Microones
Es denomina microones a les ones electromagnètiques; generalment entre 300 MHz i 300 GHz,[1] que supon un periodo d'oscilació de (3×10−9 s) a (33×10−12 s) i una llongitut d'ona en el ranc d'1 m a 1 mm. Atres definicions, per eixemple les dels estàndars IEC 60050 i IEEE 100 situen el seu ranc de freqüències entre 1 GHz i 300 GHz, és dir, llongituts d'ona d'entre 30 centímetros a 1 milímetro. El ranc de les microones està inclós en les bandes de radiofrecuencia, concretament en les d'UHF (ultra-high frequency - freqüència ultra alta) 0,3-3 GHz, SHF (super-high frequency - freqüència súper alta) 3-30 GHz i EHF (extremely-high frequency - freqüència extremadament alta) 30-300 GHz. Atres bandes de radiofrecuencia inclouen ones de menor freqüència i major llongitut d'ona que les microones. Les microones de major freqüència i menor llongitut d'ona —en l'orde de milímetros— es denominen ones milimétricas. L'existència d'ones electromagnètiques, de les quals les microones formen part, varen ser predites per Maxwell en 1864 a partir de les seues famoses Equacions de Maxwell. En 1888, Heinrich Rudolf Hertz va ser el primer en demostrar l'existència d'ones electromagnètiques per mig de la construcció d'un aparat per a generar i detectar ones de radiofrecuencia. Archiu:Tour of the EMS 03 - Microwaves.webm Les microones poden ser generades de vàries maneres, generalment dividides en dos categories: dispositius d'estat sòlit i dispositius basats en tubos de buit. Els dispositius d'estat sòlit per a microones estan basats en semiconductors de silici o arseniuro de gali, i inclouen transistors d'efecte camp (FET), transistors d'unió bipolar (BJT), diodos Gunn i diodos IMPATT. S'han desenrollat versions especialisades de transistors estàndar per a altes velocitats que s'usen comunament en aplicacions de microones. Els dispositius basats en tubos de buit operen tenint en conte el moviment balístic d'un electró en el buit baix l'influència de camps elèctrics o magnètics, entre els que s'inclouen el magnetrón,[2] el klistrón, el tubo d'ona progressiva(TWT) i el girotrón.
Propagació
.svg){kind=spacer}
A diferència de les ones de radi de baixa freqüència, no viagen com ones de superfície que seguixen el contorn de la Terra, ni es reflectixen en la ionosfera.[3] Encara que en l'extrem inferior de la banda poden travessar les parets dels edificis lo suficient per a una recepció útil, normalment es requerixen drets de pas rebujats fins a la primera zona de Fresnel. Per lo tant, en la superfície de la Terra, els enllaços de comunicació per microones estan llimitats per l'horisó visual a unes Error de Lua en Módulo:ConvertirAux en la llínea 469: attempt to perform arithmetic on local 'l' (a nil value).. Les microones són absorbides per la humitat de l'atmòsfera, i l'atenuació aumenta en la freqüència, convertint-se en un factor significatiu (torba per pluja) en l'extrem superior de la banda. A partir d'uns 40 GHz, els gasos atmosfèrics també escomencen a absorbir les microones, per lo que per damunt d'esta freqüència la transmissió de microones es llimita a uns pocs quilómetros. L'estructura de bandes espectrals provoca picos d'absorció en freqüències específiques (vejau el gràfic de la dreta). Per damunt de 100 GHz, l'absorció de radiació electromagnètica per l'atmòsfera terrestre és tan gran que, en efecte, és opaca, fins que l'atmòsfera torna a ser transparent en els rancs de freqüència denominats infrarroig i finestra òptica.
Troposcatter
- Artícul principal → Dispersió troposfèrica.
En un fes de microones dirigit en àngul cap al cel, una chicoteta cantitat de la potència es dispersarà aleatoriamente quan el fes travesse la troposfera.[3] Un receptor sensible més allà de l'horisó en una antena d'alt guany enfocat cap a eixa zona de la troposfera pot captar la senyal. Esta tècnica s'ha utilisat en freqüències entre 0,45 i 5 GHz en sistemes de comunicació de dispersió troposfèrica (troposcatter) per a comunicar-se més allà de l'horisó, a distàncies de fins a 300 km.
Etimologia de la paraula
Prové del prefix «Micro-» (del grec μικρό [mikró]) que significa «chicotet» i la paraula «ones». És dir, les microones són «chicotetes ones».
Fonts de microones
Les fonts de microones d'alta potència utilisen tubos de buit especialisats per a generar microones. Estos dispositius funcionen en principis diferents als tubos de buit de baixa freqüència, utilisant el moviment balístic dels electrons en el buit baix l'influència de camps elèctrics o magnètics controlats, i inclouen el magnetrón (utilisat en els forns de microones, el klystron, el tubo d'ona progressiva(TWT), i el girotrón. Estos dispositius funcionen en el modo modulat de densitat, en lloc del modo modulat de corrent. Açò significa que funcionen sobre la base de grups d'electrons que volen balísticamente a través d'ells, en lloc d'utilisar un fluix continu d'electrons. Les fonts de microones de baixa potència utilisen dispositius d'estat sòlit com el transistor d'efecte de camp (a lo manco en les freqüències més baixes), diodo túnel, diodo Gunn i diodo IMPATTs.[4] Les fonts de baixa potència estan disponibles com a instruments de sobretaula, instruments de montage en bastidor, mòduls empotrables i en formats a nivell de targeta. Un màser és un dispositiu d'estat sòlit que amplifica les microones utilisant principis similars als del làser, que amplifica les ones de llum de major freqüència. Tots els objectes calents emeten radiació de cos negre de baix nivell de microones, depenent de la seua temperatura, per lo que en meteorologia i teledetecció s'utilisen radiómetros de microones per a medir la temperatura dels objectes o del terreny.[5] El sol[6] i atres radiofuentes astronòmiques com Cassiopeia A emeten radiació de microones de baix nivell que du informació sobre la seua composició, que és estudiada pels radioastrónomos que utilisen receptors cridats radiotelescopios.[5] La radiació còsmica de fondo de microones (CMBR), per eixemple, és un dèbil soroll de microones que ompli l'espai buit i que és una important font d'informació sobre la teoria del cosmologia de l'orige del Univers.
Antenes
La curta llongitut d'ona de les microones permet que les antenes omnidireccionals per a dispositius portàtils siguen molt chicotetes, d'1 a 20 centímetros de llongitut, per lo que les freqüències de microones s'utilisen àmpliament per a dispositius inalàmbrics tals com teléfons mòvils, teléfons inalàmbrics i LAN inalàmbrica per a l'accés a ordenadors portàtils i auriculars Bluetooth. Entre les antenes utilisades es troben les antenes de tralla curtes, les antenes de patito de goma, les dipol de mànega, les antenes de pegat i, cada volta més, les antenes F invertides de circuit imprés utilisades en els teléfons mòvils. (PIFA) utilisada en els teléfons mòvils. La seua curta llongitut d'ona també permet produir fas estrets de microones en una antena en alta guany convenientment chicoteta de mig metro a 5 metros de diàmetro. Per lo tant, els fas de microones s'utilisen per a enllaços de comunicació punt a punt i per a radar. Una ventaja dels fas estrets és que no interferixen en els equips propencs que utilisen la mateixa freqüència, lo que permet la reutilisació de freqüències per part dels transmissors propencs. Les Antenes parabòliques ("plat") són les antenes directives més utilisades en les freqüències de microones, pero també s'utilisen les antenes de bocina, les antenes de recalat i les lents dielèctriques. Les antenes microstrip planes s'utilisen cada volta més en els dispositius de consum. Una atra antena directiva pràctica en les freqüències de microones és la phased array, una matriu d'antenes controlada per ordenador que produïx un fes que pot dirigir-se electrònicament en diferents direccions. En les freqüències de microones, les llínees de transmissió que s'utilisen per a transportar les ones de radi de baixa freqüència cap a i des de les antenes, com el cable coaxial i les llínees de cables bifilares, tenen excessives pèrdues de potència, per lo que, quan es requerix una baixa atenuació, les microones es transporten per mig de tubos metàlics cridats guia d'ones. Per l'elevat cost i als requisits de manteniment de les guies d'ona, en moltes antenes de microones l'etapa d'eixida del transmissor o el front de RF del receptor es troba en l'antena.
Usos
Una de les aplicacions més conegudes de les microones és el forn de microones, que usa un magnetrón per a produir ones a una freqüència d'aproximadament 2,45 GHz. Estes ones fan vibrar o rotar les molècules d'aigua, lo que genera calor. Degut a que la major part dels aliments contenen un important percentage d'aigua, poden ser fàcilment cuinats d'esta manera. En telecomunicacions, les microones són usades en radiodifusió, ya que estes passen fàcilment a través de l'atmòsfera en menys interferència que atres llongituts d'ona majors. També hi ha més ample de banda en l'espectre de microones que en el restant de l'espectre de ràdio. Usualment, les microones són usades en programes informatius de televisió per a transmetre una senyal des d'una localisació remota a una estació de televisió per mig d'una camioneta especialment equipada. Protocols 802.11g i b també usen microones en la banda ISM, encara que l'especificació 802.11a usa una banda ISM en el ranc dels 5 GHz. La televisió per cable i l'accés a Internet via cable coaxial usen algunes de les més baixes freqüències de microones. Algunes rets de telefonia celar també usen baixes freqüències de microones. En l'indústria armamentística, s'han desenrollat prototips d'armes que utilisen la tecnologia de microones per a l'incapacitació momentànea o permanent de diferents enemics en un radi llimitat, com el Active Denial System.[7]
La tecnologia de microones també és utilisada pels radars, per a detectar el ranc, velocitat, informació meteorològica i atres característiques d'objectes remots; o en el màser, un dispositiu semblant a un làser pero que treballa en freqüències de microones. Les cambres de RF ejemplifican el gran canvi que recentment ha sorgit en este tipo de tecnologies. Eixerciten un paper important en l'àmbit de radar, detecció d'objectes i l'extracció d'identitat per mig de l'us del principi d'imàgens microones d'alta resolució, que consistix, essencialment, en un transmissor d'impulsos per a allumenar l'objectiu, un auto-adaptador aleatori de fase seguit per un receptor de microones que produïx un holograma a través del com es llig l'informació de la fase i intensitat de l'objectiu de radiació.
Tecnologies usades en la transmissió per mig de microones
A l'inici, la tecnologia de microones, va ser construint dispositius de guia d'ona: cridats "fontaners". Després va sorgir una tecnologia híbrida:
- Circuit integrat de microones (MIC en anglés)
Per a que després els components discrets es construïren en el mateix substrat que les llínees de transmissió. La producció en massa i els dispositius compactes:
Pero existixen alguns casos en els que no són possibles els dispositius monolítics:
Bandes de freqüència
| Banda | Ranc de freqüència | Orige del nom |
|---|---|---|
| Banda I | fins a 0,2 GHz | |
| Banda G | 0,2 a 0,25 GHz | |
| Banda P | 0,25 a 0,5 GHz | Previous, ya que els primers rádars del Regne Unit varen utilisar esta banda, pero després varen passar a freqüències més altes |
| Banda L | 0,5 a 1,5 GHz | Long wave (Ona llarga) |
| Banda S | 2 a 4 GHz | Short wave (Ona curta) |
| Banda C | 4 a 8 GHz | Compromiso entre S i X |
| Banda X | 8 a 12 GHz | Usada en la II Guerra Mundial pels sistemes de control de fòc, X de creu (com la creu de la retícula de punteria) |
| Banda Ko | 12 a 18 GHz | Kurz-onten (baix la curta) |
| Banda K | 18 a 26 GHz | Alemà Kurz (curta) |
| Banda Ka | 26 a 40 GHz | Kurz-above (sobre la curta) |
| Banda V | 40 a 75 GHz | Very high frequency (Molt alta freqüència) |
| Banda W | 75 a 111 GHz | W hiper freqüència |
| Banda | Ranc de freqüència |
|---|---|
| Banda A | fins a 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 I | 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 |
Vore també
Referències
- ↑ Arias (2001). google. es/books? id=rwnJxvAvHcAC&pg=PA68&dq=microondas++300+MHz+y+30+GHz&hl=es&sa=X&ved=0ahUKEwig9aP4ms7ZAhVLvBQKHZWdAlgQ6AEIMjAC#v=onepage&q=microondas%20%20300%20MHz%20y%2030%20GHz&f=false ¿Qué és el magnetisme? (en és), Universitat de Salamanca. ISBN 9788478008872.
- ↑ Wolke, Robert L. (2003). google. es/books? id=TCFSCXLhTE0C&pg=PA203&dq=microondas+pueden++tubos+de+vac%C3%ADo&hl=es&sa=X&ved=0ahUKEwjyp5bPnM7ZAhVG8RQKHd_DAFkQ6AEIJzAA#v=onepage&q=microondas%20pueden%20%20tubos%20de%20vac%C3%ADo&f=false (en és), Edicions Robinbook. ISBN 9788496222007.
- ↑ 3,0 3,1 google. com/books? id=4LtmjGNwOPIC&q=cross+polarization+discrimination&pg=PA57 Introduction to RF Propagation, John Wiley and Sons, pp. 55-58. ISBN 978-0471743682.
- ↑ herley. com/index. cfm? act=app_notes¬es=oscillators Microwave Oscillator herley. com/index. cfm? act=app_notes¬es=oscillators archivat en Wayback Machine. notes d'Herley General Microwave
- ↑ 5,0 5,1 Sisodia, M. L.. google. com/books? id=iEvgmwH1esgC&q=microwaves&pg=SA1-PA4 Microones : Introducció als circuits, dispositius i antenes, New Age International, pp. 1.4-1.7. ISBN 978-8122413380.
- ↑ Liou, Kuo-Nan (2002). google. com/books? aneu=6xUpdPOPLckC&q=microwaves%20from%20Sun&pg=PR13 An introduction to atmospheric radiation, Academic Press, p. 2. ISBN 978-0-12-451451-5.
- ↑ «telegraph. co. uk/science/7900117/The-Active-Denial-System-the-weapon-thats-a-hot-topic. html The Active Denial System: the weapon that's a hot topic» (en anglés). http://www. telegraph. co. uk/. Consultat el 9 de giner de 2011.
Bibliografia
- 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. - Ràdio Frequency Electromagnetic Fields: Cancer, Mutagenesis, and Genotoxicity - Bioelectromagnetics Supplement, 2020; 6:S74-S100.
- Martín-Gil J., Martín-Gil F. J, José-Yacamán M., Carapia-Morals L. and Falcón-Bárcenas T. Microwave-assisted Synthesis of Hydrated Sodium Uranyl Oxonium Silicate. Polish Journal of Chemistry. 2005. 79,
Enllaços externs
Referències
- Este artícul conté una traducció derivada de «Microondas» de Wikipedia en castellà publicada baix la Llicència de documentació lliure de GNU i la Llicència Creative Commons Reconeiximent-CompartirIgual 4.0 Internacional.