Microondas para niños

Las microondas son un tipo de onda electromagnética, como la luz o las ondas de radio. Su nombre, "microondas", significa "ondas pequeñas" porque tienen una longitud de onda más corta que otras ondas de radio. Generalmente, se encuentran en un rango de frecuencias entre 300 MHz y 300 GHz. Esto significa que su longitud de onda puede ir desde 1 metro hasta 1 mm.

Estas ondas forman parte del espectro electromagnético y se usan en muchas tecnologías que usamos a diario. Por ejemplo, son las que calientan la comida en tu horno de microondas, permiten que tu teléfono móvil funcione y ayudan a los radares a detectar objetos.

La idea de que existen las ondas electromagnéticas fue propuesta por James Clerk Maxwell en 1864. Años después, en 1888, Heinrich Rudolf Hertz demostró su existencia construyendo un aparato que podía generar y detectar estas ondas.

Las microondas se pueden producir de varias maneras. Algunas formas usan materiales semiconductores, como los que se encuentran en los chips de los ordenadores. Otros métodos usan dispositivos especiales llamados "tubos de vacío", que son como bombillas grandes donde los electrones se mueven de forma controlada. Ejemplos de estos tubos son el magnetrón (usado en los hornos de microondas) y el klistrón.

¿Cómo se propagan las microondas?

Este gráfico muestra cómo la atmósfera absorbe las microondas y la radiación infrarroja. Las zonas bajas indican frecuencias donde las microondas son más absorbidas.

A diferencia de las ondas de radio de baja frecuencia, las microondas viajan en línea recta, como un rayo de luz. No siguen la curvatura de la Tierra ni rebotan en la ionosfera (una capa de la atmósfera). Por eso, para que las microondas viajen de un lugar a otro, necesitan tener una "línea de visión" despejada, es decir, que no haya obstáculos grandes en el camino.

Esto significa que en la superficie de la Tierra, las comunicaciones por microondas están limitadas por el horizonte, a unos 30 a 40 kilómetros. Además, la humedad en el aire, como la lluvia, puede absorber las microondas, especialmente las de mayor frecuencia. Por encima de los 40 GHz, los gases de la atmósfera también empiezan a absorberlas, limitando aún más su alcance.

¿Qué es la dispersión troposférica?

Existe una técnica especial llamada dispersión troposférica (o troposcatter). Cuando un haz de microondas se dirige hacia el cielo, una pequeña parte de su energía se dispersa (se desvía) al pasar por la troposfera (la parte más baja de la atmósfera). Un receptor sensible puede captar esta señal dispersa, permitiendo la comunicación a distancias mayores que el horizonte, ¡hasta unos 300 kilómetros!

¿De dónde viene la palabra "microondas"?

La palabra "microondas" viene de dos partes:

• El prefijo "Micro-", que viene del griego "μικρό" (mikró) y significa "pequeño".
• La palabra "ondas".

Así que, literalmente, las microondas son "pequeñas ondas".

¿Cómo se generan las microondas?

Interior de un magnetrón, como el de un horno de microondas (izquierda). Un divisor de antena que usa la tecnología de microstrip (derecha).

Interior de un radar de control de velocidad. La pieza gris conectada a la antena de bocina de color cobre es el diodo Gunn que genera las microondas.

Para generar microondas de alta potencia, se usan los "tubos de vacío" que mencionamos antes, como el magnetrón, el klistrón, el tubo de onda progresiva (TWT) y el girotrón. Estos dispositivos funcionan controlando el movimiento de los electrones en un espacio sin aire.

Para microondas de baja potencia, se usan dispositivos de estado sólido, que son más pequeños y eficientes. Estos incluyen transistores de efecto de campo y diodos Gunn.

Además, todos los objetos calientes emiten una pequeña cantidad de radiación de microondas, dependiendo de su temperatura. Por eso, los científicos usan "radiómetros de microondas" para medir la temperatura de objetos o del terreno. Incluso el Sol y otras fuentes en el espacio emiten microondas, que son estudiadas por los radioastrónomos con radiotelescopios. La radiación cósmica de fondo de microondas (CMBR) es un ejemplo famoso, un débil "ruido" de microondas que llena el espacio y nos da pistas sobre el origen del Universo.

Antenas para microondas

Las guía de ondas se usan para transportar microondas. Aquí se ve una guía de ondas y un diplexor en un radar de control de tráfico aéreo.

Como las microondas tienen una longitud de onda corta, las antenas para dispositivos portátiles pueden ser muy pequeñas, de solo unos pocos centímetros. Por eso, las microondas se usan mucho en aparatos inalámbricos como teléfonos móviles, teléfonos inalámbricos y LAN inalámbrica (Wi-Fi) para conectar ordenadores portátiles y auriculares Bluetooth.

La corta longitud de onda también permite que las antenas creen haces de microondas muy estrechos y potentes. Esto es útil para las comunicaciones de punto a punto (como las torres de telefonía) y para el radar. Una ventaja de estos haces estrechos es que no interfieren con otros equipos cercanos que usen la misma frecuencia. Las antenas parabólicas (los "platos") son las más comunes para microondas, pero también se usan otros tipos como las antenas de bocina.

Para transportar microondas desde y hacia las antenas, se usan tubos metálicos especiales llamados guías de ondas, ya que los cables normales tendrían demasiadas pérdidas de energía a estas frecuencias.

Usos de las microondas

Las microondas tienen muchísimos usos en nuestra vida diaria y en la tecnología avanzada:

• Hornos de microondas: Son el uso más conocido. Un magnetrón produce microondas a una frecuencia de 2.45 GHz. Estas ondas hacen vibrar las moléculas de agua en los alimentos, lo que genera calor y los cocina rápidamente.
• Telecomunicaciones: Las microondas atraviesan la atmósfera con poca interferencia, lo que las hace ideales para la radiodifusión. También tienen mucho más espacio para transmitir información (mayor ancho de banda) que otras ondas de radio. Se usan en:

* Televisión: Para transmitir señales desde lugares remotos a las estaciones de televisión. * Redes inalámbricas: Como el Wi-Fi (protocolos 802.11g y 802.11b/a). * Televisión por cable e Internet por cable: Usan las frecuencias más bajas de microondas. * Telefonía celular: Muchas redes de teléfonos móviles usan microondas.

• Radar: Se usan para detectar la distancia, velocidad y otras características de objetos lejanos, como aviones, barcos o incluso para el radar meteorológico que predice el tiempo.
• Máser: Es un dispositivo similar a un láser, pero que amplifica las microondas en lugar de la luz visible.
• Tecnología de imágenes: Se están desarrollando cámaras de radiofrecuencia que usan microondas para "ver" a través de objetos o para identificar características de forma remota.

Tecnologías para la transmisión de microondas

Al principio, los dispositivos para microondas se construían con "guías de onda", que eran como tuberías para las ondas. Con el tiempo, la tecnología avanzó y surgieron:

• Circuito integrado de microondas (MIC): Componentes construidos en el mismo material que las líneas de transmisión.
• Tecnologías MMIC: Permiten la producción en masa de dispositivos más pequeños y compactos.
• RFIC: Se usan en casos donde los dispositivos monolíticos (todo en un solo chip) no son posibles.

Bandas de frecuencia de microondas

Las microondas se dividen en diferentes "bandas" según su rango de frecuencia. Estas bandas tienen nombres específicos, que a veces varían según la región (por ejemplo, Estados Unidos o Europa).

Bandas de microondas en Estados Unidos

Bandas de microondas en la Unión Europea y OTAN

Véase también

En inglés: Microwave Facts for Kids

• Máser
• Radiación de fondo de microondas