Podręcznik

Widmo promieniowania EM
Fale elektromagnetyczne EM wykorzystywane są intensywnie do rozmaitych zastosowań, opisanych niżej. Na rys.1.1. pokazano szeroki wycinek widma fal EM ze wskazaniem, które zakresy najczęściej wykorzystywana są do wybranych zastosowań. Aby dany zakres mógł być wykorzystany musi zostać „opanowany” w sensie technologicznym. Rozumiemy pod tym opanowanie techniki generacji, wzmacniania i modulacji sygnałów w tym pasmie.
Pasmo fal elektromagnetycznych jest „atakowane” z dwóch stron, od strony fal radiowych i od strony pasm optycznych. Kolejne podpasma zostają „opanowane” technologicznie.
•    Rozwój techniki radiowej to opanowanie kolejno fal długich, średnich, krótkich i UKF.
•    Rozwój techniki radarowej to opanowanie kolejnych zakresów mikrofal, od fal decymetrowych, poprzez fale centymetrowe do milimetrowych i submilimetrowych.

 
Rys.1.1. Zakresy widma promieniowania elektromagnetycznego

W zakresie promieniowania optycznego, w zakresie podczerwieni odkryto nadzwyczajne właściwości światłowodu kwarcowego, bardzo małe tłumienie przy transmisji sygnałów. Pasmo transmisji światłowodem jest stosunkowo wąskie, obejmujące długości fali 1,2 ...1,6 $\mu$m, ale jego użyteczność jest ogromna. Opanowanie technik światłowodowych wymagało rozwoju technik generacji, modulacji, wzmacniania i detekcji promieniowania optycznego.
Między pasmem dalekiej podczerwieni a falami submilimetrowymi (1THz...100THz) istnieje zakres słabo opanowany, „atakowany z obu stron”.
Granice pasma zwanego mikrofalowym nie są dokładnie precyzowane i przyjmowane są umownie. Zwykle przyjmujemy, że mikrofale, to zakres częstotliwości fal elektromagnetycznych, rozciągający się od 300 MHz do około 1000 GHz. Poniżej wymieniono cztery cechy charakterystyczne zakresu mikrofal.
•    Rozmiary mikrofalowych elementów i obwodów są porównywalne do długości fal.
•    Czas propagacji porównywalny lub wielokrotnie dłuższy od okresu drgań.
•    W zakresie częstotliwości mikrofalowych mamy do czynienia z efektem naskórkowości. 
•    Podstawowym pomiarem zakresu mikrofal jest pomiar mocy.

Rys.1.2. Podstawowe podpasma częstotliwości zakresu mikrofal

Na rys.1.2 pokazano podział podstawowego zakresu częstotliwości pasma mikrofalowego na podpasma, które mają swoje tradycyjne, literowe oznaczenia. Pasmo fal decymetrowych to oznaczane jest przez L, pasmo 3 cm oznaczane jest przez X, itd.
     Podstawowe zastosowania mikrofal
Fale elektromagnetyczne są intensywnie wykorzystywane do rozmaitych celów. Na czele listy zastosowań jest oczywiście telekomunikacja, z telekomunikacją satelitarną, telewizją kablową i telefonią komórkową na czele. Poniżej kolejno wymieniamy najważniejsze zastosowania techniki mikrofalowej.
•    Telekomunikacja

• Telekomunikacja satelitarna,
• Telewizja satelitarna i kablowa,
• Radiolinie,
• Telekomunikacja ruchoma i bezprzewodowa.

•    Radiolokacja

• Radarowe wykrywania obiektów,
• Kontrola ruchu lotniczego,
• Naprowadzanie rakiet i antyrakiet,
• Radary antykolizyjne,
• Radionawigacja.

•    Nauka

• Radioastronomia,
• Geonawigacja,
• Wzorce i miernictwo czasu,
• Spektrometria mikrofalowa,
• Miernictwo parametrów materiałów,
• Akceleratory cząstek.

•    Medycyna

• Termografia mikrofalowa,
• Hypertermia mikrofalowa.

•    Zastosowania domowe

• Kuchnie mikrofalowe,
• Alarmy przeciwwłamaniowe,

•    Przemysł

• Grzejnictwo mikrofalowe,
• Pomiary wilgotności materiałów,
• Pomiary odległości,
• Czyszczenie i pokrycia powierzchni.

•    Rolnictwo

• Uzdatnianie gleby,
• Niszczenie szkodników,
• Kontrola stanu wegetacji roślin,
• Wykrywanie pożarów lasów.

Jak widać z zestawienia zakres zastosowań jest bardzo szeroki. Niektóre z zastosowań są ogólnie znane, takie jak telekomunikacja satelitarna, radar, telewizja kablowa, kuchnia mikrofalowa. Inne, jak na przykład akceleratory cząstek, czy niszczenie szkodników są mniej znane, choć ich użyteczność nie budzi wątpliwości.