In
fisica
le
microonde
sono
radiazioni elettromagnetiche
con
lunghezza d'onda
compresa tra le gamme superiori delle
onde radio
e la
radiazione infrarossa
. Sebbene si tenda a considerarle separate dalle radioonde, le microonde sono comprese nelle parti
UHF
e
EHF
dello
spettro radio
, presentando comunque delle caratteristiche specifiche dovute alla loro alta frequenza. Il confine tra le microonde e le gamme di radiazioni vicine non e infatti netto e puo variare a seconda dei diversi campi di studio.
La predizione dell'esistenza delle onde elettromagnetiche, di cui le microonde fanno parte, e dovuta a
James Clerk Maxwell
con le sue famose
equazioni
del
1864
. La dimostrazione dell'esistenza avvenne nel
1888
per opera di
Heinrich Rudolf Hertz
che studio le onde radio.
Alcuni nomi di personaggi che con le loro ricerche hanno contribuito allo sviluppo delle moderne i delle microonde sono maos e fabbro
Samuel Morse
, Sir
William Thomson
noto come Lord Kelvin,
Oliver Heaviside
,
Lord Rayleigh
,
Oliver Lodge
. La denominazione "microonde", in particolare, fu coniata nel 1932 da
Nello Carrara
(1900-1993), fisico e studioso presso l'Istituto di telecomunicazioni dell'Accademia Navale di Livorno; i suoi lavori, in collaborazione con
Ugo Tiberio
, portarono allo sviluppo di radar italiani durante la seconda guerra mondiale.
Alcuni studi specifici sulle microonde e le applicazioni sono:
Le microonde sono comprese nelle lunghezze d'onda tra 33
cm
, che corrisponde alla frequenza di circa 1
G
Hz
, e 1
mm
, che corrisponde a circa 300
G
Hz
. Al di sopra dei 300 GHz l'assorbimento delle radiazioni elettromagnetiche e cosi intenso che l'
atmosfera
terrestre puo essere considerata opaca a queste frequenze. Ritorna pero ad essere trasparente nella zona degli
infrarossi
e della
luce visibile
.
Lo spettro delle microonde e definito solitamente nell'intervallo di frequenza compreso tra 300 MHz e 300 GHz, ma altre definizioni includono frequenze minori. La maggior parte delle applicazioni operano tra 1 e 40 GHz.
La seguente tabella elenca la suddivisione in bande secondo la
Radio Society of Great Britain
(RSGB):
Suddivisione in bande del campo delle microonde
Sigla della banda
|
Gamma di frequenza
|
L
|
1 ? 2 GHz
|
S
|
2 ? 4 GHz
|
C
|
4 ? 8 GHz
|
X
|
8 ? 12 GHz
|
K
u
|
12 ? 18 GHz
|
K
|
18 ? 26 GHz
|
K
a
|
26 ? 40 GHz
|
Q
|
30 ? 50 GHz
|
U
|
40 ? 60 GHz
|
V
|
50 ? 75 GHz
|
E
|
60 ? 90 GHz
|
W
|
75 ? 110 GHz
|
F
|
90 ? 140 GHz
|
D
|
110 ? 170 GHz
|
Il codice
P
e a volte usato per le frequenze
UHF
sotto la banda
L
.
Le microonde possono essere prodotte in vari modi, classificabili in due categorie: a
stato solido
e con
tubi a vuoto
.
I dispositivi a stato solido sono basati su
semiconduttori
(
silicio
o
arseniuro di gallio
) e possono essere
transistor
a effetto di campo (
FET
),
transistor a giunzione bipolare
(BJT),
diodi
Gunn e IMPATT. Versioni speciali dei comuni transistor sono state sviluppate per le alte frequenze.
L'evoluzione per le microonde dei transistor BJT includono gli
heterojunction bipolar transistor
(HBT), mentre le varianti dei transistor FET comprendono:
MESFET
,
HEMT
o HFET e LDMOS. I dispositivi integrati a microonde sono chiamati MMIC (monolithic microwave integrated circuit) e sono realizzati a partire da
wafer
di arseniuro di gallio.
I tubi a vuoto si basano sul movimento balistico degli
elettroni
nel
vuoto
sotto l'influenza di campi elettrici o magnetici di controllo. Includono:
magnetron
,
klystron
,
travelling wave tube
(TWT) e
gyrotron
.
- Il
forno a microonde
utilizza un generatore a
magnetron
per produrre microonde alla frequenza di circa 2,45 GHz per cuocere il cibo. Il riscaldamento e la conseguente cottura e dovuto al fatto che le microonde causano un aumento dell'
energia rotazionale
delle molecole di alcune sostanze e in particolare dell'
acqua
. Le molecole dell'acqua infatti hanno un
momento di dipolo elettrico
che ha la stessa
frequenza angolare
delle microonde. Dato che la materia organica e composta in prevalenza di acqua, il cibo puo essere cotto facilmente con questa tecnica.
- Ponti radio
ovvero trasmissione tra
antenne
paraboliche terrestri, a distanze fino a centinaia di
chilometri
, di segnali analogici (ad es.
televisione
) o digitali fino a capacita di centinaia di M
bit
/s. Si utilizzano normalmente
frequenze
comprese fra i 2
GHz
e gli 80 GHz, in bande specificamente stabilite dagli organismi regolatori nazionali e internazionali. Le potenze utilizzate sono di pochi
watt
o frazioni di
watt
, per ogni canale (
portante
).
- I
telefoni cellulari
GSM
operano alla frequenza di 1,8 GHz per comunicare con la
stazione radio base
.
- Le microonde sono utilizzate per le comunicazioni con i
satelliti
poiche attraversano l'atmosfera terrestre senza subire interferenze, come accade invece per le onde radio. Si ha inoltre piu
larghezza di banda
(e quindi possibilita di trasportare piu
informazione
) nelle microonde che non nelle onde radio.
- I protocolli di comunicazione senza fili, come il
bluetooth
e
IEEE 802.11
nelle varianti
g
e
b
utilizzano microonde nella banda a 2,4 GHz; la variante
a
lavora invece a 5 GHz. In alcune nazioni sono in uso servizi di accesso a
Internet
a lunga distanza (25 km) operanti nelle frequenze tra 3,5 e 4 GHz.
- Alcuni servizi di diffusione
televisiva
, accesso a Internet e telefonia su
cavo coassiale
utilizzano microonde di bassa frequenza.
- I
radar
utilizzano le microonde per rilevare a distanza la presenza e il movimento di oggetti.
- Vi sono diversi tipi di
armi
di nuova generazione che impiegano le microonde. Vedi
armi a microonde
.
- Le microonde possono essere usate per trasferire
energia
a distanza. Durante la
seconda guerra mondiale
furono effettuate ricerche in questa direzione. La
NASA
studio negli
anni settanta
e
ottanta
un sistema di satelliti con ampi
pannelli solari
per produrre energia elettrica e trasferirla sulla Terra per mezzo di un fascio di microonde ad alta frequenza. Questi studi furono la base dei moderni progetti di
centrale solare orbitale
.
- Il
maser
e un dispositivo simile al
laser
ma operante nello spettro delle microonde.
- Un campo a microonde viene utilizzato per accelerare particelle cariche in alcuni tipi di
cavita risonanti
utilizzate negli
acceleratori di particelle
.
- Recentemente le microonde hanno iniziato ad essere utilizzate anche nell'ambito della
medicina estetica
per la riduzione delle adiposita localizzate ed il trattamento della lassita cutanea di aree specifiche.
Le microonde sono largamente impiegate dalla meta del
XX secolo
. Come per tutte le onde elettromagnetiche non ionizzanti, vi sono rischi legati all'intensita e alla distanza dalla fonte di emissione. La natura di tali rischi dipende dall'incremento di temperatura indotto dall'intensita del campo elettromagnetico e dalla maggiore o minore capacita che ha l'onda, in base alla sua frequenza, di penetrare nei solidi (maggiore per le onde piu lunghe).
La
cornea
dell'occhio non e percorsa da vasi sanguigni che possano raffreddarla e corre il rischio di surriscaldarsi se colpita da microonde, anche perche non e trasparente a queste lunghezze d'onda. Per questo motivo l'esposizione cronica alle microonde, esattamente come alla luce solare, puo aumentare l'incidenza della
cataratta
[1]
in eta avanzata. Se dalla luce
solare
ci si puo difendere con
occhiali
da sole, non esistono protezioni simili contro le microonde.
Un forno a microonde con il portello difettoso puo essere fonte di rischi. E opportuno quindi evitare di usare apparecchi danneggiati e controllare eventualmente il campo disperso con appositi strumenti. Per lo stesso motivo e bene evitare di trovarsi nel
lobo di emissione
dell'antenna dei potenti radar aeronautici, cosi come guardare direttamente e da vicino i sensori di antifurto a tecnologia radar.
- Giuseppe Dilda,
Microonde
, Levrotto & Bella, 1956.