სატრანსპორტო საშუალებების, გემების და თვითმფრინავების ზომის ობიექტებიდან დიდ არეკვლის მიღებას. ასევე, ამ ტალღის სიგრძეებზე, გამოიყენება მაღალი გამაძლიერებელი ანტენები, როგორიცაა პარაბოლური ანტენები, რომლებიც ობიექტების ზუსტი ადგილმდებარეობის დასადგენად ასხივებენ ვიწრო ზოლის ტალღას, რაც საშუალებას იძლევა მათი სწრაფად მობრუნება ობიექტების სკანირებისთვის. ამიტომ, მიკროტალღური სიხშირეები წარმოადგნენ რადარში გამოყენებულ ძირითად სიხშირეებს. მიკროტალღური რადარი ფართოდ გამოიყენება: საჰაერო მოძრაობის კონტროლისას, ამინდის პროგნოზირებისას, გემების ნავიგაციისას და სხვათა. შორ მანძილზე მოქმედი რადარები იყენებენ ქვედა მიკროტალღურ სიხშირეებს, რადგან დიაპაზონის ზედა ბოლოში ატმოსფერული შთანთქმა ზღუდავს დიაპაზონის ეფექტურობას, ამიტომ მილიმეტრიული ტალღები გამოიყენება მოკლე დიაპაზონის რადარებისთვის, როგორიცაა შეჯახების თავიდან აცილების სისტემები.

 რადიოასტრონომია 

ასტრონომიული რადიოწყაროების მიერ გამოსხივებულ მიკროტალღებს რადიოასტრონომია შესიწავლის დიდი თეფშებიანი ანტენებით, რომლებსაც რადიოტელესკოპები ეწოდება. ბუნებრივად წარმოქმნილი მიკროტალღური გამოსხივების მიღების გარდა, რადიოტელესკოპები გამოიყენება აქტიური რადარის ექსპერიმენტებში მზის სისტემის პლანეტებიდან მიკროტალღების გასაშვებად, მთვარემდე მანძილის დასადგენად ან ვენერას უხილავი ზედაპირის ღრუბლის საფარის მეშვეობით რუკის შესაქმნელად.

ბოლო დროს დასრულებული მიკროტალღური რადიოტელესკოპია ატაკამის დიდი მილიმეტრიანი მასივი, რომელიც მდებარეობს ჩილეში 5000 მეტრზე მეტ სიმაღლეზე და აკვირდება სამყაროს მილიმეტრიან და სუბმილიმეტრიან ტალღის სიგრძის დიაპაზონებში. მსოფლიოში ყველაზე დიდი ხმელეთზე დაფუძნებული ასტრონომიული პროექტი დღემდე, ის შედგება 66-ზე მეტი თეფშისგან და აშენდა ევროპის, ჩრდილოეთ ამერიკის, აღმოსავლეთ აზიისა და ჩილეს საერთაშორისო თანამშრომლობით.

ბოლოდროინდელი მნიშვნელოვანი აღმოჩენა: როდესაც მიკროტალღური რადიოასტრონომიის ფოკუსი კოსმოსური მიკროტალღური ფონური გამოსხივების (CMBR) რუკაზე იყო დატანილი, რომელიც 1964 წელს რადიოასტრონომებმა, არნო პენზიასმა და რობერტ უილსონმა აღმოაჩინეს. ეს სუსტი ფონური გამოსხივება, რომელიც ავსებს სამყაროს და თითქმის ერთნაირია ყველა მიმართულებით, დიდი აფეთქების „რელიქტური გამოსხივებაა“ და წარმოადგენს ადრეული სამყაროს პირობების შესახებ ინფორმაციის ერთ-ერთ მცირერიცხოვან წყაროს. სამყაროს გაფართოებისა და შესაბამისად, გაგრილების გამო, თავდაპირველად მაღალი ენერგიის გამოსხივება რადიოსპექტრის მიკროტალღურ რეგიონში გადაიტანეს. საკმარისად მგრძნობიარე რადიოტელესკოპებს შეუძლიათ CMBR-ის, როგორც სუსტი სიგნალის, აღმოჩენა, რომელიც არ არის დაკავშირებული არცერთ ვარსკვლავთან, გალაქტიკასთან ან სხვა ობიექტთან.

 გათბობასა და ენერგეტიკაში გამოყენება 
მიკროტალღური ღუმელი საკვებში 2.45 გჰც-ის სიხშირით გადასცემს მიკროტალღურ გამოსხივებას, რაც იწვევს დიელექტრიკულ გათბობას, ძირითადად წყალში ენერგიის შთანთქმის გზით. მიკროტალღური ღუმელები დასავლეთის ქვეყნებში სამზარეულოს საერთო ტექნიკა 1970-იანი წლების ბოლოდან გახდა. წყალს აქვს მრავალი მოლეკულური ურთიერთქმედება, რაც აფართოებს შთანთქმის პიკს. ორთქლის ფაზაში, იზოლირებული წყლის მოლეკულები მიკროტალღებს შთანთქავენ დაახლოებით 22 გჰც-ით, რაც თითქმის ათჯერ აღემატება მიკროტალღური ღუმელის სიხშირეს.

მიკროტალღური გათბობა გამოიყენება სამრეწველო პროცესებში პროდუქტების გასაშრობად და გასამაგრებლად.

მიკროტალღური ღუმელები გამოიყენება სტელარატორებსა და ტოკამაკის ექსპერიმენტულ შერწყმის რეაქტორებში, რათა დაეხმარონ აირის პლაზმად დაშლას და ძალიან მაღალ ტემპერატურამდე გაცხელებას. სიხშირე მაგნიტურ ველში ელექტრონების ციკლოტრონულ რეზონანსზეა მორგებული, 2-200 გჰც დიაპაზონში, ამიტომ მას ხშირად ელექტრონული ციკლოტრონული რეზონანსული გათბობას (ECRH) უწოდებენ. ITER თერმობირთვული რეაქტორი, რომლის ამუშავებასაც ცდილობენ გამოიყენებს 20 მეგავატამდე სიმძლავრის 170 გჰც მიკროტალღურ ტალღებს.

მიკროტალღების გამოყენება შესაძლებელია ენერგიის დიდ დისტანციებზე გადასაცემად. მეორე მსოფლიო ომის შემდეგ ჩატარდა კვლევები აღნიშნული შესაძლებლობების შესასწავლად. 

არსებობს ნაკლებად ლეტალური იარაღი, რომელიც იყენებს მილიმეტრულ ტალღებს ადამიანის კანის თხელი ფენის აუტანელ ტემპერატურამდე გასათბობად, რათა ადამიანი იძულებული გახდეს შეცვალო ლაოკაცია. ამჟამად, აშშ-ის საჰაერო ძალები და საზღვაო ქვეითები ამ ტიპის აქტიური უარყოფის სისტემას იყენებენ სტაციონარულ დანადგარებში.Silent Guardian Protection System. Less-than-Lethal Directed Energy Protection. raytheon.com

 სპექტროსკოპია
მიკროტალღური გამოსხივება გამოიყენება ელექტრონულ პარამაგნიტურ რეზონანსში (EPR ან ESR) სპექტროსკოპიაში, როგორც წესი, X-დიაპაზონის რეგიონში (~9 გჰც) 0.3 ტ მაგნიტურ ველებთან ერთად. ეს ტექნიკა იძლევა ინფორმაციას ქიმიურ სისტემებში შეუწყვილებელი ელექტრონების შესახებ, როგორიცაა თავისუფალი რადიკალები ან გარდამავალი ლითონის იონები, როგორიცაა Cu(II). მიკროტალღური გამოსხივება ასევე გამოიყენება ბრუნვითი სპექტროსკოპიის შესასრულებლად და შეიძლება გაერთიანდეს ელექტროქიმიასთან, მაგალითად, მიკროტალღური გაძლიერებული ელექტროქიმიის დროს.

 სიხშირის გაზომვა 
მიკროტალღური სიხშირის გაზომვა შესაძლებელია როგორც ელექტრონული, ასევე მექანიკური საშუალებით.

შესაძლებელია სიხშირის მრიცხველების ან მაღალი სიხშირის ჰეტეროდინური სისტემების გამოყენება. აქ უცნობი სიხშირე შედარებულია ცნობილი დაბალი სიხშირის ჰარმონიკებთან დაბალი სიხშირის გენერატორის, ჰარმონიული გენერატორის და მიქსერის გამოყენებით. გაზომვის სიზუსტე შეზღუდულია საცნობარო წყაროს სიზუსტითა და სტაბილურობით.

მექანიკური მეთოდებისთვის საჭიროა რეგულირებადი რეზონატორი, როგორიცაა შთანთქმის ტალღის მრიცხველი, რომელსაც აქვს ცნობილი კავშირი ფიზიკურ განზომილებასა და სიხშირეს შორის.

ლაბორატორიულ პირობებში, ლეხერის ხაზების გამოყენება შესაძლებელია პარალელური მავთულებისგან დამზადებულ გადამცემ ხაზზე ტალღის სიგრძის პირდაპირ გასაზომად, რის შემდეგაც შესაძლებელია სიხშირის გამოთვლა. მსგავსი ტექნიკაა ჭრილიანი ტალღის გამტარის ან ჭრილიანი კოაქსიალური ხაზის გამოყენება ტალღის სიგრძის პირდაპირ გასაზომად. ეს მოწყობილობები შედგება ზონდისგან, რომელიც შეყვანილია ხაზში გრძივი ჭრილის მეშვეობით, რათა ზონდს თავისუფლად შეეძლოს ხაზზე ზევით-ქვევით გადაადგილება. ჭრილიანი ხაზები ძირითადად განკუთვნილია ხაზზე ძაბვის მდგომი ტალღის თანაფარდობის გასაზომად. თუმცა, იმ პირობით, რომ არსებობს მდგომი ტალღა, ისინი ასევე შეიძლება გამოყენებულ იქნას კვანძებს შორის მანძილის გასაზომად, რომელიც ტოლია ტალღის სიგრძის ნახევრის. ამ მეთოდის სიზუსტე შემოიფარგლება კვანძების მდებარეობის განსაზღვრით.

 ზეგავლენა ჯანმრთელობაზე 
მიკროტალღა არამაიონებელი გამოსხივებაა, რაც ნიშნავს, რომ მიკროტალღური ფოტონები არ შეიცავს საკმარის ენერგიას მოლეკულების იონიზაციისთვის, ქიმიური ბმების გაწყვეტისთვის ან დნმ-ის დაზიანებისთვის, როგორც ეს შეუძლია მაიონებელ გამოსხივებას, როგორიცაა რენტგენული ან ულტრაიისფერი გამოსხივება. სიტყვა „გამოსხივება“ ეხება წყაროდან გამოსხივებულ ენერგიას და არა რადიოაქტიურობას. მიკროტალღური გამოსხივების შთანთქმის მთავარი ეფექტი მასალების გაცხელებაა; ელექტრომაგნიტური ველები იწვევს პოლარული მოლეკულების ვიბრაციას. არ არის დადასტურებული, რომ მიკროტალღას (ან სხვა არამაიონებელ ელექტრომაგნიტურ გამოსხივებას) აქვთ მნიშვნელოვანი უარყოფითი ბიოლოგიური ეფექტები დაბალ დონეზე. ზოგიერთი, მაგრამ არა ყველა, კვლევა მიუთითებს, რომ ხანგრძლივ ზემოქმედებას შეიძლება ჰქონდეს კანცეროგენული ეფექტი.

მეორე მსოფლიო ომის დროს დაფიქსირდა, რომ რადარის დანადგარების გამოსხივების გზაზე მყოფი პირებს ესმოდათ დაწკაპუნებისა და ზუზუნის მსგავსი ხმა მიკროტალღური გამოსხივებისაგან. NASA-ს მიერ 1970-იან წლებში ჩატარებულმა კვლევამ აჩვენა, რომ ეს გამოწვეული იყო შიდა ყურის ნაწილებში თერმული გაფართოებით. 

როდესაც მიკროტალღური გამოსხივების ზემოქმედებით დაზიანება ხდება, ეს ჩვეულებრივ ორგანიზმში გამოწვეული დიელექტრიკული გაცხელების შედეგია. თვალის ბროლი და რქოვანა განსაკუთრებით დაუცველია, რადგან მათ არ აქვთ სისხლძარღვები, რომლებსაც შეუძლიათ სითბოს გადატანა. მიკროტალღური გამოსხივების ზემოქმედებამ შეიძლება გამოიწვიოს კატარაქტა, რადგან მიკროტალღური გათბობა თვალის ბროლში ცილებს დენატურირებს (ისევე, როგორც სითბო კვერცხის ცილას თეთრს და გაუმჭვირვალეს ხდის). მიკროტალღური გამოსხივების დიდი დოზების ზემოქმედებამ (მაგალითად, ღუმელიდან, რომელიც დაზიანებულია ისე, რომ კარი ღიაა) შეიძლება გამოიწვიოს სითბური დაზიანება სხვა ქსოვილებშიც, სერიოზულ დამწვრობებამდე, რაც შეიძლება მაშინვე არ იყოს აშკარა, რადგან მიკროტალღური ღუმელები უფრო ღრმა ქსოვილებს უფრო მაღალი ტენიანობის შემცველობით აცხელებენ.

 ისტორია
ჰერცის ოპტიკა
მიკროტალღები პირველად 1890-იან წლებში შეიქმნა რადიოტალღების ადრეული ექსპერიმენტების დროს, ფიზიკოსების მიერ, რომლებიც მათ „უხილავი სინათლის“ ფორმად მიიჩნევდნენ. ჯეიმს კლერკ მაქსველმა თავის 1873 წლის ელექტრომაგნეტიზმის თეორიაში, რომელსაც ამჟამად მაქსველის განტოლებები ეწოდება, იწინასწარმეტყველა, რომ შეწყვილებული ელექტრული და მაგნიტური ველი შეიძლება სივრცეში ელექტრომაგნიტური ტალღის სახით გავრცელდეს და ივარაუდა, რომ სინათლე მოკლე ტალღის სიგრძის ელექტრომაგნიტური ტალღებისგან შედგებოდა. 1888 წელს გერმანელი ფიზიკოსი ჰაინრიხ ჰერცი იყო პირველი, ვინც აჩვენა ელექტრომაგნიტური ტალღების არსებობა, რადიოტალღების გენერირებით პრიმიტიული ნაპერწკლისებური განმუხტველის რადიოგადამცემის გამოყენებით.

ჰერცი და სხვა ადრეული რადიომკვლევრები დაინტერესებულნი იყვნენ რადიოტალღებსა და სინათლის ტალღებს შორის მსგავსების შესწავლით, მაქსველის თეორიის შესამოწმებლად. ისინი ფოკუსირებულნი იყვნენ მოკლე ტალღის სიგრძის რადიოტალღების წარმოქმნაზე UHF და მიკროტალღურ დიაპაზონებში, რომლითაც მათ შეეძლოთ კლასიკური ოპტიკის ექსპერიმენტების კოპირება თავიანთ ლაბორატორიებში, კვაზიოპტიკური კომპონენტების გამოყენებით, როგორიცაა პრიზმები და ლინზები, რომლებიც დამზადებულია პარაფინის, გოგირდის და ფისისა და მავთულის დიფრაქციული ბადეებისგან, რათა რადიოტალღები სინათლის სხივების მსგავსად გარდაეტეხათ და დიფრაქციულიყო. ჰერცი 450 მეგაჰერცამდე სიხშირის ტალღებს აწარმოებდა; მისი მიმართულებითი 450 მეგაჰერციანი გადამცემი შედგებოდა 26 სმ-იანი სპილენძის ღეროსებრი დიპოლური ანტენისგან, რომელსაც ბოლოებს შორის ნაპერწკლისებური განმუხტველი ჰქონდა, რომელიც ჩამოკიდებული იყო მოხრილი თუთიის ფურცლისგან დამზადებული პარაბოლური ანტენის ფოკუსურ ხაზზე და იკვებებოდა ინდუქციური ხვეულიდან გამომავალი მაღალი ძაბვის იმპულსებით. მისმა ისტორიულმა ექსპერიმენტებმა აჩვენა, რომ რადიოტალღები, როგორიცაა სინათლე, ავლენდა გარდატეხას, დიფრაქციას, პოლარიზაციას, ინტერფერენციას და მდგომ ტალღებს, რაც ადასტურებდა, რომ რადიოტალღები და სინათლის ტალღები ორივე მაქსველის ელექტრომაგნიტური ტალღების ფორმა იყო.

1894 წლიდან ინდოელმა ფიზიკოსმა ჯაგადიშ ჩანდრა ბოსემ ჩაატარა პირველი ექსპერიმენტები მიკროტალღურ ტალღებთან. ის იყო პირველი ადამიანი, ვინც შექმნა მილიმეტრიანი ტალღები, 3 მმ-იანი ლითონის ბურთისებრი ნაპერწკლის ოსცილატორის გამოყენებით 60 გჰც-მდე (5 მილიმეტრი) სიხშირეების გენერირებით. ბოსემ ასევე გამოიგონა ტალღგამტარი, რქისებრი ანტენები და ნახევარგამტარული კრისტალური დეტექტორები თავის ექსპერიმენტებში გამოსაყენებლად. 1894 წელს დამოუკიდებლად, ოლივერ ლოჯმა და ავგუსტო რიგიმ ექსპერიმენტები ჩაატარეს შესაბამისად 1.5 და 12 გჰც მიკროტალღურ ტალღებზე, რომლებიც გენერირებული იყო მცირე ზომის ლითონის ბურთისებრი ნაპერწკლის რეზონატორებით. რუსმა ფიზიკოსმა პიოტრ ლებედევმა 1895 წელს შექმნა 50 გჰც მილიმეტრიანი ტალღები. 1897 წელს ლორდ რეილიმ გადაჭრა ელექტრომაგნიტური ტალღების მათემატიკური სასაზღვრო ამოცანა, რომლებიც ვრცელდება გამტარ მილებსა და თვითნებური ფორმის დიელექტრიკულ ღეროებში, რომელიც იძლეოდა ტალღგამტარში მიკროტალღების გავრცელების რეჟიმებსა და გამყოფ სიხშირეს.

თუმცა, რადგან მიკროტალღური ტალღები მხოლოდ ხედვის ხაზით შემოიფარგლებოდა, მათ არ შეეძლოთ ვიზუალური ჰორიზონტის მიღმა კომუნიკაცია, ხოლო იმ დროს გამოყენებული ნაპერწკლის გადამცემების დაბალი სიმძლავრე მათ პრაქტიკულ დიაპაზონს რამდენიმე მილამდე ზღუდავდა. 1896 წლის შემდეგ რადიოკომუნიკაციის შემდგომმა განვითარებამ გამოიყენა უფრო დაბალი სიხშირეები, რომლებსაც ჰორიზონტს მიღმა შეეძლოთ მიწისქვეშა ტალღების სახით გავრცელება და იონოსფეროდან არეკლილი ცის ტალღების სახით, ხოლო მიკროტალღური სიხშირეები ამ დროს შემდგომში არ იყო შესწავლილი.

 მიკროტალღური კომუნიკაციის პირველი ცდები
მიკროტალღური სიხშირეების პრაქტიკული გამოყენება ადეკვატური წყაროების ნაკლებობის გამო მხოლოდ 1940-იან და 1950-იან წლებამდე არ მომხდარა, რადგან რადიოგადამცემებში გამოყენებული ტრიოდული ვაკუუმური მილის (სარქვლის) ელექტრონული ოსცილატორი ვერ წარმოქმნიდა რამდენიმე ასეულ მეგაჰერცზე მეტ სიხშირეებს ელექტრონების გადაადგილების დროისა და ელექტროდებს შორის ტევადობის გამო. 1930-იანი წლებისთვის ახალი პრინციპების გამოყენებით შემუშავდა პირველი დაბალი სიმძლავრის მიკროტალღური ვაკუუმური მილები; ბარკჰაუზენ-კურცის მილი და გაყოფილი ანოდური მაგნეტრონი. ამ მილებს შეეძლოთ რამდენიმე ვატის სიმძლავრის გენერირება რამდენიმე გიგაჰერცამდე სიხშირეებზე და გამოიყენებოდა მიკროტალღებთან კომუნიკაციის პირველ ექსპერიმენტებში.

1931 წელს ანდრე ს. კლავიერის ხელმძღვანელობით ანგლო-ფრანგულმა კონსორციუმმა პირველი ექსპერიმენტული მიკროტალღური რელეური კავშირი აჩვენა ლა-მანშის სრუტის გავლით, 64 კმ მანძილზე, დიდი ბრიტანეთის ქალაქ დოვერსა და საფრანგეთის ქალაქ კალეს შორის. სისტემა გადასცემდა ტელეფონიის, ტელეგრაფისა და ფაქსიმილის მონაცემებს ორმხრივი 1.7 გჰც სხივებით, ნახევარი ვატის სიმძლავრით, რომლებიც წარმოიქმნებოდა მინიატურული ბარკჰაუზენ-კურცის მილებით 3 მ ლითონის თეფშების ფოკუსში.

საჭირო იყო სიტყვა, რომელიც განასხვავებდა ამ ახალ, უფრო მოკლე ტალღის სიგრძეებს, რომლებიც ადრე „მოკლე ტალღის“ დიაპაზონში იყო გაერთიანებული, რაც 200 მეტრზე მოკლე ყველა ტალღას ნიშნავდა. ტერმინები „კვაზი-ოპტიკური ტალღები“ და „ულტრამოკლე ტალღები“ მოკლედ გამოიყენებოდა, მაგრამ არ გავრცელდა. სიტყვა „მიკროტალღა“ პირველად, როგორც ჩანს, 1931 წელს გამოიყენეს.

რადარების დახვეწა-განვითარება
მეორე მსოფლიო ომამდე და მის დროს რადარის განვითარებამ, ძირითადად საიდუმლოდ, გამოიწვია ტექნოლოგიური მიღწევები, რამაც მიკროტალღური გამოსხივება პრაქტიკული გახადა. სანტიმეტრის დიაპაზონში მიკროტალღური ტალღის სიგრძეები საჭირო იყო იმისათვის, რომ მცირე ზომის რადარის ანტენებს, რომლებიც საკმარისად კომპაქტური იყო თვითმფრინავზე მოსათავსებლად, მიეწოდებინა საკმარისად ვიწრო სხივის სიგანე მტრის თვითმფრინავების ლოკალიზაციისთვის. აღმოჩნდა, რომ რადიოტალღების გადასაცემად გამოყენებულ ტრადიციულ გადამცემ ხაზებს მიკროტალღურ სიხშირეებზე დიდი სიმძლავრის დანაკარგები ჰქონდათ და ჯორჯ საუთუორთმა Bell Labs-დან და უილმერ ბეროუმ MIT-დან დამოუკიდებლად გამოიგონეს ტალღის გამტარი 1936 წელს. ბეროუმ 1938 წელს გამოიგონა რქისებრი ანტენა, როგორც საშუალება მიკროტალღური გამოსხივების ეფექტურად გამოსასხივებლად ტალღის გამტარში ან მის გარეთ. მიკროტალღურ მიმღებში საჭირო იყო არაწრფივი კომპონენტი, რომელიც იმოქმედებდა როგორც დეტექტორი და მიქსერი ამ სიხშირეებზე, რადგან ვაკუუმურ მილებს ძალიან დიდი ტევადობა ჰქონდათ. ამ საჭიროების შესავსებად მკვლევარებმა აღადგინეს მოძველებული ტექნოლოგია, წერტილოვანი კონტაქტის კრისტალური დეტექტორი (კატის ულვაშის დეტექტორი), რომელიც საუკუნის დასაწყისში გამოიყენებოდა დემოდულატორად კრისტალურ რადიოებში ვაკუუმური მილის მიმღებების გამოგონებამდე. ნახევარგამტარული შეერთებების დაბალი ტევადობა მათ საშუალებას აძლევდა ფუნქციონირებდნენ მიკროტალღურ სიხშირეებზე. პირველი თანამედროვე სილიციუმის და გერმანიუმის დიოდები მიკროტალღური დეტექტორების სახით 1930-იან წლებში შემუშავდა და მათი განვითარების დროს შესწავლილმა ნახევარგამტარული ფიზიკის პრინციპებმა ომის შემდეგ ნახევარგამტარული ელექტრონიკის შექმნამდე მიგვიყვანა.

მიკროტალღური გამოსხივების პირველი მძლავრი წყაროები მეორე მსოფლიო ომის დასაწყისში გამოიგონეს: კლისტრონის მილი რასელისა და სიგურდ ვარიანების მიერ სტენფორდის უნივერსიტეტში 1937 წელს, ხოლო ღრუ მაგნეტრონული მილი ჯონ რენდალისა და ჰარი ბუტის მიერ ბირმინგემის უნივერსიტეტში, დიდი ბრიტანეთი, 1940 წელს. ათსანტიმეტრიანი (3 გჰც) მიკროტალღური რადარი, რომელიც მაგნეტრონული მილით იკვებებოდა, ბრიტანულ სამხედრო თვითმფრინავებზე 1941 წლის ბოლოს გამოიყენებოდა და თამაშის წესების შეცვლა აღმოჩნდა. ბრიტანეთის 1940 წელს გადაწყვეტილებამ, გაეზიარებინა თავისი მიკროტალღური ტექნოლოგია აშშ-ს მოკავშირისთვის (ტიზარდის მისია), მნიშვნელოვნად შეამცირა ომის ხანგრძლივობა. 1940 წელს მასაჩუსეტსის ტექნოლოგიურ ინსტიტუტში ფარულად დაარსებულმა MIT-ის რადიაციული ლაბორატორიამ რადარის შესასწავლად ფარულად შექმნა და მიკროტალღური გამოსხივების გამოსაყენებლად საჭირო თეორიული ცოდნის დიდი ნაწილი შექმნა. პირველი მიკროტალღური სარელეო სისტემები მოკავშირეთა სამხედროებმა ომის ბოლოს შეიმუშავეს და ევროპის თეატრში უსაფრთხო საბრძოლო კომუნიკაციის ქსელებისთვის გამოიყენეს.

გამოყენება მეორე მსოფლიო ომის შემდეგ 
მეორე მსოფლიო ომის შემდეგ, მიკროტალღური ტალღები სწრაფად იქნა კომერციულად გამოყენებული. მაღალი სიხშირის გამო, მათ ჰქონდათ ინფორმაციის გადაცემის ძალიან დიდი ტევადობა (გამტარობა); ერთი მიკროტალღური სხივი ათიათასობით სატელეფონო ზარის გადატანას შეძლებდა. 1950-იან და 60-იან წლებში აშშ-სა და ევროპაში აშენდა ტრანსკონტინენტური მიკროტალღური სარელეო ქსელები ქალაქებს შორის სატელეფონო ზარების გაცვლისა და სატელევიზიო პროგრამების გავრცელების მიზნით. ახალ სატელევიზიო მაუწყებლობის ინდუსტრიაში, 1940-იანი წლებიდან მიკროტალღური ანტენები გამოიყენებოდა მობილური საწარმოო სატვირთო მანქანებიდან სტუდიაში უკან ვიდეოარხების გადასაცემად, რამაც შესაძლებელი გახადა პირველი დისტანციური სატელევიზიო მაუწყებლობა. პირველი საკომუნიკაციო თანამგზავრები 1960-იან წლებში გაუშვეს, რომლებიც სატელეფონო ზარებს და ტელევიზიას დედამიწის ფართოდ დაშორებულ წერტილებს შორის მიკროტალღური სხივების გამოყენებით გადასცემდნენ. 1964 წელს, არნო პენზიასმა და რობერტ ვუდროუ ვილსონმა, Bell Labs-ში, ჰოლმდელში, ნიუ ჯერსიში, თანამგზავრის ანტენაში ხმაურის შესწავლისას, აღმოაჩინეს კოსმოსური მიკროტალღური ფონური გამოსხივება. მიკროტალღური რადარი გახდა ცენტრალური ტექნოლოგია, რომელიც გამოიყენება საჰაერო მოძრაობის კონტროლში, საზღვაო ნავიგაციაში, ჰაერსაწინააღმდეგო თავდაცვაში, ბალისტიკური რაკეტების აღმოჩენაში და მოგვიანებით ბევრ სხვა გამოყენებაში. რადარმა და თანამგზავრულმა კომუნიკაციამ თანამედროვე მიკროტალღური ანტენების განვითარება გამოიწვია; პარაბოლური ანტენა (ყველაზე გავრცელებული ტიპი), კაზეგრენის ანტენა, ლინზური ანტენა, სლოტიანი ანტენა და ფაზირებული მასივი.

მოკლე ტალღების უნარი, სწრაფად გააცხელოს მასალები და მოამზადოს საკვები, 1930-იან წლებში შეისწავლა ილია ე. მურომცეფმა ვესტინგჰაუსში, ხოლო 1933 წლის ჩიკაგოს მსოფლიო გამოფენაზე აჩვენა კერძების მომზადება 60 MHz რადიოგადამცემით. 1945 წელს პერსი სპენსერმა, Raytheon-ის რადარზე მომუშავე ინჟინერმა, შენიშნა, რომ მაგნეტრონული ოსცილატორიდან მიკროტალღური გამოსხივება მის ჯიბეში არსებულ კანფეტს დნობდა. მან გამოიკვლია მიკროტალღური ღუმელებით მომზადება და გამოიგონა მიკროტალღური ღუმელი, რომელიც შედგებოდა მაგნეტრონისგან, რომელიც მიკროტალღებს საკვებთან ერთად დახურულ ლითონის ღრუში აწვდიდა, რომელიც Raytheon-მა დააპატენტა 1945 წლის 8 ოქტომბერს. მათი ხარჯების გამო, მიკროტალღური ღუმელები თავდაპირველად დაწესებულებების სამზარეულოებში გამოიყენებოდა, მაგრამ 1986 წლისთვის აშშ-ში ოჯახების დაახლოებით 25%-ს ჰქონდა ერთი. მიკროტალღური გათბობა ფართოდ გამოიყენებოდა, როგორც სამრეწველო პროცესი ისეთ ინდუსტრიებში, როგორიცაა პლასტმასის წარმოება, და როგორც სამედიცინო თერაპია კიბოს უჯრედების გასანადგურებლად მიკროტალღური ჰიპერთერმიის დროს.

მოძრავი ტალღის მილი (TWT), რომელიც 1943 წელს შექმნეს რუდოლფ კომპფნერმა და ჯონ პირსმა, უზრუნველყოფდა მიკროტალღების მაღალი სიმძლავრის რეგულირებად წყაროს 50 გჰც-მდე და გახდა ყველაზე ფართოდ გამოყენებული მიკროტალღური მილი (მიკროტალღურ ღუმელებში გამოყენებული ყველგან გავრცელებული მაგნეტრონის გარდა). რუსეთში შემუშავებული გიროტრონის მილების ოჯახი მეგავატ სიმძლავრეს გამოიმუშავებდა მილიმეტრიან ტალღურ სიხშირეებამდე და გამოიყენება სამრეწველო გათბობასა და პლაზმურ კვლევაში, ასევე ნაწილაკების ამაჩქარებლებისა და ბირთვული შერწყმის რეაქტორების კვებისთვის.

მყარსხეულიანი მიკროტალღური მოწყობილობები
ნახევარგამტარული ელექტრონიკის განვითარებამ 1950-იან წლებში გამოიწვია პირველი მყარი მდგომარეობის მიკროტალღური მოწყობილობების შექმნა, რომლებიც მუშაობდნენ ახალი პრინციპით; უარყოფითი წინაღობით (ომამდელი ზოგიერთი მიკროტალღური ნათურა ასევე იყენებდა უარყოფით წინაღობას). უკუკავშირის ოსცილატორი და ორპორტიანი გამაძლიერებლები, რომლებიც გამოიყენებოდა დაბალ სიხშირეებზე, არასტაბილური გახდა მიკროტალღურ სიხშირეებზე, ხოლო უარყოფითი წინაღობის ოსცილატორები და ერთპორტიან მოწყობილობებზე, როგორიცაა დიოდები, დაფუძნებული გამაძლიერებლები უკეთ მუშაობდნენ.

იაპონელმა ფიზიკოსმა ლეო ესაკიმ 1957 წელს გამოგონილი გვირაბის დიოდი რამდენიმე მილივატიანი მიკროტალღური სიმძლავრის გენერირებას ახდენდა. მისმა გამოგონებამ მიკროტალღურ ოსცილატორებად გამოსაყენებლად უკეთესი უარყოფითი წინაღობის ნახევარგამტარული მოწყობილობების ძიება გამოიწვია, რამაც 1956 წელს ვ.ტ. რიდის და რალფ ლ. ჯონსტონის მიერ IMPATT დიოდის და 1962 წელს ჯ.ბ. განის მიერ განის დიოდის გამოგონება გამოიწვია. დიოდები დღეს ყველაზე ფართოდ გამოყენებული მიკროტალღური წყაროებია.

შეიქმნა ორი დაბალი ხმაურის მყარი მდგომარეობის უარყოფითი წინაღობის მიკროტალღური გამაძლიერებელი; 1953 წელს ჩარლზ ჰ. ტაუნსის, ჯეიმს პ. გორდონის და ჰ. ჯ. ზაიგერის მიერ გამოგონილი მაზერი და 1956 წელს მარიონ ჰაინსის მიერ შემუშავებული ვარაქტორული პარამეტრული გამაძლიერებელი. პარამეტრული გამაძლიერებელი და ლალისებრი მაზერი, რომლებიც 1958 წელს ჰ.ე.დ. სკოვილის ხელმძღვანელობით Bell Labs-ის გუნდმა გამოიგონა, რადიოტელესკოპებსა და თანამგზავრულ მიწისზედა სადგურებში დაბალი ხმაურის მიკროტალღური მიმღებებისთვის გამოიყენებოდა. მაზერმა ატომური საათების შემუშავება განაპირობა, რომლებიც დროს აფიქსირებენ ორ ენერგეტიკულ დონეს შორის ელექტრონული გადასვლისას ატომების მიერ გამოსხივებული ზუსტი მიკროტალღური სიხშირის გამოყენებით. უარყოფითი წინაღობის გამაძლიერებელი სქემებისთვის საჭირო იყო ახალი არაორმხრივი ტალღის გამტარი კომპონენტების, როგორიცაა ცირკულატორები, იზოლატორები და მიმართულების შემაერთებლები, გამოგონება. 1969 წელს კანეიუკი კუროკავამ გამოიტანა უარყოფითი წინაღობის სქემებში სტაბილურობის მათემატიკური პირობები, რომლებიც მიკროტალღური ოსცილატორის დიზაინის საფუძველს წარმოადგენდა.

მიკროტალღური ინტეგრალური სქემები
1970-იან წლებამდე მიკროტალღური მოწყობილობები და სქემები მოცულობითი და ძვირი იყო, ამიტომ მიკროტალღური სიხშირეები ზოგადად შემოიფარგლებოდა გადამცემების გამომავალი საფეხურით და მიმღებების RF წინა ბოლოთი, ხოლო სიგნალები ჰეტეროდინირებული იყო უფრო დაბალ შუალედურ სიხშირეზე დამუშავებისთვის. 1970-იანი წლებიდან დღემდე პერიოდში განვითარდა პატარა, იაფი აქტიური მყარი მდგომარეობის მიკროტალღური კომპონენტები, რომელთა დამონტაჟება შესაძლებელია მიკროსქემების დაფებზე, რაც საშუალებას აძლევს სქემებს განახორციელონ მნიშვნელოვანი სიგნალის დამუშავება მიკროტალღურ სიხშირეებზე. ამან შესაძლებელი გახადა თანამგზავრული ტელევიზიის, საკაბელო ტელევიზიის, GPS მოწყობილობების და თანამედროვე უკაბელო მოწყობილობების, როგორიცაა სმარტფონები, Wi-Fi და Bluetooth, რომლებიც უერთდებიან ქსელებს მიკროტალღების გამოყენებით.

მიკროზოლები, მიკროტალღურ სიხშირეებზე გამოსაყენებელი გადამცემი ხაზის ტიპი, გამოიგონეს დაბეჭდილ სქემებთან ერთად 1950-იან წლებში. დაბეჭდილ სქემებზე ფორმების ფართო სპექტრის იაფად დამზადების შესაძლებლობამ შესაძლებელი გახადა კონდენსატორების, ინდუქტორების, რეზონანსული შტაბების, გამყოფების, მიმართულების შემაერთებლების, დიპლექსორების, ფილტრების და ანტენების მიკროზოლური ვერსიების დამზადება, რითაც შესაძლებელი გახდა კომპაქტური მიკროტალღური სქემების აგება.

მიკროტალღურ სიხშირეებზე მომუშავე ტრანზისტორები 1970-იან წლებში შემუშავდა. ნახევარგამტარ გალიუმის არსენიდს (GaAs) გაცილებით მაღალი ელექტრონული მობილურობა აქვს, ვიდრე სილიციუმს, ამიტომ ამ მასალისგან დამზადებულ მოწყობილობებს შეუძლიათ იმუშაონ სილიციუმის მსგავსი მოწყობილობების სიხშირეზე 4-ჯერ მეტზე. 1970-იანი წლებიდან GaAs გამოიყენეს პირველი მიკროტალღური ტრანზისტორების დასამზადებლად,და მას შემდეგ ის დომინირებს მიკროტალღურ ნახევარგამტარებში. MESFET-ები (ლითონ-ნახევარგამტარული ველის ეფექტის ტრანზისტორები), სწრაფი GaAs ველის ეფექტის ტრანზისტორები, რომლებიც იყენებენ შოტკის შეერთებებს კარიბჭისთვის, შემუშავდა 1968 წლიდან და მიაღწიეს 100 გჰც-ის გამყოფ სიხშირეს და ამჟამად ყველაზე ფართოდ გამოიყენება აქტიური მიკროტალღური მოწყობილობებია. ტრანზისტორების კიდევ ერთი ოჯახი უფრო მაღალი სიხშირის ზღვრით არის HEMT (მაღალი ელექტრონული მობილურობის ტრანზისტორი), ველის ეფექტის ტრანზისტორი, რომელიც დამზადებულია ორი განსხვავებული ნახევარგამტარისგან, AlGaAs და GaAs, ჰეტეროშეერთების ტექნოლოგიის გამოყენებით, და მსგავსი HBT (ჰეტეროშეერთების ბიპოლარული ტრანზისტორი).

GaAs-ის ნახევრად იზოლირება შესაძლებელია, რაც საშუალებას იძლევა მისი გამოყენება როგორც სუბსტრატისა, რომელზეც ლითოგრაფიის საშუალებით შეიძლება პასიური კომპონენტების, ასევე ტრანზისტორების შემცველი სქემების დამზადება. 1976 წლისთვის ამან გამოიწვია პირველი ინტეგრირებული სქემების (ICs) შექმნა, რომლებიც მიკროტალღურ სიხშირეებზე ფუნქციონირებდნენ, რომლებსაც მონოლითურ მიკროტალღურ ინტეგრირებულ სქემებს (MMIC) უწოდებდნენ. სიტყვა „მონოლითური“ დაემატა მიკროზოლიანი PCB სქემებისგან განსსხვავებლად, რომლებსაც „მიკროტალღურ ინტეგრირებულ სქემებს“ (MIC) უწოდებდნენ. მას შემდეგ, ასევე შემუშავდა სილიკონის MMIC-ები. დღეს MMIC-ები ანალოგური და ციფრული მაღალი სიხშირის ელექტრონიკის სამუშაო ცხენებად იქცნენ, რაც საშუალებას იძლევა ერთჩიპიანი მიკროტალღური მიმღებების, ფართოზოლოვანი გამაძლიერებლების, მოდემების და მიკროპროცესორების წარმოების.

რესურსები ინტერნეტში

 EM Talk, Microwave Engineering Tutorials and Tools
 Millimeter Wave  and Microwave Waveguide dimension chart.

სქოლიო

კატეგორია:ელექტრომაგნიტური გამოსხივება