Microondas y Aplicaciones

Microondas Se denomina microondas a las ondas electromagnéticas definidas en un rango de frecuencias determinado; generalmente de entre 300 MHz y 300 GHz, que supone un período de oscilación de 3 ns (3×10−9 s) a 3 ps (3×10−12 s) y una longitud de onda en el rango de 1 m a 1 mm. Otras definiciones, por ejemplo las de los estándares IEC 60050 y IEEE 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 de radiofrecuencia, concretamente en las de UHF (ultra-high frequency - frecuencia ultra alta) 0,3-3 GHz, SHF (super-high frequency - frecuencia súper alta) 3-30 GHz y EHF(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 denominan ondas milimétricas. La existencia de ondas electromagnéticas, de las cuales las microondas forman parte del espectro de alta frecuencia, fueron predichas por Maxwell en 1864 a partir de sus famosas Ecuaciones 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. 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 de silicio o arseniuro de galio, e incluyen transistores de efecto campo (FET), transistores de unión bipolar (BJT), diodos Gunn y diodos 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 el magnetrón, el klistrón, el TWT y elgirotrón.

Usos Una de las aplicaciones más conocidas de las microondas es el horno de microondas, que usa un magnetrón 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 más ancho de banda en el espectro de microondas que en el resto del espectro de radio. Usualmente, las microondas son usadas en programas informativos de televisión para transmitir una señal desde una localización remota a una estación de televisión mediante una camioneta especialmente equipada. Protocolos 802.11g y b también usan microondas en la banda ISM, aunque la especificación 802.11a usa una banda ISM en el rango de los 5 GHz. La televisión por cable y el acceso a Internet vía cable 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.1 La tecnología de microondas también es utilizada por los radares, para detectar el rango, velocidad, información meteorológica y otras características de objetos remotos; o en el máser, un dispositivo semejante a un láser 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. Aplicaciones de las microondas Durante la segunda guerra mundial, hablar del Radarera sinónimo de microondas. En esta época el desarrollo de sistemas de microondas recibió un gran estímulo, debido a la necesidad de un radar de alta resolución capaz de detectar aviones y barcos enemigos. En la actualidad el empleo de sistemas de microondas es importantísimo y sus aplicaciones incluyen control de tráfico aéreo, navegación marina, control de misiles, aviación, telecomunicaciones, entre muchas otras. En los últimos años en telecomunicaciones:

las

frecuencias

de microondas son

utilizadas

cada

vez

más

- En tierra, las telecomunicaciones con microondas se utilizan cada vez más utilizando antenas repetidoras, necesarias a lo largo de un camino o trayecto de comunicación - En el espacio, los satélites se emplean como estacionesretransmisoras de microondas. Estos satélites tienen una enorme capacidad y las nuevas generaciones de satélites serán aún más potentes. Las comunicaciones por satélite, se están volviendo muy importantes en el área comercial. Muchas estaciones de televisión retransmiten a todo el mundo mediante satélites. La señal que éstas emiten se puede captar en lugares alejados, donde no existe el servicio de televisión tradicional.



Aeronáutica:

- tripulación de aviones - lanzamiento de misiles 

Comunicaciones:

- televisión - telemetría

- sistema satelital - radionavegación 

Medicina:

- diatermia 

Uso doméstico:

- hornos y calentadores 

Investigación:

- meteorología - física nuclear Efectos por exposición: La exposición a la radiación tiene en cuenta la intensidad y tipo de emisión; las características del medio y del objeto expuesto (tales como tamaño, forma, orientación, propiedades eléctricas, etc.). La cantidad y localización de la energía absorbida por un cuerpo expuesto a la radiación de microondas dependerán del tamaño del cuerpo y de la longitud de onda de la radiación, así como también de la posición del primero en el campo de la radiación. En general,las ondas más cortas se absorben en superficie, mientras que las de mayor longitud producen un calentamiento más profundo. Cuando la longitud o el grosor de una parte del cuerpo son ligeramente inferiores a la longitud de onda de la radiación, se producen formas muy complicadas de dispersión y absorción. La radiación de microondas se absorbe de manera tan irregular que pueden formarse puntos calientes. Algunos autores consideran que los efectos de estas radiaciones no son sólo térmicos, sino que puede actuar de alguna forma sobre el sistema nervioso (Suess, M.J., 1985). (*) La interacción de cierta radiación electromagnética con cuerpos conductores produce calor. Este hecho es utilizado por la medicina para realizar “diatermia”. Terapia que consiste en la aplicación de emisiones controladas de radiofrecuencias y microondas para calentar distintos tejidos. Es utilizado en tratamientos de tejidos cancerosos, cuyas células son sensibles a temperaturas en un rango de 42º y 43º C. Los aparatos utilizados deben ser testeados para evitar “escapes” de campos electromagnéticos que provoquen lesiones irreversibles. Los equipos de alta potencia como radares pueden someter a sus operadores a riesgos de incidencia de tumores malignos. 2

El establecimiento de 1 mW/cm como valor máximo de fuga contribuiría a controlar las exposiciones laborales o domésticas.

Tecnologías usadas en la transmisión por medio de microondas [editar] Véase también: Radiocomunicaciones por microondas

Al inicio, la tecnología de microondas, fue construyendo dispositivos de guía de onda: llamados "fontaneros". Luego surgió una tecnología híbrida:



Circuito integrado de microondas (MIC en inglés)

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: 

Tecnologías MMIC

Pero existen algunos casos en los que no son posibles los dispositivos monolíticos: 

RFIC

Bandas de frecuencia[editar] Microondas Estados Unidos[editar] Banda

Rango frecuencia

de

Origen del nombre,

Banda I hasta 0,2 GHz

Banda G

0,2 a 0,25 GHz

Banda P

0,25 a 0,5 GHz

Previous, dado que los primeros rádares del Reino Unido utilizaron esta banda, pero luego pasaron a frecuencias más altas

Banda L

0,5 a 1,5 GHz

Long wave (Onda larga)

Banda S

2 a 4 GHz

Short wave (Onda corta)

Banda C

4 a 8 GHz

Compromiso entre S y X

Banda X

8 a 12 GHz

Usada en la II Guerra Mundial por los sistemas de control de fuego, X de cruz (como la cruz de la retícula de puntería)

12 a 18 GHz

Kurz-unten (bajo la corta)

Banda

Ku

Banda K

18 a 26 GHz

Alemán Kurz (corta)

Banda Ka

26 a 40 GHz

Kurz-above (sobre la corta)

Banda V

40 a 75 GHz

Very high frequency (Muy alta frecuencia)

Banda W

75 a 111 GHz

W hiper frecuencia

Microondas UE, OTAN[editar] Banda

Rango de frecuencia

Banda A hasta 0,25 GHz

Banda B 0,25 a 0,5 GHz

Banda C 0,5 a 1 GHz

Banda D 1 a 2 GHz

Banda E 2 a 3 GHz

Banda F 3 a 4 GHz

Banda G 4 a 6 GHz

Banda H 6 a 8 GHz

Banda I 8 a 10 GHz

Banda J 10 a 20 GHz

Banda K 20 a 40 GHz

Banda L 40 a 60 GHz

Otro Resumen: Microondas analógicas y digitales

Enlace de microondas.

La gran mayoría de los sistemas actuales de radio de microondas es de modulación de frecuencia, que es de naturaleza analógica. Sin embargo, en fechas recientes se han elaborado nuevos sistemas que usan modulación por conmutación de fase, o por amplitud en cuadratura, que son formas básicamente de modulación digital. También se habla de sistemas satelitales que usan PCM o PSK, estos dos sistemas son similares a los sistemas terrestres de radio de microondas, sin duda los dos sistemas comparten muchas frecuencias. La diferencia principal entre los sistemas satelitales y terrestres de radio, es que los sistemas satelitales propagan señales fuera de la atmósfera terrestre, por lo que son capaces de llevar señales mucho más lejanas, usando menos transmisores y receptores. Consideraciones en un radioenlace El clima y el terreno son los mayores factores a considerar antes de instalar un sistema de microondas. En resumen, en un radioenlace se dan pérdidas por:

* Espacio libre

* Difracción * Reflexión * Refracción * Absorción

* Desvanecimientos * Desajustes de ángulos * Lluvias * Gases y vapores * Difracción por zonas de Fresnel (atenuación por obstáculo) * Desvanecimiento por múltiple trayectoria (formación de ductos)

Aplicaciones

El uso principal de este tipo de transmisión se da en las telecomunicaciones de largas distancias, se presenta como alternativa del cable coaxial o la fibra óptica. Este sistema necesita menor número de repetidores o amplificadores que el cable coaxial pero necesita que las antenas estén alineadas. Los principales usos de las microondas terrestres son para la transmisión de televisión y voz. Los enlaces de microondas se suelen utilizar para enlazar edificios diferentes, donde la instalación de cable conllevaría problemas o seria más costosa. Sin embargo, dado que los equipos de microondas terrestres suelen utilizar frecuencias con licencia, las organizaciones o gobiernos que conceden las licencias imponen limitaciones económicas y financieras adicionales. Las principales aplicaciones de un sistema de microondas terrestre son las siguientes: * Telefonía básica (canales telefónicos) * Datos * Telégrafo/Telex/Facsímile * Canales de Televisión. * Video. * Telefonía celular (entre troncales). * Transmisión de televisión y voz. Aunque las microondas son lógicamente superiores, ni las distancias, ni la capacidad del medio, ni la velocidad, la convierten en un sistema muy utilizado. Pero a pesar de todo, las microondas terrestres siguen conformando un medio de comunicación muy efectivo para redes metropolitanas para interconectar bancos, mercados, tiendas departa-mentales y radio bases celulares

Ventajas de los enlaces microondas

* Más baratos * Instalación más rápida y sencilla. * Conservación generalmente más económica y de actuación rápida. * Puede superarse las irregularidades del terreno. * La regulación solo debe aplicarse al equipo, puesto que las características del medio de

transmisión son esencialmente constantes en el ancho de banda de trabajo. * Puede aumentarse la separación entre repetidores, incrementando la altura de las torres

Desventajas de los enlaces microondas * Explotación restringida a tramos con visibilidad directa para los enlaces( necesita visibilidad directa) * Necesidad de acceso adecuado a las estaciones repetidoras en las que hay que disponer. * Las condiciones atmosféricas pueden ocasionar desvanecimientos intensos y desviaciones del haz, lo que implica utilizar sistemas de diversidad y equipo auxiliar requerida, supone un importante problema en diseño