1.3.    Достоинства и недостатки использования микроволнового диапазона

Электромагнитные колебания микроволнового и оптического диапазонов обладают целым рядом специфических особенностей и свойств, отличающими их от  смежных участков спектра.

 На сверхвысоких частотах длина волны соизмерима с линейными размерами физических тел. Геометрические размеры схемотехнических элементов аппаратуры, в том числе и антенн, также оказываются соизмеримыми с длиной волны и могут значительно превышать ее. Поэтому волны диапазона СВЧ обладают квазиоптическими свойствами, т. е. по характеру распространения приближаются к световым волнам. Наряду с этим принципы работы СВЧ устройств в значительной мере определяются явлениями дифракции и не могут непосредственно использовать законы геометрической оптики, а также законы обычных электрических цепей.

Квазиоптические свойства волн СВЧ диапазона особенно ценны для направленной передачи сигналов, а также для определения координат объектов.

 Еще большей направленностью обладает лазерное излучение. Высокая направленность излучения позволяет во много раз повысить помехоустойчивость систем передачи информации и снизить мощность передающих устройств.

 В отличие от более длинных радиоволн (до 10-15м.) и инфракрасных излучений, волны СВЧ, особенно на участке между 100 Мгц и 10 ГГц, почти беспрепятственно проникают сквозь ионизированные слои, окружающие Землю, а также сквозь атмосферу. Существование в атмосфере Земли широкого окна прозрачности в диапазоне сверхвысоких частот дает возможность, с одной стороны, исследовать космическое пространство радиоастрономическими методами, СВЧ излучение Солнца, звезд и других космических тел. Диапазон СВЧ незаменимым для развития космических систем связи для обмена информацией между наземными пунктами связи и космическими ретрансляционными спутниками.

Недостатком спутниковых систем связи является действие космических шумов на наземные радиоприемные устройства.

 Величина кванта энергии, соответствующая диапазону СВЧ, соизмерима с разностью энергий близко расположенных энергетических уровней атомов и молекул атмосферы Земли. Поэтому СВЧ электромагнитные колебания, в особенности колебания, лежащие в сантиметровом, миллиметровом и субмиллиметровом диапазонах, обладают способностью резонансного энергетического взаимодействия с веществом. Это обстоятельство широко используется при анализе строения вещества методами СВЧ радиоспектроскопии. Помимо решения специфических научных проблем, это направление, в свою очередь, оказывает сильное влияние на развитие техники СВЧ связи, использование этих частот невозможно для линий космической радиосвязи ввиду большого резонансного поглощения радиоволн на этих частотах.   Использование резонансного взаимодействия СВЧ колебаний с атомами и молекулами привело к разработке принципиально новых устройств — квантовых молекулярных усилителей и генераторов и к развитию квантовой электроники.

Основным достоинством СВЧ диапазона является то, что в этом диапазоне можно разместить значительно большее число каналов связи, чем на более низких частотах. Например, нетрудно видеть, что даже узкая полоса частот в 1 % при средней частоте 10 ГГц (длина волны 3 см) позволяет   разместить столько же независимых каналов, сколько их имеется во всем диапазоне от сверхдлинных до ультракоротких волн. Большая информационная емкость СВЧ диапазона позволяет осуществлять многоканальную телефонную и телевизионную связь, в особенности на сантиметровых, миллиметровых и субмиллиметровых волнах. Создание квантовых генераторов и усилителей оптического диапазона (лазеров) дает возможность еще более повысить информационную емкость каналов связи с непосредственным использованием методов и аппаратуры СВЧ диапазона.