Espectro electromagnético

Se denomina espectro electromagnético a la distribución energética del conjunto de las ondas electromagnéticas. Referido a un objeto se denomina espectro electromagnético o simplemente espectro a la radiación electromagnética que emite (espectro de emisión) o absorbe (espectro de absorción) una sustancia. Dicha radiación sirve para identificar la sustancia de manera análoga a una huella dactilar. Los espectros se pueden observar mediante espectroscopios que, además de permitir observar el espectro, permiten realizar medidas sobre éste, como la longitud de onda, la frecuencia y la intensidad de la radiación.

El espectro electromagnético se extiende desde la radiación de menor longitud de onda, como los rayos gamma y los rayos X, pasando por la luz ultravioleta, la luz visible y los rayos infrarrojos, hasta las ondas electromagnéticas de mayor longitud de onda, como son las ondas de radio. Se cree que el límite para la longitud de onda más pequeña posible es la longitud de Planck mientras que el límite máximo sería el tamaño del Universo (véase Cosmología física) aunque formalmente el espectro electromagnético es infinito y continuo.




El espectro electromagnético cubre longitudes de onda muy variadas. Existen frecuencias de 30 Hzs y menores que son relevantes en el estudio de ciertas nebulosas. Por otro lado se conocen frecuencias cercanas a 2,9×1027 Hz, que han sido detectadas provenientes de fuentes astrofísicas.

La energía electromagnética en una particular longitud de onda λ (en el vacío) tiene una frecuencia f asociada y una energía de fotón E. Por tanto, el espectro electromagnético puede ser expresado igualmente en cualquiera de esos términos. Se relacionan en las siguientes ecuaciones:






Por lo tanto, las ondas electromagnéticas de alta frecuencia tienen una longitud de onda corta y mucha energía mientras que las ondas de baja frecuencia tienen grandes longitudes de onda y poca energía.

Por lo general, las radiaciones electromagnéticas se clasifican en base a su longitud de onda en ondas de radio, microondas, infrarrojos, visible –que percibimos como luz visible– ultravioleta, rayos X y rayos gamma.
El comportamiento de las radiaciones electromagnéticas depende de su longitud de onda. Cuando la radiación electromagnética interactúa con átomos y moléculas puntuales, su comportamiento también depende de la cantidad de energía por quantum que lleve. Al igual que las ondas de sonido, la radiación electromagnética puede dividirse en octavas.

La espectroscopía puede detectar una región mucho más amplia del espectro electromagnético que el rango visible de 400 nm a 700 nm. Un espectrómetro de laboratorio común y corriente detecta longitudes de onda de 2 a 2500 nm.

== Bandas del espectro electromagnético Para su estudio, el espectro electromagnético se divide en segmentos o bandas, aunque esta división es inexacta. Existen ondas que tienen una frecuencia, pero varios usos, por lo que algunas frecuencias pueden quedar en ocasiones incluidas en dos rangos.

Fenómenos asociados a la radiación electromagnética

Interacción entre radiación electromagnética y conductores


Cuando un alambre o cualquier objeto conductor, tal como una antena, conduce corriente alterna, la radiación electromagnética se propaga en la misma frecuencia que la corriente.

De forma similar, cuando una radiación electromagnética incide en un conductor eléctrico, hace que los electrones de su superficie oscilen, generándose de esta forma una corriente alterna cuya frecuencia es la misma que la de la radiación incidente. Este efecto se usa en las antenas, que pueden actuar como emisores o receptores de radiación electromagnética.


Estudios mediante análisis del espectro electromagnético


Se puede obtener mucha información acerca de las propiedades físicas de un objeto a través del estudio de su espectro electromagnético, ya sea por la luz emitida (radiación de cuerpo negro) o absorbida por él. Esto es la espectroscopia y se usa ampliamente en astrofísica. Por ejemplo, los átomos de hidrógeno tienen una frecuencia natural de oscilación, por lo que emiten ondas de radio, las cuales tiene una longitud de onda de 21,12 cm.


Penetración de la radiación electromagnética


En función de la frecuencia, las ondas electromagnéticas pueden no atravesar medios conductores. Esta es la razón por la cual las transmisiones de radio no funcionan bajo el mar y los teléfonos móviles se queden sin cobertura dentro de una caja de metal. Sin embargo, como la energía no se crea ni se destruye, cuando una onda electromagnética choca con un conductor pueden suceder dos cosas. La primera es que se transformen en calor: este efecto tiene aplicación en los hornos de microondas. La segunda es que se reflejen en la superficie del conductor (como en un espejo).


Refracción


La velocidad de propagación de la radiación electromagnética en el vacío es c. La teoría electromagnética establece que:




siendo ε0 y μ0 la permitividad eléctrica y la permeabilidad magnética del vacío respectivamente.

En un medio material la permitividad eléctrica ε tiene un valor diferente a ε0. Lo mismo ocurre con la permeabilidad magnética μ y, por tanto, la velocidad de la luz en ese medio v será diferente a c. La velocidad de propagación de la luz en medios diferentes al vacío es siempre inferior a c.

Cuando la luz cambia de medio experimenta una desviación que depende del ángulo con que incide en la superficie que separa ambos medios. Se habla, entonces, de ángulo incidente y ángulo de transmisión. Este fenómeno, denominado refracción, es claramente apreciable en la desviación de los haces de luz que inciden en el agua. La velocidad de la luz en un medio se puede calcular a partir de su permitividad eléctrica y de su permeabilidad magnética de la siguiente manera:





Dispersión

La permitividad eléctrica y la permeabilidad magnética de un medio diferente del vacío dependen, además de la naturaleza del medio, de la longitud de onda de la radiación. De esto se desprende que la velocidad de propagación de la radiación electromagnética en un medio depende también de la longitud de onda de dicha radiación. Por tanto, la desviación de un rayo de luz al cambiar de medio será diferente para cada color (para cada longitud de onda). El ejemplo más claro es el de un haz de luz blanca que se "descompone" en colores al pasar por un prisma. La luz blanca es realmente la suma de haces de luz de distintas longitudes de onda, que son desviadas de manera diferente. Este fenómeno se llama dispersión. Es el causante de la aberración cromática, el halo de colores que se puede apreciar alrededor de los objetos al observarlos con instrumentos que utilizan lentes como prismáticos o telescopios.

Radiación electromagnética

La radiación electromagnética es una combinación de campos eléctricos y magnéticos oscilantes, que se propagan a través del espacio transportando energía de un lugar a otro.  A diferencia de otros tipos de onda, como el sonido, que necesitan un medio material para propagarse, la radiación electromagnética se puede propagar en el vacío. En el siglo XIX se pensaba que existía una sustancia indetectable, llamada éter, que ocupaba el vacío y servía de medio de propagación de las ondas electromagnéticas. El estudio teórico de la radiación electromagnética se denomina electrodinámica y es un subcampo del electromagnetismo.

Maxwell asoció varias ecuaciones, actualmente denominadas Ecuaciones de Maxwell, de las que se desprende que un campo eléctrico variable en el tiempo genera un campo magnético y, recíprocamente, la variación temporal del campo magnético genera un campo eléctrico. Se puede visualizar la radiación electromagnética como dos campos que se generan mutuamente, por lo que no necesitan de ningún medio material para propagarse. Las ecuaciones de Maxwell también predicen la velocidad de propagación en el vacío (que se representa c, por la velocidad de la luz, con un valor de 299.792.458 m/s), y su dirección de propagación (perpendicular a las oscilaciones del campo eléctrico y magnético que, a su vez, son perpendiculares entre sí).

Dependiendo del fenómeno estudiado, la radiación electromagnética se puede considerar no como una serie de ondas sino como un chorro o flujo de partículas, llamadas fotones. Esta dualidad onda-corpúsculo hace que cada fotón tenga una energía directamente proporcional a la frecuencia de la onda asociada, dada por la relación de Planck:




donde E es la energía del fotón, h es la constante de Planck y ν es la frecuencia de la onda.
Valor de la constante de Planck



Así mismo, considerando la radiación electromagnética como onda, la longitud de onda λ y la frecuencia de oscilación ν están relacionadas por una constante, la velocidad de la luz en el medio (c en el vacío):



A mayor longitud de onda menor frecuencia (y menor energía según la relación de Plank).

Onda Electromagnetica

Una onda electromagnética es la forma de propagación de la radiación electromagnética a través del espacio. y sus aspectos teóricos están relacionados con la solución en forma de onda que admiten las ecuaciones de Maxwell. A diferencia de las ondas mecánicas, las ondas electromagnéticas no necesitan de un medio material para propagarse; es decir, pueden desplazarse por el vacío.




James Clerk Maxwell fue el primero en hacer la observación teórica de que un campo electromagnético variable admite una solución cuya ecuación de movimiento se corresponde a la de una onda. Eso sugería que el campo electromagnético era susceptible de propagarse en forma de ondas, tanto en un medio material como en el vacío. Esas observaciones llevaron a Maxwell a proponer que la luz visible realmente está formada por ondas electromagnéticas. La trascendencia de la teoría de Maxwell estriba en que proporcionaba una descripción matemática del comportamiento general de la luz. En particular este modelo describe con exactitud cómo se puede propagar la energía en forma de radiación por el espacio en forma de vibración de campos eléctricos y magnéticos. Sin embargo, las propuestas de Maxwell ocasionaron cierto debate, especialmente dos cuestiones:

1. La posibilidad de la propagación de las ondas en el vacío suscitó ciertas dudas en su momento. Ya que la idea de que una onda se propagara de forma autosostenida en el vacío resultaba extraña, razón por la cual años antes había nacido la teoría del éter.

2. Además las ecuaciones de Maxwell sugerían que la velocidad de propagación en el vacío era constante, para todos los observadores. Eso llevó a interpretar la velocidad de propagación constante de las ondas electromagnéticas como la velocidad a la que se propagaban las ondas respecto a un supuesto éter inmóvil que sería un medio material muy sutil que invadiría todo el universo. Sin embargo, el famoso experimento de Michelson y Morley descartó la existencia del éter y quedó inexplicado hasta que Albert Einstein, Poincaré, H. Lorentz y otros, explicarían la constancia de la velocidad de la luz como una constante de las leyes de la Física. (la teoría especial de la relatividad extiende la constante de propagación de la luz a todo fenómeno físico, no sólo las ondas electromagnéticas).

Sin embargo a pesar de todas esas cuestiones los primeros experimentos para detectar físicamente las ondas electromagnéticas, diferentes de la luz, fueron llevados a cabo por Heinrich Hertz en 1888, gracias a que fue el primero en construir un aparato que emitía y detectaba ondas electromagnéticas VHF y UHF.

Las ecuaciones anteriores describen una onda con factores de atenuación dependientes de σ que se propaga a una velocidad . Cuando la onda se propaga en el vacío σ = 0 y la ecuación se reduce a la ecuación de ondas común:

Las comunicaciones por vía microondas, lo que se ve en vivo en la t.v.

En casi la misma forma en que una linterna proyecta un rayo de luz desde un punto hacia otro, las microondas pueden ser transmitidas en línea recta y sin obstáculos desde un transmisor hacia un receptor. En el proceso, las microondas pueden transportar información de audio y video.

A medida que las transmisiones a distancia se hicieron más populares, las estaciones de televisión percibieron la ventaja de tener equipos móviles de producción de campo, equipados con platos de microondas de manera de poder cubrir en vivo y directo eventos deportivos, desfiles, mítines, etc.Hay receptores y transmisores de microondas pequeños, sólidos y de onda corta que pueden ser montados fácilmente en trípodes livianos, para dirigir señales de televisión desde un campo, hacia otro cercano donde se encuentra una unidad móvil de producción. Luego este, envía la señal a alguno de los puntos de repetición de la ciudad (generalmente ubicado en el techo de un edificio) desde donde la señal es finalmente enviada hacia el estudio o centro de producción.

Las microondas deben tener un camino recto y definido, cualquier obstrucción, inclusive una lluvia fuerte, granizo o nieve puede degradar o eliminar completamente la señal.

La estructura fundamental del transmisor de microondas consiste en un oscilador, generalmente un klystron, un modulador y un amplificador. El tipo de las unidades empleadas depende de la frecuencia de transmisión, la magnitud de la potencia de salida necesaria y del tipo de modulación. El equipo repetidor, que constituye el equipo esencial de todo sistema de comunicaciones de microondas, puede convertirse, generalmente, para poder funcionar como terminal mediante algunos simples cambios de conexiones de los tableros especiales para este fin.




Equipos necesarios para la transmisión
Equipo repetidor

En una instalación típica, el equipo repetidor de un sistema de microondas, funciona de la siguiente manera: la señal de entrada procedente de la estación terminal o de la repetidora precedente, es captada por el sistema de antena y mezclada con una parte de la salida de un oscilador local klystron (oscilador de radio frecuencia de alta potencia), cuya frecuencia se encuentra desfasada con respecto a la frecuencia media de la señal de entrada, por ejemplo en 90 MC. Esta señal de F.l. es rectificada, amplificada y alimentada al reflector del klystron de forma de mantenerlo con una diferencia constante de frecuencia respecto a la señal recibida, que luego es retransmitida a la siguiente estación repetidora o terminal.

Los circuitos y el funcionamiento de las secciones del repetidor son idénticos, para comunicaciones en dos sentidos, con el fin de diferenciarlas y como referencia. Cuando el receptor de la sección A recibe una señal de una antena (oeste), la válvula klystron funciona como oscilador local del receptor A y también de transmisor A, para suministrar energía a la segunda antena (este), la cual irradia la energía a la siguiente estación. La mayor parte de la salida de la klystron es utilizada como alimentación del transmisor.
Equipo terminal

El funcionamiento de una estación terminal es similar al de una repetidora, con la excepción de que la terminal suministra transmisión y recepción en un solo sentido. Una terminal se usa siempre en combinación con un equipo emisor o receptor de mensajes (múltiplex), según sea el sistema. La señal de entrada se alimenta a la sección klystron del receptor, la cual es idéntica a una de las secciones del repetidor, con la excepción de que la salida del klystron termina en una antena fantasma en lugar de la antena real, pues la señal recibida no es retransmitida desde la terminal. Para la función transmisora la mayoría de los circuitos receptores se derivan, y las señales de entrada del equipo múltiplex se alimentan a los circuitos de inserción de la terminal. Estas señales de entrada se amplifican y alimentan a la klystron de esta sección, cuya salida es transmitida al siguiente repetidor.

Así pues, gracias a estos componentes del mundo de las telecomunicaciones y de la tecnología, se puede ver claramente lo que sucede en determinado momento en vivo y directo desde el canal de televisión que se sintoniza, obteniendo así un rápido acceso a la información y al disfrute de cualquier evento que se realice en determinado lugar como aporte cultural y educativo.

MASER

Máser es un acrónimo de Microwave Amplification by Stimulated Emission of Radiation (amplificador de microondas por la emisión estimulada de radiación). Como su nombre indica, su funcionamiento está basado en el fenómeno de emisión estimulada de radiación, enunciado por Albert Einstein en 1916. Es un amplificador similar al láser, pero opera en la región de microondas del espectro electromagnético y sirve para recibir señales muy débiles.

Cuando una molécula o un átomo se hallan en un estado energético adecuado y pasan cerca de una onda electromagnética, ésta puede inducirles a emitir energía en forma de otra radiación electromagnética con la misma longitud de onda que refuerza la onda de paso y desencadena una cascada de fenómenos que llevan a aumentar mucho la intensidad del impulso original. En algunas nubes de materia interestelar excitada por la radiación de estrellas cercanas se produce el mismo fenómeno, que conduce a la formación de un intenso haz de radiación con longitud de onda bien definida.

Sistemas de radio de microondas con frecuencia modulada

Los sistemas de radio de microondas que usan modulación de frecuencia se conocen ampliamente por proporcionar comunicaciones flexibles, confiables y económicas, de punto a punto, cuando usan la atmósfera terrestre como medio de transmisión. Los sistemas de microondas FM que se usan con el equipo multiplexor adecuado son capaces de conducir en forma simultánea desde unos pocos circuitos de voz de banda angosta, hasta miles de circuitos de voz de alta velocidad, audio de calidad comercial y televisión comercial. Los estudios comparativos de costo han demostrado que la radio de microondas de FM es, casi siempre, el método más económico de proporcionar circuitos de comunicaciones cuando no hay ya cables metálicos ni fibras ópticas, o cuando existen duras condiciones de terreno o de clima. También, los sistemas de microondas de FM se pueden ampliar con facilidad.

En la figura se ve un diagrama de bloques simplificado de un sistema de microondas de FM. La banda base es la señal compuesta que modula la portadora FM, y que puede abarcar uno o más de los sistemas siguientes:

1.Canal de banda de voz multiplexado por división de frecuencia.

2.Canales de banda de voz multiplexados por división de tiempo.

3.Video compuesto de calidad comercial o teléfono visual.

4.Datos en banda ancha.

En la transmisión de microondas de FM que se muestra un diagrama de bloques del transmisor, una red de preénfasis es el que antecede al desviador de FM. Esta red de preénfasis proporciona un impulso artificial a la amplitud de las frecuencias de la banda base superior. Permitiendo que las frecuencias de la banda base inferior modulen la frecuencia de la portadora de F1, y que la frecuencia de la banda base superior modulen la fase de esa portadora. Con este diagrama de bloques se asegura una relación de señal a ruido más uniforme en todo el espectro de banda base. La etapa del desviador de FM entrega la modulación de la portadora de F1 que al finalizar se convierte en la principal portadora de microondas, normalmente las frecuencias típicas intermedias están entre 60 y 80 MHz, donde lo más adecuado es 70MHz. En el desviador FM se usa modulación en frecuencia de bajo índice. Donde los índices de modulación se mantienen entre 0.5 y 1, de esta manera se realiza una señal FM de banda angosta en la salida del desviador, en consecuencia el ancho de banda de la F1 se asemeja a la de AM común y se aproxima al doble de la frecuencia máxima de la banda base.




La F1 y sus bandas laterales asociadas se convierten a las mayores frecuencias de la región de microondas, mediante el mezclador, el oscilador de microondas y filtro pasa banda. Para trasladar las F1 a la etapa de RF se usa mezclado y no multiplicación porque el índice de modulación no cambia por el proceso de heterodinado. También al multiplicar la portadora de F1 se multiplicarían la desviación de frecuencia y el índice de modulación aumentando así el ancho de banda.

Los generadores de microondas esta constituido por un oscilador de cristal seguido por una serie de multiplicadores de frecuencia. Por ejemplo un oscilador de cristal de 125 Mhz seguido por una serie de multiplicadores, con factor combinado de multiplicación igual a 48, se podría usar para una frecuencia de portadora de microondas de 6GHz. La red combinadota de canales proporciona un medio de conectar más de un transmisor de microondas de una sola línea de transmisión que alimente a la antena.

El radio receptor de microondas de FM que se muestra ene. Diagrama de bloques del receptor, donde el bloque de la red separadora de canales proporciona el aislamiento y el filtrado necesario para separar canales de microondas individuales, y dirigidos hacia sus respectivos receptores. El filtro pasa banda, el mezclador AM y el oscilador de microondas bajan las frecuencias desde RF de microondas hasta las F1, y las pasan al demodulador FM. Donde este demodulador es un detector convencional, no coherente de FM. A la salida del detector de FM, una red de deénfasis restaura la señal de banda base a sus características originales de amplitud en función de la frecuencia.




Los radios de microondas emiten señales usando como media la atmósfera terrestre, entre transmisores y receptores, para una mejor emisión y recepción, estos se encuentran en la cima de torres a distancias de 15 a 30 millas. Así los sistemas de radio de microondas tienen la ventaja obvia de contar con capacidad de llevar miles de canales individuales de información entre dos puntos, dejando a un lado la necesidad de instalaciones físicas, tales como los cables coaxiales o fibras ópticas. Así claro esta, se evita la necesidad de adquirir derechos de vías a través de propiedades privadas, además las ondas de radio se adaptan mejor para salvar grandes extensiones de agua, montañas altas o terrenos muy boscosos que constituyes formidables obstáculos para los sistemas de cable.
Entre las ventajas de radio de microondas están las siguientes:

Los sistemas de radio no necesitan adquisiciones de derecho de vía entre estaciones.

Cada estación requiere la compra o alquiler de solo una pequeña extensión de terreno.

Por sus grandes frecuencias de operación, los sistemas de radio de microondas pueden levar grandes cantidades de información.

Las frecuencias altas equivalen longitudes cortas de onda, que requieren antenas relativamente pequeñas.

Las señales de radio se propagan con más facilidad en torno a obstáculos físicos, como por ejemplo, a través del agua o las montañas altas.

Para la amplificación se requieren menos repetidores.

La distancia entre los centros de conmutación son menores.

Se reducen al mínimo las innataciones subterráneas.

Se introducen tiempos mínimos de retardos.

Entre los canales de voz existe un mínimo de diafonía.

Son factores importantes la mayor confiabilidad y menores tiempos de mantenimiento.

Radiocomunicaciones por Microondas

Se describe como microondas a aquellas ondas electromagnéticas cuyas frecuencias van desde los 500 MHz hasta los 300 GHz o aún más. Por consiguiente, las señales de microondas, a causa de sus altas frecuencias, tienen longitudes de onda relativamente pequeñas, de ahí el nombre de "micro" ondas. Así por ejemplo la longitud de onda de una señal de microondas de 100 GHz es de 0.3 cm., mientras que la señal de 100 MHz, como las de banda comercial de FM, tiene una longitud de 3 m. Las longitudes de las frecuencias de microondas van de 1 a 60 cm., un poco mayores a la energía infrarroja.

Antenas de tipo rejilla, pueden ser usadas en frecuencias de microondas bajas, por debajo de 2.5 GHz.
Gran parte de los sistemas de comunicaciones establecidos desde mediados de las década de 1980 es de naturaleza digital y como es lógico transportan información en forma digital. Sin embargo, los sistemas terrestres de radio repetidoras de microondas que usan portadores moduladas en frecuencia (FM) o moduladas digitalmente ya sea en QAM ó en PSK, siguen constituyendo el 35% del total de los circuitos de transporte de información en los Estados Unidos. Existen una variedad de sistemas de microondas funcionando a distancias que varían de 15 a 4000 millas, los sistemas de microondas de servicio intraestatal o alimentador se consideran en general de corto alcance, por que se usan para llevar información a distancias relativamente cortas, por ejemplo, hacer una radiocomunicación entre ciudades que se encuentran en un mismo país e. Los sistemas de microondas de largo alcance son los que se usan para llevar información a distancias relativamente mucho más largas, por ejemplo, en aplicaciones de rutas interestatal y de red primaria. Las capacidades de lo sistemas de radio de microondas van desde menos de 12 canales de banda de voz hasta más de 22000. Los primeros sistemas tenían circuitos de banda de voz multiplexados por división de frecuencia, y usaban técnicas convencionales, de modulación en frecuencia no coherente, los más modernos tienen circuitos de banda de voz modulados por codificación de pulsos y multiplexados por división de tiempo usan técnicas de modulación digital más modernas, como la modulación de conmutación de fase (PSK) o por amplitud en cuadratura (QAM).



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 ó 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.


En los sistemas de radio de microondas se usa modulación en frecuencia (FM) mas que modulación en amplitud (AM), esto se explica porque las señales de amplitud modulada son más sensibles a no linealidades de amplitud también son inherentes a los amplificadores de microondas de banda ancha. En cambio las señales emitidas en frecuencia modulada son relativamente más robustos a esta clase de distorsión no lineal, y se pueden transmitir por amplificadores que tengan no linealidad de compresión o de amplitud, con relativamente poco demerito. También, las señales emitidas en FM son menos sensibles al ruido aleatorio y se pueden propagar con menores potencias de transmisión.

El ruido de intermodulacion es un factor imprescindible en el diseño de sistemas de radio FM. En los sistemas de AM, este ruido es provocado a la no linealidad de amplitud en la repetidora. En los sistemas de FM, el ruido de intermodulacion es provocado principalmente por la distorsión de la ganancia de transmisión y del retardo. En consecuencia, en los sistemas FM es una función de la amplitud de la señal y de la magnitud de la desviación en frecuencia. Así las características de las señales de frecuencia modulada son más adecuadas para la transmisión por microondas que las de amplitud modulada.

Usos de la Señal de Microondas

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 inalámbricos LAN, tales como Bluetooth y las especificaciones de Wi-Fi IEEE 802.11g y btambién 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.

La tecnología de microondas también es utilizada por los radares, para detectar el rango, velocidad 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.

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 3ps (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 1 centímetro a 100 micrometros (3×10-6 m).

El rango de las microondas está incluido en las bandas de radiofrecuencia, concretamente en las UHF (ultra-high frequency, frecuencia ultra alta en español) (0.3 – 3 GHz), SHF (super-high frequency, frecuencia super 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, radiación terahercio o rayos T.

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 producir ondas de radio.




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 arsenuro 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 el girotrón.