Ingeniería de microondas | 7+ aplicaciones importantes | Todo lo que necesitas saber

Ingeniería de microondas

Puntos de discusión

Introducción a la ingeniería de microondas

El rango de frecuencia de microondas es típicamente de 100 Mega Hertz a 1000 Giga Hertz. El rango cubre no solo el dominio de microondas sino también el dominio de radiofrecuencia. El dominio de microondas típico tiene un rango de frecuencia de 3 MHz a 300 GHz. La longitud de onda eléctrica correspondiente se encuentra entre 10 cm y 1 mm. Las señales que tienen longitudes de onda milimétricas se denominan con frecuencia ondas milimétricas. Debido al rango de alta frecuencia, los problemas típicos de la teoría de circuitos no pueden resolver los problemas de ingeniería de microondas.

Los componentes de microondas actúan generalmente como elementos distribuidos. Los fenómenos ocurren cuando varía la fase de corriente y voltaje. A frecuencias más bajas, la longitud de onda aumenta. Es por eso que hay cambios de fase insignificantes en la dimensión del dispositivo.

Los teoremas de Maxwell son uno de los teoremas más utilizados en este dominio.

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Radares detectores de aeronaves,

Crédito de la imagen: BukvoedRadar-hatzerim-1-1CC BY-SA 3.0

Una breve historia de la ingeniería de microondas

La ingeniería de microondas es uno de los campos jóvenes y prósperos de la ingeniería. El desarrollo comenzó hace casi 50 años. El progreso en esta era digital en varios campos está ayudando a que el dominio de microondas y RF esté activo.

En el año 1873, James Clerk Maxwell propuso los fundamentos de la teoría electromagnética. En los Estados Unidos, se estableció un laboratorio único llamado Laboratorio de Radiación en el Instituto de Tecnología de Massachusetts para estudiar, investigar y desarrollar la teoría del radar. Varios científicos de renombre, incluidos HA Bethe, RH Dicke, II Rabi, JS Schwinger y varios científicos prominentes, estaban allí para el desarrollo en el campo de RF y microondas en ese momento.

Las tecnologías de comunicación que utilizan sistemas de microondas comenzaron a desarrollarse poco después de la invención de Radar. Los amplios anchos de banda y la propagación de la línea de visión de las tecnologías de microondas han demostrado ser necesarios tanto para las comunicaciones terrestres como por satélite. Actualmente se están investigando el desarrollo de componentes económicos de microondas miniaturizados.

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Antena de radar marino comercial, crédito de imagen: Amada44Radar marino giratorio - antena de guía de ondas giratoriaCC BY-SA 3.0

Propiedades de las microondas

La ingeniería de microondas se ocupa de las señales de microondas. Analicemos algunas de las características del dominio de microondas. 

  1. Las señales de microondas tienen longitudes de onda más cortas.
  2. La ionosfera no puede reflejar el microondas.
  3. Las señales de microondas se reflejan en las superficies conductoras.
  4. Las señales de microondas se atenúan fácilmente en distancias más cortas.
  5. Una fina capa de cable es suficiente para la transmisión de señales de microondas.

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Ventajas y desventajas de la ingeniería de microondas

La ingeniería de microondas presenta tanto sus ventajas como sus desventajas. Se discuten en las secciones posteriores.

Ventajas de la ingeniería de microondas

Las microondas tienen varias ventajas sobre cualquier otro dominio. Analicemos algunos de ellos.

  1. El microondas tiene un ancho de banda más amplio. Por tanto, se pueden transmitir más datos. Para esta ventaja, las señales de microondas se utilizan en las comunicaciones punto a punto.
  2. Las antenas de microondas tienen una mayor ganancia.
  3. El tamaño de la antena se reduce a medida que las frecuencias son más altas y la longitud de onda es más corta.
  4. Como las microondas se encuentran en HF a VHF, se consume una cantidad muy pequeña de energía.
  5. Las señales de microondas permiten tener un área de reflexión efectiva para los sistemas de radar.
  6. La propagación de la línea de visión ayuda a reducir el efecto de la decoloración.

Desventajas de las microondas

La ingeniería de microondas también tiene algunas limitaciones. Analicemos algunos de ellos.

  1. Los recursos de microondas son significativamente más costosos. Además, los costos de instalación son altos para varios tipos de equipos.
  2. Los dispositivos y sistemas de microondas son importantes y ocupan más espacio. Sin embargo, se están realizando investigaciones para dispositivos que consuman menos espacio.
  3. Los sistemas de microondas sufren alguna vez interferencias electromagnéticas.
  4. Puede causar ineficiencia debido a la energía eléctrica.

Aplicaciones de la ingeniería de microondas

Las altas frecuencias y las longitudes de onda más cortas de los sistemas de microondas crean dificultades en el análisis de circuitos. Pero estas características únicas brindan oportunidades para la aplicación del sistema de microondas. Las consideraciones que se mencionan a continuación podrían ser útiles para las prácticas.

  • La antena tiene la propiedad de que la ganancia de la antena está relacionada proporcionalmente con el tamaño de la antena. Ahora, para una frecuencia operativa más alta, la ganancia de la antena es comparativamente mayor para un tamaño de antena físico dado. También tiene consecuencias importantes al implementar un sistema de microondas.
  • Se gana más ancho de banda (que de nuevo está directamente relacionado con la velocidad de datos) a frecuencias más altas. 1% BW de 500 Mega Hertz significa 5 Mega Hertz. Puede dar una velocidad de datos de alrededor de 5 megabytes por segundo.
  • El microondas tiene la propiedad de la línea de visión y la ionosfera no puede reflejarlos.
  • Una de las propiedades de las señales de microondas, junto con la ganancia de las antenas, las hace únicas y preferibles.
  • Diferentes tipos de resonancias como molecular, atómica y nuclear ocurren en rangos de frecuencia de microondas. Esto abre el campo para varias aplicaciones en ciencia básica, teledetección, ciencia médica, etc.
  1. La aplicación principal de RF y microondas en el mundo actual son las tecnologías inalámbricas. Tecnologías como: comunicaciones inalámbricas, redes inalámbricas, sistemas de seguridad inalámbricos, sistemas de radar, ingeniería médica y detección remota.
    • El sistema de telefonía de hoy en día evoluciona con el concepto de reutilización de frecuencias celulares, propuesto en 1947 en los laboratorios Bell. Pero se implementó prácticamente en el año 1970. Mientras tanto, la demanda de comunicación inalámbrica aumentó y se desarrolló la miniaturización de dispositivos. Más tarde, se desarrollaron varias comunicaciones como: 2G, 2.5G, 3G, 3.5G, 3.75G, 4G utilizando el sistema de microondas.
  2. Las comunicaciones por satélite también dependen de las tecnologías de RF y microondas. Se han desarrollado satélites para proporcionar datos móviles, videos y conexiones de datos para todo el mundo. Los sistemas de satélites pequeños como GPS y DBS han funcionado muy bien.
  3. Las redes locales inalámbricas o WLAN conectan computadoras dentro de una distancia corta y proporcionan redes de alta velocidad. También es una aplicación de microondas. La demanda de WLAN aumenta día a día y también tendrá grandes demandas en el futuro.
  4. Otra aplicación de las microondas es la radio de banda ultra ancha. Aquí, la señal de transmisión toma una amplia banda de frecuencia pero tiene un nivel de potencia bajo. Es una precaución para evitar interferencias con otros sistemas.
  5. Aplicaciones militares y de radar: los sistemas de radar tienen varias aplicaciones en Campos de Defensa y Militante, también en campos rentables y basados ​​en la investigación. El radar se usa típicamente para detectar y marcar cualquier objeto extraño dentro del territorio del usuario en el aire y en tierra. También se utiliza en la guía de misiles y controles de fuego.
  6. En los campos comerciales, los sistemas de radar se utilizan en ATC (control de tráfico aéreo), detección de movimiento (como apertura y cierre de la puerta, alarmas de seguridad), prevención de colisiones de vehículos, medición de la distancia desde un punto.
  7. La radiometría de microondas es otra aplicación.

Circuito microstrip para televisión por satélite

Crédito de la imagen:Mapa satelitalLNB desmontado, marcado como dominio público, más detalles sobre Wikimedia Commons

Preguntas frecuentes sobre ingeniería de microondas

1. ¿Cuál es el rango de frecuencia de RF y microondas?

  • Respuesta La RF varía de 30 MHz a 300 MHz y las microondas varían de 300 MHz a 300 GHz.

2. ¿Cuáles son las bandas de frecuencia de las microondas?

  • Respuesta Hay 13 bandas de frecuencia diferentes en el rango de microondas. La siguiente lista los ilustra.
Nombre de bandaRango de frecuenciaRango de longitud de onda
Banda L1 Giga Hertz - 2 Giga Hertz15 cm a 30 cm
Banda D110 Giga Hertz- 170 Giga Hertz1.8 mm a 2.7 mm
Banda Ku12 Giga Hertz - 18 Giga Hertz16.7 mm a 25 mm
Banda K18 Giga Hertz - 26.5 Giga Hertz11.3 mm a 16.7 mm
S-Band2 Giga Hertz - 4 Giga Hertz7.5 cm a 15 cm
Ka-Band26.5 Giga Hertz - 40 Giga Hertz5 mm a 11.3 mm
Banda Q33 Giga Hertz - 50 Giga Hertz6 mm a 9 mm
Banda C4 Giga Hertz - 8 Giga Hertz3.75 cm a 7.5 cm
Banda U40 Giga Hertz - 60 Giga Hertz5 mm a 7.5 mm
Banda V50 Giga Hertz - 75 Giga Hertz4 mm a 6 mm
Banda W75 Giga Hertz - 110 Giga Hertz2.7 mm a 4.0 mm
Banda X8 Giga Hertz - 12 Giga Hertz25 cm a 37.5 cm
Banda F90 Giga Hertz - 110 Giga Hertz2.1 mm a 3.3 mm

3. Mencione algunas desventajas de las microondas.

  • Respuesta La ingeniería de microondas también tiene algunas limitaciones. Analicemos algunos de ellos.
  1. Los recursos de microondas son significativamente más costosos. Además, los costos de instalación son altos para varios tipos de equipos.
  2. Los dispositivos y sistemas de microondas son importantes y ocupan más espacio. Sin embargo, se están realizando investigaciones para dispositivos que consuman menos espacio.
  3. Los sistemas de microondas sufren alguna vez interferencias electromagnéticas.
  4. Puede causar ineficiencia debido a la energía eléctrica.

Imagen de portada por: PERSONALIZACIÓN DE VENTANAS

Sobre Sudipta Roy

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