전자레인지
Microwave
마이크로파는 각각 1000MHz와 300GHz 사이의 주파수에 해당하는 약 30cm에서 1mm의 파장을 갖는 전자기 방사선의 한 형태입니다.[1][2][3][4][5][6]서로 다른 소스는 서로 다른 주파수 범위를 마이크로파로 정의합니다. 위의 넓은 정의는 UHF, SHF 및 EHF(밀리미터파) 대역을 포함합니다.무선 주파수 공학에서 더 일반적인 정의는 1에서 100 GHz 사이의 범위입니다(0.3m에서 3mm 사이의 파장).[2]모든 경우에, 마이크로파는 최소 SHF 대역 전체(3~30GHz, 또는 10~1cm)를 포함합니다.마이크로파 범위의 주파수는 종종 IEEE 레이더 대역(S, C, X, Ku, K 또는 K 대역a) 또는 유사한 NATO 또는 EU 명칭으로 언급됩니다.
마이크로 인 마이크로웨이브의 접두사는 마이크로미터 범위의 파장을 암시하는 것이 아닙니다.오히려, 이것은 마이크로파 기술 이전에 사용되었던 전파와 비교하여, 마이크로파가 "작다는" (짧은 파장을 갖는) 것을 나타냅니다.원적외선, 테라헤르츠 방사선, 마이크로파, 초고주파 전파 간의 경계는 상당히 자의적이며 다양한 연구 분야 간에 다양하게 사용됩니다.
마이크로파는 가시광선에 의해 이동하며, 낮은 주파수의 전파와는 달리 언덕 주위에서 회절하거나, 지표면을 따라 지상파로 이동하거나, 전리층에서 반사하지 않기 때문에 지상파 마이크로파 통신 링크는 가시 지평선에 의해 약 40마일(64km)로 제한됩니다.밴드의 최고급 부분에서는 대기 중의 가스에 흡수되어 실질적인 통신 거리를 약 1킬로미터로 제한합니다.마이크로웨이브는 점대점 통신 링크, 무선 네트워크, 마이크로웨이브 무선 중계 네트워크, 레이더, 위성 및 우주선 통신, 의료 투석 및 암 치료, 원격 감지, 전파 천문학, 입자 가속기, 분광학, 산업 가열, 충돌 회피 등의 분야에서 현대 기술에 널리 사용됩니다.시스템, 차고 문 개폐기 및 키리스 엔트리 시스템, 전자레인지에서 음식을 조리할 수 있습니다.
전자기 스펙트럼
마이크로파는 전자기 스펙트럼에서 일반 전파보다 높은 주파수, 적외선보다 낮은 주파수를 차지합니다.
| 전자기 스펙트럼 | ||||
|---|---|---|---|---|
| 이름. | 파장 | 주파수(Hz) | 광자에너지(eV) | |
| 감마선 | < 0.01nm | > 30 EHz | > 124 keV | |
| 엑스레이 | 0.01nm~10nm | 30 EHz – 30 PHz | 124keV – 124eV | |
| 자외선 | 10 nm – 400 nm | 30PHz – 750THz | 124 eV – 3 eV | |
| 가시광선 | 400 nm – 750 nm | 750THz – 400THz | 3 eV – 1.7 eV | |
| 적외선 | 750nm – 1mm | 400 THz – 300 GHz | 1.7 eV – 1.24 meV | |
| 전자레인지 | 1mm – 1m | 300GHz – 300MHz | 1.24 meV – 1.24 µeV | |
| 라디오 | ≥ 1m | ≤ 300MHz | ≤ 1.24 µeV | |
전자기 스펙트럼에 대한 설명에서, 일부 정보원은 마이크로파를 전파 대역의 부분 집합인 전파로 분류하고, 다른 정보원은 마이크로파와 전파를 별개의 종류의 방사선으로 분류합니다.이것은 자의적인 구분입니다.[citation needed]
전파
마이크로파는 오로지 가시광선 경로로만 이동합니다; 더 낮은 주파수의 전파와는 달리, 그것들은 지구의 윤곽을 따르거나 전리층(하늘파)을 반사하는 지상파로서 이동하지 않습니다.[7]비록 밴드의 낮은 끝에서 그들은 유용한 수신을 위해 충분히 건물 벽을 통과할 수 있지만, 보통 첫 번째 프레넬 구역으로 가는 통행권이 요구됩니다.따라서 지구 표면에서 마이크로파 통신 링크는 시각적 지평선에 의해 약 30~40마일(48~64km)로 제한됩니다.마이크로파는 대기 중의 수분에 흡수되고, 주파수에 따라 감쇠가 증가하여 대역의 높은 끝에서 중요한 요소(비가 바래는 현상)가 됩니다.약 40GHz에서 시작하는 대기 가스 또한 마이크로파를 흡수하기 시작하므로 이 주파수 마이크로파 전송은 몇 킬로미터로 제한됩니다.스펙트럼 대역 구조는 특정 주파수에서 흡수 피크를 발생시킵니다(오른쪽 그래프 참조).100GHz 이상에서는 지구 대기에 의한 전자기 복사의 흡수가 매우 효과적이어서 대기가 소위 적외선 및 광학 윈도우 주파수 범위에서 다시 투명해질 때까지 사실상 불투명합니다.
트로포스카터
하늘로 비스듬히 향하는 마이크로파 빔에서, 빔이 대류권을 통과할 때 소량의 힘이 무작위로 흩어지게 됩니다.[7]대류권의 해당 영역에 초점을 맞춘 높은 이득 안테나가 있는 지평선 너머의 민감한 수신기가 신호를 수신할 수 있습니다.이 기술은 대류권 산란(트로포스캐터) 통신 시스템에서 0.45~5GHz 사이의 주파수에서 사용되어 지평선을 넘어 최대 300km 거리에서 통신할 수 있습니다.
안테나
마이크로파의 파장이 짧아 휴대기기용 전방향 안테나를 1~20cm 길이로 매우 작게 만들 수 있어 휴대전화, 무선전화, 노트북용 무선랜(Wi-Fi) 접속 등 무선기기와 블루투스 이어폰 등에 마이크로파 주파수가 널리 사용되고 있습니다.사용되는 안테나는 짧은 채찍 안테나, 고무 오리 안테나, 슬리브 다이폴, 패치 안테나 및 점점 더 휴대폰에 사용되는 인쇄 회로 반전 F 안테나(PIFA)를 포함합니다.
또한 파장이 짧기 때문에 직경 0.5미터에서 5미터까지의 작은 고이득 안테나를 통해 좁은 마이크로파 빔을 만들 수 있습니다.따라서 마이크로파 빔은 점대점 통신 링크 및 레이더에 사용됩니다.좁은 빔의 장점은 동일한 주파수를 사용하여 주변 장비에 간섭하지 않기 때문에 주변 송신기에서 주파수를 재사용할 수 있습니다.포물선("dish") 안테나는 마이크로파 주파수에서 가장 널리 사용되는 지향성 안테나이지만 혼 안테나, 슬롯 안테나 및 렌즈 안테나도 사용됩니다.플랫 마이크로스트립 안테나는 소비자 기기에서 점점 더 많이 사용되고 있습니다.마이크로파 주파수에서 실용적인 또 다른 지향성 안테나는 상이한 방향으로 전자적으로 조향될 수 있는 빔을 생성하는 컴퓨터 제어 안테나 배열인 위상 배열입니다.
마이크로파 주파수에서, 동축 케이블 및 병렬 와이어 라인과 같이 안테나에 저주파 전파를 운반하기 위해 사용되는 전송 라인은 과도한 전력 손실을 가지므로, 낮은 감쇄가 필요한 경우 마이크로파는 도파관(waveguides)이라는 금속 파이프에 의해 운반됩니다.도파관 구동의 높은 비용 및 유지보수 요구사항으로 인해, 많은 마이크로파 안테나에서 송신기의 출력단 또는 수신기의 RF 프론트 엔드가 안테나에 위치합니다.
설계 및 해석
전자파라는 용어는 또한 전자기학과 회로 이론에서 더 기술적인 의미를 갖습니다.[8][9]신호의 파장이 회로의 치수와 거의 같을 때 장치와 기술은 질적으로 "마이크로웨이브"로 설명될 수 있으므로, 집적 회로 이론은 부정확하며, 대신 분산 회로 요소와 전송선 이론은 설계와 분석에 더 유용한 방법입니다.
그 결과, 실제 마이크로파 회로는 저주파 전파와 함께 사용되는 이산 저항기, 커패시터 및 인덕터로부터 멀어지는 경향이 있습니다.더 낮은 주파수에서 사용되는 오픈-와이어 및 동축 전송 라인은 도파관 및 스트립라인으로 대체되고, 집중-요소 튜닝된 회로는 캐비티 공진기 또는 공진 스터브로 대체됩니다.[8]즉, 전자기파의 파장이 이를 처리하는 데 사용되는 구조물의 크기에 비해 작아지는 더 높은 주파수에서는 마이크로파 기술이 부적절해지고 광학의 방법이 사용됩니다.
마이크로웨이브 소스
고출력 마이크로웨이브 소스는 특수 진공관을 사용하여 마이크로웨이브를 생성합니다.이 장치는 전기장 또는 자기장의 영향을 받아 진공에서 전자의 탄도 운동을 이용하여 저주파 진공관과 다른 원리로 작동하며, 마그네트론(전자레인지에 사용됨), 클라이스트론, 주행파관(TWT) 및 자이로트론을 포함합니다.이러한 장치는 현재 변조 모드가 아닌 밀도 변조 모드에서 작동합니다.이것은 그들이 전자의 연속적인 흐름을 사용하는 것이 아니라 그것들을 통해 탄도적으로 날아다니는 전자의 덩어리를 기반으로 작동한다는 것을 의미합니다.
저전력 마이크로파 소스는 전계 효과 트랜지스터(적어도 더 낮은 주파수), 터널 다이오드, 건 다이오드 및 IMPAT 다이오드와 같은 고체 상태 장치를 사용합니다.[10]저전력 소스는 벤치탑 계측기, 랙마운트 계측기, 내장형 모듈 및 카드 레벨 형식으로 제공됩니다.메이서는 레이저와 유사한 원리를 사용하여 마이크로파를 증폭시키는 고체 상태의 장치이며, 이는 더 높은 주파수의 광파를 증폭시킵니다.
모든 따뜻한 물체는 온도에 따라 낮은 수준의 마이크로파 흑체 복사를 방출하므로 기상학 및 원격 감지에서는 마이크로파 방사계를 사용하여 물체 또는 지형의 온도를 측정합니다.[11]태양과[12] 카시오페아 A와 같은 다른 천문학적인 전파원은 낮은 수준의 마이크로파 복사를 방출하는데, 이것은 전파 망원경이라고 불리는 수신기를 사용하여 전파 천문학자들에 의해 연구됩니다.[11]예를 들어, 우주 마이크로파 배경 복사(CMBR)는 우주의 기원에 대한 우주론의 빅뱅 이론에 대한 주요 정보원인 빈 공간을 채우는 약한 마이크로파 잡음입니다.
전자레인지 사용
마이크로파 기술은 포인트 투 포인트 통신(즉, 비방송 용도)을 위해 광범위하게 사용됩니다.마이크로파는 전파보다 좁은 빔에 더 쉽게 초점을 맞추어서 주파수 재사용을 가능하게 하기 때문에 특히 이 용도에 적합합니다. 상대적으로 높은 주파수는 넓은 대역폭과 높은 데이터 전송률을 가능하게 합니다.그리고 안테나 크기는 전송된 주파수에 반비례하기 때문에 더 낮은 주파수에서보다 더 작습니다.마이크로파는 우주선 통신에 사용되며, 세계의 데이터, TV, 전화 통신의 많은 부분이 지상국과 통신 위성 사이의 마이크로파에 의해 장거리로 전송됩니다.마이크로파는 또한 전자레인지와 레이더 기술에 사용됩니다.
의사소통
광섬유 전송이 등장하기 전, 대부분의 장거리 전화는 AT&T Long Lines와 같은 통신사들에 의해 운영되는 마이크로파 무선 중계 링크의 네트워크를 통해 전송되었습니다.1950년대 초부터 주파수 분할 다중화를 사용하여 각각의 마이크로파 라디오 채널에서 최대 5,400개의 전화 채널을 전송했으며, 최대 70km 떨어진 다음 지점까지 홉을 위해 10개의 라디오 채널을 하나의 안테나로 결합했습니다.
Wi-Fi에 사용되는 블루투스, IEEE 802.11 규격 등의 무선랜 프로토콜도 2.4GHz ISM 대역의 마이크로파를 사용하지만, 802.11a는 5GHz 대역의 ISM 대역과 U-NII 주파수를 사용합니다.허가를 받은 장거리(최대 약 25km) 무선 인터넷 액세스 서비스는 3.5~4.0GHz 범위의 많은 국가에서 거의 10년 동안 사용되어 왔습니다.FCC는 최근[when?] 3.65GHz에 중점을 두고 미국에서 이 범위의 서비스를 제공하고자 하는 통신사들을 위해 주파수를 조정했습니다.전국의 수십 개의 서비스 제공업체가 이 대역에서 운영하기 위해 FCC로부터 라이선스를 확보하고 있거나 이미 라이선스를 받았습니다.3.65GHz 대역에서 수행할 수 있는 WIMAX 서비스는 비즈니스 고객에게 연결을 위한 또 다른 옵션을 제공합니다.
WiMAX(Worldwide Interoperability for Microwave Access)와 같은 MAN(Metropolitan area network) 프로토콜은 2GHz에서 11GHz 사이에서 동작하도록 설계된 IEEE 802.16과 같은 표준을 기반으로 합니다.상업적 구현은 2.3GHz, 2.5GHz, 3.5GHz 및 5.8GHz 범위입니다.
IEEE 802.20 또는 ATIS/ANSI HC-SDMA(iBurst 등)와 같은 표준 사양에 기반한 MBWA(Mobile Broadband Wireless Access) 프로토콜은 1.6 GHz에서 2.3 GHz 사이에서 작동하여 이동성 및 건물 내 침투 특성을 휴대 전화와 유사하지만 스펙트럼 효율성이 훨씬 더 높습니다.[13]
GSM과 같은 일부 휴대전화 네트워크는 아메리카와 다른 지역에서 각각 약 1.8 GHz와 1.9 GHz의 낮은 마이크로파/높은 UHF 주파수를 사용합니다.DVB-SH와 S-DMB는 1.452에서 1.492 GHz를 사용하며, 미국의 독점/호환 위성 라디오는 DARS에 약 2.3 GHz를 사용합니다.
마이크로파 라디오는 짧은 파장으로 인해 지향성이 높은 안테나가 더 작기 때문에 더 긴 파장(낮은 주파수)에서 보다 실용적이기 때문에 방송 및 통신 전송에 사용됩니다.또한 라디오 스펙트럼의 나머지 부분보다 마이크로파 스펙트럼의 대역폭이 더 많습니다. 300 MHz 미만의 사용 가능한 대역폭은 300 MHz 미만인 반면 300 MHz 이상의 많은 GHz를 사용할 수 있습니다.일반적으로, 마이크로웨이브는 텔레비전 뉴스에서 특별하게 장착된 밴에서 원격지에서 텔레비전 방송국으로 신호를 전송하기 위해 사용됩니다.방송 보조 서비스(BAS), 원격 픽업 유닛(RPU), 스튜디오/송신기 링크(STL) 참조.
대부분의 위성 통신 시스템은 마이크로파 스펙트럼의 C, X, K 또는a K 대역에서u 작동합니다.이러한 주파수는 혼잡한 UHF 주파수를 피하면서도 EHF 주파수의 대기 흡수량 이하에 머물면서 큰 대역폭을 허용합니다.위성 TV는 전통적인 대형 접시 고정 위성 서비스의 경우 C 대역에서 작동하거나 직송 위성의 경우u K 대역에서 작동합니다.군사 통신은 주로 X 또는 K 밴드u 링크를 통해 실행되며, K 밴드는a 밀스타에 사용됩니다.
중국의 베이더우, 미국의 위성위치확인시스템(1978년 도입), 러시아의 GLONASS는 약 1.2 GHz에서 1.6 GHz 사이의 다양한 대역의 항법 신호를 방송합니다.
레이더
레이더(Radar)는 송신기가 방사한 전파의 빔이 물체에 튕겨져 수신기로 되돌아와 물체의 위치, 범위, 속도 등을 파악할 수 있는 무선 위치 측정 기술입니다.마이크로파의 짧은 파장은 자동차, 선박, 항공기 크기의 물체에서 큰 반사를 일으킵니다.또한, 이러한 파장에서, 물체의 정확한 위치를 찾기 위해 필요한 좁은 빔 폭을 생성하기 위해 필요한 포물선 안테나와 같은 고이득 안테나는 편리하게 작으므로 물체를 스캔하기 위해 물체를 빠르게 회전시킬 수 있습니다.따라서 마이크로파 주파수가 레이더에 사용되는 주요 주파수입니다.마이크로파 레이더는 항공 교통 관제, 일기 예보, 선박의 항해, 제한 속도 집행 등의 용도로 널리 사용됩니다.장거리 레이더는 대역 상단의 대기 흡수가 범위를 제한하기 때문에 낮은 마이크로파 주파수를 사용하지만 밀리미터파는 충돌 회피 시스템과 같은 단거리 레이더에 사용됩니다.
전파천문학
천문학적인 전파원에 의해 방출되는 마이크로파; 행성, 별, 은하, 그리고 성운은 전파망원경이라고 불리는 큰 접시 안테나로 전파천문학에서 연구됩니다.전파망원경은 자연적으로 발생하는 마이크로파 방사를 받는 것 외에도 태양계의 행성에서 마이크로파를 튕겨 내도록 하거나, 달까지의 거리를 측정하거나 구름 덮개를 통해 금성의 보이지 않는 표면을 지도로 만들기 위해 활동적인 레이더 실험에 사용되어 왔습니다.
최근에 완성된 마이크로파 전파 망원경은 칠레의 5,000 미터 (16,597 피트) 고도에 위치한 Atacama Large Millimeter Array로, 밀리미터와 서브밀리미터 파장 범위에서 우주를 관찰합니다.현재까지 진행된 세계 최대 지상 천문 프로젝트로 66개 이상의 접시로 구성되어 있으며 유럽, 북미, 동아시아, 칠레의 국제적인 협력으로 만들어졌습니다.[14][15]
최근 마이크로파 전파 천문학의 주요 초점은 전파 천문학자 아르노 펜지아스와 로버트 윌슨이 1964년에 발견한 우주 마이크로파 배경 복사(CMBR) 지도를 만드는 것입니다.우주를 가득 채우고 모든 방향이 거의 같은 이 희미한 배경 복사는 빅뱅의 "유전자 복사"이며 초기 우주의 조건에 대한 정보의 원천 중 하나입니다.우주의 팽창과 냉각으로 인해 원래의 고에너지 방사선은 라디오 스펙트럼의 마이크로파 영역으로 이동되었습니다.충분히 민감한 전파망원경은 별, 은하, 또는 다른 물체와 연관되지 않은 희미한 신호로 CMBR을 탐지할 수 있습니다.[16]
난방 및 전력 사용
전자레인지는 음식물에 2.45GHz(12cm) 가까운 주파수의 전자레인지 방사선을 통과시켜 주로 물 속의 에너지를 흡수함으로써 유전체 가열을 유발합니다.전자레인지는 덜 비싼 공동 마그네트론의 개발에 따라 1970년대 후반 서양 국가에서 일반적인 주방 가전이 되었습니다.액체 상태의 물은 흡수 피크를 넓히는 많은 분자 상호작용을 가지고 있습니다.증기상에서 고립된 물 분자는 전자레인지 주파수의 거의 10배인 약 22GHz에서 흡수합니다.
마이크로파 가열은 제품을 건조하고 경화시키는 산업 공정에서 사용됩니다.
많은 반도체 처리 기술은 반응성 이온 에칭 및 플라즈마 강화 화학 기상 증착(PECVD)과 같은 목적을 위해 마이크로파를 사용하여 플라즈마를 생성합니다.
마이크로파는 가스를 플라즈마로 분해하고 매우 높은 온도로 가열하는 것을 돕기 위해 항성계와 토카막 실험용 핵융합로에 사용됩니다.주파수는 자기장 내 전자의 사이클로트론 공명에 맞춰 조정되며, 2~200 GHz 사이에 위치합니다. 따라서 흔히 ECRH(Electron Cyclotron Resonance Heating)라고 합니다.이번에 나올 ITER 열핵 원자로는[17] 최대 20MW의 170GHz 마이크로파를 사용하게 됩니다.
마이크로파를 이용하여 장거리로 전력을 전송할 수 있으며, 제2차 세계대전 이후의 연구를 수행하여 가능성을 검토했습니다.NASA는 1970년대와 1980년대 초에 마이크로파를 통해 지구 표면에 전력을 보내는 대형 태양열 어레이와 함께 태양열 발전 위성(SPS) 시스템을 사용하는 가능성을 연구하기 위해 일했습니다.
밀리미터파를 사용하여 인간 피부의 얇은 층을 견딜 수 없는 온도로 가열하여 표적이 된 사람을 멀어지게 하는 치명적이지 않은 무기가 존재합니다.95GHz 집속 빔을 2초 동안 터뜨리면 피부를 깊이 54°C(129°F)로 가열합니다.0.4 밀리미터(1 ⁄ 64인치)미 공군과 해병대는 현재 이러한 유형의 적극적 거부 시스템을 고정 설치에 사용하고 있습니다.[18]
분광학
전자파 방사는 전자 상자성 공명(EPR 또는 ESR) 분광학에서 사용되며, 일반적으로 X-밴드 영역(~9GHz)에서 일반적으로 0.3T의 자기장과 함께 사용됩니다.이 기술은 화학 시스템에서, 예컨대 자유 라디칼 또는 Cu(II)와 같은 전이 금속 이온과 같은, 쌍을 이루지 않은 전자에 대한 정보를 제공합니다.마이크로파 방사선은 또한 회전 분광법을 수행하는 데 사용되며 마이크로파 강화 전기화학에서처럼 전기화학과 결합할 수 있습니다.
마이크로파 주파수 대역
마이크로파 스펙트럼의 주파수 대역은 문자로 지정됩니다.안타깝게도 호환되지 않는 대역 지정 시스템이 여러 개 존재하며, 시스템 내에서도 일부 문자에 해당하는 주파수 범위는 서로 다른 응용 분야마다 다소 다릅니다.[19][20]문자 시스템은 제2차 세계 대전에서 레이더 세트에 사용되는 대역의 미국 극비 분류에서 비롯되었습니다. 이것이 가장 오래된 문자 시스템인 IEEE 레이더 대역의 기원입니다.영국전파협회(RSGB)가 지정한 마이크로파 주파수 대역의 한 세트는 다음 표와 같습니다.
| 라디오 밴드 | ||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| ITU | ||||||||||||
| ||||||||||||
| EU/NATO/미국 ECM | ||||||||||||
| IEEE | ||||||||||||
| 기타 TV 및 라디오 | ||||||||||||
| 지정 | 주파수범위 | 파장범위 | 일반적인 용도 |
|---|---|---|---|
| 엘밴드 | 1~2GHz | 15cm~30cm | 군용 원격측정, GPS, 휴대전화 (GSM), 아마추어 라디오 |
| 밴드 | 2~4GHz | 7.5cm~15cm | 기상레이더, 수상함 레이더, 일부 통신위성, 전자레인지, 전자레인지, 전자레인지/통신, 무선천문학, 휴대폰, 무선랜, 블루투스, 지그비, GPS, 아마추어 라디오 |
| C 밴드 | 4~8GHz | 3.75cm ~ 7.5cm | 장거리 무선통신, 무선랜, 아마추어 무선 |
| X 밴드 | 8~12GHz | 25mm ~ 37.5mm | 위성 통신, 레이더, 지상 광대역, 우주 통신, 아마추어 무선, 분자 회전 분광기 |
| K밴드u | 12~18GHz | 16.7mm ~ 25mm | 위성통신, 분자회전분광학 |
| K밴드 | 18~26.5GHz | 11.3mm ~ 16.7mm | 레이더, 위성 통신, 천문 관측, 자동차 레이더, 분자 회전 분광기 |
| K밴드a | 26.5~40GHz | 5.0mm ~ 11.3mm | 위성통신, 분자회전분광학 |
| Q밴드 | 33~50GHz | 6.0mm ~ 9.0mm | 위성 통신, 지상 마이크로파 통신, 전파 천문학, 자동차 레이더, 분자 회전 분광학 |
| U 밴드 | 40~60GHz | 5.0mm ~ 7.5mm | |
| 브이 밴드 | 50~75GHz | 4.0mm ~ 6.0mm | 밀리미터파 레이더 연구, 분자 회전 분광학 및 기타 종류의 과학 연구 |
| W 밴드 | 75~110GHz | 2.7 mm ~ 4.0 mm | 위성 통신, 밀리미터파 레이더 연구, 군사용 레이더 표적 및 추적 응용, 그리고 일부 비군사용 응용, 자동차용 레이더 |
| F밴드 | 90~140GHz | 2.1mm ~ 3.3mm | SHF 전송 : 무선천문학, 마이크로파 장치/통신, 무선랜, 대부분의 현대 레이더, 통신위성, 위성 텔레비전 방송, DBS, 아마추어 라디오 |
| D 밴드 | 110 ~ 170 GHz | 1.8mm ~ 2.7mm | EHF 전송: 전파천문학, 고주파 마이크로파 무선중계, 마이크로파 원격감지, 아마추어 무선, 지향에너지 무기, 밀리미터파 스캐너 |
다른 정의가 존재합니다.[21]
P 대역이라는 용어는 때때로 L 대역 이하의 UHF 주파수에 사용되지만 현재는 IEEE 규격 521에 따라 더 이상 사용되지 않습니다.
제2차 세계 대전 중 K 밴드에서 레이더가 처음 개발되었을 때, 근처에 (대기 중의 수증기와 산소 때문에) 흡수 밴드가 있다는 것은 알려져 있지 않았습니다.이러한 문제를 방지하기 위해 원래의 K 밴드를 하부 밴드인 K와u 상부 밴드인 K로a 나누었습니다.[22]
마이크로파 주파수 측정
마이크로파 주파수는 전자적 또는 기계적 기술에 의해 측정될 수 있습니다.
주파수 카운터 또는 고주파 헤테로다인 시스템을 사용할 수 있습니다.여기서 알려지지 않은 주파수는 저주파 발생기, 고조파 발생기 및 혼합기를 사용하여 알려진 더 낮은 주파수의 고조파와 비교됩니다.기준 소스의 정확도와 안정성에 따라 측정의 정확도가 제한됩니다.
기계적 방법은 물리적 치수와 주파수 사이에 알려진 관계가 있는 흡수파도계와 같은 조정 가능한 공진기를 필요로 합니다.
실험실 환경에서 Lecher 라인을 사용하여 평행선으로 이루어진 전송 선로의 파장을 직접 측정할 수 있으며, 그 후 주파수를 계산할 수 있습니다.유사한 기술은 슬롯형 도파관 또는 슬롯형 동축선을 사용하여 직접 파장을 측정하는 것입니다.이 장치는 프로브가 라인을 상하로 자유롭게 이동할 수 있도록 세로 방향 슬롯을 통해 라인에 삽입된 프로브로 구성됩니다.슬롯 라인은 주로 라인의 전압 정상파 비율을 측정하기 위한 것입니다.그러나, 정상파가 존재하는 경우, 이들은 또한 파장의 절반에 해당하는 노드들 사이의 거리를 측정하는 데 사용될 수 있습니다.이 방법의 정밀도는 결절 위치의 결정에 의해 제한됩니다.
건강에 미치는 영향
마이크로파는 비이온화 방사선인데, 이것은 마이크로파 광자가 X선이나 자외선과 같은 전리 방사선처럼 분자를 이온화하거나 화학적 결합을 깨거나 DNA 손상을 일으킬 만큼 충분한 에너지를 가지고 있지 않다는 것을 의미합니다.[23]"방사선"이라는 단어는 방사능이 아닌 근원에서 방사되는 에너지를 가리킵니다.마이크로파 흡수의 주된 효과는 물질을 가열하는 것입니다; 전자기장은 극성 분자를 진동시킵니다.마이크로파(또는 다른 비이온화 전자기 방사선)가 낮은 수준에서 상당한 생물학적 악영향을 미친다는 것이 결정적으로 밝혀진 것은 아닙니다.전부는 아니지만 일부 연구에서는 장기간 노출 시 발암성의 영향이 있을 수 있다고 합니다.[24]
제2차 세계 대전 동안, 레이더 시설의 방사선 경로에 있는 사람들은 마이크로파 방사선에 반응하여 딸깍 소리와 윙윙거리는 소리를 경험하는 것이 관찰되었습니다.1970년대 NASA에 의한 연구는 이것이 내이의 일부에서 열팽창에 의해 일어난다는 것을 보여주었습니다.1955년 James Lovelock 박사는 마이크로파 요법을 사용하여 0도와 1도(32도와 34도)로 냉각된 쥐를 다시 소생시킬 수 있었습니다.[25]
마이크로파 노출로 인한 부상이 발생하면 대개 체내 유전체 가열로 인해 발생합니다.눈의 수정체와 각막은 열을 전달할 수 있는 혈관이 없기 때문에 특히 취약합니다.전자 레인지 방사선에 노출되면 눈의[26] 결정 수정체에서 단백질이 변성되기 때문에 이 메커니즘에 의해 백내장이 발생할 수 있습니다(열이 달걀을 흰색으로 불투명하게 만드는 것과 같은 방식으로).많은 양의 전자 레인지 방사선에 노출되면 다른 조직에서도 열 손상이 발생할 수 있으며, 이는 수분 함량이 높은 더 깊은 조직을 가열하는 경향 때문에 즉시 분명하지 않을 수 있는 심각한 화상을 포함할 수 있습니다.
역사
헤르츠 광학
마이크로파는 1890년대에 물리학자들에 의해 "보이지 않는 빛"의 형태로 생각되는 초기의 몇몇 라디오 실험에서 처음으로 생겨났습니다.[27]제임스 클러크 맥스웰은 1873년 전자기 이론에서 결합된 전기장과 자기장이 전자기파로서 공간을 이동할 수 있다고 예측했고, 빛이 단파장의 전자기파로 구성되어 있다고 제안했습니다.1888년 독일의 물리학자 하인리히 헤르츠는 원시 스파크 갭 전파 송신기를 사용하여 전파를 생성함으로써 전자기파의 존재를 최초로 증명했습니다.[28]
헤르츠와 다른 초기 전파 연구자들은 맥스웰의 이론을 시험하기 위해 전파와 광파의 유사성을 탐구하는 데 관심이 있었습니다.그들은 UHF와 마이크로파 영역에서 단파장 전파를 생산하는 데 주력했는데, 이들은 파라핀, 황, 피치 및 와이어 회절 격자로 만들어진 프리즘 및 렌즈와 같은 준광학적 부품과 광선처럼 전파를 굴절시키고 회절시키는 와이어 회절 격자를 사용하여 실험실에서 고전적인 광학 실험을 복제할 수 있었습니다.[29]헤르츠는 최대 450 MHz까지 파동을 생성했습니다. 그의 지향성 450 MHz 송신기는 끝 사이에 스파크 갭이 있는 26 cm의 황동 막대 다이폴 안테나로 구성되었으며, 유도 코일의 고전압 펄스에 의해 구동되는 곡선 아연 시트로 구성된 포물선 안테나의 초점 라인에 매달렸습니다.[28]그의 역사적인 실험은 빛과 같은 전파가 굴절, 회절, 편광, 간섭과 정상파를 나타냄을 보여주었고,[29] 전파와 광파가 모두 맥스웰 전자기파의 형태라는 것을 증명했습니다.
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Heinrich Hertz의 450 MHz 스파크 송신기, 1888, 포물면 반사기 초점의 23 cm 쌍극자와 스파크 갭으로 구성됨
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1894년에 Jagadish Chandra Bose는 밀리미터파를 만들어낸 최초의 사람이었습니다. 그의 스파크 오실레이터(박스 오른쪽)는 3 mm 금속 볼 공진기를 사용하여 60 GHz(5 mm)파를 만들어냈습니다.
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1897년 존 앰브로즈 플레밍의 마이크로파 분광 실험은 파라핀 프리즘에 의한 1.4GHz 마이크로파의 굴절을 보여주었고 보스와 리기의 초기 실험을 복제했습니다.
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Augusto Righi의 12 GHz 스파크 오실레이터 및 수신기, 1895
1894년부터 인도의 물리학자 자가디쉬 찬드라 보스(Jagadish Chandra Bose)가 마이크로파로 최초의 실험을 수행했습니다.그는 밀리미터파를 만들어낸 최초의 사람이었습니다. 3 mm 금속 볼 스파크 발진기를 사용하여 최대 60 GHz(5 밀리미터)의 주파수를 만들어냈습니다.[30][29]보스는 또한 도파관, 혼 안테나, 그리고 그의 실험에 사용할 반도체 결정 검출기를 발명했습니다.1894년 올리버 로지와 아우구스토 리히는 각각 1.5 GHz와 12 GHz의 마이크로웨이브를 실험했는데, 이 마이크로웨이브는 작은 금속 공 스파크 공진기에 의해 생성되었습니다.[29]1895년 러시아의 물리학자 표트르 레베데프는 50GHz 밀리미터파를 생성했습니다.[29]1897년 레일리 경은 임의의 모양의 전도관과 유전체 막대를 통해 전파되는 전자기파의 수학적 경계값 문제를 해결했습니다.[31][32][33][34]도파관을 통해 전파되는 마이크로파의 모드와 차단 주파수를 제공했습니다.[28]
그러나 마이크로파는 가시광선 경로로 제한되어 있었기 때문에 시각적 지평선을 넘어 통신할 수 없었고, 스파크 송신기의 저전력은 실제 범위를 몇 마일로 제한했습니다.1896년 이후 전파통신의 발전은 지상파로서 지평선을 넘어 전리층을 반사하여 하늘파로서 이동할 수 있는 더 낮은 주파수를 사용하였으며, 마이크로파 주파수는 이 시기에 더 이상 연구되지 않았습니다.
첫번째 마이크로파 통신 실험
라디오 송신기에 사용되는 삼극 진공관(밸브) 전자 발진기는 과도한 전자 전달 시간과 전극간 용량으로 인해 수백 메가헤르츠 이상의 주파수를 생성할 수 없었기