Introducción

Se denomina microondas a las ondas electromagnéticas definidas en alta frecuencia; generalmente de entre 300 MHz y 300 GHZ. Esta banda de frecuencias se divide en:

UHF (ultra-high frequency, frecuencia ultra alta: 0.3 Hz a 3 GHz).
SHF (super-high frequency, frecuencia super alta: 3 GHz a 30 GHz).
EHF (extremely high frequency, frecuencia extremadamente alta: 30 GHz a 300 GHz).

Este rango de frecuencias supone un período de oscilación de 3 ns a 3 ps y una longitud de onda en el rango de 1 m a 1 mm.

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 siguiente imagen nis muestra el espectro de la luz:

(Pincha sobre la imagen para verlo mejor)

La existencia de ondas electromagnéticas, fueron predichas por Maxwell en 1864 a partir de sus famosas Ecuaciones de Maxwell;

CARACTERÍSTICAS DE LAS MICROONDAS:

• Las microondas se refleja fuertemente en el agua y en estructuras metálicas.
• La señales a frecuencias de microondas no son reflejadas en la ionosfera como sucede con las señales a baja frecuencia. Las longitudes de onda mayores a 4 m si se reflejan.
• Las antenas requeridas para radiar señales en el rango de las microondas son más realizables físicamente y permiten mayor ganancia de antena que las necesarias a frecuencias más bajas, debido a que, la ganancia de antena es proporcional al tamaño eléctrico de la misma.
• Al trabajar a frecuencias de microondas se cuenta con mayor ancho de banda, esto es que se cuenta con un mayor número de canales de radio frecuencia, debido a que el espectro de 300 MHz y 300 GHz tiene miles de canales más que el de 0 a 300 MHz.
• Las dimensiones de los componentes de un circuito de microondas son muy reducidas comparadas con las de los circuitos usados en la electrónica de baja frecuencia.
• El concepto de nodo deja de ser valido e importante puesto que la distribución porque la distribución del voltaje y la corriente en el circuito no son constantes, aún sobre un conductor que conecte a dos elementos de un circuito.
• La fase de las señales de microondas varía rápidamente con la distancia, por ello, la teoría de circuitos común no puede ser usada para resolver problemas de redes de microondas. Estos se analizan usando las ecuaciones de Maxwell.
• Los circuitos de microondas tienen dimensiones más reducidas que los circuitos de la electrónica de baja frecuencia.
• A frecuencias de microonda es difícil realizar circuitos concentrados, es decir, elementos que presentan un comportamiento puramente resistivo, capacitivo o inductivo puro, porque para ello se requiere que las dimensiones del circuito sean mucho menores que la longitud de onda asociada a la frecuencia de trabajo (l<l/10).

Fundamentos y aplicaciones varias

¿Cuáles son las particularidades de las microondas, con relación al resto de ondas?

- Posibilidad de emitir fácilmente con potencias considerables mediante antenas de muy pequeñas dimensiones.

- Mayor facilidad en la direccionabilidad de las antenas.

- Absorción con grandes consecuencias por la mayor parte de los materiales, sobre todo para los tejidos vivos.

A partir de aquí podemos hablar de dos aplicaciones principales:


1.- Calentar alimentos en los hornos llamados microondas.

Producir calor por hiperfrecuencias microondas:

Al igual que para las ondas ultravioleta, los Campos Electromagnéticos, propagan una energía que es absorbida en más o menos cantidad por los tejidos vivos.

Optimizando este fenómeno de manera que la Demanda de Absorción Especifica, sea elevada, se hace posible el calentar considerablemente los alimentos.

¿Cómo se efectúa la optimización en el horno microondas?

Simplemente eligiendo la frecuencia mejor adaptada del espectro Microonda, o sea, 2450 MHz (longitud de onda = 12,2 cm.)

Esta frecuencia óptima permite una agitación consecutiva de las moléculas de agua bajo la acción del Campo Electromagnético.

Dichas moléculas se ponen a oscilar alrededor de su posición inicial, causando un frotamiento o fricción, y por tanto un calentamiento.


2.- Las conexiones de radio por hiperfrecuencias microondas:

Puede parecer sorprendente que las microondas sean utilizadas, puesto que los militares descubrieron con la invención del radar, las particularidades peligrosas de las Microondas. Los militares abandonaron esta frecuencia para las conexiones de radio y las clasificaron en las “Frecuencia Basura”, Así pues de aprovechamiento libre para un uso civil.

En cambio, han desarrollado nuevas armas de destrucción masiva letales, utilizando los CEM, y recientemente con los UMTS, una híper-frecuencia próxima a los 2200 MHz y la frecuencia WI-FI (el estándar más utilizado actualmente) trabaja a frecuencias de 2400 MHz



OTRAS UTILIDADES



-El radar que también incluye radiación de microondas para detectar el rango, la velocidad y otras características de objetos remotos.


-Protocolos inalámbricos LAN, tales como Bluetooth y las especificaciones IEEE 802.11g y b también 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 medicina para el tratamiento por diatermia

-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.

-HOLOGRAFÍA ÓPTICA: Consiste en la interferencia entre el campo de radiación de un objeto a una imagen y el campo de referencia, lo que produce el holograma que contiene información sobre amplitud y fase. A continuación se procedería a la reconstrucción de la identidad del objeto.

-HOLOGRAFÍA DE MICROONDAS: En este caso necesitamos una gran apertura de la antena para la detección de la radiación emanada del objeto y cuya imagen de alta resolución se ha formado.

-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.

Microondas terrestres

Dentro de las microondas, podemos hablar de las microondas terrestres:

Un radioenlace terrestre o microondas terrestre provee conectividad entre dos sitios (estaciones terrenas) en línea de vista (Line-of-Sight, LOS) usando equipo de radio con frecuencias de portadora por encima de 1 GHz. La forma de onda emitida puede ser analógica (convencionalmente en FM) o digital.



Telefonía básica (canales telefónicos)
Datos
Telegrafo/Telex/Facsímile
Canales de Televisión.
Video
Telefonía Celular (entre troncales)

Las licencias o permisos para operar enlaces de microondas pueden resultar un poco difíciles ya que las autoridades (S.C.T. México, FCC Estados Unidos) deben de asegurarse que ambos enlaces no causen interferencia a los enlaces ya existentes. El clima y el terreno son los mayores factores a considerar antes de instalar un sistema de microondas. Como por ejemplo, no se recomienda instalar sistemas en lugares donde no llueva mucho; en este caso deben usarse radios con frecuencias bajas (es decir menores a 10 GHz). La consideraciones en terreno incluyen la ausencia de montañas o grandes cuerpos de agua las cuales pueden ocasionar reflecciones de multi-trayectorias.

RADAR DE MICROONDAS (Cinemometros de microondas utilizados por la DGT)

Actualmente el sistema mas utilizado, lo podemos encontrar tanto en radares fijos en arcenes y pórticos, como en radares móviles en vehículos patrulla ya que puede medir la velocidad de los vehículos tanto en estacionario como en movimiento. Su principio de funcionamiento es el efecto Doppler.



Efecto Doppler.-

El efecto doppler consiste en la modificación de la frecuencia de cualquier señal, ya sea sonido, radio frecuencia, o luz al ser emitida o rebotar en objetos en movimiento. Lo entenderemos mejor con el siguiente ejemplo, si nos encontramos a la orilla de una carretera, notaremos que los vehículos que se acercan a nosotros, presentan un sonido mas agudo y que en el momento que pasan a nuestro lado y se alejan de nosotros, el sonido se hace mas grave y por nuestra experiencia sabemos que en el interior del vehículo el sonido no cambia de frecuencia. Esto se debe a que el vehículo esta emitiendo ondas sonoras en todas direcciones, pero en la dirección del avance hace que las ondas sonoras se compriman ligeramente y por detrás hace que se estiren ligeramente, es decir las ondas sonoras hacia delante son de mayor frecuencia que las que dejamos atrás, esto no pasa solamente con el sonido, con la luz que rebota en el coche pasa lo mismo, pero la velocidad del coche es tan insignificante respecto a la velocidad de la luz que el cambio de color no es perceptible, si lo pudiéramos percibir notaríamos que al acercarse el coche es ligeramente mas azulado y al alejarse mas rojo. Esto se utiliza para medir la velocidad de sistemas estelares lejanos, donde las velocidades de movimiento de galaxias lejanas es lo suficientemente elevada como para que sea detectable el cambio de frecuencia de la luz.



(Cambio del sonido de la sirena desde un tono más agudo a uno más grave, justo en el momento en que el vehículo pasa al lado del micrófono.)

Álgebra del efecto Doppler en ondas sonoras:

1.- Si el observador se está acercando a la fuente:

Imaginemos que un observador O se mueve con una velocidad Vo que tiene una dirección y sentido hacia una fuente S que se encuentra en reposo. El medio es aire y también se encuentra en reposo. La fuente emite un sonido de velocidad v, frecuencia f y longitud de onda "landa". Por lo tanto, la velocidad de las ondas respecto del observador no será v, sino la siguiente:

Sin embargo, no debemos olvidar que como la velocidad del medio no cambia, la longitud de onda será la misma, y por tanto:

Pero como mencionamos en la primera explicación, el observador al acercarse a la fuente oirá un sonido más agudo, esto implica que su frecuencia es mayor. A esta frecuencia mayor captada por el observador se la denomina frecuencia aparente, que la denominamos f'.

El observador escuchará un sonido de mayor frecuencia debido a que:

2.- Si el observador se aleja de la fuente:

En este caso la velocidad y la frecuencia serán:

3.- Si la fuente se acerca al observador:

En este caso la frecuencia aparente percibida por el observador será mayor que la frecuencia real emitida por la fuente, lo que genera que el observador perciba un sonido más agudo.

Por tanto, la longitud de onda percibida para una fuente que se mueve con velocidad Vs será:

Por lo tanto deducimos que:

4.- Si la fuente se aleja del observador:

Haciendo un razonamiento análogo para el caso contrario: fuente alejándose; podemos concluir que la frecuencia percibida por un observador en reposo con una fuente en movimiento será:

Cuando la fuente se acerque al observador se pondrá un signo (-) en el denominador, y cuando la fuente se aleje se reemplazará por (+).

- Conclusión:

¿Qué pasará si la fuente y el observador se mueven al mismo tiempo?. En este caso particular se aplica la siguiente fórmula, que no es más que una combinación de las dos:

Los signos "+ -" y "- +" deben ser aplicados de la siguiente manera: si el numerador es una suma, el denominador debe ser una resta y viceversa.

BIBLIOGRAFIA:

David K.Cheng
http://es.wikipedia.org/wiki/Microondas
http://yaqui.mxl.uabc.mx/~dhernan/especial/ing_mic.html#queson