La frecuencia superalta ( SHF ) es la designación de la UIT para las frecuencias de radio (RF) en el rango entre 3 y 30 gigahercios (GHz). Esta banda de frecuencias también se conoce como banda centimétrica u onda centimétrica , ya que las longitudes de onda varían de uno a diez centímetros. Estas frecuencias caen dentro de la banda de microondas , por lo que las ondas de radio con estas frecuencias se denominan microondas. La pequeña longitud de onda de las microondas permite que se dirijan en haces estrechos mediante antenas de apertura como antenas parabólicas y antenas de bocina , por lo que se utilizan para comunicaciones punto a punto y enlaces de datos [1] y para radar . Este rango de frecuencia se utiliza para la mayoría de los transmisores de radar , redes LAN inalámbricas , comunicaciones por satélite , enlaces de retransmisión de radio por microondas , teléfonos satelitales ( banda S ) y numerosos enlaces de datos terrestres de corto alcance. También se utilizan para calentar en el calentamiento industrial por microondas , diatermia médica , hipertermia por microondas para tratar el cáncer y para cocinar alimentos en hornos microondas .
Las frecuencias en el rango SHF a menudo se denominan por sus designaciones de banda de radar IEEE : banda S , C , X , K u , K o K a , o por designaciones similares de la OTAN o la UE.
Las microondas se propagan únicamente por línea de visión ; debido a la pequeña refracción debido a su corta longitud de onda, no se produce la onda terrestre ni la reflexión ionosférica ( onda ionosférica o propagación por "salto") observada con ondas de radio de frecuencia más baja. [2] Aunque en algunos casos pueden penetrar las paredes de los edificios lo suficiente para una recepción útil, generalmente se requieren derechos de paso sin obstáculos despejados hasta la primera zona de Fresnel . Las longitudes de onda son lo suficientemente pequeñas en frecuencias de microondas como para que la antena pueda ser mucho más grande que una longitud de onda, lo que permite construir antenas altamente direccionales (alta ganancia ) que pueden producir haces estrechos. Por lo tanto, se utilizan en enlaces de comunicaciones terrestres punto a punto , limitados por el horizonte visual a 30-40 millas (48-64 km). Estas antenas de alta ganancia permiten la reutilización de frecuencias por transmisores cercanos. También se utilizan para la comunicación con naves espaciales, ya que las ondas no se refractan (doblan) cuando pasan a través de la ionosfera como las frecuencias más bajas.
La longitud de onda de las ondas SHF crea fuertes reflejos en objetos metálicos del tamaño de automóviles, aviones, barcos y otros vehículos. Esto, junto con los estrechos anchos de haz que permiten las antenas de alta ganancia y la baja atenuación atmosférica en comparación con frecuencias más altas, hacen que las SHF sean las principales frecuencias utilizadas en el radar . La atenuación y la dispersión por la humedad en la atmósfera aumentan con la frecuencia, lo que limita el uso de frecuencias SHF altas para aplicaciones de largo alcance.
Las moléculas de vapor de agua dispersan aleatoriamente pequeñas cantidades de energía de microondas en la troposfera . Esto se utiliza en los sistemas de comunicaciones por dispersión troposférica , que funcionan a unos pocos GHz, para comunicarse más allá del horizonte. Un potente haz de microondas se dirige justo por encima del horizonte; a medida que pasa a través de la tropopausa, algunas de las microondas se dispersan de vuelta a la Tierra hasta un receptor situado más allá del horizonte. Se pueden alcanzar distancias de 300 km. Estas se utilizan principalmente para comunicaciones militares.
La longitud de onda de las ondas SHF es lo suficientemente corta como para que las antenas de transmisión eficientes sean lo suficientemente pequeñas como para ser montadas cómodamente en dispositivos portátiles, por lo que estas frecuencias se utilizan ampliamente para aplicaciones inalámbricas. Por ejemplo, una antena de látigo de cuarto de onda para la banda SHF tiene entre 2,5 y 0,25 centímetros de largo. Se han desarrollado antenas omnidireccionales para aplicaciones como dispositivos inalámbricos y teléfonos celulares que son lo suficientemente pequeñas como para ser encerradas dentro de la carcasa del dispositivo. La antena principal utilizada para estos dispositivos es la antena F invertida impresa (PIFA), que consiste en una antena monopolar doblada en forma de L, fabricada con una lámina de cobre en la placa de circuito impreso dentro del dispositivo. También se utilizan pequeños dipolos de manguito o monopolos de cuarto de onda . La antena de parche es otro tipo común, a menudo integrada en la piel de las aeronaves.
Las longitudes de onda también son lo suficientemente pequeñas como para que las ondas SHF puedan ser enfocadas en haces estrechos por antenas direccionales de alta ganancia de medio metro a cinco metros de diámetro. Las antenas directivas en frecuencias SHF son en su mayoría antenas de apertura , como antenas parabólicas (el tipo más común), antenas de lente , de ranura y de bocina . Las antenas parabólicas grandes pueden producir haces muy estrechos de unos pocos grados o menos, y a menudo deben apuntarse con la ayuda de un visor . Otro tipo de antena práctica en frecuencias de microondas es la matriz en fase , que consiste en muchos dipolos o antenas de parche en una superficie plana, cada una alimentada a través de un desfasador , que permite que el haz de la matriz se dirija electrónicamente. La longitud de onda corta requiere una gran rigidez mecánica en antenas grandes, para garantizar que las ondas de radio lleguen al punto de alimentación en fase.
En las frecuencias de microondas, los tipos de cable ( línea de transmisión ) que se utilizan para conducir ondas de radio de frecuencias más bajas, como el cable coaxial , tienen pérdidas de potencia elevadas. Por lo tanto, para transportar las microondas entre el transmisor o receptor y la antena con bajas pérdidas, se debe utilizar un tipo especial de tubo metálico llamado guía de ondas . Debido al alto coste y a los requisitos de mantenimiento de los tramos largos de guía de ondas, en muchas antenas de microondas la etapa de salida del transmisor o el extremo frontal de RF del receptor se encuentra en la antena.
Las frecuencias SHF ocupan un "punto óptimo" en el espectro radioeléctrico que actualmente está siendo explotado por muchos nuevos servicios de radio. [3] Son la banda de frecuencia más baja donde las ondas de radio pueden ser dirigidas en haces estrechos por antenas de tamaño conveniente para que no interfieran con transmisores cercanos en la misma frecuencia, permitiendo la reutilización de frecuencias. Por otro lado, son las frecuencias más altas que pueden usarse para comunicaciones terrestres de larga distancia; las frecuencias más altas en la banda EHF (ondas milimétricas) son altamente absorbidas por la atmósfera, limitando las distancias prácticas de propagación a un kilómetro o menos. La alta frecuencia proporciona a los enlaces de comunicación por microondas una capacidad de transporte de información muy grande ( ancho de banda ). En las últimas décadas se han desarrollado muchas nuevas fuentes de energía de microondas de estado sólido, y los circuitos integrados de microondas permiten por primera vez que se realice un procesamiento significativo de señales en estas frecuencias. Las fuentes de energía EHF son mucho más limitadas y se encuentran en un estado más temprano de desarrollo.