Radar

Antena de radar de detección a larga distancia

El radar (término derivado del acrónimo inglés radio detection and ranging, “detección y medición [de distancias] por radio”) es un sistema que usa ondas electromagnéticas para medir distancias, altitudes, direcciones y velocidades de objetos estáticos o móviles como aeronaves, barcos, vehículos motorizados, formaciones meteorológicas y el propio terreno. Su funcionamiento se basa en emitir un impulso de radio, que se refleja en el objetivo y se recibe típicamente en la misma posición del emisor. A partir de este "eco" se puede extraer gran cantidad de información. El uso de ondas electromagnética con diversas longitudes de onda permite detectar objetos más allá del rango de otro tipo de emisiones ( luz visible, sonido, etc.)

Entre sus ámbitos de aplicación se incluyen la meteorología, el control del tráfico aéreo y terrestre y gran variedad de usos militares.

Historia

  • En 1888, Heinrich Rudolf Hertz demuestra que las ondas electromagnéticas se reflejan en las superficies metálicas.
  • En 1904 sistema anticolisión de buques utilizando ondas electromagnéticas
  • Desarrollo de la radio y de la transmisión inalámbrica (por Guglielmo Marconi, entre otros), gracias a lo cual se desarrollan las antenas.
  • En 1917, Nikola Tesla establece los principios teóricos del futuro radar (frecuencias y niveles de potencia).
  • En 1934, y gracias a un estudio sistemático del magnetrón, se realizan ensayos sobre sistemas de detección de onda corta siguiendo los principios de Nikola Tesla. De este modo nacen los radares de ondas decimétricas.
  • Durante el Siglo XX, muchos inventores, científicos e ingenieros han contribuido en el desarrollo del radar, impulsados sobre todo por el ambiente prebélico que precedió a la Segunda Guerra Mundial, y a la propia Guerra. Los grandes países que participaron en ella fueron desarrollando de forma paralela distintos sistemas radar, aportando grandes avances cada uno de ellos para llegar a lo que hoy conocemos sobre los sistemas radar.

Años previos a la Segunda Guerra Mundial

Alemania

En 1934 el GEMA (La sociedad de aparatos electro-acústico y mecánico), uno de cuyos fundadores fue Hans Hollmann, construye un magnetrón capaz de trabajar a 650 MHz. Ése fue el paso tecnológico que permitió el desarrollo del Freya, un radar de vigilancia aérea que trabajaba a 125 MHz con un alcance entre 80 y 150 millas. Era un radar para trabajar en superficie por sus dimensiones, por ello, una versión posterior fue el Seetakt que trabajaba a 375 MHz y tenía un alcance de 10 millas adaptado para ser montado en buques. Este radar fue utilizado en el verano de 1938 en la Guerra Civil Española.

La competencia en la industria alemana de la época hizo que, en el año 1935, la empresa alemana Telefunken lanzara un radar de antena parabólica giratoria, antecesor del radar de alerta aérea Würzburg, radar de tiro de 560 MHz de trabajo y con deflector de 3m de diámetro.

El Freya y el Würzburg fueron la base de la defensa terrestre de los alemanes durante la Segunda Guerra Mundial, y el Steetakt pieza fundamental para la de detección a bordo de los buques de la Armada Alemana. Al inicio de la Segunda Guerra Mundial Alemania decidió alistar a científicos e ingenieros en el frente, pensando que la guerra sería corta y satisfactoria, lo que hizo que no avanzara significativamente en esos años. En consecuencia quedó retrasada con respecto a sus adversarios, que siguieron avanzando.

Reino Unido

El modelo de radar actual fue creado en 1935 y desarrollado principalmente en Inglaterra durante la Segunda Guerra Mundial por el físico Robert Watson-Watt. Supuso una notable ventaja táctica para la Royal Air Force en la Batalla de Inglaterra, cuando aún era denominado RDF (Radio Direction Finding). Aunque fue desarrollado con fines bélicos, en la actualidad cuenta con multitud de usos civiles, siendo la mejor herramienta para el control de tráfico aéreo.

En los momentos anteriores a la II Guerra Mundial, Robert Watson-Watt, físico y director del Laboratorio de Investigación de Radio y su ayudante, el físico Arnold Wilkins, estuvieron a cargo de la invención de un "rayo de la muerte" que sería utilizado en esa guerra. La idea de Watson-Watt era elevar la temperatura del piloto atacante a 41 °C aproximadamente para que, al provocarle fiebre, quedara incapacitado.

Como lo escribió el propio Wilkins:

Mi cálculo mostró que, como era de esperarse, se necesitaba generar una potencia enorme a cualquier frecuencia de radio para producir fiebre en el cuerpo de un piloto de avión, aun en el improbable caso de que su cuerpo no estuviera protegido por el metal del fuselaje [...]. Como nada cercano a dicha potencia se podía producir, estaba claro que no era factible un rayo de la muerte por medio de la radio. Le dije esto a Watson-Watt al darle mi cálculo y me respondió: "Bien, si un rayo de la muerte no es posible, ¿cómo podemos entonces ayudarles? Yo contesté que los ingenieros de la Oficina de Correos se habían dado cuenta de perturbaciones en la recepción de muy altas frecuencias cuando algún avión volaba en la vecindad de sus receptores y que este fenómeno podría ser útil para detectar aviones enemigos"

Esta observación, hecha en enero de 1935, dio lugar una serie de hechos que culminaron con la invención del radar. Los hechos a los que Wilkins se refirió habían sido observados en muchos lugares y en todos se consideró esta perturbación como un estorbo que mucha gente había tratado de eliminar. De hecho, en 1932, la Oficina Postal Británica publicó un informe en el que sus científicos documentaron fenómenos naturales que afectaban la intensidad de la señal electromagnética recibida: tormentas eléctricas, vientos, lluvia y el paso de un aeroplano en la vecindad del laboratorio. Wilkins conoció este informe de manera accidental, conversando con la gente de la Oficina Postal, que se quejaba por la interferencia.

Cuando Wilkins sugirió la posibilidad de utilizar el fenómeno de interferencia de ondas de radio para detectar aviones enemigos, Watson-Watt lo comisionó inmediatamente para trabajar en el cálculo de los aspectos cuantitativos.

Al terminar sus cálculos, a Wilkins le pareció increíble que el efecto deseado pudiera detectarse; revisó sus cálculos, no encontró ningún error y se los dio a Watson-Watt, quien los vio fantásticos y verificó los cálculos matemáticos. Al no encontrar error, envió los resultados. El hecho de que un rayo de la muerte no fuera factible no sorprendió, sin embargo atrajo la idea de poder detectar un avión.

Estados Unidos

Dos científicos del Naval Research Laboratory (NRL) Hoyt Taylor y L. Young dieron forma a las especulaciones de Marconi y las plasmaron en un experimento en el que transmitieron una señal de radio de onda continua a través del río Potomac detectando que al pasar los buques se producían alteraciones en la calidad de la señal recibida. Lograron perturbaciones con distancias de hasta tres millas. Observando esto, concluyeron con que se podría diseñar un elemento que detectara buques en el mar.

Al mismo tiempo, la Armada de los EE. UU. se encontraba muy ocupada dotando a los buques de comunicaciones sin hilos. A pesar de esto, se continuó con su investigación a nivel científico en muchos campos. Es así que el NRL, en cooperación con el Carnegie Institute , durante el año 1925 investigó la reflexión de ondas en la ionosfera y la modulación por pulsos de la onda, de tal manera que conociendo el instante de salida de un pulso y midiendo su retardo se podría calcular la distancia del rebote. A partir de estas investigaciones se diseñó a principio de los años 30 el primer radar de impulsos, obteniéndose los primeros pulsos reflejados por aviones en diciembre de 1934. Aunque no fue hasta julio de 1936 cuando consiguieron que funcionara correctamente, debido a un error en el diseño del ancho de banda del receptor (demasiado estrecho). El radar trabajaba a 200 MHz con una anchura de pulso de 10µs. Este radar utilizaba una única antena en emisión y recepción pues incluía el primer duplexor, una novedad tecnológica que supuso una gran diferencia entre países durante varios años.

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