miniaturadaimagem|Torre de telecomunicações com antenas parabólicas para enlaces de micro-ondas no pico Frazier, no condado de Ventura, na Califórnia. As aberturas das antenas são cobertas por folhas de plástico, chamadas radomes, que impedem a entrada de umidade.
Micro-ondas são uma forma de radiação eletromagnética com comprimentos de onda menores que os das demais ondas de rádio e maiores que os da radiação infravermelha. Em uma definição ampla, seus comprimentos de onda vão de cerca de um metro a um milímetro, o que corresponde aa frequências entre 300 MHz e 300 GHz. Na engenharia de radiofrequência, uma definição mais comum abrange de 1 a 100 GHz, com comprimentos de onda de 30 cm a 3 mm, ou de 1 a 3.000 GHz, de 30 cm a 0,1 mm. Em todas essas definições, as micro-ondas abrangem, no mínimo, toda a faixa de frequência super alta, ou SHF, de 3 a 30 GHz e de 10 a 1 cm. Os limites entre o infravermelho distante, a radiação terahertz, as micro-ondas e a frequência ultra-alta, ou UHF, são relativamente arbitrários e variam entre as áreas de estudo.
O prefixo micro- se refere ao pequeno comprimento dessas ondas em comparação com as ondas de rádio usadas nas primeiras tecnologias de rádio. As frequências de micro-ondas costumam receber as designações das bandas de radar do IEEE, como S, C, X, Ku, K e Ka, ou designações semelhantes da OTAN ou da União Europeia.
As micro-ondas se propagam predominantemente em linha de visada. Seu pequeno comprimento de onda limita a capacidade de contornar grandes obstáculos por difração. O alcance dos enlaces terrestres depende da altura das antenas, do relevo e das condições atmosféricas. A absorção pelos gases e a atenuação pela chuva variam com a frequência e podem restringir as distâncias práticas de comunicação.
As micro-ondas têm uso amplo na tecnologia, em enlaces de comunicação ponto a ponto, redes sem fio, redes de retransmissão por micro-ondas, radares, comunicações com satélites e veículos espaciais, diatermia e tratamento de câncer, sensoriamento remoto, radioastronomia, aceleradores de partículas, espectroscopia, aquecimento industrial, sistemas anticolisão, acionadores de portas de garagem, sistemas de acesso sem chave e preparo de alimentos em fornos de micro-ondas.
Espectro eletromagnético As micro-ondas ocupam uma faixa do espectro eletromagnético acima das frequências das ondas de rádio comuns e abaixo das frequências da radiação infravermelha.
Espectro eletromagnético Nome Comprimento de onda Frequência em hertz Energia do fóton em elétron-volts Raios gama < 0,01 nm > 30 EHz > 124 keV Raios X 0,01 nm a 10 nm 30 EHz a 30 PHz 124 keV a 124 eV Ultravioleta 10 nm a 400 nm 30 PHz a 750 THz 124 eV a 3 eV Luz visível 400 nm a 750 nm 750 THz a 400 THz 3 eV a 1,7 eV Infravermelho 750 nm a 1 mm 400 THz a 300 GHz 1,7 eV a 1,24 meV Micro-ondas 1 mm a 1 m 300 GHz a 300 MHz 1,24 meV a 1,24 μeV Rádio ≥ 1 m ≤ 300 MHz ≤ 1,24 μeV
As micro-ondas podem ser classificadas como uma parte da faixa de ondas de rádio ou como um tipo distinto de radiação. Essa distinção é arbitrária.
Bandas de frequência As bandas de frequência das micro-ondas recebem designações por letras. Há sistemas de nomenclatura incompatíveis entre si e, mesmo dentro de um único sistema, os intervalos de frequência de algumas letras variam um pouco conforme a aplicação. O sistema de letras surgiu durante a Segunda Guerra Mundial, em uma classificação ultrassecreta dos Estados Unidos para as bandas usadas em radares. Dele vieram as bandas de radar do IEEE, o mais antigo desses sistemas. A tabela apresenta um conjunto de designações de bandas de micro-ondas da Radio Society of Great Britain, ou RSGB.
+ Bandas de frequência de micro-ondas Designação Faixa de frequência Faixa de comprimento de onda Aplicações Banda L 1 a 2 GHz 15 a 30 cm Telemetria militar, GPS, telefonia celular GSM e radioamadorismo Banda S 2 a 4 GHz 7,5 a 15 cm Radar meteorológico, radar de navios de superfície, alguns satélites de comunicação, fornos de micro-ondas, dispositivos e comunicações por micro-ondas, radioastronomia, telefonia celular, redes locais sem fio, Bluetooth, ZigBee e radioamadorismo Banda C 4 a 8 GHz 3,75 a 7,5 cm Telecomunicações por rádio de longa distância, redes locais sem fio e radioamadorismo Banda X 8 a 12 GHz 25 a 37,5 mm Comunicações por satélite, radar, banda larga terrestre, comunicações espaciais, radioamadorismo e espectroscopia rotacional molecular Banda Ku 12 a 18 GHz 16,7 a 25 mm Comunicações por satélite e espectroscopia rotacional molecular Banda K 18 a 26,5 GHz 11,3 a 16,7 mm Radar, comunicações por satélite, observações astronômicas, radar automotivo e espectroscopia rotacional molecular Banda Ka 26,5 a 40 GHz 7,5 a 11,3 mm Comunicações por satélite e espectroscopia rotacional molecular Banda Q 33 a 50 GHz 6,0 a 9,0 mm Comunicações por satélite, comunicações terrestres por micro-ondas, radioastronomia, radar automotivo e espectroscopia rotacional molecular Banda U 40 a 60 GHz 5,0 a 7,5 mm Banda V 50 a 75 GHz 4,0 a 6,0 mm Pesquisa de radares de ondas milimétricas, espectroscopia rotacional molecular e outras pesquisas científicas Banda W 75 a 110 GHz 2,7 a 4,0 mm Comunicações por satélite, pesquisa de radares de ondas milimétricas, aquisição e rastreamento de alvos por radares militares, algumas aplicações civis e radar automotivo Banda F 90 a 140 GHz 2,1 a 3,3 mm Radioastronomia, enlaces de comunicação e radioamadorismo em segmentos da faixa. Banda D 110 a 170 GHz 1,8 a 2,7 mm Transmissões EHF, radioastronomia, retransmissão por micro-ondas de alta frequência, sensoriamento remoto por micro-ondas, radioamadorismo, armas de energia dirigida e escâneres de ondas milimétricas
Existem outras definições, como a que situa o limite inferior da banda Ka em 26 GHz.
A designação banda P às vezes é usada para frequências UHF abaixo da banda L, mas está obsoleta na norma IEEE 521.
Quando os primeiros radares de banda K foram desenvolvidos, durante a Segunda Guerra Mundial, ainda não se conhecia a faixa de absorção próxima, causada sobretudo pela absorção do vapor de água em torno de 22 GHz. Para evitar esse problema, a banda K original foi dividida em uma banda inferior, Ku, e outra superior, Ka.. Texto integral da edição de 1962.
Propagação
miniaturadaimagem|direita|upright=1.3|Atenuação atmosférica das micro-ondas e da radiação infravermelha distante em ar seco, com nível de vapor de água precipitável de 0,001 mm. Os picos voltados para baixo correspondem às frequências de maior absorção. O gráfico abrange de 0 a 1 THz. As micro-ondas ocupam o intervalo entre 0,3 e 300 GHz.
As micro-ondas se propagam predominantemente em linha de visada. A propagação por ondas de superfície que acompanham a curvatura terrestre e a reflexão pela ionosfera, por propagação ionosférica, não são os mecanismos usuais de comunicação nessa faixa. Obstáculos também produzem difração, mas as perdas podem ser elevadas. Nas frequências mais baixas da faixa, as ondas podem atravessar paredes de edifícios com intensidade suficiente para a recepção. Em enlaces direcionais, procura-se manter o percurso livre de obstáculos até a primeira zona de Fresnel. O alcance depende da altura das antenas, do relevo e da refração atmosférica, sem um limite único de distância para todos os enlaces.
A absorção por vapor de água e oxigênio varia com a frequência, a pressão, a temperatura e a umidade do ar. Há faixas de forte absorção separadas por janelas de maior transmissão. A atenuação pela chuva também pode reduzir o alcance dos enlaces, sobretudo nas frequências mais altas. A atmosfera não se torna uniformemente opaca acima de 100 GHz. Janelas de transmissão nas faixas milimétrica e submilimétrica permitem observações astronômicas a partir do solo. A janela óptica e parte do infravermelho também permitem observações através da atmosfera.
Os metais refletem as micro-ondas, enquanto materiais como vidro, papel, cerâmica e certos plásticos permitem sua passagem. Alimentos ricos em água absorvem essa energia e se aquecem. Essas diferenças permitem que um forno aqueça o alimento dentro de um recipiente permeável às micro-ondas, enquanto as paredes metálicas mantêm a radiação no interior.
Tropodifusão
Quando um feixe de micro-ondas é direcionado obliquamente para o céu, uma pequena parte de sua potência se dispersa aleatoriamente ao atravessar a troposfera. Um receptor sensível além do horizonte, com uma antena de alto ganho apontada para essa região da troposfera, pode captar o sinal. Essa técnica é usada em sistemas de tropodifusão, em frequências entre 0,45 e 5 GHz, para estabelecer comunicações além do horizonte a distâncias de até 300 km.
Antenas miniaturadaimagem|upright|Guias de ondas e um diplexador em um radar de controle de tráfego aéreo. Os guias conduzem as micro-ondas.
Os pequenos comprimentos de onda permitem fabricar antenas omnidirecionais para aparelhos portáteis com apenas 1 a 20 cm de comprimento. Por isso, as frequências de micro-ondas são amplamente usadas em dispositivos sem fio, como telefones celulares, telefones sem fio, acesso a redes locais sem fio por Wi-Fi em computadores portáteis e fones de ouvido Bluetooth. Entre as antenas usadas estão antenas de chicote curtas, antenas helicoidais flexíveis revestidas de borracha, dipolos com manga, antenas de placa e, cada vez mais, antenas planares em F invertido, ou PIFA, impressas em placas de circuito e usadas em celulares.
O pequeno comprimento de onda também permite produzir feixes de pequena largura angular com antenas de alto ganho relativamente pequenas, com diâmetro de 0,5 a 5 m. Esses feixes são usados em enlaces de comunicação ponto a ponto e em radares. Feixes estreitos reduzem a interferência entre equipamentos próximos, o que facilita a reutilização da mesma frequência por transmissores vizinhos. As antenas parabólicas são as antenas direcionais mais usadas nessas frequências, mas também se empregam antenas de corneta, antenas de fenda e antenas de lente. Antenas planas de microfita são cada vez mais comuns em aparelhos de consumo. Outra antena direcional adequada às micro-ondas é a matriz faseada, um conjunto controlado por computador que produz um feixe cuja direção pode ser alterada eletronicamente.
Nas frequências de micro-ondas, as linhas de transmissão usadas para conduzir ondas de rádio de menor frequência até as antenas e a partir delas, como cabos coaxiais e linhas de fios paralelos, apresentam perdas excessivas de potência. Quando se exige baixa atenuação, as micro-ondas são conduzidas por tubos metálicos chamados guias de ondas. O custo elevado e a necessidade de manutenção desses guias fazem com que, em muitas antenas de micro-ondas, o estágio de saída do transmissor ou o estágio de entrada de radiofrequência do receptor fique junto à antena.
Projeto e análise O termo micro-ondas também tem um sentido mais técnico no eletromagnetismo e na teoria de circuitos. Equipamentos e técnicas podem receber essa designação quando os comprimentos de onda dos sinais são próximos das dimensões do circuito. Nessas condições, a teoria de circuitos com parâmetros concentrados deixa de ser precisa, e o projeto e a análise recorrem a parâmetros distribuídos e à teoria das linhas de transmissão.
Na prática, os circuitos de micro-ondas tendem a dispensar os resistores, capacitores e indutores discretos usados em circuitos de rádio de menor frequência. As linhas de transmissão de fios abertos e os cabos coaxiais dão lugar a guias de ondas e linhas de fita, ou striplines. Circuitos sintonizados de parâmetros concentrados dão lugar a ressonadores de cavidade ou trechos ressonantes de linha, chamados stubs. Em frequências ainda mais altas, quando o comprimento de onda se torna pequeno em comparação com as estruturas que processam os sinais, as técnicas de micro-ondas deixam de ser adequadas e passam a ser usados os métodos da óptica.
Geração