1

علم الميكروويف أو الموجيات الدقيقة

ميكروويف اسم يطلق على الموجات الكهرومغناطيسية

)electromagnetic waves( التي تشع من أي دائرة

كهربية للتيار المتردد وذلك نتيجة لالضطراب الكهربي أو

بمعنى أدق نتيجة للفوضى الكهربية التي تحدث لتلك الدائرة

٠التيار عالي جدا عندما يكون تردد

عامة تنشأ الموجات الكهرومغناطيسية عندما بصفة

: تتغير سرعة الشحنات الكهربائية مثال ذلك

)اريال( الصادر من الهوائي الكهرومغناطيسىالشعاع

٠عندما تتسارع حركة الشحنات الكهربية للتيار المتردد

الذي يساوى الفرق بين الكهرومغناطيسى الشعاع

مستوين من مستويات الطاقة عندما ينتقل إلكترون من

٠مستوى عالي الطاقة إلى مستوى أقل

2

الناتج من جسيمات الغاز الكهرومغناطيسىالشعاع

المشحونة كهربيا عندما يصل الغاز إلى درجات حرارة

٠ عالية جدا

3

ويوضح الكهرومغناطيسىيمثل الطيف ) ١٠١(الشكل

تطبيقاته بشكل عام من موجات الراديو إلى موجات الضوء

هيرتز ١٠١٥ ميغا هيرتز إلى ١ونالحظ أن التردد يتراوح من

ويقابله طول موجي يبدأ من كيلومتر إلى ميكرومتر

من دراسة هذا الطيف نستطيع ان نؤكد إن الموجات

الكهرومغناطيسية عامة بما فيها موجات الميكروويف

تستطيع إن تنتشر في الفضاء بسرعة الضوء بدون الحاجة

إلى مادة مساعده مثل موجات الصوت وموجات الماء

والدليل على ذلك إن موجات الضوء والتي هي من نفس

تصل من الشمس )electromagneticwaves(النوع

بدون أي عوائق إلى األرض

فهو يوضح طيف الموجات الدقيقة ) ١٠٢(الشكل

يتراوح مدى ترددات الميكروويف في الطيف وتطبيقاتها و

4

جيجا ٣٠٠ ميجا هيرتز إلى ٣٠٠الكهرومغناطيسى من

سم ٣٠- مم ٠،٣هيرتز يقابله طول موجي يتراوح من

مما سبق يتضح إن موجات الميكروويف نسبت إلى الطول

الموجي القصير وليس إلى التردد العالي المسئول عن تولده

عندما يكون التردد منخفض على سبيل المثال في حدود

هيرتز يعتمد التحليل الكهربي للدائرة على ٦٠ - ٥٠

العنصران بالتيار وفرق الجهدقوانين كرووشوف المتعلقة

المهمان في الدائرة الكهربية حيث إن أي إشعاع

يهمل ألن ليس له تأثير يذكر في تبديد كهرومغناطيسى

الطاقة

يهمل التيار وفرق الجهد عندما يكون التردد عالي جدا

سلبي على ويكون تأثير الحقلين الكهربي والمغناطيسي

الدائرة حيث إن أي موصل في الدائرة الكهربية يعتبر

5

هوائي مبدد للطاقة على هيئة موجات كهر ومغناطيسية

حتى لو كان اصغر سلك في الدائرة

يتم ) تردد ميكروويف( اما في حالة التردد العالي

التوصيل في الدائرة الكهربية بواسطة وعاء مجوف له

أبعاد محددة تنتشر فيه موجات الميكروويف بشروط معينة

كما هو موضح )Waveguide(ويدعى موجهه الموجه

) ١٠٣(في شكل

6

7

العلم الذي يؤدى إلى فهم خواص الموجيات الدقيقة هو دراسة

ادالت ماكسويل وذلك النظرية الكهرومغناطيسية وحل مع

بفرض شروط معينة للمعادلة تؤدى إلى إيجاد شكل عام

لذلك ال يمكن ألي ٠وخاص للحقلين الكهربي والمغناطيسي

عالم أو مهندس العمل في حقل الميكروويف بدون دراسة

٠ النظرية الكهرومغناطيسية

تعتبر الحرب العالمية الثانية العامل الرئيسي الكتشاف موجات

الميكروويف عن طريق استخدام الرادار وهو الجهاز المهم

جدا أثناء الحرب وال يمكن أن يستغنى عنه أي طرف من

فقد لوحظ أن الموجات الكهرومغناطيسية ٠األطراف المتحاربة

عندما يكون ترددها عالي أي في مدى الميكروويف تنتشر في

ء خطوط مستقيمة وتخترق الضباب والغيوم بدون أن تفقد جز

يذكر من طاقتها وكذلك تستطيع اختراق الغالف الجوى المنأين

المتكون من ذرات متأينه ،)ionosphere(األيون وسفير

وذلك بعكس الموجات ذات ، وإلكترونات أي شحنات كهربية

8

فهي تنعكس عند مالمستها ، موجات الراديو مثأل، التردد األقل

وبجانب تلك الخواص فأن هذه الموجات لها ٠لهذا الغالف

خواص موجات الضوء مثل خاصية االنعكاس واالنحراف

واالستقطاب واالنكسار بحيث يمكن استخدامها في تحديد مكان

يوضح ٤وسرعة أي جسم سوأ كان ثابت أو متحرك الشكل

٠ذلك

9

أدت هذه الخواص التي تتمتع بها موجات الميكروويف

) Radio Detection And اختراع الرادار إلى

)Ranging حيث توجه ذبذبات الميكروويف في

خطوط مستقيمة على مساحات كبيرة وعند مالمستها

لجسم صلب تنعكس ومن إيجاد الفرق بين سرعة

الموجه الساقطة والموجه المنعكسة ممكن الحصول على

معلومات هامة تفيد األطراف المتحاربة في تحديد مواقع

٠طائرات وسفن العدو سواء عند الهجوم آو الدفاع

10

11

: عدة أنواع من الرادارات) ١٠٤(يوضح الشكل

(CW radar - Carrier wave) ويستخدم في

األغراض العسكرية ويعتمد على نظرية دوبلر ويستطيع

كانه ويستخدم في قياس سرعة واتجاه الهدف ويحدد م

٠رصد الهدف المتحرك والثابت

(Plan Position indication - P.P.I) وهو ابسط

أنواع الرادارات ويعتمد على قياس الزمن بين الموجه

٠المرسلة والموجه المنعكسة ومنها يحدد المكان

(Moving target indicator - M.T.I) وهو نوع

متطور حيث انه يستطيع أن يفرق بين الهدف الثابت

والهدف المتحرك

ال تقتصر استخدامات الرادار على الحروب فله استخدامات

:عديدة في األغراض السلمية مثال ذلك

12

ساعد استخدام الرادار في علم الجيولوجيا ورسم الخرائط

٠لألرض ومعرفة مصادر جديده للمياه

تعين سرعة السيارة التي تتجاوز السرعة القانونية

لرادار الذي يحمله شرطي المرور أو الموضوع بواسطة ا

٠على الطرق لمراقبة السيارات

يستخدم في جهاز اإلنذار وجهاز التحكم في غلق وفتح

٠األبواب اوتوماتيكيآ

انتشر استعمال موجات الميكروويف خاصة في مجال

االتصاالت حيث تستخدم الموجات ذات التردد العالي كحاملة

لإلشارة التي تحتوى على المعلومات ولها تردد صغير جدا

لمسافات طويلة ويتم ذلك بواسطة عمليه تسمى

)Modulation ( أي تعديل التردد أو السعة للموجة ،

AM or FM ، كانت البداية بواسطة األبراج حيث يستقبل

البرج اإلشارات ويعدلها بإحدى هاتين العمليتين ثم يرسلها

13

صل إلى المكان المطلوب إلى البرج الذي يليه وهكذا حتى ت

٠حيث يوجد جهاز يبطل العملية وتعود اإلشارة كما كانت

بعد ذلك اصبح من السهل أن تنقل برامج التليفزيون من

بلد إلى آخر ومن قطر إلى قطر ثم من قارة إلى أخرى

بواسطة األقمار الصناعية الذي يمثل محطة فضائية في

٠السماء تعمل عمل األنوسفير لموجات الراديو

تعتبر طاقة الميكروويف أهم استخدامات الميكروويف حيث

بمحض الصدفة عند تجربة مولد ١٩٥٠اكتشفت عام

واهم ميزة لهذه الطاقة ) Magnetron(الذبذبات العالية

إنها تحول الطاقة الكهربية إلى طاقه حرارية بصورة

٠مباشره

إن طاقة المميكروويف تعتبر ليس لها مثيل وتختلف

اختالفا جذريا عن الطاقات األخرى ولها مميزات عديدة

14

إنها تعمل داخل المادة أي تخترق سطح المادة وتتفاعل مع

كل ذرة من ذرات المادة أي إن الحرارة تتولد داخل المادة

نفسها فالموجات المسلطة على المادة ليست ساخنة بل هي

موجات باردة أي إن كمية الحرارة المنتجة تعتمد على

٠خواص المادة الكهربية بالدرجة األولى

تخفض زمن التصنيع للمادة فمثال المادة التي تصنع خالل

ساعة بواسطة الطاقات العادية يمكن تصنيعها خالل ٢٤

دقائق باستخدام طاقة الميكروويف مما يؤدى إلى ١٠

٠خفض التكاليف والزمن

ليست تمتاز بالنظافة التامة وكذلك نظافة ما حولها فهي

طاقة خارجية تسلط على سطح الجسم وتسخنه وتسخن ما

حوله بل هي طاقة داخليه بحتة حيث يبقى المكان المحيط

بالجسم نظيفا أي ليس هناك أدخنه أو غبار أو أي شئ

٠يؤدى إلى تلوث بيئى

15

إن استخدام طاقة الميكروويف في تصنيع المواد وخاصة

المواد التي ساعدت علي النهضة العلمية (مواد السيراميك

التي يتطلب تصنيعها حرارة عالية جدا أدى إلى ) الحديثة

إنتاج مواد من السيراميك ليس لها مثيل وعرفت هذه

Microwave(الصناعة بعمليات الميكروويف

Processing of Ceramic(٠

قبل أن نختم هذا الفصل البد من اإلشارة إلى دور

آللي حيث أن سرعة الميكروويفز في تطور علم الحاسب ا

الكومبيوتر تعتمد على دوائر كهربيه في مدى ترددات

الميكروويف حتى ال يحدث تضاؤل للذبذبات وخاصة في

٠خطوط النقل البعيد مثل التعامل عن بعد بواسطة األنترنت