Mikrowellen


Mikrowellen

Mikrowellen ist ein Trivialname für den Frequenzbereich elektromagnetischer Wellen von 1 bis 300 GHz (Wellenlänge von 30 cm bis 1 mm)[1]. Er umfasst Teile des Dezimeterwellenbereiches sowie den Zenti- und Millimeterwellenbereich und wird nach unten begrenzt durch den Begriff Radiowellen und nach oben hin durch den infraroten Bereich des optischen Spektrums. Bei der Begriffsbildung waren die Submillimeterwellen noch nicht bekannt (bzw. wurden noch dem Infrarotbereich zugeordnet) und werden deshalb von dem Begriff nicht mit umfasst.

Inhaltsverzeichnis

Einsatzgebiete

Supraleitende Kavität zur Beschleunigung von Elektronen und Positronen; Länge der Struktur ca. 1 m; Jede Kammer hat eine Resonanzfrequenz von 1,3 GHz.

Mikrowellen kommen in der Radartechnik, im Mikrowellenherd sowie in vielen technischen Anwendungen wie Plasmaanlagen, drahtlosen Kommunikationssystemen (Mobilfunk, Bluetooth, Satellitenfernsehen, WLAN) oder Sensorsystemen (z. B. beim Mikrowellen-Resonatorverfahren) zum Einsatz. An einer Verwendung als Strahlenwaffe, z. B. dem ADS, wird gearbeitet. Eine weitere Anwendung finden Mikrowellen als Leuchtmittel (Schwefelkugellampe).

Das Herzstück der Beschleunigungsstrecken für Elektronen in Teilchenbeschleunigern sind Hohlraumresonatoren für Mikrowellen. In deren Innerem beschleunigen die elektrischen Felder von stehenden elektromagnetischen Wellen die geladenen Teilchen. Darin erreicht man inzwischen elektrische Feldstärken von mehr als 40 Millionen Volt pro Meter. Die Länge einer einzelnen Zelle ist so gewählt, dass sich das elektrische Feld der Welle gerade umkehrt, wenn ein Teilchen, das fast mit Lichtgeschwindigkeit fliegt, in die nächste Zelle eintritt.

Für andere technische Anwendungen sind unter anderem Frequenzen bei 433 MHz, 2,45 GHz und 5,8 GHz freigegeben; der bekannte Mikrowellenherd arbeitet bei 2,45 GHz, WLAN bei 2,45 GHz und 5,8 GHz. Bei 433 MHz arbeiten Geräte wie z. B. Babyphone und Funkthermometer. Diese Frequenzen sind als ISM-Band für die weitgehend freie Nutzung freigegeben. Des Weiteren befindet sich zwischen 430 und 440 MHz das 70 cm Amateurfunkband.

Eigenschaften

Aufgrund ihrer Wellenlänge sind Mikrowellen besonders zum Anregen von Dipol- und Multipolschwingungen von Molekülen geeignet. Besonders anschaulich ist dieser Effekt bei der Schwingungsanregung von Wassermolekülen im Mikrowellenherd. Die Erwärmung von Wasser beruht nicht auf der Absorption bei einer bestimmten Resonanzfrequenz, sondern die Wassermoleküle als Dipole versuchen sich laufend nach dem elektromagnetischen Wechselfeld auszurichten, wobei als dielektrischer Verlust Wärme entsteht. Die in Mikrowellenherden verwendete Frequenz liegt bei 2,45 GHz. Damit erzielt man einen guten Kompromiss zwischen Absorption und Eindringtiefe in das Gargut. Zum Vergleich: Die niedrigste Resonanzfrequenz des freien Wassermoleküls liegt bei 22,23508 GHz.

Der Dielektrische Verlustfaktor, der spezifische elektrische Widerstand sowie magnetische Verluste bestimmen die frequenzabhängige Absorption der Mikrowellen an oder in Stoffen und somit deren Erwärmung.

Bei Mikrowellen handelt es sich um elektromagnetische Wellen und sie können daher wie Licht reflektiert und gebrochen werden und auch interferieren. Sie werden von Metallen und elektrischen Leitern reflektiert und nur wenig absorbiert. Geeignete Isolatoren (z. B. einige Thermoplaste, insbesondere PTFE (Teflon)); Glas, viele Keramiken und Glimmer sind jedoch durchlässig (transparent) für diese Strahlung und absorbieren sie nur wenig – daher können z. B. auch optisch undurchsichtige Kunststofflinsen zur Bündelung von Mikrowellen eingesetzt werden.

Elektromagnetische Wellen oberhalb einer Frequenz von etwa 1 GHz können zunehmend schlechter mit einem Koaxialkabel übertragen werden, da die Verluste im Dielektrikum mit der Frequenz zunehmen. Daher werden Mikrowellen oft in verlustärmeren Hohlleitern geführt.

Mikrowellen sehr hoher Leistung werden durch Laufzeitröhren (Klystrons oder Magnetrons) erzeugt. In Mikrowellenherden werden Magnetrons verwendet (siehe auch: Backward-wave Oszillator).

Mikrowellen werden sehr gut durch Ferrite absorbiert. Manche militärischen Flugzeuge werden deshalb mit einer entsprechenden Beschichtung versehen (Tarnkappentechnik), um sie vor der Ortung durch Radar zu schützen.

Weblinks


Wikimedia Foundation.

Schlagen Sie auch in anderen Wörterbüchern nach:

  • Mikrowellen — ◆ Mi|kro|wel|len 〈Pl.; 〉 Teil des elektromagnetischen Spektrums zw. dem Gebiet der kürzeren u. ultrakurzen Radiowellen u. dem infraroten Spektralbereich des optischen Spektrums ◆ Die Buchstabenfolge mi|kr... kann in Fremdwörtern auch mik|r...… …   Universal-Lexikon

  • Mikrowellen — mikrobangos statusas T sritis Standartizacija ir metrologija apibrėžtis Milimetrinės, centimetrinės ir decimetrinės elektromagnetinės (radijo) bangos. atitikmenys: angl. microwaves vok. Mikrowellen, f rus. микроволны, f pranc. micro ondes, f …   Penkiakalbis aiškinamasis metrologijos terminų žodynas

  • Mikrowellen — ◆ Mi|kro|wel|len 〈f.Pl.; Zeichen: μW〉 Teil des elektromagnet. Spektrums zwischen dem Gebiet der kurzen u. ultrakurzen Radiowellen u. dem infraroten Spektralbereich des optischen Spektrums   ◆ Die Buchstabenfolge mi|kr… kann auch mik|r… getrennt… …   Lexikalische Deutsches Wörterbuch

  • Mikrowellen — Mi̱|kro|wellen: elektromagnetische Wellen mit Wellenlängen unter 10Mikrowellencm (in der Art der Kurzwellenbestrahlung therapeutisch angewandt) …   Das Wörterbuch medizinischer Fachausdrücke

  • Mikrowellen-Halbleiterbauelemente — Mikrowellen Halbleiterbauelemente,   Halbleiterbauelemente (Dioden und Transistoren) für den Mikrowellenfrequenzbereich (zwischen 300 MHz und 100 GHz). Die M. haben wie in der konventionellen Niederfrequenzelektronik die Elektronenröhren… …   Universal-Lexikon

  • Mikrowellen-Messverfahren — Das Mikrowellen Messverfahren ist eine nicht invasive Wassergehaltsbestimmung von Materialien mit Hilfe von elektromagnetischen Wellen. Die Methode findet in der Landwirtschaft, der Zuckerindustrie, der Nahrungs , Genussmittel und Pharmaindustrie …   Deutsch Wikipedia

  • Mikrowellen-Sendeanlage — Der Begriff Mikrowellen (engl.: „microwaves“) fasst die Dezi , Zenti und Millimeterwellen zusammen. Mikrowellen sind elektromagnetische Wellen, deren Wellenlänge zwischen 1 m und 1 mm liegt, was einem Frequenzbereich von etwa 300 MHz bis etwa… …   Deutsch Wikipedia

  • Mikrowellen-Spektroskopie — Mi|k|ro|wel|len Spek|t|ro|s|ko|pie; Abk.: MW Spektroskopie: eine – gelegentlich mit Hochfrequenzspektroskopie gleichgesetzte – Methode der Absorptionsspektroskopie, bei der die Einstrahlung von Mikrowellen (Zentimeterwellen, meist 8‒40 GHz) in… …   Universal-Lexikon

  • Mikrowellen-Frühwarnungsradarsystem — mikrobanginis ankstyvojo aptikimo radaras statusas T sritis radioelektronika atitikmenys: angl. microwave early warning radar vok. Mikrowellen Frühwarnungsradarsystem, n rus. микроволновая радиолокационная станция дальнего обнаружения, f;… …   Radioelektronikos terminų žodynas

  • Mikrowellen-Integralkryoelektronik — integrinė mikrobanginė krioelektronika statusas T sritis radioelektronika atitikmenys: angl. integrated microwave cryoelectronics vok. Mikrowellen Integralkryoelektronik, f rus. интегральная микроволновая криоэлектроника, f pranc.… …   Radioelektronikos terminų žodynas