Radar

1

Introducción

Radar, sistema electrónico que permite detectar objetos fuera del alcance de la vista y determinar la distancia a que se encuentran proyectando sobre ellos ondas de radio. La palabra ‘radar’ corresponde a las iniciales de “radio detection and ranging”. El radar, que designaba diversos equipos de detección, fue utilizado por las fuerzas aliadas durante la II Guerra Mundial. No sólo indicaba la presencia y distancia de un objeto remoto, denominado objetivo, sino que fijaba su posición en el espacio, su tamaño y su forma, así como su velocidad y la dirección de desplazamiento. Aunque en sus orígenes fue un instrumento bélico, hoy se utiliza ampliamente para fines pacíficos, como la navegación, el control del tráfico aéreo, la detección de fenómenos meteorológicos y el seguimiento de aeronaves.

2

Desarrollo

Todos los sistemas de radar utilizan un transmisor de radio de alta frecuencia que emite un haz de radiación electromagnética, con una radiación de longitud de onda comprendida entre algunos centímetros y cerca de 1 m. Los objetos que se hallan en la trayectoria del haz reflejan las ondas de nuevo hacia el transmisor. El radar se fundamenta en las leyes de la reflexión de las ondas de radio, implícitas en las ecuaciones que controlan el comportamiento de las ondas electromagnéticas, planteadas por el físico británico James Clerk Maxwell en 1864. Estas leyes quedaron demostradas por primera vez en 1886 a la vista de los experimentos del físico alemán Heinrich Hertz. El ingeniero alemán Christian Hülsmeyer fue el primero en sugerir el aprovechamiento de este tipo de eco mediante su aplicación a un dispositivo de detección diseñado para evitar colisiones en la navegación marítima. En 1922, el inventor italiano Guglielmo Marconi desarrolló un aparato similar.

El primer experimento satisfactorio de detección a distancia tuvo lugar en 1924, cuando el físico británico Edward Victor Appleton utilizó el eco de las ondas de radio para averiguar la altura de la ionosfera —una capa ionizada de la atmósfera más alta capaz de reflejar las ondas de radio más largas. Al año siguiente, los físicos estadounidenses Gregory Breit y Merle Antony Tuve llegaron de forma independiente a los mismos valores para la ionosfera al usar la técnica de radioimpulsos, que más tarde se incorporó a todos los sistemas de radar. Su desarrollo no fue posible hasta la década de 1930, cuando se perfeccionaron las técnicas y equipos electrónicos.

El primer sistema útil de radar lo construyó en 1935 el físico británico Robert Watson-Watt. Sus investigaciones proporcionaron a Inglaterra una ventaja de partida en la aplicación de esta tecnología estratégica; en 1939 ya disponía de una cadena de estaciones de radar en las costas meridionales y orientales capaces de detectar agresiones tanto por aire como por mar. Ese mismo año, dos científicos británicos lograron el avance más importante para la tecnología del radar durante la II Guerra Mundial. El físico Henry Boot y el biofísico John T. Randall inventaron un tubo de electrones denominado magnetrón de cavidad resonante. Este tipo de tubo es capaz de generar impulsos de radio de alta frecuencia con mucha energía, lo que permitió el desarrollo del radar de microondas, que trabaja en la banda de longitudes de onda muy pequeñas, inferiores a 1 cm, usando el láser. El radar de microondas, conocido también como LIDAR (light detection and ranging), se utiliza hoy en el sector de las comunicaciones y para medir la contaminación atmosférica.

Los sistemas de radar más evolucionados que se construyeron en la década de 1930 desempeñaron un papel decisivo en la batalla de Inglaterra, que se libró en 1940, y en la que la Luftwaffe de Adolf Hitler fracasó en su intento de adueñarse del espacio aéreo inglés. Aunque los alemanes disponían de sistemas propios de radar, los ejércitos británico y estadounidense supieron preservar su superioridad técnica hasta el final del conflicto.

3

Funcionamiento

Las ondas de radio se desplazan aproximadamente a 300.000 km/s, la velocidad de la luz. Los equipos de radar están compuestos por un transmisor, una antena, un receptor y un indicador. A diferencia de la radiodifusión, en la que el transmisor emite ondas de radio que son captadas por el receptor, los transmisores y receptores de radar suelen hallarse juntos. El transmisor emite un haz de ondas electromagnéticas a través de una antena, que concentra las ondas en un haz coherente apuntando en la dirección deseada. Cuando las ondas chocan con un objeto que se halla en la trayectoria del haz, algunas se reflejan y forman una señal de eco. La antena capta la energía contenida en dicha señal y la envía al receptor. Mediante un proceso de amplificación y tratamiento informático, el receptor del radar genera una señal en el dispositivo de visualización, por lo general una pantalla de ordenador o computadora.

3.1

Transmisores

El funcionamiento del radar implica que el transmisor emita una gran cantidad de energía para recibir, detectar y cuantificar una mínima fracción (una millonésima de una billonésima) de toda la energía de radio devuelta en forma de eco. Una forma de solucionar el problema de detectar este eco ínfimo en presencia de la enorme señal emitida es el sistema de impulsos. Durante un lapso de 0,1 a 5 microsegundos se emite un impulso de energía; a continuación, el transmisor permanece en silencio durante un espacio de centésimas o milésimas de microsegundo. Durante la fase de impulso, o emisión, el receptor queda aislado de la antena por medio de un conmutador TR (transmisor-receptor); durante el periodo entre impulsos, esta desconexión se efectúa con un conmutador ATR (anti-TR).

El radar de onda continua emite una señal continua, en vez de impulsos. El radar Doppler, que se utiliza a menudo para medir la velocidad de objetos como un coche o una pelota, transmite con una frecuencia constante. Las señales reflejadas por objetos en movimiento respecto a la antena presentarán distintas frecuencias a causa del efecto Doppler. La diferencia de frecuencias guarda la misma relación con la emitida que la existente entre las velocidades del objetivo y la de la luz. Un objetivo que se desplaza hacia el radar con una velocidad de 179 km/h altera la frecuencia de un radar de 10-cm (3.000 megahercios, MHz) exactamente en 1 kilohercio.

Si el receptor del radar está diseñado de forma que rechace aquellos ecos que poseen la misma frecuencia que el transmisor y sólo amplifica los de frecuencia distinta, únicamente visualizará los objetivos móviles. Estos receptores pueden seleccionar vehículos en movimiento en total oscuridad, como hace la policía para medir la velocidad de los automóviles.

El radar de frecuencia modulada (FM) emite una señal continua cuya frecuencia va cambiando de manera uniforme. La diferencia entre las frecuencia del eco y la del transmisor en el momento de la recepción de aquél permite calcular la distancia existente entre transmisor y objetivo. Estos sistemas son más exactos que los de impulsos, aunque tienen un alcance menor.