Radares y microondas

La palabra 'rádar' es un acrónimo que resume la frase en inglés "radio detection and ranging". Es el nombre de un sistema capaz de detectar aviones, barcos, lluvia, etc. y conocer y representar la distancia exacta a la que se encuentran. Emite fuertes ondas de radio y tras ser éstas reflejadas en los objetos, un receptor recoge los ecos que éstas provocan. El estudio de las señales reflejadas permite conocer dónde está y, en muchos casos, cuál es el objeto. Las señales de radio son fáciles de capturar y amplificar, a pesar de que la señal recibida sea débil.

Un objeto sólido existente en el aire o en el vacío o algo que, por alguna otra razón, provoca en el medio un cambio de densidad atómica de forma manifiesta, refleja las ondas de rádar, especialmente cuando es un objeto metálico, como puede ser el caso de aviones o barcos.

A la hora de reflejar las ondas de rádar influye mucho la longitud de las ondas de radio y la forma de los objetos. Si la longitud de la onda de radio es mucho más pequeña que el tamaño del objeto, la onda se verá reflejada de la misma forma que la luz en un espejo. Los antiguos rádares utilizaban ondas de longitud larga, por lo que recibían señales muy poco definidas. Hoy en día, en cambio, se utilizan ondas de longitud corta y son capaces de captar objetos del tamaño de un bollo.

Antena de radar

Antena de rádar

Pantalla de radar

Pantalla de rádar

La medición de las distancias

La forma más sencilla de medir la distancia a la que se encuentra un objeto es enviar un pulso corto de señales de radio y medir el tiempo que el eco tarda en volver. La señal tiene que ir y volver, por lo tanto la distancia es la mitad del recorrido completo. Por consiguiente, la distancia a la que se encuentra el objeto se calcula multiplicando la mitad del tiempo transcurrido desde que la señal es enviada hasta que su eco regresa por la velocidad de la señal. Esa velocidad concretamente es la velocidad de la luz..

La medición de la velocidad

Para conocer la velocidad de un objeto es preciso saber cómo cambia la distancia con respecto a ese objeto en el tiempo. La diferencia de distancias con respecto a ese objeto en dos instantes distintos dividida por el tiempo transcurrido entre los mismos nos dará la velocidad a la que ese objeto se mueve.

Efecto Doppler

Para medir la velocidad con mayor precisión se puede utilizar otro fenómeno: el efecto Doppler. La forma más fácil de comprender este efecto es la siguiente: si un coche pasa delante de ti tocando el claxon, el sonido que tú escuchas irá cambiando de tono. Y es que la fuente de sonido se mueve a una velocidad determinada, digamos a 3 m/s, y las ondas de sonido se mueven en el aire a una velocidad de 300 m/s. La frecuencia de las ondas que tú recibes va variando en el lugar en el que te encuentras. No sucederá lo mismo cuando un coche se esté acercando a ti (la velocidad del coche se sumará a la de las ondas de sonido) que cuando se esté alejando (dicha velocidad se restará).

En el caso del rádar en vez de ondas sonoras se utilizan ondas de radio. Por ello, el cambio de velocidad de las ondas es porcentualmente mucho menor. Sin embargo, los sistemas electrónicos son más sensibles para captar esa pequeñísima diferencia, que nuestro oído de captar los cambios de frecuencia del sonido.

La medición de la posición

Las señales emitidas por una antena se difunden en todas las direcciones y, de la misma manera, capta las señales que llegan de todas las direcciones. Por lo tanto, es imposible conocer sin más la posición de dicho objeto. Para solucionar este problema, los sistemas antiguos utilizaban unas antenas para emitir señales en todas las direcciones y otras antenas especiales para saber de dónde llegaban las señales. Por ejemplo, se utilizaba un sistema de dos antenas rectas perpendiculares. La antena situada perpendicularmente con respecto a la dirección donde estaba el objeto recibía la señal de más intensidad y la otra antena, la de más pequeña. Se hacía rotar este conjunto para buscar el objeto.

Otros sistemas no necesitan antenas rotatorias. Por ejemplo, algunos sistemas envían simultáneamente señales de radio desde varias antenas. Estas señales se destruyen entre sí, excepto en un determinado rayo. Este rayo puede apuntarse hacia cualquier dirección, combinando correctamente las señales de esas antenas a través del ordenador. El rayo se hace rotar electrónicamente, en vez de rotar la antena mecánicamente. Y la rotación puede realizarse con una rapidez asombrosa. Estos radares al principio se utilizaban para la defensa contra misiles pero hoy en día su uso está extendiéndose a todas las aplicaciones.

Microondas

Se llaman microondas todas aquellas ondas electromagnéticas que tienen una frecuencia de entre 300 MHz y 300 GHz. A las ondas de frecuencia menor a 300 MHz se les denomina de UHF (ultra high frecuency = frecuencia ultra elevada). Son utilizadas para la transmisión de la televisión. Las ondas con una frecuencia por encima de 300 GHz están en el límite de la radiación infrarroja. Las microondas se utilizan en radares, en la comunicación sin cable y en los hornos microondas. En éstas últimas, las microondas provocan calor haciendo vibrar las moléculas de agua que tienen los alimentos.

Horno de microondas

Horno microondas

Las microondas se producen a través de una válvula electrónica llamada magnetrón. Los hornos domésticos tienen por término medio una potencia de 1.000 watt. Para poder distribuir bien el calor, el magnetrón envía las ondas hacia un disco giratorio metálico con unas pequeñas aletas. De esa manera las ondas se esparcen por el interior del horno. Algunas veces la plataforma donde se sitúan los alimentos también suele ser giratoria. Para conseguir diferentes grados de potencia, el magnetrón se apaga y enciende cíclicamente en diferentes espacios de tiempo.

Magnetrón

Magnetrón

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