Sistemas de Microondas: Frecuencias, Semiconductores y Aplicaciones, Diapositivas de Física

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Sistemas de

microondas

Docente Ingeniero. Romel Luis Jimenez Montes de Oca

Introducción

• (^) El significado de la electrónica de alta velocidad y alta frecuencia ha cambiado en un siglo de evolución tecnológica.
• (^) Las radiofrecuencias (RF) se introdujeron en un principio en el marco de la radiodifusión y la transmisión punto a punto a principios del siglo XX.
• (^) Sin embargo, las nuevas aplicaciones (como la radiodifusión televisiva y, sobre todo, el radar en 1940), fomentadas a su vez por la disponibilidad de generadores de señales de RF de frecuencia creciente, provocaron una explosión gradual de nuevos campos de aplicación en las comunicaciones.

Introducción

• (^) La integración y la reducción del tamaño de los sistemas de radiofrecuencia y microondas acabaron por convertir la electrónica de microondas, al menos en aplicaciones de gran volumen, en un producto de bajo costo muy adecuado para el mercado de consumo.

Radiofrecuencias

• (^) La banda de RF incluye frecuencias entre unos pocos MHz y 1 GHz, con longitudes de onda en el espacio libre del orden de 1 m (30 cm a 1 GHz).
• (^) Las aplicaciones incluyen la radiodifusión analógica por modulación de frecuencia (FM), y también muchos otros sistemas, como la radiodifusión televisiva, las comunicaciones punto a punto, los sistemas de radar de largo alcance, las aplicaciones industriales como la calefacción por RF y el secado por RF.

Microondas

• (^) También la parte electrónica de los sistemas de comunicación óptica de larga distancia opera en esta banda, con arquitecturas de circuitos digitales.
• (^) Hay que tener en cuenta que la exigencia de velocidad es similar tanto en los circuitos digitales rápidos como en los analógicos.
• (^) Los circuitos digitales suelen requerir tensiones de salida y potencia más bajas, mientras que los circuitos analógicos suelen tienen requisitos más exigentes en cuanto a la potencia de salida.
• (^) Por ejemplo, los amplificadores de potencia de los teléfonos móviles de transmitir 1 W en la antena.

Onda milimétricas

• (^) Más allá de las microondas encontramos la banda de ondas milimétricas, con frecuencias entre 30 GHz y 100 (300) GHz, longitudes de onda en el espacio libre inferiores a 1 cm.
• (^) Las aplicaciones típicas van desde los radioenlaces hasta los sistemas de radar (por ejemplo, los radares para automóviles).
• (^) Los circuitos electrónicos convencionales (por ejemplo, en forma integrada) son cada vez más difíciles de fabricar por encima de los 100 GHz, aunque se han demostrado subsistemas operativos (por ejemplo, receptores) por encima de 500 GHz.

Semiconductores

• (^) Las tecnologías de semiconductores compuestos, como GaAs, SiGe e InP, contribuyen a llevar los conceptos de circuitos integrados casi convencionales más allá del rango de microondas.
• (^) GaAs aproximadamente hasta 50 GHz.
• (^) SiGe de forma similar pero con una potencia de salida reducida.
• (^) InP siendo el semiconductor de mayor rendimiento pero también de mayor coste, pero con una potencia de salida cada vez menor.

Semiconductores

• (^) Por encima de unos cientos de GHz (y ciertamente por encima de 1 THz) no es factible ninguna electrónica convencional (es decir, basada en transistores).
• (^) La región por encima de 300 GHz, también denominada gama de Teraherz (THz), es de gran interés hoy en día para muchas aplicaciones.
• (^) Las tecnologías disponibles por encima de 1 THz son bastante diferentes de las utilizadas en la electrónica convencional, y a veces similares a las tecnologías ópticas.

Banda de frecuencias

Banda de frecuencias

• (^) En la fila superior encontramos las denominaciones de radiofrecuencias de la UIT (antes CCIR; UIT significa Unión Internacional de Telecomunicaciones)
• (^) La letra F en los nombres de las bandas significa frecuencia.
• (^) L, M y H significan baja, media y alta, respectivamente.
• (^) Mientras que la primera letra califica a la segunda, por ejemplo, ELF es Frecuencia Extremadamente Baja, UHF Frecuencia Ultra Alta, etc.

Banda de frecuencias

Banda de frecuencias

• (^) La norma IEEE, sigue siendo la denominación más utilizada.
• (^) Según la norma IEEE, las ondas milimétricas tienen en realidad una frecuencia mínima de 40 GHz.
• (^) En la tabla siguiente se ofrecen más detalles sobre la denominación de la banda IEEE.

Banda de frecuencias

• (^) Según la norma IEEE, los teléfonos móviles pueden operar por ejemplo, en las bandas L y S.
• (^) Mientras que los enlaces terrestres de microondas punto a punto están en la banda X.
• (^) Los enlaces por satélite en la banda K – Ka.
• (^) Los radares de automóviles están en la banda W.
• (^) La asignación de las bandas de frecuencia a sistemas y servicios específicos, se decide a nivel internacional.

Ventajas

• (^) Al reducir la longitud de onda, los sistemas de antena se vuelven más directivos y la propagación es casi óptica, lo que permite la diversidad espacial, es decir, la capacidad de utilizar en el mismo entorno diferentes transmisiones sin causar interferencias.
• (^) Con el aumento de la frecuencia, aumenta la capacidad de un canal que tiene el mismo ancho de banda fraccional.
• (^) La utilización de frecuencias más altas se ve favorecida por la ocupación progresiva de bandas de bandas de frecuencias inferiores.