Eisimpleirean de Cheistean Deasbaid Microwave
Tha meanbh-tonnan nam pàirt den speactram electromagnetic le tonnan-fada eadar 1 mm agus 1 m. Bithear a’ cleachdadh nan tonnan seo gu tric ann an grunn theicneòlasan ùr-nodha, leithid conaltradh gun uèir, radar, reul-eòlas, agus innealan taighe leithid àmhainnean meanbh-tonn. Leis cho cudromach sa tha tagraidhean meanbh-tonn, tha e deatamach do dh’ oileanaich, gu sònraichte an fheadhainn a tha a’ speisealachadh ann am fiosaig no innleadaireachd, tuigse fhaighinn air bunaitean meanbh-tonnan, a’ gabhail a-steach mar a dh’ fhuasglas iad duilgheadasan co-cheangailte riutha. Bruidhnidh an t-artaigil seo air grunn eisimpleirean de dhuilgheadasan agus bruidhnidh e air meanbh-tonnan.
Ceist 1: Tonn-fhad agus Tricead
Ceist:
Ma tha tricead 10 GHz aig miocro-tonn. Obraich a-mach tonn-fhaid a’ mhicro-tonn. (Cleachd astar an t-solais c = 3 x 10^8 m/s)
Deasbad:
An toiseach, cuimhnichibh air a’ cheangal eadar tonn-fhaid (λ), tricead (f), agus astar solais (c):
[c = lambda f]
’S urrainn dhuinn am foirmle seo ath-aithris gus an tonn-fhaid (λ) a lorg:
[\lambda = \frac{c}{f} \]
Ma tha tricead (f) = 10 GHz = 10 x 10^9 Hz, agus astar solais (c) = 3 x 10^8 m/s, cuiridh sinn an dà luach seo a-steach don fhoirmle:
[lambda = (3 x 10^8, m/s)/10 x 10^9, Hz]
[lambda = 0.03, m]
Mar sin, tha tonn-fhaid a’ mhicro-tonn 0,03 meatairean no 3 cm.
Ceist 2: Cumhachd Tar-chuir agus Astar
Ceist:
Bidh inneal-sgaoilidh meanbh-thonn a’ leigeil a-mach cumhachd de 50 W. Obraich a-mach dian a’ mheanbh-thonn aig astar 2 mheatair bho thùs an t-sgaoilidh, a’ gabhail ris gu bheil e a’ sgaoileadh gu isotropic.
Deasbad:
Gus dianachd obrachadh a-mach, bidh sinn a’ cleachdadh co-aontar cumhachd gach aonad farsaingeachd:
[I = \frac{P}{A} \]
Is e P an cumhachd (50 W) agus is e A farsaingeachd uachdar cruinne le radius de 2 mheatair:
[A = 4 π r^2]
Cuir a-steach an luach r = 2 mheatair a-steach don fhoirmle farsaingeachd:
[A = 4 π(2, m)^2]
[A = 16 π, m²]
An uairsin obraich a-mach an dianachd:
[I = \frac{50 \, \text{W}}{16 \pi \, \text{m}^2} \]
A’ tomhas luachan àireamhach:
\[ Tha mi timcheall air 50}{50.265} \]
[Tha mi timcheall air 0.995, W/m²]
Mar sin, tha dian a’ mhicro-tonn aig astar 2 mheatair bhon stòr tar-chuir mu 0.995 W/m².
Ceist 3: Buaidh Doppler ann am Miona-thonnaichean
Ceist:
Tha carbad a’ gluasad aig 108 cilemeatair san uair (30 m/s) a’ tighinn faisg air radar a tha a’ sgaoileadh meanbh-thonnan aig tricead 5 GHz. Obraich a-mach an tricead a gheibh an radar ma tha astar a’ mheanbh-thonnan co-ionann ri astar an t-solais.
Deasbad:
Cleachd buaidh Doppler airson an tricead a gheibhear (f'):
[f' = f (c + v) / c)
Càite:
– f' = tricead a fhuaireadh
– f = tricead an tùs = 5 GHz = 5 x 10^9 Hz
– c = astar solais = 3 x 10^8 m/s
– v = astar a’ charbaid = 30 m/s
Cuir na luachan an àite na foirmle:
[f' = 5 × 10^9 clì (frac{3 × 10^8 + 30}{3 × 10^8} deas)]
[f' timcheall air 5 × 10^9 (1 + 30/3 × 10^8)]
[f' timcheall air 5 x 10^9 clì (1 + 1 x 10^{-7} deas)]
[f' timcheall air 5 x 10^9 x 1.0000001]
[f' timcheall air 5.0000005 × 10^9]
\[ f' \timcheall air 5.0000005 \, \text{GHz} \]
Mar sin, tha an tricead a gheibh an radar timcheall air 5.0000005 GHz.
Ceist 4: Gabhail a-steach Cumhachd le Stuthan
Ceist:
Bidh stuth sònraichte a’ gabhail a-steach 2 W de chumhachd meanbh-thonn nuair a tha dian na tonn a tha a’ tighinn a-steach 10 W/m². Obraich a-mach farsaingeachd uachdar an stuth.
Deasbad:
Cleachd an dàimh eadar cumhachd sùghaidh agus farsaingeachd uachdair agus dian:
[P = I \cdot A \]
Cuir luachan aithnichte nan àite:
[2, W = 10, W/m^2 A]
A’ fuasgladh airson A:
[A = \frac{2 \, \text{W}}{10 \, \text{W/m}^2} \]
[A = 0.2, m^2]
Mar sin, tha farsaingeachd uachdar an stuth 0,2 m².
Ceist 5: Pàtrain Meòrachaidh agus Eadar-theachd
Ceist:
Bidh dà antenna meanbh-thonn a’ leigeil a-mach tonnan le tonn-fhaid 6 cm san aon taobh. Ma tha an t-astar eadar na h-antennaichean 12 cm, cuin a thachras eadar-theachd togail an toiseach?
Deasbad:
Bidh bacadh togail a’ tachairt nuair a tha an diofar ann an slighean nan tonn bho dhà thùs k = ±nλ (is e slàn-àireamh neo-neoni a th’ ann an n, le 0 annta). Airson a’ chiad uair, bidh bacadh togail (n=1):
[d = n ΔL/2]
Leis gu bheil an t-astar eadar an antenna 12 cm agus an tonn-fhaid 6 cm, tha an diofar slighe airson a’ chiad eadar-theachd togail a’ tachairt aig:
[d = n(ΔL/²)]
Mar sin:
[12 = 1 uair (6/2)]
Mar sin, is e an t-astar a tha suidhichte:
[12 = 1 x 3]
Leis gu bheil an co-aontar seo co-cheangailte ri cruthachadh phàtranan eadar-theachd air na tha coitcheann, an uairsin bhon bharail gu bheil sinn a’ dealbhadh air loidhne mheadhanach an astair bhon stòr no bhon t-slighe stèidhichte air an neo-lorg, is e sin suidheachadh pòlar seasmhach na loidhne-lorg nach eil co-cheangailte ris a’ phàtran suidheachaidh stèidhichte a thathar a’ gabhail ris.
-
Seo eisimpleirean de dhuilgheadasan meanbh-thonn agus mar a dh’fhuasglas tu iad. Le bhith a’ tuigsinn agus a’ fàs cleachdte ri fuasgladh dhuilgheadasan mar seo, thathar an dòchas gum bi e nas fhasa dhut bun-bheachdan meanbh-thonn a thuigsinn agus a chur an sàs ann an diofar raointean saidheans agus teicneòlais.
