الموجات الدقيقة، أو الميكروويف، هي جزء من موجات الراديو وليست نوعًا منفصلًا عنها. كلاهما موجات كهرومغناطيسية. تختلف حدود تسمية الميكروويف باختلاف الاصطلاح؛ فقد يُستخدم نطاق تقريبي من 300 MHz إلى 300 GHz، بينما تبدأ بعض التعريفات من 1 GHz.
1. تتكون من مجالات كهربائية ومغناطيسية
للموجة المنتشرة مكونات كهربائية ومغناطيسية. في نموذج الموجة المستوية المثالية في الفراغ تكون المجالات مستعرضة على اتجاه الانتشار. أما قرب الهوائي وداخل البنى الموجّهة فقد تختلف العلاقات بين المكونات.
لا تحدد تسمية راديو أو ميكروويف مصدرًا مختلفًا للطاقة، بل تصف منطقة من الطيف. تُصمم الهوائيات والدوائر بما يناسب التردد والغرض.
2. لها السرعة نفسها في الفراغ
تبلغ سرعة الضوء في الفراغ c = 299,792,458 m/s، أي نحو ثلاثمئة ألف كيلومتر في الثانية. زيادة التردد لا تجعل الموجة أسرع في الفراغ. ترتبط السرعة والطول الموجي والتردد بالعلاقة λ = c/f.
| التردد | الطول الموجي التقريبي في الفراغ |
|---|---|
| 100 MHz | 3 أمتار |
| 2.4 GHz | 12.5 سنتيمتر |
| 10 GHz | 3 سنتيمترات |
| 60 GHz | 5 مليمترات |
داخل مادة تعتمد الاستجابة على خصائصها. وفي دليل موجي يجب التمييز بين سرعة الطور وسرعة المجموعة. تجاوز سرعة الطور قيمة c في نموذج معين لا يعني انتقال المعلومات أسرع من الضوء.
3. تخضع للانعكاس والانكسار والحيود والتداخل
القوانين الأساسية مشتركة، لكن النتيجة تعتمد على الطول الموجي والاستقطاب والمادة والهندسة. قد يكون جسم صغيرًا كهربائيًا عند تردد ومن ثم كبيرًا عند تردد أعلى.
لا تعكس كل الأسطح النحاسية نسبة ثابتة قدرها 99% تحت جميع الشروط. تؤثر الموصلية والسمك وزاوية السقوط وحالة السطح. كما أن انخفاض التردد لا يضمن اختراق أي جدار أو تجاوز أي عائق.
4. تتأثر بخسائر المسار والوسط
تنخفض القدرة المستقبلة مع المسافة في نموذج الفضاء الحر بسبب الانتشار الهندسي للطاقة. امتصاص الوسط آلية إضافية، كما تؤثر الانعكاسات والحجب وعدم تطابق الاستقطاب.
مع تثبيت مكاسب الهوائيات، تزداد خسارة الفضاء الحر عند زيادة التردد، وفق LFS = 20 log10(4πr/λ). أما عند تثبيت المساحة الفيزيائية للهوائي فقد يتغير الكسب أيضًا، لذا يجب توضيح أساس المقارنة.
امتصاص الأكسجين قرب 60 GHz ليس الظاهرة نفسها التي تؤثر بها الأيونوسفير في اتصالات الموجات القصيرة. المطر والغازات والبيئة تؤثر تبعًا للتردد والظروف، ولا تمنح تسمية النطاق مسافة اتصال ثابتة.
5. يمكنها حمل المعلومات بالتضمين
يمكن تغيير السعة أو الطور أو التردد لتمثيل المعلومات. تُستخدم تقنيات تماثلية ورقمية في نطاقات مختلفة. اختلاف بث FM عن شبكة Wi‑Fi يشمل النظام والطيف وطريقة الاستخدام، لا قوانين فيزيائية مختلفة.
يقاس التردد بالهرتز، أي دورة في الثانية، وتُستخدم وحدات مثل الميغاهرتز والغيغاهرتز. تقاس القدرة بالواط أو بوحدة لوغاريتمية مثل dBm، بينما يقاس معدل البيانات بالبت في الثانية. لا يمكن استبدال هذه المقاييس بعضها ببعض.
التردد وطاقة الفوتون والقدرة الكلية
طاقة الفوتون الواحد تتبع العلاقة E = hf. تقع طاقات فوتونات هذه النطاقات بعيدًا عن طاقات التأين المعتادة، ولذلك توصف بأنها غير مؤينة. لكن القدرة الممتصة العالية قد تسبب تسخينًا؛ طاقة الفوتون لا تحدد وحدها إجمالي القدرة أو التعرض.
إذا طُرح سؤال عن خاصية غير مشتركة، فلا تكون الإجابة أن سرعتها في الفراغ مختلفة. قد تختلف الترددات والأطوال الموجية واستجابة المواد، بينما تبقى القوانين والسرعة في الفراغ مشتركة.
استخدام المقارنة في تصميم اتصال
حدد الخدمة والتردد ومسار الاتصال والهوائيات وعرض النطاق وجودة الاستقبال المطلوبة. بعد ذلك استخدم ميزانية وصلة وقياسات مناسبة بدل استنتاج السرعة أو المدى من اسم النطاق فقط.
للمراجعة: ناسا عن موجات الراديو وناسا عن الموجات الدقيقة، مع معادلة فريس للوصلة المثالية.
