APLICAŢIILE MICROUNDELOR

APLICAŢIILE MICROUNDELOR Prof.ing.Tiberiu Mociran Colegiul Tehnic „George Bariţiu” Baia Mare

Care sunt elementele comune pentru imaginile de mai jos?

O parte din răspunsuri: • Necesitatea comunicaţiilor • Tehnologiile extreme folosite • Lipsa din programele şcolare de liceu a temelor aferente • Curiozitatea privitoare la rezolvarea aspectelor tehnologice privind comunicaţiile

Lucrarea anterioară „Interferenţe 2010” CONVERGENŢE TEHNOLOGICE ÎN COMUNICAŢII SUBACVATICE http://www.scribd.com/doc/45282513/Comunicatii-subacvatice • Comunicaţii care folosesc cu predilecţie pentru distanţe mari unde cu frecvenţe foarte mici, sub 100 Hz ( ELF, VLF) ceea ce înseamnă unde foarte lungi (lungimi de undă-mii de Km) • Antene cu dimensiuni geografice. • Soluţii tehnologice viabile.

Ce sunt microundele? • Microundele sunt unde Hertziene a căror lungime de undă este cuprinsă între 1 mm (300 GHz) și 1 m (0,3 GHz). • Undele Hertziene sunt acele unde electromagnetice la baza producerii cărora stau oscilaţiile electronilor în circuite oscilante LC sau în circuite electronice speciale. • Microundele nu sunt radiaţii ionizante. • Radiaţia ionizantă este radiaţia care are suficientă energie pentru ca în urma interacţiei sale cu un atom să poată expulza un electron de pe orbita atomului, formând ioni. • O radiaţie este ionizantă dacă are o energie peste 10 eV (electron volt)

Fundamente teoretice elementare.

Unda electromagnetică Provocarea reprezentării corecte

Dispozitive electronice care produc şi amplifică microunde.Magnetronul

Magnetronul. Funcţionare. • Electronii emişi de catod se mişcă sub influenţa simultană a câmpului electric şi magnetic, câmpuri perpendiculare între ele. • Traiectoriile electronilor capată o curbură cu atât mai strânsă cu cât câmpul magnetic este mai intens. • Sub acţiunea simultană a celor două forţe, electronii execută traiectorii complicate, de forma unor cicloide, rotindu-se în jurul catodului şi inducând în rezonatoare un câmp de microunde. • Puteri mari de ieşire şi randament ridicat. Banda de frecvenţe este îngustă.

Clistronul reflexgenerator de microunde • La trecerea electronilor prin grilele corespunzătoare cavităţii ei vor fi modulaţi în viteză în urma interacţiunii cu câmpul electric din cavitate. • Electronii sunt respinşi de către reflector şi trimişi înapoi în spaţiul dintre grilele cavităţii. În funcţie de viteza lor, electronii parcurg drumuri diferite în spaţiul dintre cavitate şi reflector (spaţiu de grupare). • Oscilaţiile sunt extrase prin intermediul unei bucle.

Clistronul de tranzitamplificarea semnalelor din domeniul microundelor • În urma modulaţiei de viteză electronii se vor grupa în timpul deplasării lor către colector realizând o modulaţie de densitate, deoarece electronii rapizi îi ajung din urmă pe cei mai lenţi. • Electronii vor ceda energie cavităţii de extragere.

Tuburi cu unda progresivăTWTA - traveling wave tubes amplifier • Sunt tuburi speciale de microunde folosite ca amplificatoare de bandă largă • Există interacţiune între undă şi electroni • În urma interacţiunii între liniile de câmp şi fasciculul de electroni rezultă modulaţia de viteză a electronilor. • Tubul cu undă progresivă este astfel construit încât numărul de electroni care cedează energie undei este mult mai mare decât al acelora care primesc energie de la undă

Dioda varactor (varicap) • Pentru o polarizare în sens invers, schema echivalentă de semnal mic a diodei varactor se reduce, practic, la o capacitate a cărei valoare depinde puternic de mărimea tensiunii de polarizare.

Dioda PIN • Aplicaţiile principale ale diodelor PIN sunt de modulare-atenuare ale semnalelor analogice, de modulare de impulsuri sau comutator de radiofrecvenţă. • Într-o diodă PIN conducţia este determinată de numărul de purtători injectaţi în stratul central “I” care nu este dopat şi care se numeşte strat intrinsec.

Dioda Tunel (Esaki) • Dioda tunel se utilizează in circuite electronice de amplificare, oscilaţie si comutaţie. • Dacă tensiunea de polarizare a diodei creşte peste o anumită valoare, curentul prin diodă scade. • Fenomenul de rezistenţă negativă apare din cauza concentraţiei mari de impurităţi în zonele p şi n, din cauza lăţimii mici a regiunii de trecere (0,01 microni). Caracteristica diodei tunel Oscilator de înaltă frecvenţă cu diodă tunel

Dioda Gunn. • Folosit la amplificarea sau la generarea oscilaţiilor. • Funcţionarea se bazează pe efectul Gunn care constă în transferul electronilor de conducţie dintr-o zonă a benzilor energetice în alta. • Acest efect se produce la anumite materiale semiconductoare (Ga As, In P etc.) atunci când local, intensitatea câmpului electric depăşeşte o anumită valoare critică. Structura diodei Gunn Caracteristica diodei Gunn John Battiscombe Gunn (1928-2008)

Alte dispozitive semiconductoare • Dioda Impatt(IMPact Avalanche Transit Time) • Dioda Trapatt(TRApped Plasma Avalanche Triggered Transit) • Dioda Baritt(BARrier Injection Transit Time) Tranzistoare • MESFET (Metal Semiconductor Field Effect Transistor) • HEMT (High electron mobility transistor) • MOSFET (Metal oxide field effect transistor) • HBT (Heterojonction Bipolar Transistor)

„European Microwave Association” (EUMA) • adresa http://www.eumwa.org/ Acces la multe noutăţi în domeniu, publicaţii

Aplicaţiile microundelor. Tehnologii de radiolocaţie. Ecran RADAR RADAR – Principiu de funcţionare Ţinte pe ecran RADAR Dirijarea zborurilor

Aplicaţiile microundelor. Tehnologii de radiolocaţie. • Undele electromagnetice sunt reflectate dacă întâlnesc o suprafaţă conductoare electric. • Folosind antene de construcţie specială se poate determina direcţia obiectelor (în azimut şi elevaţie) dar şi viteza autovehiculelor.

Sistemul de Poziţionare Globala (GPS) • GPS-ul foloseşte sateliţii ca puncte de referinţă pentru a calcula poziţiile cu o acurateţe de domeniul metrilor, dar cu variante avansate de GPS se pot face măsurători cu o acurateţe mai mică de un centimetru!

Aplicaţii în medicină • Diatermia- Încălzirea ţesuturilor în câmp de înaltă frecvenţă. Intensitatea nu trebuie să depăşească 100mW pe centimetru pătrat. • Diagnosticul cu microunde- Tehnica medicală de reprezentareprin divergenţă şi reflexie. • Terapia cu microunde (Microwave Resonance Therapy)- dirijarea radiaţiilor în zona punctelor de acupunctură. Cele mai folosite unde EHF în terapie se situează în zona 4,9 mm (60.12GHz), 5,6 mm (53.33GHz) şi 7,1 mm (42.19 GHZ). Dispozitivele comerciale au o gamă de frecvenţe între 54GHz şi 75GHz, adică lungimi de unde între 3,9 şi 5,6 mm.

Active denial system (raza durerii) • Active Denial System (ADS) face parte din categoria armelor non-letale şi a fost concepută şi realizată de armata S.U.A. • Emite un fascicol de mare putere de unde electromagnetice sub formă de microunde de înaltă frecvenţă, de 95 GHz (cu o lungime de undă de 3,2 mm).

Reţele de comunicaţii • Aplicaţiile includ comunicaţiile de bandă largă necesare pe mijloace de transport terestre, iahturi, bărci. ("Internet on the Move"). • Microundele permit recepţia programelor de televiziune şi radiodifuziune DVB-S/S2 “Satellite TV on the Move”. DVB-S2 asigură servicii interactive şi televiziune de înaltă definiţie.

Comunicaţii spaţiale de mare distanţa (Deep Space Network) • Programul DSN (Deep Space Network) realizat de NASA asigură comunicaţiile prin microunde între sondele spaţiale îndepărtate cum sunt Voyager 1, Voyager 2 şi staţiile de emisie - recepţie aflate pe Pământ. • Amplasamentele decalate la 120 de grade longitudine permit comunicaţii continue cu o navă sau sondă spaţială. DSN Canberra DSN Madrid DSN Goldstone

Comunicaţii spaţiale de mare distanţa (Deep Space Network) • Sondele Voyager se află la 107 AU. • 1 AU = 8,317 minute lumină (150 milioane Km)

Comunicaţii spaţiale de mare distanţa (Deep Space Network) • Alimentarea cu energie electrică a sondelor spaţiale a fost realizată cu trei generatoare termoelectrice care funcţionează pe bază de Plutoniu 238. • Căldura este convertită în energie electrică cu ajutorul termocuplurilor bimetalice obţinându-se 470 de waţi la o tensiune de 30 volţi. • Transmisiunile se realizează în benzile de microunde 2-4 Ghz pentru uplink şi 8-12 Ghz pentru downlink. Datele se transmit şi se recepţionează cu o antenă parabolică cu câştig mare cu diametrul de 3.7 metri. Se folosesc în instalaţii magnetroane şi tuburi cu undă progresivă (TWTA).

Recepţionarea programelor de radioteleviziune de pe sateliţi cu calculatorul. • placă care intră in slotul PSI de tip SKYSTAR 2 sau SKYSTAR 2 HD • antenă parabolică • LNB (low noise block) • câţiva metri de cablu coaxial

Recepţionarea programelor de radioteleviziune de pe sateliţi cu calculatorul. • Unul din cele mai complete şi uşor de folosit este programul PROGDVB care se poate descărca de pe internet în mod gratuit. • Funcţionează bine, au multe programe necodate, au acoperire bună pentru Europa sateliţii ASTRA, HOTBIRD, SIRIUS, THOR, EUTELSAT, AMOS. • Coordonatele sateliţilor şi acoperirea geografică pot fi prelevate uşor de pe site-ul http://www.satbeams.com/

Bibliografie • [1] A.Policec, T.D. Gligor, Gh.Ciocloda, 1983, „Electronică Medicală”, Editura Dacia, Cluj Napoca, pag. 122-128 • [2] D.D. Sandu, 1982, „Dispozitive Electronice Pentru Microunde”, Editura Ştiinţifică şi Enciclopedică, Cluj Napoca, pag. 62-422 • [3] Gr. Antonescu, 1978, „Dispozitive Semiconductoare Pentru Microunde”, Editura Tehnică, Bucureşti, pag. 13-274 • [4] Rodica Strugaru, 1982, „Electronică medicală”, Editura Didactică şi Pedagogică, Bucureşti, pag. 216-222 • [5] Tudor Niculescu, Dan Bănoiu, Radu Cheregi, 1990, „Transmiterea Imaginilor TV la Distanţă”, Editura Militară, Bucureşti, pag 127-166 • Informaţii şi imagini au mai fost luate de pe paginile: • http://www. nasa.gov • http://www.jpl.nasa.gov/ • http://www. satbeams.com/ • http://www.raditek.com/ • http://www.wikipedia.org/ • http://www.radartutorial.eu/ • http://www.eumwa.org/

APLICAŢIILE MICROUNDELOR