Wat is het eerste dat in je opkomt als je de term “magnetron” hoort?”Nou, het moet de magnetron zijn die je onlangs misschien hebt gebruikt voor het opwarmen of koken van voedsel. Een magnetron is inderdaad de meest populaire toepassing van microgolfstraling; echter, als je denkt dat koken het enige is waar microgolven goed voor zijn, je bent in grote lijnen onderwaarderen hun belang in ons dagelijks leven. Voordat we andere toepassingen van microgolven bespreken, laten we eerst begrijpen wat we bedoelen met de term “magnetron?”Het zichtbare licht dat ons in staat stelt om de dingen om ons heen te zien is een deel van het elektromagnetische spectrum dat verschillende andere soorten straling bevat. In wezen zijn alle EM-stralen transversale elektrische en magnetische golven die reizen met de snelheid van het licht (alleen in de vrije ruimte) met verschillende frequenties en golflengten. Magnetron is zo ‘ n EM-straling waarvan de golflengte ligt tussen het bereik van {10}^{-3} tot {10}^{-1} meter, vandaar de naam “magnetron.”De overeenkomstige frequenties liggen tussen het bereik van {3}{×}{10}^{9} – {3}{×}{10}^{11} Hz, wat betekent dat microgolven meer energetisch zijn, en daarom zijn deze meer geschikt voor het overbrengen van signalen met minder demping tot een ver bereik. Dergelijke afmetingen hebben microgolven in de loop van de tijd inzetbaar gemaakt in verschillende toepassingen. Laten we eens kijken naar enkele toepassingen van microgolven:

1. Draadloze communicatie

draadloze communicatie is een van de meest opmerkelijke wonderen van microgolftechnologie. Laten we proberen te begrijpen hoe microgolven helpen gegevens over de hele wereld te verzenden. Wanneer u uw mobiele telefoon (of andere draadloze apparaten zoals laptops, tablets, enz.), hetzij voor het internet of het maken van een spraakoproep, het verzendt of ontvangt informatie in de vorm van onzichtbare microgolfstralen. Deze microgolven worden opgepikt door de celantenne, verzonden naar de doelantenne, en dan uiteindelijk naar de eindgebruiker. Meer dan de helft van ‘ s werelds mobiele transmissie vindt plaats via beveiligde microgolfnetwerkverbindingen. Kosteneffectiviteit is een van de meest opvallende eigenaardigheden die microgolven een voorkeursoptie maakt voor draadloze communicatie binnen het EM-spectrum. Microgolven zijn goedkoper te genereren, veel sneller te installeren, en bijna net zo veilig als de kabel transmissie. Door hun lage demping kunnen microgolven efficiënt door lucht, rook, regen of vorst reizen; hun bereik wordt echter beperkt door de kromming van de aarde omdat de magnetron een line-of-sight-technologie is. Dit probleem wordt ondervonden door het opnemen van optische vezels in het transmissieproces. De optische vezel helpt de gegevens naar de gebieden te verzenden waar de microgolven wegens de kromming van de aarde ontoereikend zijn, of de gebieden waar de bergen de hindernis kunnen veroorzaken. Over korte afstanden (een paar kilometer) kunnen microgolfverbindingen gigabits capaciteit bieden, genoeg voor miljoenen mensen om tegelijkertijd een Facebook-bericht te uploaden. Hier is de lijst van enkele microgolfgebaseerde communicatietechnologieën die u in uw dagelijks leven tegenkomt.

• Bluetooth

• GSM, 2G tot 4G.

• Draadloos Breedband Systemen (Wi-Fi)

• Draadloze Lokale Netwerken (WLAN)

• Outdoor Broadcasting Transmission (bijv. Nieuws Vans)

• het Koppelen van externe en regionale telefooncentrales tot de belangrijkste uitwisselingen zonder de noodzaak voor koper/optische vezel lijnen

• Aircraft Communications Addressing and Reporting System (ACARS)

• Satelliet-Schotel-Antenne

• Ruimtevaartuigen Communicatie Systemen

2. Navigatie

eeuwenlang heeft de mensheid verschillende methoden ontwikkeld om hun perceptie van geologische positie en navigatie te preciseren. Dankzij de satellietnavigatiesystemen (satnavs) vertrouwen mensen niet langer op Sterren om hen door een onbekend terrein te leiden. Velen van ons zijn bekend met Global Positioning System (GPS) dat onze positie op aarde lokaliseert. Het is een driedelig systeem met satellieten, grondstations en ontvangers. GPS maakt gebruik van microgolven met elk signaal met een unieke Frequentie, Golflengte, amplitude, fase, of een combinatie van deze parameters. De microgolfsignalen die door deze satellieten worden uitgezonden, worden gebruikt om te berekenen hoe ver ze van elkaar verwijderd zijn (ten minste drie satellieten) en ook van het apparaat waarvan ze de locatie meten. Dit proces staat bekend als Trilateratie. Tegenwoordig zijn er verschillende regionale navigatiesystemen zoals GPS van de VS, NAVIC van India, GLONASS van Rusland, BieDuo-Navigatiesysteem Van China, Galileo van de Europese Unie, enz.

3. Radar

microgolftechnologie maakt sinds het begin van de Tweede Wereldoorlog integraal deel uit van verschillende militaire toepassingen. In feite, microgolftechnologie wordt algemeen beschouwd als iets dat de loop van de Tweede Wereldoorlog veranderd. in het bijzonder, het apparaat dat microgolftechnologie opgenomen was de radar (Radio detectie en Ranging). Het is een radiolocatietechniek waarbij een radiogolfstraal wordt uitgezonden en wordt herdacht nadat deze terugkaatst van een obstakel in het pad. Voor de Tweede Wereldoorlog werden kortegolf radiogolven, met frequenties variërend van 3-30 MHz, gebruikt voor de detectie van vliegtuigen, schepen en andere artillerieschepen. Met de vooruitgang in airforce technologie, waren deze frequenties niet zo efficiënt voor defensie. Hoewel microgolven lang voor de Tweede Wereldoorlog waren ontdekt, waren de gereedschappen die nodig waren voor hun generatie niet beschikbaar tot 1920, toen Albert Hull, een Amerikaanse natuurkundige, voor het eerst de holte magnetron ontdekte. De Hull magnetron werd getest als versterker in radio-ontvangers en ook als laagfrequente oscillator. Het bleek een vermogen van 15 kW op te wekken met een frequentie van 20 kHz. Tijdens de Tweede Wereldoorlog bouwden John Randall en Harry Boot de moderne holte magnetron op basis van Hull ‘ s concept, het eerste apparaat dat krachtige microgolffrequenties kon produceren, wat resulteerde in centimeterband radar. Tegenwoordig wordt zijn technologie gebruikt in verschillende sectoren van verschillende industrieën, waaronder vliegtuiglocatie, scheepvaartnavigatie, door meteorologen voor weersvoorspellings-operaties, en ook door wetshandhavers om een controle te houden op overmatige voertuigen door het doppler-effect te meten.

4. Spectroscopie

spectroscopie is een analytische techniek die voornamelijk gebaseerd is op de interactie van materie met EM-straling. Het is een van de belangrijkste hulpmiddelen om de structuur en het gedrag van moleculen te begrijpen. Atomen en moleculen veranderen hun toestand als ze interageren met EM-straling. De verandering kan als emissie van fotonen worden waargenomen, veroorzakend een verandering in sommige specifieke eigenschappen van het atoom of molecuul in studie. Het gebruiken van microgolven voor spectroscopie houdt zich hoofdzakelijk bezig met de overgang van de niveaus van de rotatieenergie in de molecules; nochtans, kunnen slechts molecules met een permanente dipool die veranderingen op omwenteling worden onderzocht gebruikend microgolfspectroscopie. Dit is omdat er een lastverschil over de molecule voor het oscillerende gebied van het foton moet zijn om een koppel op de molecule rond een as te verlenen die loodrecht op deze dipool is en die door het centrum van de massa van de molecule gaat. De microgolfspectroscopie gebruikt de fotonen in het microgolfgebied om overgangen tussen de quantumrotationele energieniveaus van de molecules te veroorzaken. Een van de meest gebruikte spectroscopietechnieken met microgolffrequentie is:

ESR of EPR: De resonantie van de elektronenspin, ook als elektron paramagnetische resonantie wordt bekend, is een spectroscopietechniek die wordt gebruikt om de molecules met ongepaarde elektronen te bestuderen. Wanneer een magnetisch veld wordt toegepast op een dergelijk elektron, oefent het een koppel uit op het dipoolmoment van het elektron (het dipoolmoment van het elektron komt voort uit het intrinsieke impulsmoment, of “spin” van het elektron). Dit koppel veroorzaakt de splitsing van de anders scherpe spectraallijnen die geassocieerd zijn met het hoofdkwantumgetal n in meerdere nauw met elkaar verbonden lijnen die geassocieerd zijn met het spinkwantumgetal, wat de oriëntatie van het elektron in de ruimte specificeert (Zeeman-Effect). Wanneer microgolven op zo ‘ n systeem worden toegepast, wordt een microgolffoton geabsorbeerd door het elektron, waardoor de overgang tussen twee spin-kwantumtoestanden wordt veroorzaakt, wat voldoet aan de resonantievoorwaarde. Het helpt bij de bepaling van Lande ‘ s g-factor door het veld en de frequentie te meten waarbij resonantie optreedt, wat op zijn beurt informatie geeft over de aard van het atomaire of moleculaire orbitaal dat het ongepaarde elektron bevat.

5. Radio-astronomie

sinds de dageraad van de menselijke beschaving, onze voorouders waren gefascineerd door de kleine fonkelende objecten aanwezig in de nachtelijke hemel, die we nu classificeren als hemellichamen (bijvoorbeeld, sterren, planeten, manen, asteroïden, enz.). Dankzij microgolftechnologie kunnen we de reikwijdte van ons begrip vergroten, niet alleen naar het heden, maar ook naar het verleden van ons universum. De meesten van ons zijn bekend met de statische, of ruis (zwart-witte pixels die willekeurig dansen), die we zien op een analoog tv-scherm wanneer er geen specifiek signaal door de schotelantenne. Op de boekhouding voor alle storingen die kunnen optreden in de atmosfeer, een aanzienlijke hoeveelheid van het signaal waarvoor deze statische rekening is de elektromagnetische golven die onder de microgolfzone van het spectrum vallen. Wat is de bron van deze magnetrons? Het zal je misschien verbazen, maar een deel van die ruis is een beeld van ons pasgeboren universum.

het beste begrip dat we hebben over de oorsprong van ons universum is door de oerknaltheorie. Toen de oerknal 13,8 miljard jaar geleden plaatsvond, ontstond het hele universum als een blob van een enorme hoeveelheid energie. Ongeveer 400.000 jaar later was het een hete en dichte bol van Supercharged plasma met enkele duizenden graden van temperatuur. Net zoals elk heet ding licht uitzendt, straalde dit superhote Ionische plasma ook EM-straling uit en omdat de temperatuur te hoog was om neutrale atomen te vormen, konden deze EM-straling niet ver reizen voordat ze een elektron tegenkwamen en terugkaatsen. Toen deze temperatuur onder het ∼ 3000K-teken afkoelde, begonnen de neutrale atomen zich te vormen, waardoor de eerder gevangen EM-straling zich kon uitbreiden tot het heelal. De golflengte van EM-straling verandert als ze door het uitdijende universum reizen (kosmologische roodverschuiving). Gezien 13 miljard jaar expansie, is dat gevangen licht nu overal in het universum aanwezig als de kosmische achtergrondstraling van de microgolf (het oudste licht in het universum). In 2003 bracht Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) het patroon van kleine fluctuaties in de kosmische achtergrondstraling (CMB) in kaart en produceerde de eerste fijne resolutie (0,2 graden) volledige hemelkaart van de microgolfhemel. De ontdekking van de kosmische achtergrondstraling, beschouwd als bewijs voor de oerknaltheorie, werd gedaan door radioastronomie. Naast het ontvangen van natuurlijk voorkomende microgolfstraling, zijn radiotelescopen gebruikt in actieve radarexperimenten om microgolven van planeten in het zonnestelsel te stuiteren, om de afstand tot de maan te bepalen, of om het onzichtbare oppervlak van Venus in kaart te brengen door middel van wolkendek.

6. Microgolfablatie

vanuit het oogpunt van niet-ioniserende microgolven kunnen zij veilig worden gebruikt voor medicinale toepassingen. Ze hebben voldoende energie om het weefsel binnen te dringen zonder het te beschadigen. Een van de meest prominente toepassingen van microgolven op het gebied van de geneeskunde is microgolfablatie (ablatie is een term die in de geneeskunde wordt gebruikt om de verwijdering van weefsel door chirurgie of minder invasieve technieken te beschrijven). Het is een vorm van interventieradiografie die helpt bij de behandeling van goedaardige tumoren en kanker. In dit proces, wordt de microgolfenergie gebruikt om gelokaliseerde diëlektrische verwarming tot stand te brengen om de ongewenste weefsels uit te drogen. Gemeenschappelijke medische toepassingsgebieden omvatten oncologie, cardiologie, gynaecologie, rhizotomie, KNO (KNO), oogheelkunde, cosmetische behandelingen en tandheelkundige behandelingen. Kankerpatiënten die slechte chirurgische kandidaten kunnen ook profiteren van microgolf ablatie als het minimaal invasief is. Een andere belangrijke factor is de beschikbaarheid van een frequentie die afhankelijk van de grootte van de tumor kan worden beslist; echter, terwijl het gebruik van microgolven om een aandoening te behandelen, is het essentieel om rekening te houden met de veranderende diëlektrische eigenschappen van weefsel tijdens de behandeling. Elke onnauwkeurigheid in deze metingen kan resulteren in onvoldoende vermogen, wat resulteert in een slechte behandeling of overmatig vermogen dat onbedoeld ernstig letsel van de patiënt veroorzaakt.

7. Magnetron

de magnetron is een bekend bijproduct van de bovengenoemde radartechnologie. De magnetronbuizen, die aanvankelijk werden gebruikt bij de ontwikkeling van langeafstands militaire radar, kregen hun commerciële toepassing na de Tweede Wereldoorlog. hoewel de wetenschappelijke gemeenschap bekend was met de verwarmingskenmerken van radiogolven sinds de jaren 1920, was het pas in 1945 dat Percy Spencer, een autodidact Amerikaanse ingenieur, per ongeluk het thermische effect van een krachtige microgolfstraal ontdekte. Op 8 oktober 1945 patenteerde Spencer het kookproces in de magnetron en een oven onder de Raytheon company. Voor de gedetailleerde beschrijving van de werking van de magnetron, vriendelijk verwijzen naar magnetron werkingsprincipe.