Torre de telecomunicaciones mediante microondas enWellingtonNueva Zelanda. El rango de frecuencias de microondas es utilizada para transmisiones detelevisión (500-900 MHz, dependiendo de los países) otelefonía móvil (850-900 MHz y 1800-1900 MHz).
Se denominamicroondas a lasondas electromagnéticas; generalmente entre 300 MHz y 300GHz,[1] que supone unperíodo de oscilación de (3×10−9s) a (33×10−12 s) y unalongitud de onda en el rango de 1m a 1mm. Otras definiciones, por ejemplo las de losestándaresIEC 60050 yIEEE 100 sitúan su rango de frecuencias entre 1 GHz y 300 GHz, es decir, longitudes de onda de entre 30 centímetros a 1 milímetro.
El rango de las microondas está incluido en las bandas deradiofrecuencia, concretamente en las deUHF (ultra-high frequency - frecuencia ultra alta) 0,3-3 GHz,SHF (super-high frequency - frecuencia súper alta) 3-30 GHz yEHF (extremely-high frequency - frecuencia extremadamente alta) 30-300 GHz. Otras bandas de radiofrecuencia incluyen ondas de menor frecuencia y mayor longitud de onda que las microondas. Las microondas de mayor frecuencia y menor longitud de onda —en el orden de milímetros— se denominanondas milimétricas.
La existencia de ondas electromagnéticas, de las cuales las microondas forman parte, fueron predichas porMaxwell en 1864 a partir de sus famosasEcuaciones de Maxwell. En 1888,Heinrich Rudolf Hertz fue el primero en demostrar la existencia de ondas electromagnéticas mediante la construcción de un aparato para generar y detectar ondas de radiofrecuencia.
Introducción al espectro radioeléctrico - Microondas
Las microondas pueden ser generadas de varias maneras, generalmente divididas en dos categorías: dispositivos de estado sólido y dispositivos basados en tubos de vacío. Los dispositivos de estado sólido para microondas están basados en semiconductores desilicio oarseniuro de galio, e incluyentransistores de efecto campo (FET),transistores de unión bipolar (BJT),diodos Gunn ydiodos IMPATT. Se han desarrollado versiones especializadas de transistores estándar para altas velocidades que se usan comúnmente en aplicaciones de microondas.
Los dispositivos basados en tubos de vacío operan teniendo en cuenta el movimiento balístico de un electrón en el vacío bajo la influencia de campos eléctricos o magnéticos, entre los que se incluyen elmagnetrón,[2] elklistrón, eltubo de onda progresiva(TWT) y elgirotrón.
Laatenuación atmosférica de las microondas y la radiación infrarroja lejana en aire seco con un nivel de vapor de agua precipitable de 0,001 mm. Los picos descendentes del gráfico corresponden a las frecuencias en las que las microondas se absorben con mayor intensidad. Este gráfico incluye un rango de frecuencias de 0 a 1 THz; las microondas son el subconjunto en el rango entre 0,3 y 300 gigahercios.
A diferencia de las ondas de radio de baja frecuencia, no viajan comoondas de superficie que siguen el contorno de la Tierra, ni se reflejan en laionosfera.[3] Aunque en el extremo inferior de la banda pueden atravesar las paredes de los edificios lo suficiente para una recepción útil, normalmente se requieren derechos de paso despejados hasta la primerazona de Fresnel. Por lo tanto, en la superficie de la Tierra, los enlaces de comunicación por microondas están limitados por el horizonte visual a unas 30-40 millas (48,3-64,4 km). Las microondas son absorbidas por la humedad de la atmósfera, y la atenuación aumenta con la frecuencia, convirtiéndose en un factor significativo (desvanecimiento por lluvia) en el extremo superior de la banda. A partir de unos 40 GHz, los gases atmosféricos también empiezan a absorber las microondas, por lo que por encima de esta frecuencia la transmisión de microondas se limita a unos pocos kilómetros. La estructura de bandas espectrales provoca picos de absorción en frecuencias específicas (véase el gráfico de la derecha). Por encima de 100 GHz, la absorción de radiación electromagnética por la atmósfera terrestre es tan grande que, en efecto, esopaca, hasta que la atmósfera vuelve a ser transparente en los rangos de frecuencia denominadosinfrarrojo yventana óptica.
En un haz de microondas dirigido en ángulo hacia el cielo, una pequeña cantidad de la potencia se dispersará aleatoriamente cuando el haz atraviese latroposfera.[3] Un receptor sensible más allá del horizonte con una antena de alta ganancia enfocada hacia esa zona de la troposfera puede captar la señal. Esta técnica se ha utilizado en frecuencias entre 0,45 y 5 GHz en sistemas de comunicación dedispersión troposférica (troposcatter) para comunicarse más allá del horizonte, a distancias de hasta 300 km.
Vista del interior de unmagnetrón como el que se utiliza en unhorno de microondas(izquierda). Divisor de antena: Las técnicas demicrostrip son cada vez más necesarias a frecuencias más altas(derecha).
Las fuentes de microondas de alta potencia utilizantubos de vacío especializados para generar microondas. Estos dispositivos funcionan con principios diferentes a los tubos de vacío de baja frecuencia, utilizando el movimiento balístico de los electrones en el vacío bajo la influencia de campos eléctricos o magnéticos controlados, e incluyen elmagnetrón (utilizado en loshornos de microondas, elklystron, eltubo de onda progresiva(TWT), y elgirotrón. Estos dispositivos funcionan en el modo modulado dedensidad, en lugar del modo modulado decorriente. Esto significa que funcionan sobre la base de grupos de electrones que vuelan balísticamente a través de ellos, en lugar de utilizar un flujo continuo de electrones.
Las fuentes de microondas de baja potencia utilizan dispositivos de estado sólido como eltransistor de efecto de campo (al menos en las frecuencias más bajas),diodo túnel,diodo Gunn ydiodo IMPATTs.[4] Las fuentes de baja potencia están disponibles como instrumentos de sobremesa, instrumentos de montaje en bastidor, módulos empotrables y en formatos a nivel de tarjeta. Unmáser es un dispositivo de estado sólido que amplifica las microondas utilizando principios similares a los delláser, que amplifica las ondas de luz de mayor frecuencia.
Su corta longitud de onda también permite producir haces estrechos de microondas con unaantena conalta ganancia convenientemente pequeña de medio metro a 5 metros de diámetro. Por lo tanto, los haces de microondas se utilizan para enlaces de comunicaciónpunto a punto y pararadar. Una ventaja de los haces estrechos es que no interfieren con los equipos cercanos que utilizan la misma frecuencia, lo que permite lareutilización de frecuencias por parte de los transmisores cercanos. LasAntenas parabólicas ("plato") son las antenas directivas más utilizadas en las frecuencias de microondas, pero también se utilizan lasantenas de bocina, lasantenas de ranura y laslentes dieléctricas. Lasantenas microstrip planas se utilizan cada vez más en los dispositivos de consumo. Otra antena directiva práctica en las frecuencias de microondas es laphased array, una matriz de antenas controlada por ordenador que produce un haz que puede dirigirse electrónicamente en diferentes direcciones.
En las frecuencias de microondas, laslíneas de transmisión que se utilizan para transportar las ondas de radio de baja frecuencia hacia y desde las antenas, como elcable coaxial y laslíneas de cables bifilares, tienen excesivas pérdidas de potencia, por lo que, cuando se requiere una baja atenuación, las microondas se transportan por medio de tubos metálicos llamadosguía de ondas. Debido al elevado coste y a los requisitos de mantenimiento de las guías de onda, en muchas antenas de microondas la etapa de salida deltransmisor o elfrente de RF delreceptor se encuentra en la antena.
Una de las aplicaciones más conocidas de las microondas es el horno de microondas, que usa unmagnetrón para producir ondas a una frecuencia de aproximadamente 2,45 GHz. Estas ondas hacen vibrar o rotar las moléculas de agua, lo cual genera calor. Debido a que la mayor parte de los alimentos contienen un importante porcentaje de agua, pueden ser fácilmente cocinados de esta manera.
En telecomunicaciones, las microondas son usadas en radiodifusión, ya que estas pasan fácilmente a través de la atmósfera con menos interferencia que otras longitudes de onda mayores. También hay másancho de banda en el espectro de microondas que en el resto del espectro de radio. Usualmente, las microondas son usadas enprogramas informativos de televisión para transmitir una señal desde una localización remota a una estación de televisión mediante una camioneta especialmente equipada. Protocolos802.11g yb también usan microondas en la banda ISM, aunque la especificación802.11a usa una banda ISM en el rango de los 5 GHz. Latelevisión por cable y el acceso a Internet víacable coaxial usan algunas de las más bajas frecuencias de microondas. Algunas redes de telefonía celular también usan bajas frecuencias de microondas.
En la industria armamentística, se han desarrollado prototipos de armas que utilicen la tecnología de microondas para la incapacitación momentánea o permanente de diferentes enemigos en un radio limitado.[7]
La tecnología de microondas también es utilizada por losradares, para detectar el rango, velocidad,información meteorológica y otras características de objetos remotos; o en elmáser, un dispositivo semejante a unláser pero que trabaja con frecuencias de microondas.
Las cámaras de RF ejemplifican el gran cambio que recientemente ha surgido en este tipo de tecnologías. Desempeñan un papel importante en el ámbito de radar, detección de objetos y la extracción de identidad mediante el uso del principio de imágenes microondas de alta resolución, que consiste, esencialmente, en un transmisor de impulsos para iluminar la tarjeta, un auto-adaptador aleatorio de fase seguido por un receptor de microondas que produce un holograma a través del cual se lee la información de la fase e intensidad de la tarjeta de radiación.
Tecnologías usadas en la transmisión por medio de microondas
Para que luego los componentes discretos se construyeran en el mismo sustrato que las líneas de transmisión. La producción en masa y los dispositivos compactos:
Pozar, David M. (1993).Microwave Engineering Addison-Wesley Publishing Company.ISBN 0-201-50418-9.
Dugauquier C. -Effects of exposure to electromagnetic fields (microwaves) on mammalian pregnancy.Litterature review -Médecine et Armées, 2006; 34 (3): 215-218.
Heynick C. et al. -Radio Frequency Electromagnetic Fields: Cancer, Mutagenesis, and Genotoxicity -Bioelectromagnetics Supplement, 2020; 6:S74-S100.
Martín-Gil J., Martín-Gil F.J,José-Yacamán M., Carapia-Morales L. and Falcón-Bárcenas T.Microwave-assisted Synthesis of Hydrated Sodium Uranyl Oxonium Silicate.Polish Journal of Chemistry. 2005. 79,
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