Frecuencia extremadamente alta
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Frecuencia extremadamente alta
Frecuencia extremadamente alta (UIT)
Rango de frecuencia30 a 300 GHz
Rango de onda10-1 mm
Bandas relacionadas
  • K  / L  / M (OTAN)
  • K a  / V  / W  / mm (IEEE)
Banda milimétrica (IEEE)
Rango de frecuencia110 a 300 GHz
Rango de onda2,73 hasta 1 mm
Bandas relacionadasEHF (IEEE)
Bandas de radio
ITU
1 (ELF) 2 (SLF) 3 (ULF) 4 (VLF)
5 (LF) 6 (frecuencia intermedia) 7 (HF) 8 (VHF)
9 (UHF) 10 (SHF) 11 (EHF) 12 (THF)
ECM UE / OTAN / EE. UU.
IEEE
Otra TV y radio
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La frecuencia extremadamente alta ( EHF ) es la designación de la Unión Internacional de Telecomunicaciones (UIT) para la banda de radiofrecuencias en el espectro electromagnético de 30 a 300 gigahercios (GHz). Se encuentra entre la banda de frecuencia súper alta y la banda del infrarrojo lejano , cuya parte inferior es la banda de terahercios . Las ondas de radio en esta banda tienen longitudes de onda de diez a un milímetro, por lo que también se llama banda milimétrica y la radiación en esta banda se llama ondas milimétricas , a veces abreviadas MMW.o mmWave . Las ondas electromagnéticas de longitud milimétrica fueron investigadas por primera vez por el físico indio Jagadish Chandra Bose durante 1894-1896, cuando alcanzó los 60  GHz en sus experimentos. [1]

En comparación con las bandas inferiores, las ondas de radio de esta banda tienen una alta atenuación atmosférica : son absorbidas por los gases de la atmósfera. Por lo tanto, tienen un alcance corto y solo se pueden usar para comunicaciones terrestres para distancias de hasta aproximadamente un kilómetro. La absorción aumenta con la frecuencia hasta que en el extremo superior de la banda las ondas se atenúan a cero en unos pocos metros. La absorción por la humedad en la atmósfera es significativa excepto en ambientes desérticos, y la atenuación por la lluvia ( desvanecimiento por lluvia ) es un problema serio incluso en distancias cortas. Sin embargo, el rango de propagación corto permite distancias de reutilización de frecuencia más pequeñas que las frecuencias más bajas. La longitud de onda corta permite que las antenas de tamaño modesto tengan un ancho de haz pequeño, aumentando aún más el potencial de reutilización de la frecuencia. Las ondas milimétricas se utilizan para radares militares de control de incendios , escáneres de seguridad de aeropuertos , redes inalámbricas de corto alcance e investigación científica.

En una nueva aplicación importante de ondas milimétricas, ciertos rangos de frecuencia cerca de la parte inferior de la banda se están utilizando en la última generación de redes de telefonía celular, las redes 5G . [2] El diseño de circuitos y subsistemas de ondas milimétricas (como antenas, amplificadores de potencia, mezcladores y osciladores) también presenta serios desafíos para los ingenieros debido a limitaciones de semiconductores y procesos, limitaciones del modelo y factores Q deficientes de los dispositivos pasivos. [3]

Propagación

Atenuación atmosférica en dB / km en función de la frecuencia en la banda EHF. Los picos de absorción a frecuencias específicas son un problema, debido a los componentes de la atmósfera como el vapor de agua (H 2 O) y el oxígeno molecular (O 2 ). La escala vertical es exponencial.

Las ondas milimétricas se propagan únicamente por caminos de línea de visión . No se reflejan en la ionosfera ni viajan a lo largo de la Tierra como las ondas terrestres como lo hacen las ondas de radio de baja frecuencia. [4] A densidades de potencia típicas, los muros de construcción los bloquean y sufren una atenuación significativa al atravesar el follaje. [4] [5] [6] La absorción por los gases atmosféricos es un factor significativo en toda la banda y aumenta con la frecuencia. Sin embargo, esta absorción es máxima en unas pocas líneas de absorción específicas , principalmente las de oxígeno a 60 GHz y vapor de agua a 24 GHz y 184 GHz. [5]En las frecuencias en las "ventanas" entre estos picos de absorción, las ondas milimétricas tienen mucha menos atenuación atmosférica y mayor alcance, por lo que muchas aplicaciones usan estas frecuencias. Las longitudes de onda milimétricas son del mismo orden de tamaño que las gotas de lluvia , por lo que la precipitación causa una atenuación adicional debido a la dispersión ( desvanecimiento de la lluvia ), así como a la absorción. [5] [6] La elevada pérdida de espacio libre y la absorción atmosférica limitan la propagación útil a unos pocos kilómetros. [4] Por lo tanto, son útiles para redes de comunicaciones densamente empaquetadas, como las redes de área personal, que mejoran la utilización del espectro mediante la reutilización de frecuencias . [4]

Las ondas milimétricas muestran características de propagación "ópticas" y pueden ser reflejadas y enfocadas por pequeñas superficies metálicas y lentes dieléctricas de alrededor de 5 a 30 cm (2 pulgadas a 1 pie) de diámetro. Debido a que sus longitudes de onda son a menudo mucho más pequeñas que el equipo que las manipula, se pueden utilizar las técnicas de óptica geométrica . La difracción es menor que en las frecuencias más bajas, aunque las ondas milimétricas pueden difractarse por los bordes de los edificios. En longitudes de onda milimétricas, las superficies parecen más rugosas, por lo que aumenta la reflexión difusa . [4] La propagación por trayectos múltiples , en particular el reflejo de las paredes y superficies interiores, provoca una decoloración grave. [6] [7] Desplazamiento Dopplerde frecuencia puede ser significativa incluso a velocidades de peatones. [4] En los dispositivos portátiles, las sombras debidas al cuerpo humano son un problema. Dado que las ondas penetran en la ropa y su pequeña longitud de onda les permite reflejarse en pequeños objetos metálicos, se utilizan en escáneres de ondas milimétricas para el escaneo de seguridad de los aeropuertos.

Aplicaciones

Investigación científica

Parte del Atacama Large Millimeter Array (ALMA), un radiotelescopio de ondas milimétricas

Esta banda se usa comúnmente en radioastronomía y teledetección . La radioastronomía terrestre se limita a sitios de gran altitud como Kitt Peak y Atacama Large Millimeter Array ( ALMA ) debido a problemas de absorción atmosférica.

La teledetección por satélite cerca de 60 GHz puede determinar la temperatura en la atmósfera superior midiendo la radiación emitida por las moléculas de oxígeno que es función de la temperatura y la presión. La asignación de frecuencia pasiva no exclusiva de la UIT a 57–59,3 GHz se utiliza para la vigilancia atmosférica en aplicaciones de detección meteorológica y climática y es importante para estos fines debido a las propiedades de absorción y emisión de oxígeno en la atmósfera terrestre. Sensores satelitales estadounidenses actualmente en funcionamiento, como la Unidad de Sondeo Avanzado de Microondas (AMSU) en un satélite de la NASA (Aqua) y cuatro satélites NOAA (15-18) y el sensor especial de microondas / generador de imágenes(SSMI / S) en el satélite F-16 del Departamento de Defensa hacen uso de este rango de frecuencia. [8]

Telecomunicaciones

En los Estados Unidos, la banda 36,0–40,0 GHz se utiliza para enlaces de datos de microondas de alta velocidad con licencia, y la banda de 60 GHz se puede utilizar para enlaces de datos de corto alcance (1,7 km) sin licencia con un rendimiento de datos de hasta 2,5 Gbit / s. Se usa comúnmente en terrenos planos.

Las bandas 71–76, 81–86 y 92–95 GHz también se utilizan para enlaces de comunicación punto a punto de gran ancho de banda. Estas frecuencias más altas no sufren de absorción de oxígeno, pero requieren una licencia de transmisión en los EE. UU. De la Comisión Federal de Comunicaciones (FCC). También hay planes para enlaces de 10 Gbit / s que utilicen estas frecuencias. En el caso de la banda de 92 a 95 GHz, se ha reservado un pequeño rango de 100 MHz para radios espaciales, lo que limita este rango reservado a una velocidad de transmisión de menos de unos pocos gigabits por segundo. [9]

Un enlace MMW sin cables instalado en los Emiratos Árabes Unidos instalado para aplicaciones de Ciudad Segura , que proporciona una capacidad de 1 Gbit / s entre sitios. Los enlaces son rápidos de implementar y tienen un costo menor que la fibra óptica.

Básicamente, la banda no está desarrollada y está disponible para su uso en una amplia gama de nuevos productos y servicios, incluidas las redes de área local inalámbricas punto a punto de alta velocidad y el acceso a Internet de banda ancha . WirelessHD es otra tecnología reciente que opera cerca del rango de 60 GHz. Las características de la señal de "haz de lápiz", altamente direccional, permiten que diferentes sistemas funcionen cerca unos de otros sin causar interferencias. Las aplicaciones potenciales incluyen sistemas de radar con muy alta resolución.

Los estándares de Wi-Fi IEEE 802.11ad e IEEE 802.11ay operan en el espectro de 60 GHz ( banda V ) para lograr velocidades de transferencia de datos de hasta 7 Gbit / sy al menos 20 Gbit / s , respectivamente.

Los usos de las bandas de ondas milimétricas incluyen comunicaciones punto a punto, enlaces entre satélites y comunicaciones punto a multipunto . Hay planes tentativos para utilizar ondas milimétricas en futuros teléfonos móviles 5G . [10] Además, el uso de bandas de ondas milimétricas para la comunicación vehicular también está emergiendo como una solución atractiva para apoyar las comunicaciones vehiculares (semi) autónomas. [11]

Las longitudes de onda más cortas en esta banda permiten el uso de antenas más pequeñas para lograr la misma alta directividad y alta ganancia que las más grandes en bandas más bajas. La consecuencia inmediata de esta alta directividad, junto con la gran pérdida de espacio libre en estas frecuencias, es la posibilidad de un uso más eficiente de las frecuencias para aplicaciones punto a multipunto. Dado que se puede colocar un mayor número de antenas altamente directivas en un área determinada, el resultado neto es una mayor reutilización de frecuencias y una mayor densidad de usuarios. La alta capacidad de canal utilizable en esta banda podría permitirle dar servicio a algunas aplicaciones que de otro modo utilizarían comunicación de fibra óptica o enlaces muy cortos, como para la interconexión de placas de circuito. [12]

Sistemas de armas

Radar de control de fuego de ondas milimétricas para el cañón CIWS en el portaaviones soviético Minsk

El radar de ondas milimétricas se utiliza en radares de control de fuego de corto alcance en tanques y aviones, y cañones automáticos ( CIWS ) en barcos navales para derribar misiles entrantes. La pequeña longitud de onda de las ondas milimétricas les permite rastrear el flujo de balas salientes, así como el objetivo, lo que permite que el sistema de control de incendios de la computadora cambie el objetivo para unirlos. [ cita requerida ]

Con Raytheon, la Fuerza Aérea de EE. UU. Ha desarrollado un sistema de armas antipersonal no letal llamado Active Denial System (ADS) que emite un haz de ondas de radio milimétricas con una longitud de onda de 3 mm (frecuencia de 95 GHz). [13] El arma hace que una persona en el rayo sienta un intenso dolor ardiente, como si su piel fuera a incendiarse. La versión militar tenía una potencia de salida de 100 kilovatios (kW), [14] y una versión de aplicación de la ley más pequeña, llamada Silent Guardian que fue desarrollada por Raytheon más tarde, tenía una potencia de salida de 30 kW. [15]

Control de seguridad

Artículo principal: escáner de ondas milimétricas

La ropa y otros materiales orgánicos son transparentes a las ondas milimétricas de ciertas frecuencias, por lo que una aplicación reciente ha sido los escáneres para detectar armas y otros objetos peligrosos que se llevan debajo de la ropa, para aplicaciones como la seguridad aeroportuaria. [16] Los defensores de la privacidad están preocupados por el uso de esta tecnología porque, en algunos casos, permite a los inspectores ver a los pasajeros del aeropuerto como si no tuvieran ropa.

La TSA ha desplegado escáneres de ondas milimétricas en muchos aeropuertos importantes.

Antes de una actualización de software, la tecnología no enmascaraba ninguna parte de los cuerpos de las personas que estaban siendo escaneadas. Sin embargo, los rostros de los pasajeros fueron enmascarados deliberadamente por el sistema. Los técnicos revisaron las fotos en una habitación cerrada y luego las borraron inmediatamente después de completar la búsqueda. Los defensores de la privacidad están preocupados. "Nos estamos acercando cada vez más a un registro obligatorio para abordar un avión", dijo Barry Steinhardt, de la Unión Estadounidense de Libertades Civiles. [17] Para abordar este problema, las actualizaciones han eliminado la necesidad de un oficial en un área de visualización separada. El nuevo software genera una imagen genérica de un ser humano. No hay diferenciación anatómica entre hombre y mujer en la imagen, y si se detecta un objeto, el software solo presenta un cuadro amarillo en el área. Si el dispositivo no detecta nada de interés, no se presenta ninguna imagen. [18] Los pasajeros pueden rechazar el escaneo y ser examinados a través de un detector de metales y registrados. [ cita requerida ]

Tres escáneres de seguridad que utilizan ondas milimétricas se pusieron en funcionamiento en el aeropuerto de Schiphol en Ámsterdam el 15 de mayo de 2007, y se espera que se instalen más posteriormente. La cabeza del pasajero está oculta a la vista del personal de seguridad.

Según Farran Technologies, un fabricante de un modelo de escáner de ondas milimétricas, existe la tecnología para extender el área de búsqueda hasta 50 metros más allá del área de escaneo, lo que permitiría a los trabajadores de seguridad escanear una gran cantidad de personas sin que se den cuenta de que están siendo escaneados. [19]

Medición de espesores

Estudios recientes en la Universidad de Lovaina han demostrado que las ondas milimétricas también se pueden utilizar como un medidor de espesor no nuclear en varias industrias. Las ondas milimétricas proporcionan una forma limpia y sin contacto de detectar variaciones de espesor. Las aplicaciones prácticas de la tecnología se centran en la extrusión de plásticos , la fabricación de papel , la producción de vidrio y la producción de lana mineral .

Medicamento

La radiación electromagnética de baja intensidad (generalmente 10 mW / cm 2 o menos) de frecuencia extremadamente alta puede usarse en medicina humana para el tratamiento de enfermedades . Por ejemplo, "Una breve exposición a MMW de baja intensidad puede cambiar las tasas de crecimiento y proliferación celular , la actividad de las enzimas , el estado del aparato genético celular, la función de las membranas excitables y los receptores periféricos". [20] Este tratamiento está particularmente asociado con el rango de 40 a 70 GHz . [21] Este tipo de tratamiento puede denominarse terapia de ondas milimétricas (MMW) o terapia de frecuencia extremadamente alta (EHF) .[22] Este tratamiento está asociado con las naciones de Europa oriental (por ejemplo, lasnaciones de laex URSS ). [20] The Russian Journal Ondas milimétricas en biología y medicina estudia la base científica y las aplicaciones clínicas de la terapia de ondas milimétricas. [23]

Radar de velocidad de la policía

La policía de tránsito utiliza cañones de radar de detección de velocidad en la banda Ka (33,4–36,0 GHz). [24]

Ver también

  • Blindaje electromagnético
  • Diario de ondas infrarrojas, milimétricas y de terahercios
  • Efecto de filo de cuchillo
  • Microonda
  • Radiación de terahercios

Referencias

  1. ^ "Hitos: primeros experimentos de comunicación de ondas milimétricas por JC Bose, 1894-96" . Lista de hitos de IEEE . Instituto de Ingenieros Eléctricos y Electrónicos . Consultado el 1 de octubre de 2019 .
  2. ^ Transmisión y recepción de radio del equipo de usuario (UE); Parte 3: Interfuncionamiento de rango 1 y rango 2 con otras radios (PDF) (Especificaciones técnicas). 3GPP TS 38.101-3 versión 15.2.0 Release 15. ETSI. Julio de 2018. p. 11 . Consultado el 5 de diciembre de 2019 .
  3. ↑ du Preez, Jaco; Sinha, Saurabh (2017). Amplificadores de potencia de ondas milimétricas . Saltador. págs. 1-35. ISBN 978-3-319-62166-1.
  4. ^ a b c d e f Huang, Kao-Cheng; Zhaocheng Wang (2011). Sistemas de comunicación de ondas milimétricas . John Wiley e hijos. pp. Secciones 1.1.1–1.2. ISBN 978-1-118-10275-6.
  5. ^ a b c "Propagación de ondas milimétricas: implicaciones de la gestión del espectro" (PDF) . Oficina de Ingeniería y Tecnología, Boletín No. 70. Comisión Federal de Comunicaciones (FCC), Departamento de Comercio de EE. UU. Julio de 1997 . Consultado el 20 de mayo de 2017 . Cite journal requiere |journal=( ayuda )
  6. ^ a b c du Preez, Jaco; Sinha, Saurabh (2016). Antenas de onda milimétrica: configuraciones y aplicaciones . Saltador. págs. 13-14. ISBN 978-3319350684.
  7. ^ Seybold, John S. (2005). Introducción a la propagación de RF . John Wiley e hijos. págs. 55–58. ISBN 0471743682.
  8. ^ FCC.gov [ enlace muerto permanente ] , Comentarios de IEEE Geoscience and Remote Sensing Society, FCC RM-11104, 17/10/07
  9. ^ Rfdesign.com Archivado el 16 de julio de 2012 en Wayback Machine , tecnología inalámbrica multigigabit a 70 GHz, 80 GHz y 90 GHz, diseño de RF , mayo de 2006
  10. ^ Rappaport, TS; Sun, Shu; Mayzus, R .; Zhao, Hang; Azar, Y .; Wang, K .; Wong, GN; Schulz, JK; Samimi, M. (1 de enero de 2013). "Comunicaciones móviles de onda milimétrica para 5G celular: ¡funcionará!" . Acceso IEEE . 1 : 335–349. doi : 10.1109 / ACCESS.2013.2260813 . ISSN 2169-3536 . 
  11. ^ Asadi, Arash; Klos, Sabrina; Sim, Gek Hong; Klein, Anja; Hollick, Matthias (15 de abril de 2018). "FML: aprendizaje automático rápido para comunicaciones vehiculares 5G mmWave" . IEEE Infocom'18 .
  12. ^ Peter Smulders (2013). "El camino hacia la tecnología inalámbrica de 100 Gb / s y más: cuestiones básicas y direcciones clave". Revista de comunicaciones IEEE . 51 (12): 86–91. doi : 10.1109 / MCOM.2013.6685762 .Mantenimiento de CS1: utiliza el parámetro de autores ( enlace )
  13. ^ "Presentación de diapositivas: Diga hola al arma de adiós" . Cableado . 5 de diciembre de 2006 . Consultado el 16 de agosto de 2016 .
  14. ^ "Sistema de negación activa: un disuasivo militar basado en terahercios para el control seguro de multitudes" . Terasense Group Inc. 2019-05-29 . Consultado el 3 de mayo de 2020 .
  15. ↑ Hambling, David (8 de mayo de 2009). "Se avecina la primera venta comercial de ' Pain ray'" . Cableado . Consultado el 3 de mayo de 2020 .
  16. ^ Newscientisttech.com Archivado el 11 de marzo de 2007 en la Wayback Machine.
  17. ^ Frank, Thomas (18 de febrero de 2009). "Los escáneres corporales reemplazan a los detectores de metales en las pruebas en el aeropuerto de Tulsa" . USA Today . Consultado el 2 de mayo de 2010 .
  18. ^ "Declaración de Robert Kane a la Cámara de Representantes" (PDF) . 2011-11-03. pag. 2. Archivado desde el original (PDF) el 25 de noviembre de 2011.
  19. ^ esa. "Bat inspira la tecnología espacial para la seguridad aeroportuaria" . esa.int . Consultado el 7 de abril de 2018 .
  20. ↑ a b Pakhomov, AG, Murphy, PR (2000). "Ondas milimétricas de baja intensidad como novedosa modalidad terapéutica". Transacciones IEEE sobre ciencia del plasma . 28 (1): 34–40. Código Bibliográfico : 2000ITPS ... 28 ... 34P . doi : 10.1109 / 27.842821 . S2CID 22730643 . Mantenimiento de CS1: utiliza el parámetro de autores ( enlace )
  21. ↑ Betskii, OV, Devyatkov, ND, Kislov, V. (2000). "Ondas milimétricas de baja intensidad en medicina y biología" . Revisiones críticas en ingeniería biomédica . Begellhouse.com. 28 (1 y 2): 247–268. doi : 10.1615 / CritRevBiomedEng.v28.i12.420 . PMID 10999395 . Mantenimiento de CS1: utiliza el parámetro de autores ( enlace )
  22. ^ M. Rojavin, M. Ziskin (1998). "Aplicación médica de ondas milimétricas" . QJM: una revista internacional de medicina . 91 (1): 57–66. doi : 10.1093 / qjmed / 91.1.57 . PMID 9519213 . Mantenimiento de CS1: utiliza el parámetro de autores ( enlace )
  23. ^ Benran.ru Archivado el 18 de julio de 2011 en la Wayback Machine.
  24. ^ "Bandas de frecuencia de radio y radar" . copradar.com . Consultado el 30 de abril de 2020 .

enlaces externos

  • Boletín de la FCC sobre la propagación de MMW
  • Descripción general de FCC 70/80/90 GHz.
  • Reglas de la FCC 57–64 GHz.
  • Definición de bandas de frecuencia (VLF, ELF ... etc.)
  • Patente de EE. UU. 7220488 - Protector de campo magnético deflector
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