Microonde
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Le microonde sono radiazioni elettromagnetiche con lunghezza d'onda compresa tra le gamme superiori delle onde radio e la radiazione infrarossa. Sebbene si tenda a considerarle separate dalle radioonde, le microonde sono comprese nelle parti UHF e EHF dello spettro radio, presentando comunque delle caratteristiche specifiche dovute alla loro alta frequenza. Il confine tra le microonde e le gamme di radiazioni vicine non è infatti netto e può variare a seconda dei diversi campi di studio.
Sono così chiamate perché hanno onde molto corte, comprese tra 1 m (frequenza di 300 MHz) e 1 mm (frequenza 300 GHz).
Al di sopra dei 300 GHz l'assorbimento delle radiazioni elettromagnetiche da parte dell'atmosfera terrestre è così intenso che può essere considerata opaca a queste frequenze. Ritorna però ad essere trasparente nella zona degli infrarossi e della luce visibile.
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[modifica] Produzione
Le microonde possono essere prodotte in vari modi, classificabili in due categorie: a stato solido e con tubi a vuoto.
I dispositivi a stato solido sono basati su semiconduttori (silicio o arseniuro di gallio) e possono essere transistor ad effetto campo (FET), transistor a giunzione bipolare (BJT), diodi Gunn e IMPATT. Versioni speciali dei comuni transistor sono state sviluppate per le alte frequenze. L'evoluzione per le microonde dei transistor BJT includono il heterojunction bipolar transistor (HBT), mentre le varianti dei transistor FET comprendono: MESFET, HEMT o HFET e LDMOS. I dispositivi integrati a microonde sono chiamati MMIC (monolithic microwave integrated circuit) e sono realizzati a partire da wafer di arseniuro di gallio.
I tubi a vuoto si basano sul movimento balistico degli elettroni nel vuoto sotto l'influenza di campi elettrici o magnetici di controllo. Includono: magnetron, klystron, travelling wave tube (TWT) e gyrotron.
[modifica] Utilizzi
- Ponti radio ovvero trasmissione tra antenne paraboliche terrestri, a distanze fino a centinaia di km, di segnali analogici (ad es. TV) o digitali fino a capacità di centinaia di Mbit/s. Si utilizzano normalmente frequenze comprese fra i 2 GHz ed gli 80 GHz, in bande specificamente stabilite dagli organismi regolatori nazionali ed internazionali. Le potenze utilizzate sono di pochi watt o frazioni di watt, per ogni canale (portante).
- I recenti telefoni cellulari GSM operano alla frequenza di 1,8 GHz per comunicare con la stazione radio base.
- Il forno a microonde utilizza un generatore a magnetron per produrre microonde alla frequenza di circa 2,45 GHz per cuocere il cibo. Il riscaldamento e la conseguente cottura è dovuto al fatto che le microonde causano un aumento dell'energia rotazionale delle molecole di alcune sostanze e in particolare dell'acqua. Le molecole dell'acqua infatti hanno un momento di dipolo elettrico che ha la stessa energia delle microonde. Dato che la materia organica è composta in prevalenza di acqua, il cibo può essere cucinato facilmente con questa tecnica.
- Le microonde sono utilizzate per le comunicazioni con i satelliti poiché attraversano l'atmosfera terrestre senza subire interferenze, come accade invece per le onde radio. Si ha inoltre più larghezza di banda (e quindi possibilità di trasportare più informazione) nelle microonde che non nelle onde radio.
- I Radar utilizzano le microonde per rilevare a distanza la presenza ed il movimento di oggetti.
- I protocolli di comunicazione senza fili, come il bluetooth e il IEEE 802.11 nelle varianti g e b utilizzano microonde nella banda a 2,4GHz; la variante a lavora invece a 5 GHz. In alcune nazioni sono in uso servizi di accesso ad Internet a lunga distanza (25 Km) operanti nelle frequenze tra 3,5 e 4 GHz.
- Alcuni servizi di diffusione televisiva, accesso ad Internet e telefonia su Cavo coassiale utilizzano microonde di bassa frequenza.
- Le microonde possono essere usate per trasferire energia a distanza. Durante la seconda guerra mondiale furono effettuate ricerche in questa direzione. La NASA studiò negli anni '70 e '80 un sistema di satelliti con ampi pannelli solari per produrre energia elettrica e trasferirla sulla terra per mezzo di un fascio di microonde. Questi studi furono la base dei moderni progetti di centrale solare orbitale.
- Un campo a microonde viene utilizzato per accelerare particelle cariche in alcuni tipi di cavità risonanti utilizzate negli acceleratori di particelle
- Vi sono diversi tipi di armi di nuova generazione che impiegano le microonde. Vedi armi a microonde.
[modifica] Bande di frequenza
Lo spettro delle microonde è definito solitamente nell'intervallo di frequenza compreso tra 1 GHz e 1000 GHz, ma altre definizioni includono frequenze minori. La maggior parte delle applicazioni operano tra 1 e 40 GHz.
La seguente tabella elenca la suddivisione in bande secondo la Radio Society of Great Britain (RSGB):
| Sigla della banda | Gamma di frequenza |
|---|---|
| L | 1 - 2 GHz |
| S | 2 - 4 GHz |
| C | 4 - 8 GHz |
| X | 8 - 12 GHz |
| Ku | 12 - 18 GHz |
| K | 18 - 26 GHz |
| Ka | 26 - 40 GHz |
| Q | 30 - 50 GHz |
| U | 40 - 60 GHz |
| V | 50 - 75 GHz |
| E | 60 - 90 GHz |
| W | 75 - 110 GHz |
| F | 90 - 140 GHz |
| D | 110 - 170 GHz |
Il codice P è a volte usato per le frequenze UHF sotto la banda L.
[modifica] Storia
La predizione dell'esistenza delle onde elettromagnetiche, di cui le microonde fanno parte, è dovuta a James Clerk Maxwell con le sue famose equazioni del 1864. La dimostrazione dell'esistenza avvenne nel 1888 ad opera di Heinrich Rudolf Hertz che studiò le onde radio.
Alcuni nomi di personaggi che con le loro ricerche hanno contribuito allo sviluppo delle moderne applicazioni delle microonde sono: Nikola Tesla, Guglielmo Marconi, Samuel Morse, Sir William Thomson noto come Lord Kelvin, Oliver Heaviside, Lord Rayleigh, Oliver Lodge.
Alcuni studi specifici sulle microonde e le applicazioni sono:
- Barkhausen e Kurz: Oscillatore a griglia positiva
- Hull: magnetron
- Fratelli Varian: Modulazione della velocità degli elettroni, Tubo klystron
- Randall e Boot: magnetron a cavità risonanti
[modifica] Sicurezza
Nonostante le microonde siano largamente impiegate dalla metà del XX secolo, la loro pericolosità è ancora in discussione. Al di là di questo, un rischio è ben documentato relativamente all'uso del magnetron.
La cornea dell'occhio non è percorsa da vasi sanguigni che possano raffreddarla e corre il rischio di surriscaldarsi se colpita da microonde, anche perché non è trasparente a queste lunghezze d'onda. Per questo motivo l'esposizione cronica alle microonde, esattamente come alla luce solare, può aumentare l'incidenza della cataratta in età avanzata. Se dalla luce solare ci si può difendere con occhiali da sole, non esistono protezioni simili contro le microonde.
Un forno a microonde con il portello difettoso può essere fonte di rischi. È opportuno quindi evitare di usare apparecchi danneggiati e controllare eventualmente il campo disperso con appositi strumenti. Per lo stesso motivo è bene evitare di trovarsi nel lobo di emissione dell'antenna dei potenti radar aeronautici, così come guardare direttamente e da vicino i sensori di antifurto a tecnologia radar.
L'esposizione diretta alle microonde sembra possa inoltre generare interazioni con il cervello, provocando irritabilità e mal di testa.[1] Ricerche effettuate dalla NASA nel 1970 hanno mostrato che questo possa essere causato dalla espansione termica di parti dell'orecchio interno. Si racconta che durante una riunione tra vertici russi furono usate da spie americane per creare caos e liti all'interno della sala.[senza fonte]
[modifica] Voci correlate
- Onda
- Onda elettromagnetica
- Radiazione elettromagnetica
- Lunghezza d'onda
- Frequenza
- Radiazione cosmica di fondo
[modifica] Note
- ^ Philip L. Stocklin, US Patent 4,858,612, Dec 19, 1983
[modifica] Collegamenti esterni
| Spettro elettromagnetico (Ordinato in base alla frequenza, ordine crescente) Onde radio | Microonde | Radiazione terahertz | Infrarosso | Luce visibile | Ultravioletto | Raggi X | Raggi gamma
Spettro visibile: Rosso | Arancione | Giallo | Verde | Ciano | Blu | Violetto |
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