آشنایی با مایکروویو یا ریزموج و کاربردهای آن؛ از وای‌فای تا اکتشافات فضایی

امواج رادیویی امواج الکترومغناطیسی با حداقل مقدار انرژی، حداکثر طول موج و پایین‌ترین فرکانس هستند. امواج رادیویی بیشتر در سیستم‌های ارتباطی رادیویی و تلویزیونی استفاده می‌شود. محدوده فرکانس امواج رادیویی ۵۰۰ کیلوهرتز تا ۱۰۰۰ مگاهرتز است. باندهای موج کوتاه از فرکانس‌های بالاتر تا ۵۴ مگاهرتز استفاده می‌کنند. سیستم ارتباط تلویزیونی از محدوده فرکانس ۵۴ مگاهرتز تا ۸۹۰ مگاهرتز استفاده می‌کند، درحالی‌که باند رادیویی FM از دامنه فرکانس ۸۸ مگاهرتز تا ۱۰۸ مگاهرتز استفاده می‌کند.

امواج رادیویی «همه طرفه» هستند بنابراین، به انتقال مستقیم و همراستایی آنتن‌ها نیازی نیست. اگرچه ماهیت همه طرفه بودن امواج رادیویی همچنین یک نکته منفی است، زیرا وقتی سیگنال‌ها در محدوده فرکانس مشابهی ارسال می‌شوند، امواج رادیویی که از یک آنتن ارسال می‌شوند، مستعد تداخل با سایر آنتن‌ها هستند.

برخی از تفاوت‌های اصلی بین امواج رادیویی و ریزموج‌ها به شرح زیر است:

• موج رادیویی دارای انرژی کم و موج فرکانس پایین است. از طرفی، ریزموج‌ها امواج با انرژی و فرکانس بالا هستند.
• امواج رادیویی معمولا از راه آسمان منتشر می‌شوند. از طرف دیگر، ریزموج‌ها در خط دید منتشر می‌شوند.
• ماهیت امواج رادیویی همه طرفه است. درمقابل، ریزموج‌ها ماهیت یک طرفه دارند.
• محدوده طول موج موج رادیویی بیشتر از یک سانتی‌متر است. محدوده طول موج ریزموج‌ها بین ۱ سانتی‌متر تا یک میلی‌متر است.
• امواج رادیویی ممکن است فواصل طولانی را پوشش دهند. ریزموج‌ها ممکن است فواصل کوتاه‌تری را پوشش دهند.
• امواج رادیویی به‌طور گسترده در سیستم‌های سلولی، AM، FM استفاده می‌شود. درمقابل، مایکروویوها معمولاً در اجاق‌های مایکروویو، سیستم‌های رادار و ناوبری هوایی استفاده می‌شوند.

ریزموج‌ها در حوزه‌های مختلف کاربرد دارند. در صنعت، از امواج مایکروویو برای خشک کردن و عمل‌آوری تخته‌لایه، عمل‌آوری لاستیک و رزین، تهیه نان و دونات و پختن چیپس سیب‌زمینی استفاده می‌شود. ریزموج‌ها امواجی پرانرژی هستند که به‌راحتی می‌توانند اجسام را داغ یا ذوب کنند. به همین دلیل یکی از کاربردهای اصلی ریزموج‌ها در گرمایش صنعتی است. از ریزموج‌ها در طیف‌سنجی چرخشی نیز استفاده می‌شود.

برخی از مهم‌ترین کاربردهای ریزموج ها در ادامه ذکر شده است.

ریزموج‌ها حمل‌کننده‌های اصلی انتقال داده پرسرعت بین ایستگاه‌های روی زمین و همچنین بین ایستگاه‌های زمینی و ماهواره‌ها و کاوشگرهای فضایی هستند.

ریزموج‌ها در تعدادی از تکنیک‌های ارتباطی مانند ارتباطات ماهواره ای، ارتباطات سلولی، ارتباط نقطه به نقطه، ارتباط با فضاپیماها، ارتباط بی‌سیم، ارتباط نوری و موارد دیگر استفاده می‌شود. فرکانس بالا و توانایی انتشار با سرعت نور ریزموج‌ها را قادر می‌سازد تا سیگنال را با حداقل تلفات در فواصل طولانی ارسال کنند.

سیستم رادار یا «تشخیص و ناوبری به‌وسیله‌ی امواج رادیویی»، از ریزموج‌ها برای تعیین محل مانع استفاده می‌کند. ریزموج‌ها به‌راحتی می‌توانند در فضا و جو منتشر شوند. این ویژگی ریزموج‌ها به تعیین شکل و مکان‌یابی دقیق مانع کمک می‌کند. ریزموج‌های منتشرشده از آنتن فرستنده به سمت هدف هدایت می‌شوند. در برخورد با جسم هدف، بخشی از انرژی منعکس می‌شود و نتایجی درمورد مانع به دست می‌آید.

پرتوهای رادار از پالس‌های کوتاه ریزموج تشکیل شده‌اند. می‌توان فاصله هواپیما یا کشتی را با اندازه‌گیری زمانی که طول می‌کشد تا چنین پالسی به جسم موردنظر برسد و پس از انعکاس از آن دوباره به آنتن رادار برگردد، تعیین کرد. علاوه‌بر‌این، با استفاده از تغییر فرکانس پالس موج منعکس‌شده ناشی از اثر دوپلر می‌توان سرعت اجسام را اندازه‌گیری کرد (به تغییر فرکانس و طول امواج صوتی که ناشی از سرعت نسبی بین منبع و گیرنده است، اثر دوپلر یا داپلر گفته می‌شود).

از رادار مایکروویو برای هدایت هواپیماها و کشتی‌ها و به‌منظور شناسایی رانندگان پرسرعت نیز استفاده می‌شود. ریزموج‌ها می‌توانند به ابرهای دود نفوذ کنند، اما توسط قطرات آب پراکنده می‌شوند. بنابراین، برای نقشه‌برداری از ناآرامی‌های جوی و در پیش‌بینی آب‌وهوا مورد استفاده قرار می‌گیرند.

رایج‌ترین استفاده مصرف کننده از انرژی مایکروویو در اجاق‌های مایکروویو است. مایکروویوها سه ویژگی دارند که به آن‌ها امکان استفاده در پخت‌وپز را می‌دهد: توسط فلز منعکس می‌شوند، از شیشه، کاغذ، پلاستیک و مواد مشابه عبور می‌کنند و به‌وسیله‌ی غذاها جذب می‌شوند.

ریزموج‌ها توسط آب و چربی موجود در مواد غذایی (مثلا آب و چربی موجود در بافت گوشت) جذب می‌شوند و از درون گرما تولید می‌کنند. در بیشتر موارد، این کار زمان پخت را به شدت کاهش می‌دهد.