مهندسی مایکروویو چیست؟

پیشگفتار:

در اولین نوشتار در بخش RF و مایکروویو از سایت به تعریف RF و همینطور مایکروویو پرداختم (در اینجا) و طبیعتا تفاوت آنها با هم نیز مشخص گردید. در ضمنِ همان مطلب اشاره شد که نوشته دیگری را به این موضوع که مهندسی مایکروویو چیست اختصاص خواهم داد که در این مطلب قصد بررسی آن را دارم (در نوشته دیگری موضوع مهندسی RF چیست مورد بررسی قرار گرفت که از اینجا می‌توانید به آن دسترسی داشته باشید).

نکات پیش از مطالعه

مهندسی مایکروویو چیست؟

مهندسی مایکروویو (شاخه‌ای از مهندسی برق است که) به مطالعه و طراحی مدار‌ها، اجزاء و سیستم‌هایی برای کار در باند فرکانسی مایکروویو می‌پردازد. طول‌موج‌های کوتاه (به طول‌موج‌های معادل باند فرکانسی مایکروویو اشاره دارد) که در این حوزه با آن‌ها برخورد می‌کنیم، این مهندسی را از مهندسی الکترونیک متمایز می‌سازد. علت آن است که برهم‌کنش موج با مدار، بحث انتقال موج و ویژگی‌های انتشار آن در فرکانس‌های مایکروویو متفاوت است با آنچه در مهندسی الکترونیک با آن مواجه هستیم (آنچه به طور معمول با عنوان مهندسی الکترونیک می‌شناسیم با فرکانس‌های بسیار پایین سروکار دارد)‌.

لازم به ذکر است که مهندسی مایکروویو روی‌هم‌رفته یک علم آنالوگ است، برخلاف بسیاری از مهندسی‌ها در حوزه برق که بیشتر دیجیتال شده‌اند. بیان نکته‌ای در اینجا در ارتباط با بحث آنالوگ و دیجیتال و توضیح این مطلب که چرا مهندسی آنالوگ هیچ‌گاه از بین نمی‌رود خالی از لطف نیست.

هیچ کس در واقع به موسیقی دیجیتال گوش نمی‌دهد (با وجود اینکه شاید از دستگاهی دیجیتال در حال پخش باشد) یا تلویزیون دیجیتال را نمی‌بیند (با وجود اینکه از تکنولوژی دیجیتال در این نوع از تلویزیون بهره گرفته شده است)، علت چیست؟ زیرا حواس شما آنالوگ هستند. مورد دیگر اینکه همانطور که می‌دانید مخابرات دیجیتال به یک سیگنال حامل (carrier) که یک سیگنال رادیویی آنالوگ است نیازمند است! لذا تاکیدی دوباره: مهندسی آنالوگ هیچ‌گاه از بین نمی‌رود.

اگر مجبور باشیم به طور خلاصه بیان کنیم که چه چیزهایی (دانستن چه مفاهیمی) یک مهندس مایکروویو را از یک مهندس برق معمولی جدا می‌کند، می‌توان گفت که آگاهی از تعداد محدودی از مفاهیمی ساده نیاز است تا این اتفاق رخ دهد. این مفاهیم عبارتند از: پارامترهای پراکندگی، چارت اسمیت، دسی‌بل، خطوط انتقال (که شامل مبحث موجبر نیز می‌شود، زیرا با وجود اینکه یک خط انتقال نیست اما کارکردی مشابه دارد) و عمق نفوذ.

توجه شود که مبحث آنتن ذکر نشد، زیرا آن را می‌توان به عنوان یک موضوع جدا از مهندسی مایکروویو در نظر گرفت (که همانطور که احتمالا می‌دانید مبحث آنتن را اصلا به عنوان یک مهندسی جدا می‌توان دید و قطعا با کتاب‌های زیادی روبرو شده‌اید که در عنوان آن “مهندسی آنتن” آورده شده است. ما نیز در سایت تفرق بخشی مجزا را به مهندسی آنتن اختصاص داده‌ایم که از اینجا می‌توانید به مطالب آن دسترسی داشته باشید).

در طول جنگ جهانی دوم، مهندسی مایکروویو نقشی مهم در ساخت رادار (که می‌توانست با استفاده از پرتوی متمرکزی از تابش الکترومغناطیس، موقعیت کشتی‌ها و هواپیماهای دشمن را با دقت شناسایی کند) ایفا نمود. پایه‌های این رشته (مهندسی مایکروویو) بر معادلات ماکسول و کارهای هاینریش هرتز، تئوری موجبر ویلیام تامسون، کارهای جاگادیش چاندرا بوس، کلایسترون اختراع شده توسط برادران واریان (راسل و سیگورد) و همینطور مشارکت‌های پرسی اسپنسر (مخترع اجاق (فر) مایکروویو) و دیگران استوار است.

رشته مهندسی مایکروویو از زمانی که باند فرکانسی مایکروویو وارد بخش تجاری شد و دیگر تنها منحصر به فن‌آوری‌های نظامی نبود، مورد توجه بیشتری قرار گرفت. اجزاء ارزان و مخابرات دیجیتال در باند فرکانسی مایکروویو حوزه‌هایی را گشوده‌اند که مرتبط با این رشته می‌باشند. برخی از این حوزه‌ها عبارتند از: رادار، ماهواره، مخابرات بی‌سیم، مخابرات نوری، مدارات کامپیوتری با سرعت بالا و رادار جلوگیری از برخورد.

جمع‌بندی

در این نوشته با موارد زیر روبرو شدیم:

پسگفتار

امیدوارم این نوشتار کمی شما را با حوزه مهندسی مایکروویو آشناتر کرده باشد و آگاه شده باشید که به عنوان یک مهندس مایکروویو باید در چه زمینه‌هایی آگاهی و دانش لازم را کسب نمایید.

اکنون پس از این 3 نوشته در این بخش از سایت: 1. تفاوت میان RF و مایکروویو چیست؟ 2. مهندسی RF چیست؟ 3. همین مطلب یعنی: مهندسی مایکروویو چیست؟ قاعدتا باید کمی بیشتر با این مفاهیم و تمایزهای آن‌ها آشنا شده باشید. انشاءالله در مطالب بعدی بیشتر به مباحث مربوط به این حوزه‌ها ورود خواهیم کرد.