Միկրոալիքային վառարանի քննարկման հարցերի օրինակներ

Միկրոալիքային վառարանի քննարկման հարցերի օրինակներ

Միկրոալիքային վառարանները էլեկտրամագնիսական սպեկտրի մի մասն են՝ 1 մմ-ից մինչև 1 մ ալիքի երկարությամբ։ Այս ալիքները հաճախ օգտագործվում են տարբեր ժամանակակից տեխնոլոգիաներում, ինչպիսիք են անլար կապը, ռադարը, աստղագիտությունը և կենցաղային տեխնիկան, ինչպիսիք են միկրոալիքային վառարանները։ Հաշվի առնելով միկրոալիքային վառարանների կիրառման կարևորությունը, ուսանողների, հատկապես ֆիզիկայի կամ ճարտարագիտության մասնագիտացմամբ ուսանողների համար կարևոր է հասկանալ միկրոալիքային վառարանների հիմունքները, ներառյալ դրանց հետ կապված խնդիրները լուծելու եղանակը։ Այս հոդվածում կքննարկվեն մի քանի օրինակելի խնդիրներ և միկրոալիքային վառարանները։

Հարց 1. Ալիքի երկարություն և հաճախականություն

Հարց՝
Հաշվի առնելով, որ միկրոալիքային վառարանն ունի 10 ԳՀց հաճախականություն, հաշվարկեք միկրոալիքային վառարանի ալիքի երկարությունը։ (Օգտագործեք լույսի արագությունը c = 3 x 10^8 մ/վրկ):

Քննարկում.

Նախևառաջ, մենք հիշում ենք ալիքի երկարության (λ), հաճախականության (f) և լույսի արագության (c) միջև եղած կապը.

\[ c = \lambda \cdot f \]

Մենք կարող ենք կրկնել այս բանաձևը՝ ալիքի երկարությունը (λ) գտնելու համար։

\[ \lambda = \frac{c}{f} \]

Տրված հաճախականությամբ (f) = 10 GHz = 10 x 10^9 Hz, և լույսի արագությամբ (c) = 3 x 10^8 մ/վ, մենք այս երկու արժեքները մուտքագրում ենք բանաձևի մեջ՝

\[ \lambda = \frac{3 \times 10^8 \, \text{մ/վ}}{10 \times 10^9 \, \text{Hz}} \]

\[ \lambda = 0.03 \, \text{m} \]

Այսպիսով, միկրոալիքային ալիքի երկարությունը 0,03 մետր կամ 3 սմ է։

Հարց 2. Հաղորդման հզորություն և հեռավորություն

Հարց՝
Միկրոալիքային ճառագայթիչը արձակում է 50 Վտ հզորություն: Հաշվարկեք միկրոալիքային ինտենսիվությունը ճառագայթիչի աղբյուրից 2 մետր հեռավորության վրա՝ ենթադրելով իզոտրոպ տարածում:

Քննարկում.

Ինտենսիվությունը հաշվարկելու համար մենք օգտագործում ենք հզորության հավասարումը մեկ միավոր մակերեսի համար՝

\[ I = \frac{P}{A} \]

P-ն հզորությունն է (50 Վտ), իսկ A-ն՝ 2 մետր շառավղով գնդիկի մակերեսը։

\[ A = 4 \pi r^2 \]

Մուտքագրեք r = 2 մետր արժեքը մակերեսի բանաձևի մեջ։

A = 4 \pi (2 \, \text{m})^2 \]
\[ A = 16 \pi \, \text{m}^2 \]

Այնուհետև հաշվարկեք ինտենսիվությունը՝

I = \frac{50 \, \text{W}}{16 \pi \, \text{m}^2} \]

Թվային արժեքների հաշվարկ.

\[ I \մոտավորապես \frac{50}{50.265} \]
\[ I =մոտավորապես 0.995 \, \text{Վտ/մ}^2 \]

Այսպիսով, հաղորդիչի աղբյուրից 2 մետր հեռավորության վրա միկրոալիքային ինտենսիվությունը կազմում է մոտ 0.995 Վտ/մ²:

Հարց 3. Դոպլերի էֆեկտը միկրոալիքային վառարաններում

Հարց՝
108 կմ/ժ (30 մ/վ) արագությամբ շարժվող տրանսպորտային միջոցը մոտենում է 5 ԳՀց հաճախականությամբ միկրոալիքային ճառագայթումներ արձակող ռադարին։ Հաշվարկեք ռադարի կողմից ընդունվող հաճախականությունը, եթե միկրոալիքային արագությունը լույսի արագությունն է։

Քննարկում.

Ստացված հաճախականության համար օգտագործեք Դոպլերի էֆեկտը (f'):

\[ f' = f (\frac{c + v}{c}\right) \]

Որտեղ՝
– f' = ընդունված հաճախականություն
– f = աղբյուրի հաճախականություն = 5 ԳՀց = 5 x 10^9 Հց
– c = լույսի արագություն = 3 x 10^8 մ/վ
– v = մեքենայի արագություն = 30 մ/վ

Փոխարինեք արժեքները բանաձևի մեջ.

\[ f' = 5 \times 10^9 \left(\frac{3 \times 10^8 + 30}{3 \times 10^8} \right) \]

\[ f' մոտավորապես 5 անգամ 10^9 (1 + \frac{30}{3 անգամ 10^8})\]

\[ f' մոտավորապես 5 անգամ 10^9 ձախ (1 + 1 անգամ 10^{-7} աջ) \]

\[ f' \մոտավորապես 5 \times 10^9 \times 1.0000001 \]

\[ f' \մոտավորապես 5.0000005 \times 10^9 \]

\[ f' \մոտավորապես 5.0000005 \, \text{GHz} \]

Այսպիսով, ռադարի կողմից ընդունվող հաճախականությունը մոտ 5.0000005 ԳՀց է։

Հարց 4. Նյութերի կողմից էներգիայի կլանումը

Հարց՝
Որոշակի նյութը կլանում է 2 Վտ միկրոալիքային հզորություն, երբ միջադեպային ալիքի ինտենսիվությունը 10 Վտ/մ² է։ Հաշվարկեք նյութի մակերեսը։

Քննարկում.

Օգտագործեք կլանման ուժի, մակերեսի մակերեսի և ինտենսիվության միջև եղած կապը.

\[ P = I \cdot A \]

Փոխարինեք հայտնի արժեքները՝

\[ 2 \, \text{Վ} = 10 \, \text{Վտ/մ}^2 \cdot A \]

Լուծում A-ի համար՝

A = \frac{2 \, \text{W}}{10 \, \text{W/m}^2} \]

\[ A = 0.2 \, \text{m}^2 \]

Այսպիսով, նյութի մակերեսը 0,2 մ² է:

Հարց 5. Արտացոլման և ինտերֆերենցիայի օրինաչափություններ

Հարց՝
Երկու միկրոալիքային անտենաներ նույն ուղղությամբ արձակում են 6 սմ ալիքի երկարությամբ ալիքներ: Եթե անտենաների միջև հեռավորությունը 12 սմ է, ապա որ՞ կետում է առաջին անգամ առաջանում կառուցողական ինտերֆերենցիան:

Քննարկում.

Կառուցողական ինտերֆերենցիան տեղի է ունենում, երբ երկու աղբյուրների միջև ճանապարհի տարբերությունը k = ±nλ է (n-ը զրոյից տարբեր ամբողջ թիվ է, ներառյալ 0-ն): Առաջին անգամ կառուցողական ինտերֆերենցիան (n=1):

\[ d = n \lambda/2 \]

Քանի որ անտենայի հեռավորությունը 12 սմ է, իսկ ալիքի երկարությունը՝ 6 սմ, առաջին կառուցողական ինտերֆերենցիայի համար ճանապարհի տարբերությունը տեղի է ունենում՝

\[ d = n (\lambda/2) \]

Այսպիսով՝

\[ 12 = 1 անգամ (6/2) \]

Այսպիսով, տրված հեռավորությունը հետևյալն է.

\[ 12 = 1 անգամ 3 \]

Քանի որ այս հավասարումը կապված է ինտերֆերենցիայի օրինաչափությունների ձևավորման հետ ընդհանուրի վրա, ապա ենթադրությունից ելնելով՝ մենք նախագծում ենք աղբյուրից կամ ուղուց հեռավորության կենտրոնական գծի վրա՝ հիմնվելով ոչ ուղու վրա, այսինքն՝ ուղու գծի հաստատուն բևեռային դիրքի վրա, որը կապված չէ ենթադրյալ ֆիքսված դիրքի օրինաչափության հետ։

-

Սրանք միկրոալիքային խնդիրների և դրանց լուծման մի քանի օրինակներ են։ Հասկանալով և նման խնդիրների լուծմանը սովորելով՝ հույս ունենք, որ ձեզ համար ավելի հեշտ կլինի ըմբռնել և կիրառել միկրոալիքային հասկացությունները գիտության և տեխնոլոգիայի տարբեր ոլորտներում։