Микроволновая инженерия относится к изучению и проектированию микроволновых схем, компонентов и систем. Фундаментальные принципы применяются к методам анализа, проектирования и измерения в этой области. Короткие длины волн, используемые в этой области, отличают эту дисциплину от электронной инженерии . Это связано с тем, что на микроволновых частотах существуют различные взаимодействия с цепями, передачами и характеристиками распространения.
Некоторые теории и устройства, которые относятся к этой области, — это антенны , радары , линии передачи , космические системы ( дистанционное зондирование ), измерения, опасности микроволнового излучения и меры безопасности.
Во время Второй мировой войны микроволновая инженерия сыграла значительную роль в разработке радаров, которые могли точно определять местонахождение вражеских кораблей и самолетов с помощью сфокусированного пучка электромагнитного излучения . Основы этой дисциплины можно найти в уравнениях Максвелла и работах Генриха Герца , волноводной теории Уильяма Томсона , Дж . К. Бозе , клистроне Рассела и Вариана Бросса, а также в работах Перри Спенсера и других. [1]
Микроволна — это термин, используемый для обозначения электромагнитных волн выше 10 3 мегагерц (1 гигагерц) до 300 гигагерц из-за коротких физических длин волн этих частот. Коротковолновая энергия дает явные преимущества во многих приложениях. Например, достаточная направленность может быть получена с использованием относительно небольших антенн и маломощных передатчиков. Эти характеристики идеально подходят для использования как в военных, так и в гражданских радарах и коммуникационных приложениях. Малые антенны и другие небольшие компоненты стали возможными благодаря приложениям микроволновых частот. Преимущество в размере можно рассматривать как часть решения проблем пространства, или веса, или и того, и другого. Использование микроволновой частоты имеет важное значение для проектирования бортовых радаров, поскольку оно позволяет обнаруживать более мелкие цели. Микроволновые частоты представляют особые проблемы при передаче, генерации и проектировании схем, которые не встречаются на более низких частотах. Обычная теория цепей основана на напряжениях и токах , в то время как теория микроволн основана на электромагнитных полях . [2]
Аппараты и методы можно качественно описать как «микроволновые», когда длины волн сигналов примерно совпадают с размерами оборудования, так что модель сосредоточенных элементов неточна. Как следствие, практическая микроволновая техника имеет тенденцию отходить от дискретных резисторов , конденсаторов и катушек индуктивности , используемых с радиоволнами более низкой частоты . Вместо этого, модель распределенных элементов и теория линий передачи являются более полезными методами для проектирования и анализа. Открытые провода и коаксиальные линии передачи уступают место волноводам и полосковым линиям , а настроенные схемы сосредоточенных элементов заменяются объемными резонаторами или резонансными линиями. Эффекты отражения , поляризации , рассеяния , дифракции и атмосферного поглощения, обычно связанные с видимым светом, имеют практическое значение при изучении распространения микроволн . Те же уравнения электромагнитной теории применяются на всех частотах. [1] [3]
Дисциплина микроволновой инженерии стала актуальной, поскольку область микроволн переходит в коммерческий сектор, и больше не применима только к военным технологиям 20-го и 21-го века . Недорогие компоненты и цифровые коммуникации в области микроволн открыли области, относящиеся к этой дисциплине. Некоторые из этих областей - это радары, спутники , беспроводное радио , оптическая связь , более быстрые компьютерные схемы и радары предотвращения столкновений. [4]
Многие колледжи и университеты предлагают микроволновую инженерию. Ниже приведены несколько примеров.
Массачусетский университет Амхерста предлагает исследовательские и образовательные программы по микроволновому дистанционному зондированию, проектированию антенн и системам связи. Предлагаются курсы и проектные работы, ведущие к получению степени магистра. Специальности включают микроволновое и радиочастотное проектирование интегральных схем, антенную инженерию, вычислительную электродинамику, распространение радиоволн, радиолокационные и дистанционные системы зондирования, обработку изображений и визуализацию в терагерцовом диапазоне. [5] [6]
Университет Тафтса предлагает программу сертификации по микроволновой и беспроводной инженерии в рамках своих программ обучения в аспирантуре. Она может быть применена к степени магистра в области электротехники. Студент должен иметь соответствующую степень бакалавра, чтобы поступить на эту программу. [4]
Университет Оберна предлагает исследования в области микроволн. Центр исследований и образования в области беспроводной инженерии является одним из трех исследовательских центров. Университет также предлагает степень бакалавра в области беспроводной инженерии со специализацией в области беспроводной электротехники. [7] [8] [9]
Университет Брэдли предлагает бакалавриат и магистратуру по программе микроволновой и беспроводной инженерии. Он имеет расширенную микроволновую лабораторию, лабораторию беспроводной связи и другие объекты, связанные с исследованиями. [10]
Существуют профессиональные общества, имеющие отношение к этой дисциплине:
Общество теории и техники микроволн IEEE (MTT-S) «способствует развитию теории микроволн и ее приложений...». Общество также публикует рецензируемые журналы и один журнал. [11]
Существуют рецензируемые журналы и другие научные периодические издания, которые охватывают темы, относящиеся к микроволновой инженерии. Некоторые из них: IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques , IEEE Microwave and Wireless Components Letters , Microwave Magazine, [12] IET Microwaves, Antennas & Propagation, [13] и Microwave Journal. [14]
В статье использованы материалы, являющиеся общественным достоянием, с веб-сайтов или документов Военно-морских сил США .