Superalta frecuencia ( SHF ) es la designación de la UIT para las radiofrecuencias (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 sean dirigidas 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 , 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 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 : S , C , X , Ku , K o K a , o por designaciones similares de la OTAN o la UE.
Las microondas se propagan únicamente por la línea de visión ; Debido a la pequeña refracción debida a su corta longitud de onda, la onda terrestre y la reflexión ionosférica ( onda ionosférica o propagación "saltada") que se observan con ondas de radio de baja frecuencia no ocurren. [2] Aunque en algunos casos pueden atravesar las paredes del edificio lo suficiente como para una recepción útil, generalmente se requieren derechos de paso sin obstáculos y autorizados a la primera zona de Fresnel . Las longitudes de onda son lo suficientemente pequeñas en las 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 a 40 millas (48 a 64 km). Estas antenas de alta ganancia permiten la reutilización de frecuencias por parte de transmisores cercanos. También se utilizan para la comunicación con naves espaciales, ya que las ondas no se refractan (doblan) al pasar 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 y los estrechos anchos de haz posibles con 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 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.
Pequeñas cantidades de energía de microondas son dispersadas aleatoriamente por moléculas de vapor de agua en la troposfera . Se utiliza en sistemas de comunicaciones de dispersión troposférica , que funcionan a unos pocos GHz, para comunicarse más allá del horizonte. Un potente rayo de microondas apunta justo por encima del horizonte; A medida que pasa por la tropopausa, algunas de las microondas se dispersan de regreso a la Tierra hacia un receptor más allá del horizonte. Se pueden alcanzar distancias de 300 km. Se utilizan principalmente para comunicaciones militares.
La longitud de onda de las ondas SHF es lo suficientemente corta como para que las antenas transmisoras eficientes sean lo suficientemente pequeñas como para montarlas 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 móviles que son lo suficientemente pequeñas como para caber 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 monopolo doblada en forma de L, fabricada con una lámina de cobre en la placa de circuito impreso dentro del dispositivo. También se utilizan dipolos de manga pequeña o monopolos de cuarto de onda . La antena de parche es otro tipo común, a menudo integrada en el revestimiento de los aviones.
Las longitudes de onda también son lo suficientemente pequeñas como para que las ondas SHF puedan enfocarse en haces estrechos mediante 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 lentes , ranuras y bocinas . Las grandes antenas parabólicas pueden producir haces muy estrechos de unos pocos grados o menos y, a menudo, deben apuntarse con la ayuda de una mira de puntería . Otro tipo de antena práctica en frecuencias de microondas es la matriz en fase , que consta de muchos dipolos o antenas de parche sobre una superficie plana, cada una alimentada a través de un desfasador , que permite dirigir electrónicamente el haz de la matriz. La longitud de onda corta requiere una gran rigidez mecánica en antenas grandes, para garantizar que las ondas de radio lleguen en fase al punto de alimentación.
En las frecuencias de microondas, los tipos de cable ( línea de transmisión ) utilizados para conducir ondas de radio de baja frecuencia, como el cable coaxial , tienen altas pérdidas de potencia. Por tanto, para transportar 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 costo y los requisitos de mantenimiento de los recorridos largos de guías de ondas, en muchas antenas de microondas la etapa de salida del transmisor o el extremo frontal de RF del receptor está ubicado en la antena.
Las frecuencias SHF ocupan un "punto óptimo" en el espectro radioeléctrico que actualmente están explotando muchos nuevos servicios de radio. [3] Son la banda de frecuencia más baja donde las ondas de radio pueden dirigirse en haces estrechos mediante antenas de tamaño conveniente para que no interfieran con los transmisores cercanos en la misma frecuencia, lo que permite la reutilización de frecuencia. Por otro lado, son las frecuencias más altas que se pueden utilizar para comunicaciones terrestres de larga distancia; Las frecuencias más altas en la banda EHF (onda milimétrica) son altamente absorbidas por la atmósfera, lo que limita las distancias prácticas de propagación a un kilómetro o menos. La alta frecuencia confiere a los enlaces de comunicación por microondas una gran capacidad de transporte de información ( ancho de banda ). En las últimas décadas se han desarrollado muchas nuevas fuentes de energía de microondas en estado sólido y los circuitos integrados de microondas permiten por primera vez realizar un procesamiento significativo de señales en estas frecuencias. Las fuentes de energía EHF son mucho más limitadas y se encuentran en un estado de desarrollo más temprano.