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Frecuencia súper alta

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La súper alta frecuencia ( SHF ) es la designación de la UIT [ 1 ] [ 2 ] para las radiofrecuencias (RF) en el rango entre 3 y 30 gigahercios (GHz). Esta banda de frecuencias también se conoce como banda centimétrica u onda centimétrica , ya que las longitudes de onda van de uno a diez centímetros. Estas frecuencias se encuentran dentro de la banda de microondas , por lo que las ondas de radio con estas frecuencias se llaman microondas. La pequeña longitud de onda de las microondas permite que se dirijan en haces estrechos mediante antenas de apertura como las antenas parabólicas y las antenas de bocina , por lo que se utilizan para comunicaciones punto a punto y enlaces de datos [ 3 ] y para radar . Este rango de frecuencia se utiliza para la mayoría de los transmisores de radar , LAN inalámbricas , comunicaciones por satélite , enlaces de retransmisión de radio por microondas , teléfonos satelitales ( banda S ) y numerosos enlaces de datos terrestres de corto alcance. También se utilizan para calefacción en la calefacción industrial por microondas , diatermia médica , hipertermia por microondas para tratar el cáncer y para cocinar alimentos en hornos de microondas . 

Las frecuencias en el rango SHF a menudo se denominan por sus designaciones de banda de radar IEEE : banda S , C , X , Ku , K o K a , o por designaciones similares de la OTAN o la UE.

Propagación

Diversas antenas parabólicas en una torre de comunicaciones en Australia para enlaces de comunicación por microondas punto a punto . Algunas tienen radomos de plástico blanco sobre sus aberturas para protegerlas de la lluvia .
Antena de radar marino de banda X (8-12  GHz) en un barco . La barra giratoria barre un haz vertical de microondas en forma de abanico alrededor de la superficie del agua hasta el horizonte, detectando barcos cercanos y otras obstrucciones.

Las microondas se propagan únicamente por línea de visión ; debido a la pequeña refracción debida a su corta longitud de onda, no se produce la onda terrestre ni la reflexión ionosférica ( onda ionosférica o propagación por "salto") que se observa con las ondas de radio de menor frecuencia. [ 4 ] Aunque en algunos casos pueden penetrar las paredes de los edificios lo suficiente como para una recepción útil, generalmente se requieren derechos de paso despejados hasta la primera zona de Fresnel . Las longitudes de onda son lo suficientemente pequeñas en las frecuencias de microondas como para que la antena pueda ser mucho mayor que una longitud de onda, lo que permite construir antenas altamente direccionales (de alta ganancia ) que pueden producir haces estrechos. Por lo tanto, se utilizan en enlaces de comunicaciones terrestres punto a punto , limitados por el horizonte visual a 30-40 millas (48-64 km). Estas antenas de alta ganancia permiten la reutilización de frecuencias por transmisores cercanos. También se utilizan para la comunicación con naves espaciales, ya que las ondas no se refractan (desvían) al pasar por la ionosfera como las frecuencias más bajas. 

La longitud de onda de las ondas SHF genera fuertes reflexiones en objetos metálicos del tamaño de automóviles, aeronaves, barcos y otros vehículos. Esto, junto con el ancho de haz estrecho que permiten las antenas de alta ganancia y la baja atenuación atmosférica en comparación con frecuencias más altas, convierte a las ondas SHF en las principales frecuencias utilizadas en radares . La atenuación y la dispersión causadas por la humedad atmosférica aumentan con la frecuencia, lo que limita el uso de frecuencias SHF altas para aplicaciones de largo alcance.

Pequeñas cantidades de energía de microondas se dispersan aleatoriamente por las moléculas de vapor de agua en la troposfera . Esto se utiliza en sistemas de comunicación por dispersión troposférica , que operan a unos pocos GHz, para comunicarse más allá del horizonte. Un potente haz de microondas se dirige justo por encima del horizonte; al atravesar la tropopausa, parte de las microondas se dispersan de vuelta a la Tierra, hacia un receptor situado más allá del horizonte. Se pueden alcanzar distancias de hasta 300  km. Estos sistemas se utilizan principalmente para comunicaciones militares.

Antenas

Las microondas suelen transmitirse mediante guías de onda , como en este ejemplo de un radar de control de tráfico aéreo , ya que otros tipos de cable presentan grandes pérdidas de potencia en las frecuencias SHF.

La longitud de onda de las ondas SHF es lo suficientemente corta como para que las antenas transmisoras eficientes sean lo suficientemente pequeñas como para montarse cómodamente en dispositivos portátiles, por lo que estas frecuencias se utilizan ampliamente en aplicaciones inalámbricas. Por ejemplo, una antena de látigo de cuarto de onda para la banda SHF tiene entre 2,5 y 0,25 centímetros de longitud. Se han desarrollado antenas omnidireccionales para aplicaciones como dispositivos inalámbricos y teléfonos móviles , lo suficientemente pequeñas como para estar alojadas dentro de la carcasa del dispositivo. La antena principal utilizada en estos dispositivos es la antena impresa en F invertida (PIFA), que consiste en una antena monopolo doblada en forma de L, fabricada con lámina de cobre sobre la placa de circuito impreso dentro del dispositivo. También se utilizan pequeños dipolos de manga o monopolos de cuarto de onda . La antena de parche es otro tipo común, a menudo integrada en el revestimiento de las aeronaves.

Las longitudes de onda también son lo suficientemente pequeñas como para que las ondas SHF puedan enfocarse en haces estrechos mediante antenas direccionales de alta ganancia de medio metro a cinco metros de diámetro. Las antenas directivas en frecuencias SHF son principalmente antenas de apertura , como las antenas parabólicas (el tipo más común), de lente , de ranura y de bocina . Las antenas parabólicas grandes pueden producir haces muy estrechos de unos pocos grados o menos, y a menudo deben apuntarse con la ayuda de un eje de puntería . Otro tipo de antena práctica en frecuencias de microondas es el arreglo de fase , que consiste en muchos dipolos o antenas de parche en una superficie plana, cada una alimentada a través de un desplazador de fase , que permite dirigir electrónicamente el haz del arreglo. La corta longitud de onda requiere una gran rigidez mecánica en las antenas grandes, para asegurar que las ondas de radio lleguen al punto de alimentación en fase.

Guía de ondas

En frecuencias de microondas, los tipos de cable ( línea de transmisión ) utilizados para conducir ondas de radio de baja frecuencia, como el cable coaxial , presentan altas pérdidas de potencia. Por lo tanto, para transportar microondas entre el transmisor o receptor y la antena con bajas pérdidas, se debe utilizar un tipo especial de tubo metálico llamado guía de ondas . Debido al alto costo y los requisitos de mantenimiento de las guías de ondas largas, en muchas antenas de microondas la etapa de salida del transmisor o la etapa de entrada de RF del receptor se ubica en la propia antena.

Ventajas

Las frecuencias SHF ocupan un "punto óptimo" en el espectro radioeléctrico que actualmente está siendo explotado por muchos nuevos servicios de radio. [ 5 ] Son la banda de frecuencia más baja donde las ondas de radio pueden dirigirse en haces estrechos mediante antenas de tamaño adecuado para que no interfieran con transmisores cercanos en la misma frecuencia, lo que permite la reutilización de frecuencias. Por otro lado, son las frecuencias más altas que pueden usarse para comunicaciones terrestres de larga distancia; las frecuencias más altas en la banda EHF (ondas milimétricas) son altamente absorbidas por la atmósfera, lo que limita las distancias de propagación prácticas a un kilómetro o menos. La alta frecuencia proporciona a los enlaces de comunicación por microondas una capacidad de transmisión de información ( ancho de banda ) muy grande. En las últimas décadas se han desarrollado muchas nuevas fuentes de energía de microondas de estado sólido, y los circuitos integrados de microondas permiten por primera vez realizar un procesamiento de señales significativo en estas frecuencias. Las fuentes de energía EHF son mucho más limitadas y se encuentran en una etapa de desarrollo más temprana.

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. ↑ Freedman, S. (septiembre de 1946). "Radio bidireccional para todos" (PDF) . Radio News . 36 (3). Nueva York: Ziff-Davis Publications: 25–27 . Recuperado el 24 de marzo de 2014 .Este artículo, de los inicios de la era de las microondas, predijo el valor futuro de estas para la comunicación punto a punto.
  4. ↑ Seybold, John S. (2005). Introducción a la propagación de RF . John Wiley and Sons. págs. 55–58 . ISBN  0471743682.
  5. ↑ Lee, Thomas H. (2004). Ingeniería de microondas planares: una guía práctica de teoría, medición y circuitos . Cambridge University Press. pág. 27. ISBN  1316175774.
  • Tomislav Stimac, " Definición de bandas de frecuencia (VLF, ELF... etc.) ". Página principal de IK1QFK (vlf.it).
  • Inés Vidal Castiñeira, " Celeria: Acceso inalámbrico a redes de cable "