Articulo de referencia

Frecuencia extremadamente alta

La frecuencia extremadamente alta (EHF) es la banda electromagnética de 30 a 300 gigahercios (GHz), según la designación de la Unión Internacional de Telecomunicaciones (UIT). [...

La frecuencia extremadamente alta (EHF) es la banda electromagnética de 30 a 300 gigahercios (GHz), según la designación de la Unión Internacional de Telecomunicaciones (UIT). [ 1 ] [ 2 ] Se encuentra en la parte de microondas del espectro radioeléctrico , entre la banda de super alta frecuencia y la banda de terahercios . Las ondas de radio en esta banda tienen longitudes de onda de diez a un milímetro , por lo que también se la denomina banda milimétrica y la radiación en esta banda se denomina ondas milimétricas (a veces abreviadas como MMW o mmWave ). [ 3 ] Algunos definen las mmWaves como aquellas que comienzan en 24 GHz, cubriendo así toda la banda FR2 (de 24,25 a 71 GHz), entre otras. [ 4 ] [ 5 ]

En comparación con las bandas más bajas, las ondas de radio en esta banda presentan una alta atenuación atmosférica : son absorbidas por los gases de la atmósfera. La absorción aumenta con la frecuencia hasta que, en el extremo superior de la banda, las ondas se atenúan a cero en pocos metros. La absorción por la humedad atmosférica es significativa, excepto en entornos desérticos, y la atenuación por la lluvia ( desvanecimiento por lluvia ) es un problema grave incluso a corta distancia. Sin embargo, el corto alcance de propagación permite distancias de reutilización de frecuencia menores que en frecuencias más bajas. La corta longitud de onda permite que antenas de tamaño moderado tengan un ancho de haz pequeño , lo que aumenta aún más el potencial de reutilización de frecuencia. Las ondas milimétricas se utilizan en radares militares de control de tiro , escáneres de seguridad aeroportuaria , redes inalámbricas de corto alcance e investigación científica.

En una nueva e importante aplicación de las ondas milimétricas, ciertos rangos de frecuencia cercanos al límite inferior de la banda se están utilizando en la última generación de redes de telefonía móvil , las redes 5G . [ 6 ] El diseño de circuitos y subsistemas de ondas milimétricas (como antenas, amplificadores de potencia, mezcladores y osciladores) también presenta serios desafíos para los ingenieros debido a las limitaciones de los semiconductores y los procesos, las limitaciones de los modelos y los bajos factores Q de los dispositivos pasivos. [ 7 ]

Propagación

Atenuación atmosférica en dB/km en función de la frecuencia en la banda de frecuencias extremadamente altas. Los picos de absorción en frecuencias específicas representan un problema debido a componentes atmosféricos como el vapor de agua ( H₂O ) y el oxígeno molecular ( O₂ ). La escala vertical es doble logarítmica, ya que los dB son logarítmicos.

Las ondas milimétricas se propagan únicamente por trayectorias de línea de visión . No se refractan por la ionosfera ni viajan a lo largo de la Tierra como ondas terrestres , como lo hacen las ondas de radio de menor frecuencia. [ 8 ] A densidades de potencia típicas, son bloqueadas por las paredes de los edificios y sufren una atenuación significativa al pasar a través del follaje. [ 8 ] [ 9 ] [ 10 ] La absorción por los gases atmosféricos es un factor significativo en toda la banda y aumenta con la frecuencia. Sin embargo, esta absorción es máxima en unas pocas líneas de absorción específicas , principalmente las del oxígeno a 60  GHz y el vapor de agua a 24  GHz y 184  GHz. [ 9 ] En las frecuencias en las "ventanas" entre estos picos de absorción, las ondas milimétricas tienen mucha menos atenuación atmosférica y mayor alcance, por lo que muchas aplicaciones utilizan estas frecuencias. Las longitudes de onda milimétricas son del mismo orden de tamaño que las gotas de lluvia , por lo que la precipitación causa una atenuación adicional debido a la dispersión ( desvanecimiento por lluvia ) así como a la absorción. [ 9 ] [ 10 ] La alta pérdida en el espacio libre y la absorción atmosférica limitan la propagación útil a unos pocos kilómetros. [ 8 ] Por lo tanto, son útiles para redes de comunicaciones densamente empaquetadas, como las redes de área personal, que mejoran la utilización del espectro mediante la reutilización de frecuencias . [ 8 ]

Las ondas milimétricas muestran características de propagación "óptica" y pueden reflejarse y enfocarse mediante pequeñas superficies metálicas y lentes dieléctricas de entre 5 y 30 cm (2 pulgadas a 1 pie) de diámetro. Debido a que sus longitudes de onda suelen ser mucho menores que el equipo que las manipula, se pueden utilizar  técnicas de óptica geométrica . La difracción es menor que a frecuencias más bajas, aunque las ondas milimétricas pueden difractarse en los bordes de los edificios. En longitudes de onda milimétricas, las superficies parecen más rugosas, por lo que aumenta la reflexión difusa . [ 8 ] La propagación multitrayecto , en particular la reflexión en paredes y superficies interiores, provoca un desvanecimiento importante. [ 10 ] [ 11 ] El desplazamiento Doppler de la frecuencia puede ser significativo incluso a velocidades peatonales. [ 8 ] En dispositivos portátiles, el sombreado debido al cuerpo humano es un problema. Dado que las ondas penetran la ropa y su pequeña longitud de onda les permite reflejarse en pequeños objetos metálicos, se utilizan en escáneres de ondas milimétricas para el control de seguridad en aeropuertos.

Aplicaciones

Investigación científica

Parte del Atacama Large Millimeter Array (ALMA), Chile , América , un radiotelescopio de ondas milimétricas

Esta banda se utiliza comúnmente en radioastronomía y teledetección . La radioastronomía terrestre se limita a sitios de gran altitud, como Kitt Peak y el Atacama Large Millimeter Array ( ALMA ), debido a problemas de absorción atmosférica.

La teledetección satelital cerca de los 60  GHz permite determinar la temperatura en la atmósfera superior midiendo la radiación emitida por las moléculas de oxígeno, que depende de la temperatura y la presión. La asignación de frecuencia pasiva no exclusiva de la Unión Internacional de Telecomunicaciones (  UIT) entre 57 y 59,3 GHz se utiliza para el monitoreo atmosférico en aplicaciones meteorológicas y de detección climática, y es importante para estos fines debido a las propiedades de absorción y emisión de oxígeno en la atmósfera terrestre. Actualmente, los sensores satelitales estadounidenses operativos, como la Unidad Avanzada de Sondeo por Microondas (AMSU) en un satélite de la NASA (Aqua) y cuatro satélites de la NOAA (15-18), y el sensor especial de microondas/generador de imágenes (SSMI/S) en el satélite F-16 del Departamento de Defensa, utilizan este rango de frecuencia. [ 12 ]

Telecomunicaciones

En Estados Unidos, la banda de 36,0 a 40,0  GHz se utiliza para enlaces de datos por microondas de alta velocidad con licencia, y la  banda de 60 GHz se puede utilizar para  enlaces de datos de corto alcance (1,7 km) sin licencia con velocidades de transmisión de datos de hasta 2,5 Gbit /s. Se utiliza habitualmente en terrenos llanos.

Las bandas de 71–76, 81–86 y 92–95  GHz también se utilizan para enlaces de comunicación punto a punto de alto ancho de banda. Estas frecuencias más altas no sufren absorción de oxígeno, pero requieren una licencia de transmisión en los EE. UU. de la Comisión Federal de Comunicaciones  (FCC). También existen planes para enlaces de 10 Gbit/s que utilicen estas frecuencias. En el caso de la  banda de 92–95 GHz, se ha reservado un pequeño rango de 100  MHz para radios espaciales, lo que limita este rango reservado a una velocidad de transmisión inferior a unos pocos gigabits por segundo. [ 13 ]

En los Emiratos Árabes Unidos se instaló un enlace CableFree MMW para aplicaciones de Ciudad Segura  , que proporciona una capacidad de 1 Gbit/s entre sitios. Estos enlaces se implementan rápidamente y tienen un costo menor que la fibra óptica.

La banda está prácticamente sin desarrollar y disponible para su uso en una amplia gama de nuevos productos y servicios, incluyendo redes inalámbricas de área local punto a punto de alta velocidad y acceso a Internet de banda ancha . WirelessHD es otra tecnología reciente que opera cerca de los 60  GHz. Sus características de señal altamente direccionales, tipo haz de lápiz, permiten que diferentes sistemas operen cerca unos de otros sin causar interferencias. Entre sus posibles aplicaciones se incluyen sistemas de radar de muy alta resolución.

Los estándares Wi-Fi IEEE 802.11ad e IEEE 802.11ay operan en el espectro de 60  GHz ( banda V ) para lograr velocidades de transferencia de datos de hasta 7 Gbit/s y al menos 20 Gbit/s , respectivamente.

Las bandas de ondas milimétricas se utilizan para comunicaciones punto a punto, enlaces intersatelitales y comunicaciones punto a multipunto . En 2013 se especuló con la posibilidad de utilizar ondas milimétricas en futuros teléfonos móviles 5G . [ 14 ] Además, el uso de bandas de ondas milimétricas para comunicaciones vehiculares también está surgiendo como una solución atractiva para apoyar las comunicaciones vehiculares (semi)autónomas. [ 15 ]

Las longitudes de onda más cortas en esta banda permiten el uso de antenas más pequeñas para lograr la misma directividad y ganancia que las antenas más grandes en bandas inferiores. La consecuencia inmediata de esta alta directividad, junto con la alta pérdida en el espacio libre a estas frecuencias, es la posibilidad de un uso más eficiente de las frecuencias para aplicaciones punto a multipunto. Dado que se puede colocar un mayor número de antenas altamente directivas en un área determinada, el resultado neto es una mayor reutilización de frecuencias y una mayor densidad de usuarios. La alta capacidad de canal utilizable en esta banda podría permitir que sirva a algunas aplicaciones que de otro modo usarían comunicación por fibra óptica o enlaces muy cortos, como para la interconexión de placas de circuitos. [ 16 ]

Sistemas de armas

Radar de control de tiro de ondas milimétricas para el cañón CIWS del portaaviones soviético Minsk , Rusia.

El radar de ondas milimétricas se utiliza en sistemas de control de tiro de corto alcance en tanques y aeronaves, y en sistemas de armas de proximidad ( CIWS ) en buques de guerra para interceptar misiles. La corta longitud de onda de las ondas milimétricas permite rastrear tanto la trayectoria de los proyectiles salientes como el objetivo, lo que permite al sistema informático de control de tiro ajustar la puntería para alinearlos.

Con Raytheon, la Fuerza Aérea de los Estados Unidos desarrolló un sistema de armas antipersonal no letal llamado Sistema de Denegación Activa (ADS), que emite un haz de ondas de radio milimétricas con una longitud de onda de 3  mm (frecuencia de 95  GHz). [ 17 ] El arma provoca en la persona expuesta al haz una intensa sensación de ardor, como si su piel fuera a incendiarse. La versión militar tenía una potencia de salida de 100 kilovatios (kW), [ 18 ] y una versión más pequeña para las fuerzas del orden, llamada Silent Guardian , desarrollada posteriormente por Raytheon, tenía una potencia de salida de 30  kW. [ 19 ]

Control de seguridad

Escáner de seguridad de ondas milimétricas en el aeropuerto de Bonn.

La ropa y otros materiales orgánicos son transparentes a las ondas milimétricas de ciertas frecuencias, por lo que una aplicación reciente ha sido el uso de escáneres para detectar armas y otros objetos peligrosos que se llevan debajo de la ropa, en aplicaciones como la seguridad aeroportuaria. [ 20 ] Los defensores de la privacidad están preocupados por el uso de esta tecnología porque, en algunos casos, permite a los agentes de seguridad ver a los pasajeros del aeropuerto como si no llevaran ropa.

La TSA ha desplegado escáneres de ondas milimétricas en muchos de los principales aeropuertos.

Antes de una actualización de software, la tecnología no ocultaba ninguna parte del cuerpo de las personas escaneadas. Sin embargo, el sistema ocultaba deliberadamente los rostros de los pasajeros. Las fotos eran revisadas por técnicos en una sala cerrada y luego eliminadas inmediatamente después de finalizar la búsqueda. Los defensores de la privacidad están preocupados. "Nos estamos acercando cada vez más a un registro corporal obligatorio para abordar un avión", dijo Barry Steinhardt de la Unión Estadounidense por las Libertades Civiles. [ 21 ] Para abordar este problema, las actualizaciones han eliminado la necesidad de un agente en un área de visualización separada. El nuevo software genera una imagen genérica de una persona. No hay diferenciación anatómica entre hombre y mujer en la imagen, y si se detecta un objeto, el software solo muestra un recuadro amarillo en el área. Si el dispositivo no detecta nada de interés, no se muestra ninguna imagen. [ 22 ] Los pasajeros pueden negarse a ser escaneados y ser revisados ​​mediante un detector de metales y un cacheo. [ 23 ]

Según Farran Technologies, fabricante de un modelo de escáner de ondas milimétricas, existe la tecnología para extender el área de búsqueda hasta 50 metros más allá del área de escaneo, lo que permitiría a los agentes de seguridad escanear a un gran número de personas sin que estas se den cuenta de que están siendo escaneadas. [ 24 ]

Medición de espesor

Estudios recientes realizados en la Universidad de Lovaina han demostrado que las ondas milimétricas también pueden utilizarse como medidor de espesor no nuclear en diversas industrias. Las ondas milimétricas proporcionan una forma limpia y sin contacto de detectar variaciones de espesor. Las aplicaciones prácticas de esta tecnología se centran en la extrusión de plásticos , la fabricación de papel , la producción de vidrio y la producción de lana mineral .

Medicamento

La radiación electromagnética de baja intensidad (generalmente 10  mW/cm² o menos) de frecuencia extremadamente alta puede utilizarse en medicina humana para el tratamiento de enfermedades . Por ejemplo, "Una exposición breve y de baja intensidad a ondas milimétricas puede cambiar las tasas de crecimiento y proliferación celular , la actividad de las enzimas , el estado del aparato genético celular, la función de las membranas excitables y los receptores periféricos". [ 25 ] Este tratamiento se asocia particularmente con el rango de 40 a 70 GHz . [ 26 ] Este tipo de tratamiento puede denominarse terapia de ondas milimétricas o terapia de frecuencia extremadamente alta . [ 27 ] Este tratamiento se asocia con naciones de Europa del Este (por ejemplo, naciones de la antigua URSS ). [ 25 ] La revista rusa Ondas milimétricas en biología y medicina estudia la base científica y las aplicaciones clínicas de la terapia de ondas milimétricas. [ 28 ]

radar de velocidad de la policía

La policía de tránsito utiliza radares de velocidad en la banda Ka (33,4–36,0  GHz). [ 29 ]

Historia

Las ondas electromagnéticas de longitud milimétrica fueron investigadas por primera vez por Jagadish Chandra Bose , quien generó ondas de frecuencia de hasta 60  GHz durante experimentos en 1894-1896 . [ 3 ]

Véase también

Referencias

  1. Norma Federal de EE. UU. 1037B: Telecomunicaciones, Glosario de términos de telecomunicaciones . Oficina de Normas Tecnológicas, Administración de Servicios Generales. 3 de junio de 1991. págs.  S-18.
  2. Actas finales de la CMR-15 (PDF) . Conferencia Mundial de Radiocomunicaciones. Ginebra, Suiza: Unión Internacional de Telecomunicaciones. 2015. pág. 4. Consultado el 12 de enero de 2025 . 
  3. 1 2 "Hitos: Primeros experimentos de comunicación por ondas milimétricas de JC Bose, 1894-96" . Lista de hitos del IEEE . Instituto de Ingenieros Eléctricos y Electrónicos . 14 de junio de 2022.
  4. "La guía de WIRED sobre 5G" . Wired . 31 de diciembre de 2022.
  5. "Bandas de frecuencia 5G NR" . CableFree Networks. 2020.
  6. Transmisión y recepción de radio del equipo de usuario (UE); Parte 3: Interoperabilidad de rango 1 y rango 2 con otras radios (PDF) (Especificación técnica). 3GPP TS 38.101-3 versión 15.2.0 Release 15. ETSI. Julio de 2018. pág. 11. Consultado el 5 de diciembre de 2019 . 
  7. du Preez, Jaco; Sinha, Saurabh (2017). Amplificadores de potencia de ondas milimétricas . Springer. págs. 1–35 . ISBN  978-3-319-62166-1.
  8. 1 2 3 4 5 6 Huang, Kao-Cheng; Zhaocheng Wang (2011). Sistemas de comunicación de ondas milimétricas . John Wiley & Sons. págs. Secciones 1.1.1–1.2. ISBN  978-1-118-10275-6.
  9. 1 2 3 "Propagación de ondas milimétricas: implicaciones para la gestión del espectro" (PDF) . Oficina de Ingeniería y Tecnología, Boletín n.° 70. Comisión Federal de Comunicaciones (FCC), Departamento de Comercio de EE. UU. Julio de 1997. Consultado el 20 de mayo de 2017 .
  10. 1 2 3 du Preez, Jaco; Sinha, Saurabh (2016). Antenas de ondas milimétricas: configuraciones y aplicaciones . Springer. págs. 13–14 . ISBN  978-3-319-35068-4.
  11. Seybold, John S. (2005). Introducción a la propagación de RF . John Wiley and Sons. págs. 55–58 . ISBN  0-471-74368-2.
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  13. Rfdesign.com Archivado el 16/07/2012 en Wayback Machine , Tecnología inalámbrica multigigabit a 70 GHz, 80 GHz y 90 GHz, RF Design , mayo de 2006
  14. Rappaport, TS; Sun, Shu; Mayzus, R.; Zhao, Hang; Azar, Y.; Wang, K.; Wong, GN; Schulz, JK; Samimi, M. (2013-01-01). "Comunicaciones móviles de ondas milimétricas para 5G celular: ¡Funcionará!" . IEEE Access . 1 : 335– 349. Bibcode : 2013IEEEA...1..335R . doi : 10.1109/ACCESS.2013.2260813 . ISSN 2169-3536 . 
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  16. Peter Smulders (2013). "El camino hacia la comunicación inalámbrica de 100 Gb/s y más allá: cuestiones básicas y direcciones clave". IEEE Communications Magazine . 51 (12): 86– 91. Bibcode : 2013IComM..51l..86S . doi : 10.1109/MCOM.2013.6685762 . S2CID 12358456 . 
  17. "Presentación de diapositivas: Saluda al arma del adiós" . Wired . 5 de enero de 2007. Consultado el 16 de agosto de 2016 .
  18. "Sistema de Denegación Activa: un elemento disuasorio militar basado en terahercios para el control seguro de multitudes" . Terasense Group Inc. 29 de mayo de 2019. Consultado el 3 de mayo de 2020 .
  19. Hambling, David (8 de mayo de 2009) .Se avecina la primera venta comercial de 'Pain ray' . Wired . Consultado el 3 de mayo de 2020 .
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  21. Frank, Thomas (18 de febrero de 2009). "Los escáneres corporales reemplazan a los detectores de metales en una prueba en el aeropuerto de Tulsa" . USA Today . Consultado el 2 de mayo de 2010 .
  22. "Declaración de Robert Kane ante la Cámara de Representantes" (PDF) . 3 de noviembre de 2011, pág. 2. Archivado del original (PDF) el 25 de noviembre de 2011. 
  23. Cortez, Joe. "Las tres opciones de inspección en los puntos de control de la TSA" . Trip Savvy . Consultado el 11 de enero de 2024 .
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  • Descripción general de la FCC para 70/80/90 GHz. Archivado el 19 de diciembre de 2005 en Wayback Machine.
  • Normativa de la FCC para la banda de 57 a 64  GHz.
  • Definición de bandas de frecuencia (VLF, ELF, etc.)
  • Patente estadounidense 7220488 – Escudo deflector de campo magnético