МИНОБРНАУКИ РОССИИ

Санкт-Петербургский государственный

электротехнический университет

«ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина)

Кафедра РТЭ

5.75 Балл

отчет

по самостоятельной работе №1

по дисциплине «Микроволновая электроника» Тема: Теоретические основы микроволновой электроники

Выполнил: Овсянников А.И. Группа № 8204

Проверил: Иванов В. А.

Санкт-Петербург

2021

1. Рассчитайте энергию кванта микроволнового излучения с частотой 5755 мГц и 31,75 гГц. Какой температуре соответствует эта энергия?

Сравните эту энергию с энергией тепловых колебаний молекул при Т=300К.

Сравните эту энергию с энергией связи кластеров в воде. До какой

температуры нужно нагреть воду, чтобы разрушить ее кластерную

структуру? чтобы ионизировать?

До какой температуры надо нагреть абсолютно черное тело, чтобы

максимум излучения был на полученных частотах?

Может ли микроволновое излучения изменить химическую

структуру живой клетки? За счет чего?

До какой температуры нужно нагреть воду, чтобы произошла ионизация?

Дано:

Так как для стандарта GSM в России для разных операторов сотовой связи выделены разные частоты, то я решил взять значение одно из значений частот выделенной для оператора Мегафон = 1750 МГц. Для стандарта 5G была выбрана частота = 27,75 ГГц, что соответствует верхней границей диапазона частот для бэнда n258.

Решение:

1. Нахождение энергии кванта микроволнового излучения:

Так как энергия кванта прямо пропорционально зависит от частоты излучения, то, очевидно, для излучения с частотой стандарта 5G энергия на порядок выше энергии, соответствующей частоте стандарта GSM.

2. Нахождение температуры, соответствующую этой энергии:

Как и в предыдущем пункте, наблюдается отличие на порядок.

3. Нахождение энергии тепловых колебаний молекул при Т=300К:

4. Сравнение энергии тепловых колебаний молекул с энергией кванта микроволнового излучения для частоты 5755 МГц:

5) Энергия водородной связи в кластере (Н₂О)₂ ^[1]

[1] - Г. Н. Саркисов, Структурные модели воды, УФН, 2006, том 176, номер 8, 833–845. 6) Сравнение энергии кванта микроволнового излучения с энергией водородной связи в молекуле воды:

7) Нахождение температуры нагрева кластера воды для разрушения водородной связи:

8) Энергия ионизации воды:

^[2]

[2] - Г. Н. Саркисов, Структурные модели воды, УФН, 2006, том 176, номер 8, 833–84.

9) Нахождение температуры нагрева воды для её ионизации:

10) Нахождение температуры нагрева АЧТ, чтобы максимум излучения был на полученных частотах для стандарта GSM = 5755 МГц:

Согласно закону смещения Вина, можно определить длину волны, на которой интенсивность излучения абсолютно чёрного тела достигает своего максимума:

11) Влияние микроволнового излучения на химическую структуру живой клетки: Существенное влияние на химическое строение живых организмы микроволновое излучение не оказывает, так как не будет достигнута ни энергия ионизации, ни энергия разрушения водородных связей в кластере воды.

Однако, микроволновым излучением можно нагреть живую клетку до температур, при которых происходит денатурация белка (313 К), что критически сказывается на функционировании клетки. Такой эффект происходит ввиду того, что живые клетки в большинстве своём состоят из воды. Молекула воды является диполем и при облучении микроволновым излучением хаотично расположенные молекулы начинают «тереться» друг о друга, выстраиваясь в определённый порядок («плюсом» в одну сторону, а «минусом» в другую). При таких движениях выделяется достаточное количество энергии, чтобы нагреть тело.