UNIVERSIDAD NACIONAL DE LOJA

REA DE LA ENERGA, LAS INDUSTRIAS Y LOS

RECURSOS NATURALES NO RENOVABLES

CARRERA DE INGENIERA EN ELECTRNICA Y

TELECOMUNICACIONES.

CAPTULO # 1

Viviana Lojn

9 de abril de 2015

Ing. Mario Espinoza

Ingeniera de Electrnica y Telecomunicaciones.

APLICACIONES DE LA INGENIERA DE MICROONDAS

Las microondas son todas aquellas ondas electromagnticas con frecuencias comprendidas entre unos 300 MHz y unos 300 GHz.

1. RADAR 1.1 Orgenes del Radar. El trmino RADAR significa Radio Deteccin And Ranging. El primer sistema de radar prctico se atribuye a Christian Hlsmeyer, quien en 1904 patent un dispositivo para navegacin de barcos y deteccin de obstculos cuya finalidad era evitar la colisin de los barcos. A pesar de sus orgenes militares, en la actualidad los radares han encontrado importantes aplicaciones civiles tales como navegacin martima y area, cartografa, control de trfico en aeropuertos, sistemas de aterrizaje, altimetra y prediccin meteorolgica. 1.2 Principio de funcionamiento. Un sistema de radar consiste en un emisor de seal que ilumina el cuerpo a detectar, y un receptor que detecta la seal reflejada procedente del cuerpo iluminado. Si la seal se emite de modo constante, el radar se denomina radar de onda continua o radar CW. Si el emisor y el receptor comparten la misma antena, el radar recibe el nombre de monoesttico, llamndose biesttico en caso contrario. 1.3 Radares de pulsos. Utilizan secuencias de seales de alta frecuencia emitidas a intervalos peridicos, en lugar de utilizar seales monocromticas y permiten que la emisin y la recepcin puedan realizarse en tiempos distintos. En la prctica, la frecuencia de repeticin de pulsos en los radares se fija habitualmente en torno a 100 Hz - 100 kHz. Valores adecuados de la frecuencia y longitud de onda permiten un buen funcionamiento de los radares. Hay que buscar un buen compromiso en la seleccin de las frecuencias ms idneas, y en la prctica este compromiso sita las frecuencias ptimas en las bandas de microondas. 1.4 Radares de apertura sinttica. Utilizan un procedimiento para conseguir grandes resoluciones y alcances sin emplear antenas de grandes dimensiones. El principio de funcionamiento de los radares de apertura sinttica fue ideado por Cari Wiley en 1957. Muy utilizados en la NASA para el anlisis y cartografa de superficies desde el aire o el espacio.

2. RADIOMETRA. Los radimetros permiten obtener informacin sobre un cuerpo mediante la detencin y anlisis del espectro de la radiacin emitida por dicho cuerpo. A diferencia del radar, un radimetro es capaz de obtener informacin sin necesidad de enviar seales al objeto que se desea analizar. Dentro de las aplicaciones de la radiometra se destacan el anlisis de suelos atmsfera terrestre, radiacin solar, radiacin csmica. etc. 2.1 Aprovechamiento del ruido trmico.

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El principio de funcionamiento de un radimetro est basado en el hecho de que todos los cuerpos emiten radiacin electromagntica debido a las vibraciones de sus tomos. En un material en el que existen electrones libres estas mismas vibraciones dan lugar a fluctuaciones en las velocidades de los electrones, las cuales originan a su vez el ruido trmico. Un radimetro es un medidor de potencia de alta sensibilidad que se aprovecha de algo generalmente considerado como no deseable: el ruido. 2.2 Algunos detalles a considerar en el diseo. Los componentes constitutivos de un radimetro generan ruido trmico. La potencia total que se mide en un radimetro tendr dos contribuciones indistinguibles: el ruido procedente del cuerpo a caracterizar y el generado por el propio radimetro. Para poder extraer correctamente la temperatura del cuerpo es necesario recurrir a una calibracin. Las frecuencias ms apropiadas para cada aplicacin de radiometra pueden variar desde 1 GHz hasta las frecuencias de las bandas ultravioleta. El uso de frecuencias ms bajas que las correspondientes a las bandas de microondas no es apropiado tampoco en los sistemas de radiometra, debido a la necesidad de utilizar grandes antenas. Cuando las condiciones climatolgicas son adversas la radiometra de microondas suele ser la alternativa ms viable para estudiar no slo la superficie de la Tierra sino tambin su atmsfera. 2.3 Estudio de la Tierra desde el espacio. Un ejemplo claro son los satlites ERS-1 y ERS-2 de la ESA que no slo fueron dotados de radares de apertura sinttica sino tambin poseen sistemas de radiometra de microondas e infrarrojos.

3. RADIOCOMUNICACIONES. 3.1 Cmo se puede propagar energa electromagntica? Las propiedades de la capa ms externa de la atmsfera, la ionosfera, permiten diferenciar los mecanismos ms apropiados para transmitir campos electromagnticos a largas distancias. Los mecanismos ptimos para transmitir energa electromagntica a grandes distancias dependen en gran medida de la frecuencia de la onda. 3.2 Cmo se puede transmitir informacin? Una onda monocromtica pura no permite transmitir informacin. Si se quiere enviar datos, es necesario utilizar tcnicas de modulacin. Puede ser en tiempo: AM, FM o PM. Y discreta: ASK, FSK y PSK. 3.3 Sistemas de telefona celular. GSM surgi en Finlandia en 1992. Se asign a GSM la banda de 890-915 MHz para la transmisin desde el mvil a la estacin base (enlace ascendente) y 935- 960 MHz para la recepcin (enlace descendente). Luego se le asignaron dos bandas adicionales: 880-890 MHz para enlace ascendente y 925-935 MHz para el descendente. GSM tambin utiliza bandas de 1.800 MHz. El sucesor del sistema GSM, el UMTS, utiliza bandas de frecuencia comprendidas entre 1,9 y 2,2 GHz, y permite una velocidad de transmisin de hasta 2 Mb/s. 3.4 Conexin de ordenadores y perifricos. Las redes de rea local sin hilos (WLAN) han experimentado un fuerte desarrollo en la dcada 1990-2000; como respuesta a la necesidad de comunicar sistemas de ordenadores sin necesidad de cableado, y tambin

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de ofrecer acceso a redes de datos a cada vez mayor nmero de usuarios mviles. En WLAN la transmisin de datos tambin se realiza a frecuencias de microondas. Se establecieron diversos estndares para un mejor servicio. 3.5 Transmisin va satlite. Las frecuencias ms habitualmente utilizadas en los primeros satlites artificiales se encuentran en torno a 6 GHz para la emisin desde la estacin y 4 GHz para la emisin desde el satlite (enlace 6/4 GHz). En las bandas de 14 y 12 GHz los satlites Hispasat proporcionan canales de televisin digital y servicios de telefona a parte de Europa y las dos Amrica, utilizan estas frecuencias.

4. APLICACIONES INDUSTRIALES. 4.1 Calentamiento de alimentos. Entre 1949 y 1950 las compaas General Electric y Raytheonn patentaron distintos sistemas para calentar materiales dielctricos con radiacin electromagntica de alta frecuencia. Fue la patente de Spencer de 1949 en proponer el uso de las microondas para el calentamiento de las microondas. 4.2 Calentamiento de productos industriales. El secado de papel es otra importante aplicacin de la radiacin de microondas. As como tambin el secado de materiales de consumo alimenticio e incluso el tratamiento del caucho se han constituido en varias aplicaciones concernientes al calentamiento de productos industriales. 4.3 Agricultura y ecologa. Para eliminar parsitos en los cultivos, para estimar el crecimiento de distintas variedades de plantas, tratamiento de residuos radiactivos, purificacin del carbono, la destruccin de compuestos CFC, tratamiento de suelos, aguas, etc.

5. APLICACIONES MDICAS 5.1 Terapias de calor. Arsene d Arsonval es uno de los ms renombrados pioneros de las tcnicas teraputicas de la radiacin electromagntica. Quien trato con xito reuma, artritis, poliomielitis, neumona, etc. 5.2 Tratamiento del cncer. De 1950 a 1970 se puso de manifiesto las microondas para este tratamiento como tratamiento nico complemento de la radioterapia y quimioterapia. La aplicacin de calor al tejido tumoral puede producir la destruccin del mismo. El en tratamiento de tumores profundos se ha propuesto sistemas especficos personalizados a la localizacin del tumor.

6. APLICACIONES CIENTFICAS. 6.1 Aceleradores de partculas.

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Desarrollados para el estudio de la estructura de la materia a nivel subatmico. Entre los laboratorios con aceleradores de partculas ms conocidos destacan el Fermilab en Batavia, el CERN con instalaciones en Suiza y Francia, el SLAC en San Francisco, el KEK en Tsukuba y el DESY en Hamburgo. 6.2 Tcnicas de espectroscopia. Entre las numerosas tcnicas de espectroscopias hay dos que se benefician de la tecnologa de microondas:

la espectroscopia por resonancia electrnica paramagntica (EPR) y la espectroscopia por resonancia

magntica nuclear (NMR). El espectro EPR se obtiene modificando la frecuencia del campo magntico o la

intensidad del campo magntico esttico. Este espectro permite identificar sustancias paramagnticas e

investigar la naturaleza de sus enlaces qumicos. La NMR se manifiesta cuando los tomos se someten

simultneamente a un campo magntico esttico intenso y un campo electromagntico de alta frecuencia.

NMR se emplean en anlisis qumicos.

6.3 Fabricacin de plasma.

Existen numerosas clases de plasma y distintas formas de generarlos. Los primeros se fabricaron mediante

descargas elctricas con voltajes de continua o bien alternos de baja frecuencia. En muchas aplicaciones, el

mejor procedimiento para obtener un plasma se basa en el uso de generadores de alta frecuencia. Donde

destaca la fabricacin de circuitos integrados, la generacin de partculas cargadas para aceleradores y la

investigacin en fusin nuclear.

BIBLIOGRAFA.

Miranda Jos Miguel. Ingeniera de Microondas. Edicin 2002.