Eine Mikrowelle ist eine elektromagnetische Welle mit einer sehr kurzen Wellenlänge, zwischen 0,039 Zoll (1 Millimeter) und 1 Fuß (30 Zentimeter). Innerhalb des elektromagnetischen Spektrums befinden sich Mikrowellen zwischen Radiowellen und kürzeren Infrarotwellen. Aufgrund ihrer kurzen Wellenlängen eignen sich Mikrowellen ideal für den Einsatz in Rundfunk und Fernsehen. Sie können in einem großen Frequenzbereich übertragen werden, ohne dass es zu Signalstörungen oder Überschneidungen kommt.
Die Mikrowellentechnik wurde während des Zweiten Weltkriegs (1939-45) im Zusammenhang mit der geheimen militärischen Radarforschung entwickelt. Heute werden Mikrowellen hauptsächlich in Mikrowellenherden und in der Kommunikation eingesetzt. Ein Mikrowellen-Kommunikationsschaltkreis kann jede Art von Information so effizient wie Telefondrähte übertragen.
Die beliebtesten Geräte zur Erzeugung von Mikrowellen sind Magnetrons und Klystrons. Sie erzeugen Mikrowellen mit geringer Leistung und erfordern ein Verstärkungsgerät, wie z. B. einen Maser (Mikrowellenverstärkung durch stimulierte Strahlungsemission). Wie Radiowellen können auch Mikrowellen zu Kommunikationszwecken moduliert werden. Sie bieten jedoch 100-mal mehr nutzbare Frequenzen als das Radio.
Mikrowellen lassen sich leicht über Antennen ausstrahlen und empfangen. Im Gegensatz zu Radiowellen können Mikrowellensignale durch Antennen gebündelt werden, so wie ein Scheinwerfer Licht in einen engen Strahl bündelt. Die Signale werden direkt von einer Quelle zu einem Empfangsort übertragen. Die verlässliche Reichweite von Mikrowellensignalen reicht nicht sehr weit über den sichtbaren Horizont hinaus.
Es ist gängige Praxis, Mikrowellenempfänger und -sender auf hohen Gebäuden zu platzieren, wenn keine Bergkuppen oder Berggipfel verfügbar sind. Je höher die Antenne, desto weiter kann das Signal ausgestrahlt werden. Um ein Mikrowellensignal über einen Kontinent zu übertragen, sind viele bodengestützte Relais-„Sprünge“ erforderlich. Seit den 1960er Jahren werden die Vereinigten Staaten von einem Netz von Mikrowellen-Relaisstationen überspannt.
Wissenswertes
Elektromagnetische Strahlung: Strahlung, die durch die Wechselwirkung von Elektrizität und Magnetismus Energie überträgt.
Elektromagnetisches Spektrum: Der gesamte Bereich der elektromagnetischen Strahlung, einschließlich Radiowellen (am Ende der längsten Wellenlänge), Mikrowellen, Infrarotstrahlung, sichtbares Licht, ultraviolette Strahlung, Röntgenstrahlen und Gammastrahlen (am Ende der kürzesten Wellenlänge).
Eine häufigere Methode der Mikrowellenübertragung ist der Hohlleiter. Hohlleiter sind hohle Rohre, die Mikrowellen entlang ihrer Innenwände leiten. Sie werden aus Materialien mit sehr hoher elektrischer Leitfähigkeit hergestellt und müssen präzise konstruiert sein. Hohlleiter arbeiten nur bei sehr hohen Frequenzen, weshalb sie ideale Mikrowellenleiter sind.
Satelliten und Mikrowellen
Erdsatelliten, die Mikrowellensignale vom Boden aus weiterleiten, haben die Entfernung, die mit einem Sprung zurückgelegt werden kann, vergrößert. Mikrowellen-Repeater in einem Satelliten, der sich in einer stationären Umlaufbahn 35.880 km über der Erde befindet, können ein Drittel der Erdoberfläche erreichen. Mehr als die Hälfte der in den Vereinigten Staaten geführten Ferngespräche werden über Mikrowellen durch Satelliten geleitet.
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Das Wetter und die Mikrowellenkommunikation
Regentropfen und Hagelkörner haben eine ähnliche Größe wie die Wellenlänge von Mikrowellen höherer Frequenzen. Ein Regensturm kann die Mikrowellenkommunikation blockieren, was zu einer so genannten Regenschwäche führt. Um ankommende Stürme zu orten, verwendet das Wetterradar absichtlich Mikrowellen mit kürzerer Wellenlänge, um die Interaktion mit dem Regen zu erhöhen.
Mikrowellenkommunikation ist nahezu 100 Prozent zuverlässig. Der Grund dafür ist, dass Mikrowellen-Kommunikationsschaltungen so konstruiert wurden, dass sie das Fading minimieren, und dass computergesteuerte Netze die Signale oft über einen anderen Pfad umleiten, bevor ein Fading spürbar wird.