Vi ba

Bách khoa toàn thư mở Wikipedia
Bước tới: menu, tìm kiếm

Trang này nói về bức xạ; về đồ gia dụng, xin xem lò vi ba.

Tập tin:8 4GHz microwave image of galaxy 3C353.jpg
Hình ảnh vi ba của thiên hà 3C353 tại tần số 8,4 GHz (bước sóng 3,6 cm). Bề ngang của cấu trúc trong hình rộng chừng 120 kpc.

Vi ba (hay vi sóng / sóng ngắn) là sóng điện từbước sóng dài hơn tia hồng ngoại, nhưng ngắn hơn sóng radio.

Vi ba, còn gọi là tín hiệu tần số siêu cao (SHF), có bước sóng khoảng từ 30 cm (tần số 1 GHz) đến 1 cm (tần số 30 GHz). Tuy vậy, ranh giới giữa tia hồng ngoại, vi ba và sóng radio tần số cực cao (UHF) rất là tuỳ ý và thay đổi trong các lĩnh vực nghiên cứu khác nhau. Sự tồn tại của sóng điện từ, trong đó vi ba là một phần của phổ tần số cao, được James Clerk Maxwell dự đoán năm 1864 từ các phương trình Maxwell nổi tiếng. Năm 1888, Heinrich Hertz đã chế tạo được thiết bị phát sóng radio, nhờ vậy lần đầu tiên chứng minh sự tồn tại của sóng điện từ.

Chú thích: trên 300 GHz, khí quyển Trái Đất hấp thụ bức xạ điện từ mạnh đến nỗi khí quyển thực sự không trong suốt đối với các tần số cao của bức xạ điện từ, nhưng khí quyển lại trở nên trong suốt trong phần quang phổ nhìn thấy được và vùng hồng ngoại.

Phát sinh[sửa | sửa mã nguồn]

Có thể tạo ra vi ba bằng nhiều thiết bị, chia làm hai loại: thiết bị chất rắn và thiết bị ống chân không.

Thiết bị vi ba chất rắn dựa trên chất bán dẫn như silicon hoặc arsenur galli, và ngay cả các transistor hiệu ứng trường (FET), transistor tiếp xúc mặt lưỡng cực (BJT), các diode Gunndiode IMPATT (diode dòng thác va chạm có thời gian quá cảnh). Từ các transistor tiêu chuẩn người ta phát triển những linh kiện tốc độ cao hơn dùng trong các ứng dụng vi ba. Biến thể vi ba của transistor BJT có loại HBT (heterojunction bipolar transistor), biến thể vi ba của transistor FET thì có loại MESFET (transistor hiệu ứng trường có màng bán dẫn kim loại), loại HEMT (còn gọi là HFET), và transistor LDMOS.

Thiết bị ống chân không hoạt động dựa trên chuyển động của electron trong chân không dưới ảnh hưởng của điện trường hoặc từ trường, gồm có magnetron, klystron, đèn sóng chạy (TWT), và gyrotron.

Ứng dụng[sửa | sửa mã nguồn]

  • Lò vi sóng (cũng gọi là lò vi ba) dùng một magnetron sinh ra vi ba có tần số khoảng 2,45 GHz để nấu nướng. Vi ba nấu thức ăn bằng cách làm rung các phân tử nước và hợp chất khác. Sự rung này tạo sức nóng làm chín thức ăn. Vì các chất hữu cơ chủ yếu cấu tạo bằng nước nên phương pháp này dễ dàng nấu chín thức ăn.
  • Vi ba được dùng trong thông tin vệ tinh vì vi ba dễ dàng truyền qua khí quyển Trái Đất, ít bị nhiễu so với các bước sóng dài hơn. Ngoài ra, trong phổ vi ba còn nhiều băng thông hơn phần còn lại của phổ radio.
  • Vi ba cũng được dùng rộng rãi trong thông tin vô tuyến chuyển tiếp đến nỗi từ vi ba thực tế đồng nghĩa với vô tuyến chuyển tiếp (thường gọi "liên lạc vi ba", "tuyến vi ba", "trạm vi ba"...) mặc dù có 1 số thiết bị vô tuyến chuyển tiếp hoạt động trong dải tần số 410-470 MHz (thuộc băng tần số cực cao UHF).
  • Radar cũng dùng bức xạ vi ba để phát hiện khoảng cách, tốc độ và các đặc trưng khác của những đối tượng ở xa, như ô-tô và các phương tiện giao thông.
  • Các giao thức mạng không dây (wireless LAN) như Bluetooth và các chuẩn IEEE 802.11g802.11b dùng vi ba trong dải 2,4 GHz (thuộc băng tần ISM, tức băng tần công nghiệp, khoa học và y tế), còn chuẩn 802.11a dùng băng tần ISM dải 5,8 GHz. Nhiều nước (trừ Hoa Kỳ) cấp phép cho dịch vụ truy cập Internet không dây tầm xa (đến 25 km) trong dải 3,5–4,0 GHz.
  • Truyền hình cáp và truy cập Internet bằng cáp đồng trục cũng như truyền hình quảng bá dùng vài tần số vi ba thấp. Một số mạng điện thoại di động tế bào cũng dùng dải tần số vi ba thấp.
  • Vi ba có thể dùng để truyền tải điện đường dài; sau Đệ nhị thế chiến người ta đã khảo sát khả năng đó. Thập niên 1970 và đầu thập niên 1980 NASA tiến hành nghiên cứu khả năng dùng hệ thống Vệ tinh sử dụng năng lượng Mặt Trời (SPS, Solar Power Satellite) với những tấm pin mặt trời lớn có thể truyền tải điện xuống bề mặt Trái Đất bằng vi ba.
  • Maser là thiết bị tương tự laser, chỉ khác là hoạt động trên tần số vi ba.

Băng tần vi ba[sửa | sửa mã nguồn]

Phổ vi ba thường được xác định là năng lượng điện từ có tần số khoảng từ 1 GHz đến 1000 GHz, nhưng trước đây cũng bao gồm cả những tần số thấp hơn. Những ứng dụng vi ba phổ biến nhất ở khoảng 1 đến 40 GHz. Băng tần vi ba được xác định theo bảng sau:

Băng tần vi ba
Ký hiệu Dải tần
Băng L 1 đến 2 GHz
Băng S 2 đến 4 GHz
Băng C 4 đến 8 GHz
Băng X 8 đến 12 GHz
Băng Ku 12 đến 18 GHz
Băng K 18 đến 26 GHz
Băng Ka 26 đến 40 GHz
Băng Q 30 đến 50 GHz
Băng U 40 đến 60 GHz
Băng V 50 đến 75 GHz
Băng E 60 đến 90 GHz
Băng W 75 đến 110 GHz
Băng F 90 đến 140 GHz
Băng D 110 đến 170 GHz

Bảng trên theo cách dùng của Hội vô tuyến điện Anh (Radio Society of Great Britain, RSGB). Đôi lúc người ta ký hiệu dải tần số cực cao (UHF) thấp hơn băng L là băng P. Xem thêm các định nghĩa khác: Letter Designations of Microwave Bands

Lịch sử và nghiên cứu[sửa | sửa mã nguồn]

Để biết thêm về lịch sử phát triển lý thuyết điện từ đến các ứng dụng vi ba hiện đại, xem:

Những thành tựu nổi bật về nghiên cứu vi ba và ứng dụng:

Công trình về vi ba
Thực hiện Thành tựu
Barkhausen và Kurz Bộ dao động lưới dương
Hull Magnetron hốc trơn
Anh em Varian Tốc độ tia electron bị biến điệu → đèn klystron
Randall và Boot Magnetron hốc cộng hưởng

Thiết bị tích hợp vi ba (Mạch tích hợp vi ba đơn khối, Monolithic Microwave Integrated Circuit, MMIC) được sản xuất với những tấm arsenur galli (GaAs).

Xem thêm[sửa | sửa mã nguồn]

Tần số radio
ELF SLF ULF VLF LF MF HF VHF UHF SHF EHF
3 Hz 30 Hz 300 Hz 3 kHz 30 kHz 300 kHz 3 MHz 30 MHz 300 MHz 3 GHz 30 GHz
30 Hz 300 Hz 3 kHz 30 kHz 300 kHz 3 MHz 30 MHz 300 MHz 3 GHz 30 GHz 300 GHz



Phổ điện từ

Radio| Vi ba | Bức xạ terahertz | Hồng ngoại | Phổ quang học | Tử ngoại |Tia X | Tia gamma


Phổ quang học: Đỏ | Da cam | Vàng | Lục | Lam | Tím


Dải tần vi ba: Băng L | Băng S | Băng C | Băng X | Băng Ku | Băng Ka | Băng K | Băng V | Băng W


Dải tần radio: ELF | SLF | ULF | VLF | LF | MF | HF | VHF | UHF | SHF | EHF


Dải sóng: Sóng dài | Sóng trung | Sóng ngắn | Vi sóng