Mikrovlnné žiarenie

Mikrovlnné žiarenie (iné názvy: mikrovlnové žiarenie, mikrovlnná/mikrovlnová radiácia; ako vlnenie: mikrovlnné vlnenie/vlny, mikrovlnové vlnenie/vlny, mikrovlny; ako časť elektromagnetického spektra: mikrovlnné/mikrovlnové spektrum, mikrovlnné/mikrovlnové pásmo) je elektromagnetické žiarenie ležiace vo frekvenčnom pásme 3.10⁸ – 3.10¹¹Hz (inak 300 MHz – 300 GHz). V spodnom okraji pásmo susedí s FM rozhlasovým vysielaním, v hornej časti spektra susedí s infračervenou oblasťou. V prírode detekujeme toto žiarenie vo forme mikrovlnného žiarenie kozmického pozadia (CMBR – reliktové žiarenie).

Žiarenie má vlnovú dĺžku v rozmedzí 1 – 10⁻³ metra. Jeho zdrojom sú mikrovlnné generátory (klystron, magnetron). Mikrovlnné žiarenie sa pri pohltení v látkach obsahujúcich vodu premieňa na tepelnú energiu. Ďalšou vlastnosťou mikrovĺn je ich odraz od kovových predmetov, ktorý sa dá detegovať. Mikrovlny sa používajú pre rádiové spojenie medzi pozemnými stanicami, na satelitné prenosy, v radarovej technike na rádiolokáciu, v mikrovlnných rúrach a pod.

Mikrovlny boli objavené na začiatku 40-tych rokov minulého storočia v Spojenom kráľovstve na univerzite v Birminghame. Prvé praktické využitie mikrovĺn sa uskutočnilo počas druhej svetovej vojny v radaroch. V roku 1947 bol objavený princíp zohrievania vody pomocou mikrovĺn.

Mikrovlny prechádzajú niektorými materiálmi (papier, plast, bavlna, sklo). Priepustnosť závisí od materiálu a jeho hrúbky (výraznejší útlm nastáva, ak hrúbka materiálu je väčšia ako 1/2 vlnové dĺžky žiarenia). Dipolárnymi materiálmi (voda, tuk) sú mikrovlny pohlcované. Kovy mikrovlny neprepúšťajú, pretože majú voľné elektróny. Vzhľadom na vlnovú dĺžku nemôžu mikrovlny prechádzať ani malými otvormi v kovoch.

Použitie

Radar je elektronické zariadenie na detekciu polohy pozemných a vzdušných objektov. Princíp rádiolokácie je založený na priamočiarom šírení mikrovĺn a ich odraze od vodivých prekážok. Radary pracujú v rozsahu decimetrových alebo centimetrových vĺn. Radary slúžia na detekciu kovových objektov – automobil, lietadlo, loď, ale tiež na predpovedanie búrok (meteorologický radar).
Maser je kvantový paramagnetický zosilňovač. Používa sa na zosilnenie citlivosti rádioteleskopov a spojovacích zariadení pri kozmických letoch a diaľkových rádiolokátorov, ktoré majú zachytiť telesá na vzdialenosť väčšiu ako 1 000 km.
Mikrovlnná rúra. Jej jadrom je magnetron – zdroj mikrovlnného žiarenia. Striedavé pole, ktoré vytvára, rozkmitáva molekuly vody, ktoré trením menia pohybovú energiu na tepelnú.

Frekvenčné pásma

Pásmo mikrovlnného žiarenia sa pripraktickom využívaní delí na ultra-vysoko frekvenčné (UHF) (0,3 – 3 GHz), super-vysoko frekvenčné (SHF) (3–30 GHz), a extrémne-vysoko frekvenčné (EHF) (30 – 300 GHz).

Mikrovlnné frekvenčné pásma (podľa použitia) definované podľa Radio Society of Great Britain:

Mikrovlnné frekvenčné pásma
Označenie	Frekvenčný rozsah
L pásmo	1 – 2 GHz
S pásmo	2 – 4 GHz
C pásmo	4 – 8 GHz
X pásmo	8 – 12 GHz
K_u pásmo	12 – 18 GHz
K pásmo	18 – 26,5 GHz
K_a pásmo	26,5 – 40 GHz
Q pásmo	30 – 50 GHz
U pásmo	40 – 60 GHz
V pásmo	50 – 75 GHz
E pásmo	60 – 90 GHz
W pásmo	75 – 110 GHz
F pásmo	90 – 140 GHz
D pásmo	110 – 170 GHz

Meranie frekvencie v pásme mikrovĺn

Mikrovlnové frekvencie je možné merať niekoľkými elektrickými alebo mechanickými spôsobmi. Môžu byť použité frekvenčné čítače, alebo vysokofrekvenčné heterodynové systémy. V tomto prípade je neznáma frekvencia porovnaná s vyššou harmonickou známej nižšej frekvencie frekvenčného generátora. Presnosť merania je limitovaná presnosťou a stabilitou zdroja referenčného signálu.

Mechanická metóda merania vyžaduje presný preladiteľný rezonátor podobný absorpčnému vlnomeru, ktorý má známy pomer medzi fyzickými rozmermi a frekvenciou.

Pri laboratórnom meraní je možné použiť prístroj na priame meranie vlnovej dĺžky na prenosovom vedení, vďaka čomu následne vypočítame frekvenciu. V angličtine sa tento prístroj nazýva Lecher lines. (Ide o meranie vlnovej dĺžky na dvoch paralelných vodičoch.) Podobným princípom je aj použitie štrbinového vlnovodu alebo priame meranie vlnovej dĺžky na otvoroch koaxiálneho vedenia. Zariadenie pozostáva z meracej sondy zavedenej do linky cez pozdĺžnu drážku tak, aby sa sonda mohla v drážke voľne pohybovať nahor aj nadol. Štrbiny na koaxiálnom vedení sú prioritne určené na meranie napätia pomeru stojatých vĺn vo vedení. Ak je však na vedení stojaté vlnenie, sondy môžu byť použité na meranie vzdialenosti medzi uzlami stojatého vlnenia, ktoré sa rovná polovici vlnovej dĺžky. Presnosť tejto metódy je obmedzená na presnosť určenia polohy uzlových bodov.

Účinky na zdravie

Mikrovlny neobsahujú dostatok energie na to, aby dokázali zmeniť ionizáciu látok, preto ich zaraďujeme medzi neionizujúce žiarenie. Samotné slovo „radiácia“ hovorí o tom, že energia môže vyžarovať. V tomto prípade však nie je možné slovo zamieňať s rádioaktivitou. Dosiaľ nebolo jednoznačne preukázané, že mikrovlny alebo akékoľvek iné neionizujúce elektromagnetické žiarenie nízkej intenzity má nepriaznivé biologické účinky. Ale niektoré štúdie uvádzajú, že dlhodobá expozícia môže mať karcinogénne účinky. Na druhej strane je tu riziko spojené s veľmi vysokou intenzitou expozície, ktorá sa používa ako zdroj tepla, na ohrev. K poraneniu následkom vysokej expozície organizmu mikrovlnami obyčajne dochádza pri dielektrickom ohreve. Vystavenie organizmu mikrovlnnému žiareniu môže vyvolať kataraktu (choroba oka), pretože mikrovlnový ohrev denaturuje proteíny v šošovke oka (rovnakým spôsobom ako sa ohrievajú napr. bielka vo vajíčku) rýchlejšie ako sa dokážu ochladzovať okolité štruktúry oka. Šošovka a rohovka sú obzvlášť zraniteľné, pretože neobsahujú žiadne krvné cievy, ktoré by odvádzali teplo. Expozíciou veľkého množstva mikrovlnového žiarenia (napr. od mikrovlnnej rúry, ktorá bola v prevádzke pri otvorených dvierkach) môže rovnako nastať vážne poškodenie teplom aj v iných tkanivách, až po vážne popáleniny, ktoré nemusia byť na prvý pohľad viditeľné, pretože dnešné mikrovlnky zohrievajú hlbšie tkanivá s vyšším obsahom vody. To je rozdiel medzi rizikom spojeným s veľkou intenzitou expozície, ktorá sa používa pri dielektrickom ohreve a horení a navyše, nie je to jediná špecifická vlastnosť mikrovĺn. Počas druhej svetovej vojny bolo na niektorých jednotlivcoch pozorované ožiarenie od rádiolokátorov, ktorí počuli praskot a bzučanie ako reakcia na ožiarenie mikrovlnami. To sa nazýva zvukový vnem mikrovĺn a je spôsobený indukovaním mikrovĺn a elektrickým prúdom do mozgu. Výskum NASA v roku 1970 ukázal, že je to spôsobené tepelnou rozťažnosťou častí vnútorného ucha.

Zdroje

J. Prokop – J. Vokurka: Šírení elektromagnetických vln a antény
Tento článok je čiastočný alebo úplný preklad článku Microwave na anglickej Wikipédii (číslo revízie nebolo určené).