Mikrodalga
Mikrodalga, dalga boyları yaklaşık bir metre ile bir milimetre arasında değişen ve sırasıyla 300 MHz ile 300 GHz arasındaki frekanslara karşılık gelen bir elektromanyetik radyasyon biçimidir. Farklı kaynaklar farklı frekans aralıklarını mikrodalgalar olarak tanımlar; yukarıdaki geniş tanım hem UHF hem de EHF (milimetre dalga) bantlarını içerir. Radyo frekansı mühendisliğinde daha yaygın bir tanım ise 1 ile 100 GHz (0,3 m ile 3 mm arasındaki dalga boyları) arasındaki aralıktır. Her durumda, mikrodalgalar en azından tüm SHF bandını (3 ila 30 GHz veya 10 ila 1 cm) içerir. Mikrodalga aralığındaki frekanslar genellikle IEEE radar bandı adlarıyla anılır: S, C, X, Ku, K veya Ka bandı ya da benzer NATO veya AB tanımlamaları. ⓘ
Mikrodalgadaki mikro- ön eki, mikrometre aralığında bir dalga boyu anlamına gelmez. Daha ziyade, mikrodalga teknolojisinden önce kullanılan radyo dalgalarına kıyasla mikrodalgaların "küçük" (daha kısa dalga boylarına sahip) olduğunu gösterir. Uzak kızılötesi, terahertz radyasyon, mikrodalgalar ve ultra yüksek frekanslı radyo dalgaları arasındaki sınırlar oldukça keyfidir ve farklı çalışma alanları arasında çeşitli şekillerde kullanılmaktadır. ⓘ
Mikrodalgalar görüş hattı ile hareket eder; düşük frekanslı radyo dalgalarının aksine tepelerin etrafında kırılmazlar, yer dalgaları olarak dünya yüzeyini takip etmezler veya iyonosferden yansımazlar, bu nedenle karasal mikrodalga iletişim bağlantıları görsel ufukla yaklaşık 40 mil (64 km) ile sınırlıdır. Bandın yüksek ucunda, atmosferdeki gazlar tarafından emilirler ve pratik iletişim mesafelerini yaklaşık bir kilometre ile sınırlarlar. Mikrodalgalar modern teknolojide, örneğin noktadan noktaya iletişim bağlantıları, kablosuz ağlar, mikrodalga radyo röle ağları, radar, uydu ve uzay aracı iletişimi, tıbbi diyatermi ve kanser tedavisi, uzaktan algılama, radyo astronomi, parçacık hızlandırıcılar, spektroskopi, endüstriyel ısıtma, çarpışma önleme sistemleri, garaj kapısı açıcılar ve anahtarsız giriş sistemleri ve mikrodalga fırınlarda yemek pişirmek için yaygın olarak kullanılmaktadır. ⓘ
Elektromanyetik spektrum
Mikrodalgalar, elektromanyetik spektrumda sıradan radyo dalgalarının üzerinde ve kızılötesi ışığın altında bir frekansa sahip bir yer kaplar:
| Elektromanyetik spektrum ⓘ | ||||
|---|---|---|---|---|
| İsim | Dalga boyu | Frekans (Hz) | Foton enerjisi (eV) | |
| Gama ışını | < 0,01 nm | > 30 EHz | > 124 keV | |
| X-ışını | 0,01 nm - 10 nm | 30 EHz - 30 PHz | 124 keV - 124 eV | |
| Ultraviyole | 10 nm - 400 nm | 30 PHz - 750 THz | 124 eV - 3 eV | |
| Görünür ışık | 400 nm - 750 nm | 750 THz - 400 THz | 3 eV - 1,7 eV | |
| Kızılötesi | 750 nm - 1 mm | 400 THz - 300 GHz | 1,7 eV - 1,24 meV | |
| Mikrodalga | 1 mm - 1 m | 300 GHz - 300 MHz | 1,24 meV - 1,24 µeV | |
| Radyo | ≥ 1 m | ≤ 300 MHz | ≤ 1,24 µeV | |
Elektromanyetik spektrumun açıklamalarında, bazı kaynaklar mikrodalgaları radyo dalgası bandının bir alt kümesi olan radyo dalgaları olarak sınıflandırırken; diğerleri mikrodalgaları ve radyo dalgalarını farklı radyasyon türleri olarak sınıflandırır. Bu keyfi bir ayrımdır. ⓘ
Yayılma
.svg){kind=spacer}
Mikrodalgalar yalnızca görüş hattı yollarıyla hareket eder; düşük frekanslı radyo dalgalarının aksine, Dünya'nın dış hatlarını takip eden yer dalgaları olarak hareket etmezler veya iyonosferden (gökyüzü dalgaları) yansımazlar. Bandın düşük ucunda bina duvarlarından faydalı bir alım için yeterince geçebilmelerine rağmen, genellikle ilk Fresnel bölgesine kadar temizlenmiş geçiş hakları gereklidir. Bu nedenle, Dünya yüzeyinde mikrodalga iletişim bağlantıları görsel ufuk tarafından yaklaşık 30-40 mil (48-64 km) ile sınırlandırılmıştır. Mikrodalgalar atmosferdeki nem tarafından emilir ve zayıflama frekansla birlikte artarak bandın yüksek ucunda önemli bir faktör (yağmur soldurması) haline gelir. Yaklaşık 40 GHz'den itibaren atmosferik gazlar da mikrodalgaları emmeye başlar, bu nedenle bu frekansın üzerinde mikrodalga iletimi birkaç kilometre ile sınırlıdır. Spektral bant yapısı belirli frekanslarda emilim zirvelerine neden olur (sağdaki grafiğe bakınız). 100 GHz'in üzerinde, elektromanyetik radyasyonun Dünya atmosferi tarafından emilmesi o kadar büyüktür ki, atmosfer kızılötesi ve optik pencere frekans aralıklarında tekrar şeffaf hale gelene kadar aslında opaktır. ⓘ
Troposcatter
Gökyüzüne belli bir açıyla yönlendirilen bir mikrodalga ışınında, ışın troposferden geçerken gücün küçük bir miktarı rastgele dağılacaktır. Ufkun ötesinde, troposferin o bölgesine odaklanmış yüksek kazançlı bir antene sahip hassas bir alıcı sinyali alabilir. Bu teknik, 0,45 ile 5 GHz arasındaki frekanslarda, 300 km'ye kadar olan mesafelerde ufkun ötesinde iletişim kurmak için troposferik saçılma (troposcatter) iletişim sistemlerinde kullanılmıştır. ⓘ
Antenler
Mikrodalgaların kısa dalga boyları, taşınabilir cihazlar için çok yönlü antenlerin 1 ila 20 santimetre uzunluğunda çok küçük yapılmasına izin verir, bu nedenle mikrodalga frekansları cep telefonları, kablosuz telefonlar ve dizüstü bilgisayarlar için kablosuz LAN (Wi-Fi) erişimi ve Bluetooth kulaklıklar gibi kablosuz cihazlar için yaygın olarak kullanılır. Kullanılan antenler arasında kısa kamçı antenler, lastik ördek antenler, kollu dipoller, yama antenler ve giderek artan bir şekilde cep telefonlarında kullanılan baskılı devre ters çevrilmiş F anten (PIFA) bulunmaktadır. ⓘ
Kısa dalga boyları, yarım metreden 5 metre çapa kadar küçük ve yüksek kazançlı antenlerle dar mikrodalgaların üretilebilmesini sağlar. Bu nedenle, mikrodalgaların demetleri noktadan noktaya iletişim bağlantıları ve radar için kullanılır. Dar hüzmelerin bir avantajı, aynı frekansı kullanan yakındaki ekipmanlarla etkileşime girmemeleri ve yakındaki vericiler tarafından frekansın yeniden kullanılmasına izin vermeleridir. Parabolik ("çanak") antenler mikrodalga frekanslarında en yaygın kullanılan yönlendirici antenlerdir, ancak boynuz antenler, slot antenler ve lens antenler de kullanılır. Düz mikroşerit antenler tüketici cihazlarında giderek daha fazla kullanılmaktadır. Mikrodalga frekanslarında kullanılabilen bir başka yönlendirici anten, elektronik olarak farklı yönlere yönlendirilebilen bir demet üreten bilgisayar kontrollü bir anten dizisi olan aşamalı dizidir. ⓘ
Mikrodalga frekanslarında, koaksiyel kablo ve paralel tel hatları gibi daha düşük frekanslı radyo dalgalarını antenlere ve antenlerden taşımak için kullanılan iletim hatları aşırı güç kayıplarına sahiptir, bu nedenle düşük zayıflama gerektiğinde mikrodalgalar dalga kılavuzu adı verilen metal borularla taşınır. Dalga kılavuzlarının yüksek maliyeti ve bakım gereksinimleri nedeniyle, birçok mikrodalga anteninde vericinin çıkış aşaması veya alıcının RF ön ucu antende bulunur. ⓘ
Tasarım ve analiz
Mikrodalga teriminin elektromanyetik ve devre teorisinde daha teknik bir anlamı da vardır. Cihazlar ve teknikler, sinyallerin dalga boyları kabaca devrenin boyutları ile aynı olduğunda niteliksel olarak "mikrodalga" olarak tanımlanabilir, böylece toplu eleman devre teorisi yanlış olur ve bunun yerine dağıtılmış devre elemanları ve iletim hattı teorisi tasarım ve analiz için daha yararlı yöntemlerdir. ⓘ
Sonuç olarak, pratik mikrodalga devreleri, düşük frekanslı radyo dalgalarıyla kullanılan ayrık dirençler, kapasitörler ve indüktörlerden uzaklaşma eğilimindedir. Daha düşük frekanslarda kullanılan açık telli ve koaksiyel iletim hatlarının yerini dalga kılavuzları ve şerit çizgileri, topak elemanlı ayarlı devrelerin yerini ise boşluk rezonatörleri veya rezonans saplamaları alır. Buna karşılık, elektromanyetik dalgaların dalga boyunun onları işlemek için kullanılan yapıların boyutuna kıyasla küçük hale geldiği daha yüksek frekanslarda, mikrodalga teknikleri yetersiz kalır ve optik yöntemleri kullanılır. ⓘ
Mikrodalga kaynakları
Yüksek güçlü mikrodalga kaynakları mikrodalgaları üretmek için özel vakum tüpleri kullanırlar. Bu cihazlar düşük frekanslı vakum tüplerinden farklı prensiplerle çalışır, elektrik veya manyetik alanların kontrolü altında elektronların vakumda balistik hareketini kullanır ve magnetron (mikrodalga fırınlarda kullanılır), klistron, yürüyen dalga tüpü (TWT) ve gyrotron içerir. Bu cihazlar akım modülasyonlu moddan ziyade yoğunluk modülasyonlu modda çalışır. Bu, sürekli bir elektron akışı kullanmak yerine, içlerinde balistik olarak uçan elektron kümeleri temelinde çalıştıkları anlamına gelir. ⓘ
Düşük güçlü mikrodalga kaynakları alan etkili transistör (en azından düşük frekanslarda), tünel diyotlar, Gunn diyotlar ve IMPATT diyotlar gibi katı hal cihazları kullanır. Düşük güçlü kaynaklar tezgah üstü aletler, rafa monte aletler, gömülebilir modüller ve kart düzeyinde formatlarda mevcuttur. Maser, daha yüksek frekanslı ışık dalgalarını yükselten lazer ile benzer prensipleri kullanarak mikrodalgaları yükselten bir katı hal cihazıdır. ⓘ
Tüm sıcak nesneler, sıcaklıklarına bağlı olarak düşük seviyeli mikrodalga kara cisim radyasyonu yayar, bu nedenle meteoroloji ve uzaktan algılamada, nesnelerin veya arazinin sıcaklığını ölçmek için mikrodalga radyometreler kullanılır. Güneş ve Cassiopeia A gibi diğer astronomik radyo kaynakları, radyo teleskop adı verilen alıcılar kullanan radyo astronomları tarafından incelenen yapıları hakkında bilgi taşıyan düşük seviyeli mikrodalga radyasyonu yayarlar. Örneğin kozmik mikrodalga arka plan radyasyonu (CMBR), boş alanı dolduran zayıf bir mikrodalga gürültüsüdür ve kozmolojinin Evrenin kökenine ilişkin Büyük Patlama teorisi hakkında önemli bir bilgi kaynağıdır. ⓘ
Mikrodalga kullanır
Mikrodalga teknolojisi noktadan noktaya telekomünikasyon için yaygın olarak kullanılmaktadır (yani yayın dışı kullanımlar). Mikrodalgalar bu kullanım için özellikle uygundur çünkü radyo dalgalarından daha dar ışınlara daha kolay odaklanırlar ve frekansın yeniden kullanımına izin verirler; nispeten daha yüksek frekansları geniş bant genişliğine ve yüksek veri iletim hızlarına izin verir ve anten boyutları daha düşük frekanslardan daha küçüktür çünkü anten boyutu iletilen frekansla ters orantılıdır. Mikrodalgalar uzay aracı iletişiminde kullanılır ve dünyadaki veri, TV ve telefon iletişiminin çoğu yer istasyonları ve iletişim uyduları arasında mikrodalgalarla uzun mesafelere iletilir. Mikrodalgalar ayrıca mikrodalga fırınlarda ve radar teknolojisinde de kullanılmaktadır. ⓘ
İletişim
Fiber optik iletimin ortaya çıkmasından önce, uzun mesafeli telefon görüşmelerinin çoğu AT&T Long Lines gibi taşıyıcılar tarafından işletilen mikrodalga radyo röle bağlantıları ağları üzerinden taşınıyordu. 1950'lerin başından itibaren, her bir mikrodalga radyo kanalında 5.400'e kadar telefon kanalı göndermek için frekans bölmeli çoğullama kullanıldı ve on kadar radyo kanalı, 70 km'ye kadar uzaktaki bir sonraki siteye atlamak için tek bir antende birleştirildi. ⓘ
Bluetooth ve Wi-Fi için kullanılan IEEE 802.11 özellikleri gibi kablosuz LAN protokolleri de 2.4 GHz ISM bandındaki mikrodalgaları kullanır, ancak 802.11a ISM bandını ve 5 GHz aralığındaki U-NII frekanslarını kullanır. Lisanslı uzun menzilli (yaklaşık 25 km'ye kadar) Kablosuz İnternet Erişimi hizmetleri birçok ülkede 3.5-4.0 GHz aralığında neredeyse on yıldır kullanılmaktadır. FCC kısa bir süre önce ABD'de bu aralıkta hizmet sunmak isteyen taşıyıcılar için 3.65 GHz'e ağırlık veren bir spektrum oluşturdu. Ülke genelinde düzinelerce hizmet sağlayıcı bu bantta faaliyet göstermek için FCC'den lisans almakta ya da almış bulunmaktadır. WIMAX hizmet tekliflerinin 3.65 GHz bandında taşınabilmesi, ticari müşterilere bağlantı için başka bir seçenek sunacaktır. ⓘ
WiMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access) gibi Metropolitan alan ağı (MAN) protokolleri, 2 ila 11 GHz arasında çalışmak üzere tasarlanmış IEEE 802.16 gibi standartlara dayanmaktadır. Ticari uygulamalar 2.3 GHz, 2.5 GHz, 3.5 GHz ve 5.8 GHz aralıklarındadır. ⓘ
IEEE 802.20 veya ATIS/ANSI HC-SDMA (iBurst gibi) gibi standart spesifikasyonlarına dayanan Mobil Geniş Bant Kablosuz Erişim (MBWA) protokolleri, cep telefonlarına benzer hareketlilik ve bina içi penetrasyon özellikleri sağlamak için 1.6 ve 2.3 GHz arasında çalışır, ancak çok daha fazla spektral verimlilik sağlar. ⓘ
GSM gibi bazı cep telefonu şebekeleri, Amerika'da ve başka yerlerde sırasıyla 1.8 ve 1.9 GHz civarında düşük mikrodalga/yüksek UHF frekanslarını kullanmaktadır. DVB-SH ve S-DMB 1.452 ila 1.492 GHz kullanırken, ABD'deki tescilli/uyumsuz uydu radyosu DARS için yaklaşık 2.3 GHz kullanır. ⓘ
Mikrodalga radyo yayıncılık ve telekomünikasyon iletimlerinde kullanılır, çünkü kısa dalga boyları nedeniyle, yüksek yönlü antenler daha küçüktür ve bu nedenle daha uzun dalga boylarında (daha düşük frekanslarda) olacağından daha pratiktir. Ayrıca mikrodalga spektrumunda radyo spektrumunun geri kalanından daha fazla bant genişliği vardır; 300 MHz'in altındaki kullanılabilir bant genişliği 300 MHz'den az iken 300 MHz'in üzerinde birçok GHz kullanılabilir. Tipik olarak mikrodalgalar televizyon haberlerinde uzak bir konumdan özel donanımlı bir minibüsten televizyon istasyonuna sinyal iletmek için kullanılır. Bkz. yayın yardımcı servisi (BAS), uzaktan toplama ünitesi (RPU) ve stüdyo/verici bağlantısı (STL). ⓘ
Çoğu uydu iletişim sistemi mikrodalga spektrumunun C, X, Ka veya Ku bantlarında çalışır. Bu frekanslar, kalabalık UHF frekanslarından kaçınırken ve EHF frekanslarının atmosferik emiliminin altında kalırken geniş bant genişliğine izin verir. Uydu TV ya geleneksel büyük çanaklı sabit uydu hizmeti için C bandında ya da doğrudan yayın uydusu için Ku bandında çalışır. Milstar için Ka bandı kullanılmakla birlikte, askeri iletişim esas olarak X veya Ku bandı bağlantıları üzerinden yürütülür. ⓘ
Çin Beidou, Amerikan Küresel Konumlandırma Sistemi (1978'de tanıtıldı) ve Rus GLONASS dahil olmak üzere Küresel Navigasyon Uydu Sistemleri (GNSS), yaklaşık 1,2 GHz ile 1,6 GHz arasındaki çeşitli bantlarda seyir sinyalleri yayınlar. ⓘ
Radar
Radar, bir verici tarafından yayılan radyo dalgalarının bir nesneden sekerek bir alıcıya geri döndüğü ve nesnenin konumunun, menzilinin, hızının ve diğer özelliklerinin belirlenmesini sağlayan bir radyolokasyon tekniğidir. Mikrodalgaların kısa dalga boyu, motorlu taşıtlar, gemiler ve uçaklar büyüklüğündeki nesnelerden büyük yansımalara neden olur. Ayrıca, bu dalga boylarında, nesnelerin yerini doğru bir şekilde belirlemek için gereken dar hüzme genişliklerini üretmek için gereken parabolik antenler gibi yüksek kazançlı antenler, nesneleri taramak için hızla döndürülmelerine izin verecek şekilde uygun şekilde küçüktür. Bu nedenle, mikrodalga frekansları radarda kullanılan ana frekanslardır. Mikrodalga radar, hava trafik kontrolü, hava tahmini, gemilerin navigasyonu ve hız sınırı uygulaması gibi uygulamalar için yaygın olarak kullanılmaktadır. Uzun mesafe radarları düşük mikrodalga frekanslarını kullanır, çünkü bandın üst ucunda atmosferik soğurma menzili sınırlar, ancak milimetre dalgaları çarpışma önleme sistemleri gibi kısa menzilli radarlar için kullanılır. ⓘ
Radyo astronomisi
Astronomik radyo kaynaklarından yayılan mikrodalgalar; gezegenler, yıldızlar, galaksiler ve nebulalar, radyo teleskopları adı verilen büyük çanak antenlerle radyo astronomisinde incelenir. Doğal olarak oluşan mikrodalga radyasyonunu almanın yanı sıra, radyo teleskoplar aktif radar deneylerinde güneş sistemindeki gezegenlerden mikrodalgaları yansıtmak, Ay'a olan mesafeyi belirlemek veya Venüs'ün görünmeyen yüzeyini bulut örtüsü üzerinden haritalamak için kullanılmıştır. ⓘ
Yakın zamanda tamamlanan bir mikrodalga radyo teleskopu, Şili'de 5.000 metreden (16.597 ft) fazla yükseklikte bulunan ve evreni milimetre ve milimetre altı dalga boyu aralıklarında gözlemleyen Atacama Large Millimeter Array'dir. Bugüne kadar dünyanın en büyük yer tabanlı astronomi projesi olan ve 66'dan fazla çanaktan oluşan bu sistem Avrupa, Kuzey Amerika, Doğu Asya ve Şili tarafından uluslararası bir işbirliği ile inşa edilmiştir. ⓘ
Mikrodalga radyo astronomisinin son zamanlardaki en önemli odak noktalarından biri, 1964 yılında radyo astronomları Arno Penzias ve Robert Wilson tarafından keşfedilen kozmik mikrodalga arka plan radyasyonunun (CMBR) haritalanması olmuştur. Evreni dolduran ve her yönde neredeyse aynı olan bu soluk arka plan radyasyonu, Büyük Patlama'dan kalma "kalıntı radyasyondur" ve erken evrendeki koşullar hakkında az sayıdaki bilgi kaynağından biridir. Evrenin genişlemesi ve dolayısıyla soğuması nedeniyle, başlangıçta yüksek enerjili olan bu radyasyon radyo spektrumunun mikrodalga bölgesine kaymıştır. Yeterince hassas radyo teleskopları, CMBR'yi herhangi bir yıldız, galaksi veya başka bir nesneyle ilişkili olmayan zayıf bir sinyal olarak tespit edebilir. ⓘ
Isıtma ve güç uygulaması
Bir mikrodalga fırın, 2,45 GHz (12 cm) yakın bir frekansta mikrodalga radyasyonunu gıdadan geçirerek, öncelikle enerjinin suda emilmesiyle dielektrik ısınmaya neden olur. Mikrodalga fırınlar, 1970'lerin sonlarında daha ucuz kavite magnetronlarının geliştirilmesinin ardından Batı ülkelerinde yaygın mutfak aletleri haline gelmiştir. Sıvı haldeki su, emilim zirvesini genişleten birçok moleküler etkileşime sahiptir. Buhar fazında, izole su molekülleri, mikrodalga fırının frekansının neredeyse on katı olan yaklaşık 22 GHz'de emilir. ⓘ
Mikrodalga ısıtma, ürünlerin kurutulması ve kürlenmesi için endüstriyel işlemlerde kullanılır. ⓘ
Birçok yarı iletken işleme tekniği, reaktif iyon aşındırma ve plazma ile geliştirilmiş kimyasal buhar biriktirme (PECVD) gibi amaçlarla plazma üretmek için mikrodalgaları kullanır. ⓘ
Mikrodalgalar stellaratörlerde ve tokamak deneysel füzyon reaktörlerinde gazın plazmaya dönüşmesine yardımcı olmak ve çok yüksek sıcaklıklara kadar ısıtmak için kullanılır. Frekans, 2-200 GHz arasında herhangi bir yerde manyetik alandaki elektronların siklotron rezonansına ayarlanır, bu nedenle genellikle Elektron Siklotron Rezonans Isıtma (ECRH) olarak adlandırılır. Yaklaşmakta olan ITER termonükleer reaktörü 20 MW'a kadar 170 GHz mikrodalgalar kullanacaktır. ⓘ
Mikrodalgalar uzun mesafelere güç iletmek için kullanılabilir ve 2. Dünya Savaşı sonrası olasılıkları incelemek için araştırmalar yapılmıştır. NASA, 1970'lerde ve 1980'lerin başında, mikrodalgalar aracılığıyla Dünya yüzeyine güç ışınlayacak büyük güneş dizilerine sahip güneş enerjisi uydu (SPS) sistemlerini kullanma olasılıklarını araştırmak için çalıştı. ⓘ
Hedef alınan kişinin uzaklaşmasını sağlamak amacıyla insan derisinin ince bir katmanını dayanılmaz bir sıcaklığa kadar ısıtmak için milimetre dalgaları kullanan ölümcül olmayan silahlar mevcuttur. İki saniyelik bir 95 GHz odaklanmış ışın patlaması cildi 0,4 milimetre (1⁄64 inç) derinlikte 54 °C (129 °F) sıcaklığa kadar ısıtır. Birleşik Devletler Hava Kuvvetleri ve Deniz Kuvvetleri şu anda sabit tesislerde bu tür aktif inkar sistemini kullanmaktadır. ⓘ
Spektroskopi
Mikrodalga radyasyonu, elektron paramanyetik rezonans (EPR veya ESR) spektroskopisinde, tipik olarak X-band bölgesinde (~9 GHz), tipik olarak 0.3 T manyetik alanlarla birlikte kullanılır. Bu teknik, serbest radikaller veya Cu (II) gibi geçiş metal iyonları gibi kimyasal sistemlerdeki eşleşmemiş elektronlar hakkında bilgi sağlar. Mikrodalga radyasyonu ayrıca rotasyonel spektroskopi yapmak için kullanılır ve mikrodalga ile geliştirilmiş elektrokimyada olduğu gibi elektrokimya ile birleştirilebilir. ⓘ
Mikrodalga frekans bantları
Mikrodalga spektrumundaki frekans bantları harflerle gösterilir. Ne yazık ki, birbiriyle uyumsuz birkaç bant belirleme sistemi vardır ve bir sistem içinde bile bazı harflere karşılık gelen frekans aralıkları farklı uygulama alanları arasında biraz farklılık gösterir. Harf sisteminin kökeni 2. Dünya Savaşı'nda radar setlerinde kullanılan bantların çok gizli bir ABD sınıflandırmasına dayanmaktadır; bu, en eski harf sistemi olan IEEE radar bantlarının kökenidir. Büyük Britanya Radyo Topluluğu (RSGB) tarafından belirlenen bir dizi mikrodalga frekans bandı aşağıda tablolaştırılmıştır:
| Radyo bantları ⓘ | ||||||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| ITU | ||||||||||||||||
|
||||||||||||||||
| AB / NATO / ABD ECM | ||||||||||||||||
|
||||||||||||||||
| IEEE | ||||||||||||||||
|
||||||||||||||||
| Diğer TV ve radyo | ||||||||||||||||
|
||||||||||||||||
| Tanımlama | Frekans aralığı | Dalga boyu aralığı | Tipik kullanımlar ⓘ |
|---|---|---|---|
| L bandı | 1 ila 2 GHz | 15 cm ila 30 cm | askeri telemetri, GPS, cep telefonları (GSM), amatör radyo |
| S bandı | 2 ila 4 GHz | 7,5 cm ila 15 cm | hava radarı, yüzey gemi radarı, bazı iletişim uyduları, mikrodalga fırınlar, mikrodalga cihazlar/iletişim, radyo astronomi, cep telefonları, kablosuz LAN, Bluetooth, ZigBee, GPS, amatör radyo |
| C bandı | 4 ila 8 GHz | 3,75 cm ila 7,5 cm | uzun mesafe telsiz telekomünikasyon |
| X bandı | 8 ila 12 GHz | 25 mm ila 37,5 mm | uydu iletişimi, radar, karasal geniş bant, uzay iletişimi, amatör radyo, moleküler rotasyonel spektroskopi |
| Ku bandı | 12 ila 18 GHz | 16,7 mm ila 25 mm | uydu iletişimi, moleküler rotasyonel spektroskopi |
| K bandı | 18 ila 26,5 GHz | 11,3 mm ila 16,7 mm | radar, uydu iletişimi, astronomik gözlemler, otomotiv radarı, moleküler rotasyonel spektroskopi |
| Ka bandı | 26,5 ila 40 GHz | 5,0 mm ila 11,3 mm | uydu iletişimi, moleküler rotasyonel spektroskopi |
| Q bandı | 33 ila 50 GHz | 6,0 mm ila 9,0 mm | uydu iletişimi, karasal mikrodalga iletişimi, radyo astronomi, otomotiv radarı, moleküler rotasyonel spektroskopi |
| U bandı | 40 ila 60 GHz | 5,0 mm ila 7,5 mm | |
| V bandı | 50 ila 75 GHz | 4,0 mm ila 6,0 mm | milimetre dalga radar araştırması, moleküler rotasyonel spektroskopi ve diğer bilimsel araştırma türleri |
| W bandı | 75 ila 110 GHz | 2,7 mm ila 4,0 mm | uydu haberleşmesi, milimetre dalga radar araştırmaları, askeri radar hedefleme ve izleme uygulamaları ve bazı askeri olmayan uygulamalar, otomotiv radarı |
| F bandı | 90 ila 140 GHz | 2,1 mm ila 3,3 mm | SHF yayınları: Radyo astronomi, mikrodalga cihazlar/iletişim, kablosuz LAN, modern radarların çoğu, iletişim uyduları, uydu televizyon yayıncılığı, DBS, amatör radyo |
| D bandı | 110 ila 170 GHz | 1,8 mm ila 2,7 mm | EHF yayınları: Radyo astronomi, yüksek frekanslı mikrodalga radyo rölesi, mikrodalga uzaktan algılama, amatör radyo, yönlendirilmiş enerji silahı, milimetre dalga tarayıcı |
Başka tanımlar da mevcuttur. ⓘ
P bandı terimi bazen L bandının altındaki UHF frekansları için kullanılır, ancak IEEE Std 521 uyarınca artık kullanılmamaktadır. ⓘ
İkinci Dünya Savaşı sırasında K bandında radarlar ilk geliştirildiğinde, yakınlarda bir soğurma bandı olduğu bilinmiyordu (atmosferdeki su buharı ve oksijen nedeniyle). Bu sorunu önlemek için orijinal K bandı bir alt bant olan Ku ve bir üst bant olan Ka olarak ikiye ayrılmıştır. ⓘ
Mikrodalga frekans ölçümü
Mikrodalga frekansı elektronik ya da mekanik tekniklerle ölçülebilir. ⓘ
Frekans sayaçları veya yüksek frekanslı heterodin sistemleri kullanılabilir. Burada bilinmeyen frekans, düşük frekanslı bir jeneratör, bir harmonik jeneratör ve bir karıştırıcı kullanılarak bilinen daha düşük bir frekansın harmonikleri ile karşılaştırılır. Ölçümün doğruluğu referans kaynağının doğruluğu ve kararlılığı ile sınırlıdır. ⓘ
Mekanik yöntemler, fiziksel bir boyut ile frekans arasında bilinen bir ilişkiye sahip olan soğurma dalga ölçer gibi ayarlanabilir bir rezonatör gerektirir. ⓘ
Laboratuvar ortamında, Lecher hatları paralel tellerden oluşan bir iletim hattındaki dalga boyunu doğrudan ölçmek için kullanılabilir, daha sonra frekans hesaplanabilir. Benzer bir teknik de dalga boyunu doğrudan ölçmek için yarıklı bir dalga kılavuzu veya yarıklı bir koaksiyel hat kullanmaktır. Bu cihazlar, uzunlamasına bir yarık aracılığıyla hatta sokulan bir probdan oluşur, böylece prob hatta yukarı ve aşağı hareket etmekte serbesttir. Yarıklı hatlar öncelikle hat üzerindeki gerilim duran dalga oranının ölçümü için tasarlanmıştır. Bununla birlikte, bir duran dalganın mevcut olması koşuluyla, dalga boyunun yarısına eşit olan düğümler arasındaki mesafeyi ölçmek için de kullanılabilirler. Bu yöntemin hassasiyeti düğüm noktalarının belirlenmesi ile sınırlıdır. ⓘ
Sağlık üzerindeki etkileri
Mikrodalgalar iyonlaştırıcı olmayan radyasyondur, yani mikrodalga fotonları, x-ışınları veya ultraviyole gibi iyonlaştırıcı radyasyon gibi molekülleri iyonlaştırmak veya kimyasal bağları kırmak veya DNA hasarına neden olmak için yeterli enerji içermez. "Radyasyon" kelimesi radyoaktiviteyi değil, bir kaynaktan yayılan enerjiyi ifade eder. Mikrodalgaların emiliminin ana etkisi malzemeleri ısıtmaktır; elektromanyetik alanlar polar moleküllerin titreşmesine neden olur. Mikrodalgaların (veya diğer iyonlaştırıcı olmayan elektromanyetik radyasyonun) düşük seviyelerde önemli olumsuz biyolojik etkileri olduğu kesin olarak gösterilmemiştir. Hepsi olmasa da bazı çalışmalar uzun süreli maruziyetin kanserojen etkisi olabileceğini düşündürmektedir. ⓘ
İkinci Dünya Savaşı sırasında, radar tesislerinin radyasyon yolundaki bireylerin mikrodalga radyasyonuna tepki olarak tıklama ve uğultu sesleri yaşadıkları gözlemlenmiştir. NASA tarafından 1970'lerde yapılan araştırmalar, bunun iç kulağın bazı bölümlerindeki termal genleşmeden kaynaklandığını göstermiştir. 1955 yılında Dr. James Lovelock, mikrodalga diatermi kullanarak 0 ve 1 °C'ye (32 ve 34 °F) kadar soğutulmuş sıçanları yeniden canlandırmayı başarmıştır. ⓘ
Mikrodalgaya maruz kalma sonucu yaralanma meydana geldiğinde, bu genellikle vücutta indüklenen dielektrik ısınmadan kaynaklanır. Mikrodalga radyasyona maruz kalmak bu mekanizma ile katarakt oluşturabilir, çünkü mikrodalga ısıtma gözün kristal lensindeki proteinleri denatüre eder (aynı ısının yumurta akını beyaz ve opak hale getirmesi gibi). Göz merceği ve kornea özellikle savunmasızdır çünkü ısıyı uzaklaştırabilecek kan damarları içermezler. Yüksek dozda mikrodalga radyasyonuna maruz kalmak (kapağı açıkken bile çalışmasına izin verecek şekilde kurcalanmış bir fırında olduğu gibi) diğer dokularda da ısı hasarı oluşturabilir ve mikrodalgaların daha yüksek nem içeriğine sahip daha derin dokuları ısıtma eğilimi nedeniyle hemen belli olmayabilecek ciddi yanıklara kadar gidebilir. ⓘ
Tarihçe
Hertzian optiği
Mikrodalgalar ilk olarak 1890'larda ilk radyo deneylerinden bazılarında, bunları bir tür "görünmez ışık" olarak düşünen fizikçiler tarafından üretilmiştir. James Clerk Maxwell 1873 tarihli elektromanyetizma teorisinde, şimdi Maxwell denklemleri olarak adlandırılan, birleşik bir elektrik alanı ve manyetik alanın elektromanyetik dalga olarak uzayda hareket edebileceğini öngörmüş ve ışığın kısa dalga boylu elektromanyetik dalgalardan oluştuğunu öne sürmüştü. 1888 yılında Alman fizikçi Heinrich Hertz, ilkel bir kıvılcım aralığı radyo vericisi kullanarak radyo dalgalarının varlığını gösteren ilk kişi oldu. ⓘ
Hertz ve diğer ilk radyo araştırmacıları, Maxwell'in teorisini test etmek için radyo dalgaları ve ışık dalgaları arasındaki benzerlikleri keşfetmekle ilgileniyorlardı. Radyo dalgalarını ışık ışınları gibi kırmak ve dağıtmak için parafin, sülfür ve ziftten yapılmış prizmalar ve mercekler ve tel kırınım ızgaraları gibi yarı optik bileşenler kullanarak laboratuvarlarında klasik optik deneylerini kopyalayabilecekleri UHF ve mikrodalga aralıklarında kısa dalga boylu radyo dalgaları üretmeye odaklandılar. Hertz 450 MHz'e kadar dalgalar üretti; 450 MHz'lik yönlü vericisi, bir indüksiyon bobininden gelen yüksek voltaj darbeleriyle çalışan, kavisli bir çinko levhadan yapılmış parabolik bir antenin odak hattında asılı duran, uçları arasında bir kıvılcım boşluğu bulunan 26 cm'lik bir pirinç çubuk dipol antenden oluşuyordu. Tarihi deneyleri, ışık gibi radyo dalgalarının da kırılma, kırınım, polarizasyon, girişim ve duran dalgalar sergilediğini göstererek radyo dalgalarının ve ışık dalgalarının her ikisinin de Maxwell'in elektromanyetik dalgalarının formları olduğunu kanıtladı. ⓘ
Heinrich Hertz'in 450 MHz kıvılcım vericisi, 1888, 23 cm dipol ve parabolik reflektörün odağındaki kıvılcım boşluğundan oluşuyor
Jagadish Chandra Bose 1894 yılında milimetre dalgaları üreten ilk kişidir; kıvılcım osilatörü (kutuda, sağda) 3 mm metal bilye rezonatörleri kullanarak 60 GHz (5 mm) dalgalar üretmiştir.
John Ambrose Fleming'in 1897'de 1.4 GHz mikrodalgaların parafin prizma tarafından kırılmasını gösteren ve Bose ve Righi'nin daha önceki deneylerini tekrarlayan mikrodalga spektroskopisi deneyi.
Augusto Righi'nin 12 GHz kıvılcım osilatörü ve alıcısı, 1895 ⓘ
1894 yılından itibaren Hintli fizikçi Jagadish Chandra Bose mikrodalgalarla ilgili ilk deneyleri gerçekleştirdi. Milimetre dalgaları üreten ilk kişi olan Bose, 3 mm'lik bir metal bilye kıvılcım osilatörü kullanarak 60 GHz'e (5 milimetre) kadar frekanslar üretmiştir. Bose ayrıca deneylerinde kullanmak üzere dalga kılavuzu, boynuz antenler ve yarı iletken kristal dedektörler icat etti. Bağımsız olarak 1894 yılında Oliver Lodge ve Augusto Righi, küçük metal bilyeli kıvılcım rezonatörleri tarafından üretilen sırasıyla 1,5 ve 12 GHz mikrodalgalarla deneyler yaptılar. Rus fizikçi Pyotr Lebedev 1895 yılında 50 GHz milimetre dalga üretmiştir. 1897'de Lord Rayleigh, iletken tüpler ve keyfi şekilli dielektrik çubuklar boyunca yayılan elektromanyetik dalgaların matematiksel sınır-değer problemini çözdü. Bu, bir dalga kılavuzu boyunca yayılan mikrodalgaların modlarını ve kesme frekansını verdi. ⓘ
Bununla birlikte, mikrodalgalar görüş hattı ile sınırlı olduğundan, görsel ufkun ötesinde iletişim kuramazlardı ve o zamanlar kullanılan kıvılcım vericilerinin düşük gücü, pratik menzillerini birkaç mil ile sınırladı. Radyo iletişiminin 1896'dan sonraki gelişiminde, yer dalgaları olarak ufkun ötesine geçebilen ve gökyüzü dalgaları olarak iyonosferden yansıyan daha düşük frekanslar kullanılmış ve mikrodalga frekansları bu dönemde daha fazla araştırılmamıştır. ⓘ
İlk mikrodalga iletişim deneyleri
Radyo vericilerinde kullanılan triyot vakum tüpü (valf) elektronik osilatörü, aşırı elektron geçiş süresi ve elektrotlar arası kapasitans nedeniyle birkaç yüz megahertzin üzerindeki frekansları üretemediğinden, mikrodalga frekanslarının pratik kullanımı, yeterli kaynak eksikliği nedeniyle 1940'lara ve 1950'lere kadar gerçekleşmemiştir. 1930'lara gelindiğinde, yeni prensipler kullanılarak ilk düşük güçlü mikrodalga vakum tüpleri geliştirildi; Barkhausen-Kurz tüpü ve split-anode magnetron. Bunlar birkaç gigahertz'e kadar olan frekanslarda birkaç watt güç üretebiliyordu ve mikrodalgalarla iletişimde ilk deneylerde kullanıldı. ⓘ
1931 yılında Manş Denizi boyunca 1.7 GHz'lik deneysel mikrodalga röle bağlantısının antenleri.
1932'de Westinghouse laboratuarlarındaki deneysel 700 MHz verici bir mil boyunca ses iletir.
Southworth (solda) 1938'de IRE toplantısında dalga kılavuzunu gösterirken, 7,5 m'lik esnek metal hortumdan geçen 1,5 GHz mikrodalgaların bir diyot detektörüne kaydedildiğini gösteriyor.
1938'de mucit Wilmer L. Barrow ile birlikte ilk modern boynuz anten ⓘ
1931 yılında Andre C. Clavier başkanlığındaki bir İngiliz-Fransız konsorsiyumu, İngiltere'nin Dover kenti ile Fransa'nın Calais kenti arasındaki 40 millik (64 km) Manş Denizi boyunca ilk deneysel mikrodalga röle bağlantısını gösterdi. Sistem, 10 metrelik (3 m) metal çanakların odağında minyatür Barkhausen-Kurz tüpleri tarafından üretilen yarım watt gücündeki çift yönlü 1.7 GHz ışınlar üzerinden telefon, telgraf ve faks verilerini iletti. ⓘ
Daha önce 200 metreden kısa tüm dalgalar anlamına gelen "kısa dalga" bandında toplanmış olan bu yeni kısa dalga boylarını ayırt etmek için bir kelimeye ihtiyaç vardı. Yarı-optik dalgalar ve ultra-kısa dalgalar terimleri kısa bir süre kullanıldı, ancak tutmadı. Mikro dalga kelimesinin ilk kullanımı 1931 yılında gerçekleşmiştir. ⓘ
Radar
İkinci Dünya Savaşı öncesinde ve sırasında radarın büyük ölçüde gizlilik içinde geliştirilmesi, mikrodalgaları pratik hale getiren teknolojik ilerlemelerle sonuçlandı. Uçaklara sığacak kadar küçük radar antenlerine, düşman uçaklarının yerlerini belirleyebilecek kadar dar bir hüzme genişliği sağlamak için santimetre aralığında dalga boyları gerekliydi. Radyo dalgalarını taşımak için kullanılan geleneksel iletim hatlarının mikrodalga frekanslarında aşırı güç kayıplarına sahip olduğu tespit edildi ve Bell Laboratuarlarında George Southworth ve MIT'de Wilmer Barrow 1936 yılında bağımsız olarak dalga kılavuzunu icat etti. Barrow 1938 yılında mikrodalgaları bir dalga kılavuzunun içine veya dışına verimli bir şekilde yaymak için boynuz anteni icat etti. Bir mikrodalga alıcısında, vakum tüpleri çok fazla kapasitansa sahip olduğundan, bu frekanslarda dedektör ve karıştırıcı görevi görecek doğrusal olmayan bir bileşene ihtiyaç vardı. Bu ihtiyacı karşılamak için araştırmacılar, vakum tüplü alıcılardan önce yüzyılın başlarında kristal radyolarda demodülatör olarak kullanılan nokta temaslı kristal dedektörü (kedi bıyığı dedektörü) gibi eski bir teknolojiyi yeniden canlandırdılar. Yarı iletken bağlantıların düşük kapasitansı, bunların mikrodalga frekanslarında çalışmasına izin verdi. İlk modern silikon ve germanyum diyotlar 1930'larda mikrodalga dedektörleri olarak geliştirildi ve bunların geliştirilmesi sırasında öğrenilen yarı iletken fiziği ilkeleri savaştan sonra yarı iletken elektroniğine yol açtı. ⓘ
Randall ve Boot'un Birmingham Üniversitesi'ndeki prototip kavite magnetron tüpü, 1940. Kullanımda tüp bir elektromıknatısın kutupları arasına yerleştirilmiştir
İlk ticari klistron tüpü, General Electric tarafından, 1940, iç yapıyı göstermek için kesit alınmış
İlk mikrodalga hava önleme radarı olan İngiliz Mk. VIII, İngiliz avcı uçağının burnunda. Yeni magnetron tüpü ile çalışan mikrodalga radar İkinci Dünya Savaşını önemli ölçüde kısalttı.
Mobil ABD Ordusu mikrodalga röle istasyonu 1945, 100 MHz'den 4.9 GHz'e kadar frekansları kullanan ve bir ışın üzerinde 8 telefon görüşmesi iletebilen röle sistemlerini göstermektedir. ⓘ
Dünya Savaşı'nın başında icat edilmiştir: 1937 yılında Stanford Üniversitesi'nde Russell ve Sigurd Varian tarafından klistron tüpü ve 1940 yılında İngiltere'de Birmingham Üniversitesi'nde John Randall ve Harry Boot tarafından kavite magnetron tüpü. On santimetrelik (3 GHz) mikrodalga radar 1941'in sonlarında İngiliz savaş uçaklarında kullanılmaya başlandı ve oyunun kurallarını değiştirdi. İngiltere'nin 1940 yılında mikrodalga teknolojisini müttefiki ABD ile paylaşma kararı (Tizard Misyonu) savaşı önemli ölçüde kısalttı. Radar araştırmaları için 1940 yılında Massachusetts Teknoloji Enstitüsü'nde gizlice kurulan MIT Radyasyon Laboratuarı, mikrodalgaları kullanmak için gerekli teorik bilginin çoğunu üretti. İlk mikrodalga röle sistemleri savaşın sonuna doğru Müttefik ordusu tarafından geliştirildi ve Avrupa tiyatrosunda güvenli savaş alanı iletişim ağları için kullanıldı. ⓘ
İkinci Dünya Savaşı Sonrası
İkinci Dünya Savaşı'ndan sonra mikrodalgalar ticari olarak hızla kullanılmaya başlandı. Yüksek frekansları nedeniyle çok büyük bir bilgi taşıma kapasitesine (bant genişliği) sahiptiler; tek bir mikrodalga ışını on binlerce telefon görüşmesini taşıyabilirdi. 1950'lerde ve 60'larda ABD ve Avrupa'da şehirler arasında telefon görüşmeleri yapmak ve televizyon programlarını dağıtmak için kıtalararası mikrodalga röle ağları kuruldu. Yeni televizyon yayıncılığı endüstrisinde, 1940'lardan itibaren mikrodalga çanaklar, mobil prodüksiyon kamyonlarından stüdyoya geri besleme video yayınlarını iletmek için kullanıldı ve ilk uzaktan TV yayınlarına izin verdi. İlk iletişim uyduları 1960'larda fırlatıldı ve bu uydular mikrodalga ışınları kullanarak telefon görüşmelerini ve televizyonu Dünya'nın geniş ölçüde ayrılmış noktaları arasında aktardı. 1964 yılında Arno Penzias ve Robert Woodrow Wilson, Holmdel, New Jersey'deki Bell Laboratuarlarında bir uydu boynuz antenindeki gürültüyü araştırırken kozmik mikrodalga arka plan radyasyonunu keşfettiler.
Mikrodalga radar, hava trafik kontrolü, deniz seyrüseferi, uçaksavar savunması, balistik füze tespiti ve daha sonra diğer birçok kullanımda kullanılan merkezi teknoloji haline geldi. Radar ve uydu iletişimi, modern mikrodalga antenlerinin geliştirilmesini motive etti; parabolik anten (en yaygın tip), cassegrain anteni, lens anteni, slot anteni ve aşamalı dizi. ⓘ
Kısa dalgaların malzemeleri hızlı bir şekilde ısıtma ve yemek pişirme yeteneği 1930'larda Westinghouse'da I. F. Mouromtseff tarafından araştırılmış ve 1933 Chicago Dünya Fuarı'nda 60 MHz'lik bir radyo vericisi ile yemek pişirilmesi gösterilmiştir. 1945 yılında Raytheon'da radar üzerinde çalışan bir mühendis olan Percy Spencer, bir magnetron osilatöründen gelen mikrodalga radyasyonunun cebindeki bir çikolatayı erittiğini fark etti. Mikrodalgalarla yemek pişirmeyi araştırdı ve 8 Ekim 1945'te Raytheon tarafından patenti alınan, içinde yiyecek bulunan kapalı bir metal boşluğa mikrodalgaları besleyen bir magnetrondan oluşan mikrodalga fırını icat etti. Mikrodalga fırınlar pahalı olmaları nedeniyle başlangıçta kurumsal mutfaklarda kullanıldı, ancak 1986'da ABD'deki hanelerin yaklaşık %25'i bir mikrodalga fırına sahipti. Mikrodalga ısıtma, plastik üretimi gibi endüstrilerde endüstriyel bir süreç olarak ve mikrodalga hipertermisinde kanser hücrelerini öldürmek için tıbbi bir tedavi olarak yaygın bir şekilde kullanılmaya başlandı. ⓘ
Rudolph Kompfner ve John Pierce tarafından 1943 yılında geliştirilen hareketli dalga tüpü (TWT), 50 GHz'e kadar yüksek güçlü ayarlanabilir bir mikrodalga kaynağı sağladı ve en yaygın kullanılan mikrodalga tüpü oldu (mikrodalga fırınlarda kullanılan her yerde bulunan magnetronun yanı sıra). Rusya'da geliştirilen gyrotron tüp ailesi, milimetre dalga frekanslarına kadar megawatt güç üretebilir ve endüstriyel ısıtma ve plazma araştırmalarında ve parçacık hızlandırıcılara ve nükleer füzyon reaktörlerine güç sağlamak için kullanılır. ⓘ
Katı hal mikrodalga cihazları
1950'lerde yarı iletken elektroniğin gelişmesi, yeni bir ilke olan negatif dirençle çalışan ilk katı hal mikrodalga aygıtlarına yol açtı (savaş öncesi mikrodalga tüplerinin bazıları da negatif direnç kullanmıştı). Düşük frekanslarda kullanılan geri beslemeli osilatör ve iki portlu yükselteçler mikrodalga frekanslarında kararsız hale geldi ve negatif dirençli osilatörler ve diyot gibi tek portlu cihazlara dayanan yükselteçler daha iyi çalıştı. ⓘ
Japon fizikçi Leo Esaki tarafından 1957 yılında icat edilen tünel diyot birkaç miliwatt mikrodalga gücü üretebiliyordu. Bu buluş, mikrodalga osilatörleri olarak kullanılmak üzere daha iyi negatif dirençli yarı iletken cihazlar arayışını başlatmış ve 1956 yılında W.T. Read ve Ralph L. Johnston tarafından IMPATT diyotunun ve 1962 yılında J. B. Gunn tarafından Gunn diyotunun icadıyla sonuçlanmıştır. Diyotlar günümüzde en yaygın kullanılan mikrodalga kaynaklarıdır. ⓘ
İki düşük gürültülü katı hal negatif dirençli mikrodalga amplifikatörü geliştirilmiştir; 1953 yılında Charles H. Townes, James P. Gordon ve H. J. Zeiger tarafından icat edilen ruby maser ve 1956 yılında Marion Hines tarafından geliştirilen varactor parametrik amplifikatör. Bunlar radyo teleskoplarında ve uydu yer istasyonlarında düşük gürültülü mikrodalga alıcıları için kullanıldı. Maser, iki enerji seviyesi arasında elektron geçişi yapan atomlar tarafından yayılan hassas bir mikrodalga frekansı kullanarak zamanı tutan atomik saatlerin geliştirilmesine yol açtı. Negatif dirençli amplifikatör devreleri, sirkülatörler, izolatörler ve yönlü kuplörler gibi karşılıklı olmayan yeni dalga kılavuzu bileşenlerinin icadını gerektirmiştir. 1969 yılında Kurokawa, negatif direnç devrelerinde kararlılık için mikrodalga osilatör tasarımının temelini oluşturan matematiksel koşulları türetmiştir. ⓘ
Mikrodalga entegre devreler
1970'lerden önce mikrodalga cihazları ve devreleri hantal ve pahalıydı, bu nedenle mikrodalga frekansları genellikle vericilerin çıkış aşaması ve alıcıların RF ön ucu ile sınırlıydı ve sinyaller işlenmek üzere daha düşük bir ara frekansa heterodinlenirdi. 1970'lerden günümüze kadar olan dönemde, devre kartlarına monte edilebilen ve devrelerin mikrodalga frekanslarında önemli sinyal işleme gerçekleştirmesine olanak tanıyan küçük ve ucuz aktif katı hal mikrodalga bileşenleri geliştirilmiştir. Bu sayede uydu televizyonu, kablolu televizyon, GPS cihazları ve mikrodalgaları kullanarak ağlara bağlanan akıllı telefonlar, Wi-Fi ve Bluetooth gibi modern kablosuz cihazlar mümkün olmuştur. ⓘ
Mikrodalga frekanslarında kullanılabilen bir iletim hattı türü olan mikroşerit, 1950'lerde baskılı devrelerle icat edilmiştir. Baskılı devre kartlarında çok çeşitli şekillerin ucuza üretilebilmesi, kapasitörlerin, indüktörlerin, rezonans saplamalarının, ayırıcıların, yönlü kuplörlerin, diplexer'ların, filtrelerin ve antenlerin mikroşerit versiyonlarının yapılmasına ve böylece kompakt mikrodalga devrelerinin inşa edilmesine olanak sağlamıştır. ⓘ
Mikrodalga frekanslarında çalışan transistörler 1970'lerde geliştirilmiştir. Yarı iletken galyum arsenit (GaAs), silikondan çok daha yüksek bir elektron hareketliliğine sahiptir, bu nedenle bu malzemeyle üretilen cihazlar, benzer silikon cihazların 4 katı frekansta çalışabilir. 1970'lerden itibaren GaAs ilk mikrodalga transistörlerini yapmak için kullanıldı ve o zamandan beri mikrodalga yarı iletkenlerine hakim oldu. MESFET'ler (metal-yarı iletken alan etkili transistörler), kapı için Schottky kavşakları kullanan hızlı GaAs alan etkili transistörler, 1968'den başlayarak geliştirildi ve 100 GHz'lik kesme frekanslarına ulaştı ve şu anda en yaygın kullanılan aktif mikrodalga cihazlarıdır. Daha yüksek frekans sınırına sahip bir başka transistör ailesi, heterojonksiyon teknolojisi kullanılarak AlGaAs ve GaAs olmak üzere iki farklı yarı iletkenle yapılan bir alan etkili transistör olan HEMT (yüksek elektron mobiliteli transistör) ve benzer HBT'dir (heterojonksiyon bipolar transistör). ⓘ
GaAs yarı yalıtkan hale getirilebildiğinden, üzerinde pasif bileşenler içeren devrelerin yanı sıra transistörlerin litografi ile üretilebileceği bir alt tabaka olarak kullanılabilmektedir. 1976 yılına gelindiğinde bu durum, mikrodalga frekanslarında çalışan ve monolitik mikrodalga entegre devreleri (MMIC) olarak adlandırılan ilk entegre devrelerin (IC'ler) ortaya çıkmasını sağlamıştır. "Monolitik" kelimesi, bunları "mikrodalga entegre devreler" (MIC) olarak adlandırılan mikroşerit PCB devrelerinden ayırmak için eklenmiştir. O zamandan beri silikon MMIC'ler de geliştirilmiştir. Günümüzde MMIC'ler hem analog hem de dijital yüksek frekanslı elektroniğin beygirleri haline gelmiş ve tek çipli mikrodalga alıcıların, geniş bantlı amplifikatörlerin, modemlerin ve mikroişlemcilerin üretimine olanak sağlamıştır. ⓘ