Engenharia de microondas: 5 fatores importantes relacionados a ela

Pontos de discussão

Introdução à Engenharia de Microondas

A faixa de frequência de micro-ondas é normalmente de 100 Mega Hertz a 1000 Giga Hertz. O alcance abrange não apenas o domínio de micro-ondas, mas também o domínio de radiofrequência. O domínio de micro-ondas típico tem uma faixa de frequência de 3 MHz a 300 GHz. O comprimento de onda elétrico correspondente situa-se entre 10 cm e 1 mm. Sinais com comprimentos de onda milimétricos são freqüentemente chamados de ondas milimétricas. Por causa da faixa de alta frequência, teoria dos circuitos problemas não podem resolver os problemas de engenharia de micro-ondas.

Os componentes de micro-ondas geralmente atuam como elementos distribuídos. Os fenômenos ocorrem quando a fase da corrente e da tensão varia. Em frequências mais baixas, o comprimento de onda fica maior. É por isso que há mudanças de fase insignificantes em toda a dimensão do dispositivo.

Os Teoremas de Maxwell são um dos teoremas mais usados ​​neste domínio.

Engenharia de Microondas

Radares detectores de aeronaves,

Crédito de imagem: BukvoedRadar-hatzerim-1-1CC BY-SA 3.0

Uma breve história da Engenharia de Microondas

A engenharia de micro-ondas é um dos jovens e prósperos campos da engenharia. O desenvolvimento começou há quase 50 anos. O progresso nesta era digital em vários campos está ajudando o domínio de microondas e RF a viver.

No ano de 1873, James Clerk Maxwell apresentou os fundamentos da Teoria Eletromagnética. Nos Estados Unidos, um laboratório único denominado Laboratório de Radiação foi criado no Instituto de Tecnologia de Massachusetts para estudar, pesquisar e desenvolver a Teoria do Radar. Vários cientistas renomados, incluindo HA Bethe, RH Dicke, II Rabi, JS Schwinger e vários cientistas proeminentes estavam lá para o desenvolvimento no campo de RF e Microondas naquela época.

As tecnologias de comunicação usando sistemas de microondas começaram a se desenvolver logo após a invenção do radar. As larguras de banda e a propagação da linha de visão das tecnologias de micro-ondas provaram ser necessárias para as comunicações terrestres e por satélite. Atualmente as pesquisas estão em andamento no desenvolvimento de componentes econômicos miniaturizados de microondas.

Engenharia de Microondas
Antena de radar marítimo comercial, crédito da imagem: amado44Radar marítimo giratório - antena guia de ondas giratóriaCC BY-SA 3.0

Propriedades das microondas

Engenharia de microondas lida com sinais de microondas. Vamos analisar algumas das características do domínio de microondas. 

  1. Os sinais de microondas têm comprimentos de onda mais curtos.
  2. A ionosfera não pode refletir o microondas.
  3. Os sinais de microondas são refletidos pelas superfícies condutoras.
  4. Os sinais de microondas são atenuados facilmente em distâncias mais curtas.
  5. Uma fina camada de cabo é suficiente para a transmissão de sinais de microondas.

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Vantagens e desvantagens da engenharia de microondas

Engenharia de microondas apresenta suas vantagens e desvantagens. Eles são discutidos nas seções posteriores.

Vantagens da Engenharia de Microondas

As microondas têm várias vantagens em relação a quaisquer outros domínios. Vamos discutir alguns deles.

  1. O micro-ondas tem uma largura de banda mais ampla. Assim, mais dados podem ser transmitidos. Para esta vantagem, os sinais de microondas são usados ​​em comunicações ponto a ponto.
  2. As antenas de micro-ondas têm maior ganho.
  3. O tamanho da antena diminui à medida que as frequências são mais altas e o comprimento de onda é mais curto.
  4. Como o microondas está em HF para VHF, uma quantidade muito pequena de energia é consumida.
  5. Os sinais de micro-ondas permitem ter uma área de reflexão efetiva para os sistemas de radar.
  6. A propagação da linha de visão ajuda a reduzir o efeito de desbotamento.

Desvantagens das Microondas

A engenharia de microondas também tem algumas limitações. Vamos discutir alguns deles.

  1. Os recursos de microondas são significativamente mais caros. Além disso, as taxas de instalação são altas para vários tipos de equipamento.
  2. Os dispositivos e sistemas de micro-ondas são significativos e ocupam mais espaço. No entanto, pesquisas estão em andamento para dispositivos com menor consumo de espaço.
  3. Sistemas de microondas algumas vezes sofrem interferência eletromagnética.
  4. Pode causar ineficiência devido à energia elétrica.

Aplicações da Engenharia de Microondas

Altas frequências e comprimentos de onda mais curtos de sistemas de micro-ondas criam dificuldades na análise de circuito. Mas essas características únicas oferecem oportunidades para a aplicação do sistema de micro-ondas. As considerações abaixo mencionadas podem ser úteis para as práticas.

  • A antena tem a propriedade de que o ganho da antena está proporcionalmente relacionado ao tamanho da antena. Agora, para maior frequência operacional, o ganho da antena é comparativamente maior para um determinado tamanho de antena física. Também tem consequências significativas ao implementar um sistema de microondas.
  • Mais largura de banda (que está diretamente relacionada à taxa de dados) é obtida em frequências mais altas. 1% BW de 500 Mega Hertz significa 5 Mega Hertz. Ele pode fornecer taxa de dados em torno de 5 Megabytes por segundo.
  • As microondas têm a propriedade de linha de visão e a ionosfera não pode refleti-las.
  • Uma das propriedades dos sinais de micro-ondas, aliada a um ganho de antenas, torna-o único e preferível.
  • Diferentes tipos de ressonâncias como molecular, atômica e nuclear acontecem em microondas faixas de frequência. Isso abre o campo para várias aplicações em ciência básica, sensoriamento remoto, ciência médica etc.
  1. A principal aplicação de RF e micro-ondas no mundo de hoje é em tecnologias sem fio. Tecnologias como - comunicações sem fio, redes sem fio, sistemas de segurança sem fio, sistemas de radar, engenharia médica e sensoriamento remoto.
    • O sistema de telefonia moderno é desenvolvido com o conceito de reutilização de freqüência celular, proposto em 1947 nos laboratórios Bell. Mas foi praticamente implementado no ano de 1970. Nesse ínterim, a demanda por comunicação sem fio aumentou e a miniaturização dos dispositivos foi desenvolvida. Posteriormente, várias comunicações como - 2G, 2.5G, 3G, 3.5G, 3.75G, 4G foram desenvolvidas usando o sistema de microondas.
  2. As comunicações por satélite também dependem de RF e tecnologias de microondas. Os satélites foram desenvolvidos para fornecer dados de celular, vídeos, conexões de dados para todo o mundo. Pequenos sistemas de satélite, como GPS e DBS, estão indo muito bem.
  3. Redes locais sem fio ou WLANs conectam computadores a uma curta distância e fornecem rede de alta velocidade. É também uma aplicação de microondas. A demanda por WLANs está aumentando dia a dia e também terá alta demanda no futuro.
  4. Outra aplicação das microondas é o rádio de banda ultralarga. Aqui, o sinal de transmissão ocupa uma vasta banda de frequência, mas tem um baixo nível de potência. É uma precaução para evitar interferência com outros sistemas.
  5. Aplicações de radar e militares: os sistemas de radar têm várias aplicações em Campos de Defesa e Militant, também em campos lucrativos e baseados em pesquisa. O radar é normalmente usado para detectar e marcar quaisquer objetos estranhos dentro do território do usuário no ar e no solo. Ele também é usado no controle de mísseis e controle de fogo.
  6. No campo comercial, os sistemas de radar são usados ​​em ATC (controle de tráfego aéreo), detecção de movimento (como abertura e fechamento de porta, alarmes de segurança), prevenção de colisão de veículos, medição da distância de um ponto.
  7. A radiometria de micro-ondas é outra aplicação.
477px LNB desmontado 1

Circuito Microstrip para televisão por satélite

Crédito de imagem:Mapa de satéliteLNB desmontado, marcado como domínio público, mais detalhes sobre Wikimedia Commons

Perguntas frequentes sobre engenharia de microondas

1. Qual é a faixa de frequência para RF e microondas?

  • Responda: RF varia de 30 MHz a 300 MHz, e Microondas varia de 300 MHz a 300 GHz.

2. Quais são as bandas de frequência das microondas?

  • Responda: Existem 13 bandas de frequência diferentes na faixa de microondas. A lista abaixo os ilustra.
Nome da bandaFaixa de freqüênciaFaixa de comprimento de onda
Banda L1 Gigahertz - 2 Gigahertz15 cm a 30 cm
Banda D110 Gigahertz- 170 Gigahertz1.8 mm a 2.7 mm
Banda ku12 Gigahertz - 18 Gigahertz16.7 mm a 25 mm
Banda K18 Gigahertz - 26.5 Gigahertz11.3 mm a 16.7 mm
S-Band2 Gigahertz - 4 Gigahertz7.5 cm a 15 cm
Ka-Band26.5 Gigahertz - 40 Gigahertz5 mm a 11.3 mm
Banda Q33 Gigahertz - 50 Gigahertz6 mm a 9 mm
Banda C4 Gigahertz - 8 Gigahertz3.75 cm a 7.5 cm
Banda U40 Gigahertz - 60 Gigahertz5 mm a 7.5 mm
Banda V50 Gigahertz - 75 Gigahertz4 mm a 6 mm
Banda W75 Gigahertz - 110 Gigahertz2.7 mm a 4.0 mm
Banda X8 Gigahertz - 12 Gigahertz25 cm a 37.5 cm
Banda F90 Gigahertz - 110 Gigahertz2.1 mm a 3.3 mm

3. Mencione algumas desvantagens das microondas.

  • Responda: A engenharia de microondas também tem algumas limitações. Vamos discutir alguns deles.
  1. Os recursos de microondas são significativamente mais caros. Além disso, as taxas de instalação são altas para vários tipos de equipamento.
  2. Os dispositivos e sistemas de micro-ondas são significativos e ocupam mais espaço. No entanto, pesquisas estão em andamento para dispositivos com menor consumo de espaço.
  3. Sistemas de microondas algumas vezes sofrem interferência eletromagnética.
  4. Pode causar ineficiência devido à energia elétrica.

Imagem da capa por: PERSONALIZAÇÃO DE JANELA