¿Cómo funcionan los radares?

Emiten una onda electromagnética hacia el objeto a detectar, la onda rebota y vuelve a la antena. Analizando la señal devuelta, se pueden saber, etc...

Cómo funcionan los radaresTodos los tipos de radar funcionan según un mismo principio básico

Emiten una onda electromagnética hacia el objeto a detectar, la onda rebota y vuelve a la antena. Analizando la señal devuelta, se pueden saber muchas características del objeto en cuestión.

Las ondas electromagnéticas son oscilaciones del campo electromagnético que se propagan en linea recta a la velocidad constante de 299.792.458 m/s, un poco menos de 300.000 km/s. Unos mil millones de kilómetros a la hora. A esta velocidad, se daría la vuelta a la tierra siete veces y media cada segundo.

El número de oscilaciones que se producen en cada segundo se llama frecuencia. Nuestros ojos son capaces de ver las ondas electromagnéticas que producen entre 400 y 800 mil millones de oscilaciones por segundo; este tipo de frecuencias electromagnéticas reciben el nombre de luz. Sin embargo, las ondas utilizadas en los radares son frecuencias mucho más bajas.

Mucha gente piensa que el radar mide el tiempo que tarda el haz electromagnético en volver a la antena, pero no es cierto. Como la velocidad de la luz es tan grande, el radar debería ser capaz de medir tiempos muy cortos, lo cual es muy difícil y costoso. En realidad, el cinemómetro por radar se basa en el efecto Doppler.


efecto doppler
El efecto Doppler ocurre cuando el receptor de la onda se mueve con respecto al emisor, o viceversa. Si el emisor se está moviendo, significa que cada nueva oscilación parte desde una posición ligeramente diferente. A consecuencia de esto, la distancia entre cada cresta de la onda será diferente. Pensemos, por ejemplo, en la onda emitida en el mismo sentido del movimiento. Tras emitir una oscilación, el emisor se desplaza hacia adelante, con lo que la siguiente oscilación estará más junta que si el emisor hubiera estado quieto.

Cuando estas ondas más juntas llegan a un receptor, le parece que la frecuencia es mayor. En cambio, las ondas emitidas en el sentido contrario de la marcha sufren el fenómeno contrario: si el emisor se aleja del receptor, la frecuencia recibida es menor. Este fenómeno ocurre también con las ondas sonoras. Es muy fácil notarlo en los coches de competición, el sonido es muy agudo cuando se acercan, y de golpe se convierte en grave cuando pasan por delante y empiezan a alejarse (de ahí la onomatopeya fiiiiiuuuuuuuuu).

foto radar21 de enero de 1973: La primera foto de radar en España

primera foto de un radar
Pero volvamos a los radares que vigilan nuestras carreteras. Cuando la onda rebota en nuestro coche, debido a que éste se mueve a cierta velocidad, cambia su frecuencia. Bien, midiendo la diferencia en la frecuencia, el radar puede saber la velocidad a la que se movía el vehículo.

Pero no es tan sencillo. De nuevo, la diferencia en las frecuencias es muy pequeña, por que la velocidad a la que se circula es muy pequeña en comparación a la velocidad de la luz. Para medir la frecuencia con tanta precisión haría falta un instrumental muy caro y delicado.

Sin embargo, existe una forma de poder medir cambios muy pequeños en la frecuencia con facilidad: superponer la onda original y la reflejada. Al superponer dos ondas, sus oscilaciones se suman y forman una única onda final. Si las dos ondas están oscilando hacia el mismo lado, entonces la onda total será el doble de grande (interferencia constructiva). Por el contrario, si las dos ondas están oscilando en direcciones opuestas, se cancelarán mutuamente y la onda final será muy pequeña (interferencia destructiva).

primera foto de un radar
En el caso del radar, como las frecuencia de las dos ondas son un poco diferentes, el ritmo en que cambia la dirección de oscilación de cada una es también diferente, como podemos ver en el diagrama anterior. Empiezan oscilando ambas hacia el mismo sentido, con lo cual la onda resultante (en naranja) es mayor. No obstante, al cabo de un rato oscilarán en sentido contrario, haciendo que la onda naranja prácticamente desaparezca. Y así cíclicamente.

Esto significa que la amplitud de la onda total va cambiando con el tiempo, se producen pulsaciones. De nuevo, este fenómeno ocurre con todas las ondas; por ejemplo, en las ondas sonoras se utiliza para afinar instrumentos (i.e, si al superponer un diapasón calibrado con una cuerda de piano escuchamos pulsaciones, significa que la cuerda del piano no está bien afinada).

Pues bien, sabiendo el ancho de cada pulsación, el radar puede conocer la frecuencia de la onda reflejada. Y sabiendo la frecuencia, calcula la velocidad al a que se movía nuestro coche. Con un buen equipo, bien calibrado, se pueden obtener mediciones muy buenas de la velocidad. Por ejemplo, en una práctica de laboratorio en segundo de carrera en Física, con una antena de microondas y un osciloscopio, yo mismo puede medir la velocidad de un tren eléctrico con una precisión del 1%.

- Efecto Doppler -



Fuente: circulaseguro

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