Vi ba

Vi ba hay vi sóng (tiếng Anh: microwave) là sóng điện từ có bước sóng dài hơn tia hồng ngoại, nhưng ngắn hơn sóng radio. Vi ba còn gọi là sóng tần số siêu cao (SHF), có bước sóng khoảng từ 30 cm (tần số 1 GHz) đến 1 m (tần số 30 GHz). Tuy vậy, ranh giới giữa tia hồng ngoại, vi ba và sóng radio tần số cực cao (UHF) là rất tuỳ ý và thay đổi trong các lĩnh vực nghiên cứu khác nhau. Sự tồn tại của sóng điện từ, trong đó vi ba là một phần của phổ tần số cao, được James Clerk Maxwell dự đoán năm 1864 từ các phương trình Maxwell nổi tiếng. Năm 1888, Heinrich Hertz đã chế tạo được thiết bị phát sóng radio, nhờ vậy lần đầu tiên chứng minh sự tồn tại của sóng điện từ.

Bảng phân chia các bức xạ sóng điện từ/ánh sáng^[1]
Tên	Bước sóng	Tần số (Hz)	Năng lượng photon (eV)
Tia gamma	≤ 0,01 nm	≥ 30 EHz	124 keV - 300+ GeV
Tia X	0,01 nm - 10 nm	30 EHz - 30 PHz	124 eV - 124 keV
Tia tử ngoại	10 nm - 380 nm	30 PHz - 790 THz	3.3 eV - 124 eV
Ánh sáng nhìn thấy	380 nm-760 nm	790 THz - 430 THz	1.7 eV - 3.3 eV
Tia hồng ngoại	760 nm - 1 mm	430 THz - 300 GHz	1.24 meV - 1.7 eV
Vi ba	1 mm - 1 met	300 GHz - 300 MHz	1.7 eV - 1.24 meV
Sóng vô tuyến	1 mm - 100000 km	300 GHz - 3 Hz	12.4 feV - 1.24 meV

Chú thích: trên 300 GHz, khí quyển Trái Đất hấp thụ bức xạ điện từ mạnh đến nỗi khí quyển thực sự không trong suốt đối với các tần số cao của bức xạ điện từ, nhưng khí quyển lại trở nên trong suốt trong phần quang phổ nhìn thấy được và vùng hồng ngoại.

Phát sinh

Có thể tạo ra vi ba bằng nhiều thiết bị, chia làm hai loại: thiết bị chất rắn và thiết bị ống chân không.

Thiết bị vi ba chất rắn dựa trên chất bán dẫn như silicon hoặc arsenua galli, và ngay cả các transistor hiệu ứng trường (FET), transistor tiếp xúc mặt lưỡng cực (BJT), các diode Gunn và diode IMPATT (diode dòng thác va chạm có thời gian quá cảnh). Từ các transistor tiêu chuẩn người ta phát triển những linh kiện tốc độ cao hơn dùng trong các ứng dụng vi ba. Biến thể vi ba của transistor BJT có loại HBT (heterojunction bipolar transistor), biến thể vi ba của transistor FET thì có loại MESFET (transistor hiệu ứng trường có màng bán dẫn kim loại), loại HEMT (còn gọi là HFET), và transistor LDMOS.

Thiết bị ống chân không hoạt động dựa trên chuyển động của electron trong chân không dưới ảnh hưởng của điện trường hoặc từ trường, gồm có magnetron, klystron, đèn sóng chạy (TWT), và gyrotron.

Ứng dụng

Lò vi sóng (cũng gọi là lò vi ba) dùng một magnetron sinh ra vi ba có tần số khoảng 2,45 GHz để nấu nướng. Vi ba nấu thức ăn bằng cách làm rung các phân tử nước và hợp chất khác. Sự rung này tạo sức nóng làm chín thức ăn. Vì các chất hữu cơ chủ yếu cấu tạo bằng nước nên phương pháp này dễ dàng nấu chín thức ăn.
Vi ba được dùng trong thông tin vệ tinh vì vi ba dễ dàng truyền qua khí quyển Trái Đất, ít bị nhiễu so với các bước sóng dài hơn. Ngoài ra, trong phổ vi ba còn nhiều băng thông hơn phần còn lại của phổ radio.
Vi ba cũng được dùng rộng rãi trong thông tin vô tuyến chuyển tiếp đến nỗi từ vi ba thực tế đồng nghĩa với vô tuyến chuyển tiếp (thường gọi "liên lạc vi ba", "tuyến vi ba", "trạm vi ba"...) mặc dù có một số thiết bị vô tuyến chuyển tiếp hoạt động trong dải tần số 410-470 MHz (thuộc băng tần số cực cao UHF).
Radar cũng dùng bức xạ vi ba để phát hiện khoảng cách, tốc độ và các đặc trưng khác của những đối tượng ở xa, như ô-tô và các phương tiện giao thông.
Các giao thức mạng không dây (wireless LAN) như Bluetooth và các chuẩn IEEE 802.11g và 802.11b dùng vi ba trong dải 2,4 GHz (thuộc băng tần ISM, tức băng tần công nghiệp

[1]