A pesar de que el radar ayudó a los ingleses a ganar la Batalla de Inglaterra, desde el inicio sus inventores se dieron cuenta de que tenía serias desventajas, que se hicieron manifiestas durante las batallas de 1940.
En primer lugar, por su tamaño, el radar no se podía llevar en avión; como se recordará, la antena necesitaba una longitud de 25 m aproximadamente.En segundo lugar, el haz de ondas electromagnéticas emitidas por las antenas tenía cierta anchura y lo único que se podía informar a los pilotos es que dentro de esa anchura se había detectado un enemigo. Sin embargo, esta anchura abarcaba una distancia de alrededor de 100 m, tanto hacia arriba como hacia abajo, a partir del centro. Durante el día no había problema, ya que una vez situado el avión en el centro de la pantalla del radar el aviador podía buscar visualmente dónde se encontraba el enemigo. Pero en la noche esto no funcionaba, la única forma de atacar un avión enemigo era tenerlo a una distancia muy pequeña y no a cien metros.
Para vencer este obstáculo era necesario utilizar ondas electromagnéticas de longitudes de onda que no fueran de decenas de metros, sino de algunos metros, o todavía mejor, de centímetros, es decir, longitudes de onda extremadamente pequeñas, lo que significa ondas de muy altas frecuencias. Con estas longitudes de onda es posible detectar objetos muy cercanos. A estas ondas se le llama microondas.
Había varias ventajas si se usaban longitudes de onda más pequeñas: una era que la anchura del haz disminuye con la longitud de onda y por tanto se podría detectar con más precisión al enemigo; otra, que la antena sería mucho más pequeña y que el radar podría llevarse en el avión.
Por otro lado, con el equipo de que se disponía en esa época, a medida que se disminuía la longitud de onda, disminuía también la potencia de la onda emitida, lo cual era muy inconveniente.
Trataron de resolver este problema de una forma completamente distinta. Después de sortear varios obstáculos políticos que no viene al caso discutir aquí, se asignó el proyecto de investigación al profesor Mark Oliphant, del entonces recién creado Departamento de Física de la Universidad de Birmingham. Éste a su vez invitó al profesor John Randall y al estudiante Henry Boot. El grupo empezó a analizar el problema en el verano de 1939. Necesitaban inventar un dispositivo que pudiera generar ondas de muy altas frecuencias.
Encontraron que en 1916 un joven estadounidense, Albert W. Hull, que había estudiado física y literatura griega en la Universidad de Yale, había inventado el magnetrón cuando trabajaba en el laboratorio de investigación de la General Electric. Se encontraba en ese proyecto porque como la compañía ATT había demandado judicialmente la patente del tubo al vacío que había presentado la General Electric, esta última quería encontrar alguna opción, en tanto se dirimía el problema legal.
Como se recordará (véase el capítulo XX) en un triodo el flujo de electrones entre el cátodo (donde se generan los electrones) y el ánodo (que los recibe) se controla por medio de la carga eléctrica aplicada en la rejilla que se encuentra entre los elementos mencionados. Según el voltaje que se aplique a la rejilla, el flujo puede pasar, inhibirse o suspenderse completamente. Hull pensó en la posibilidad de controlar este flujo por medio de un campo magnético. Se le ocurrió un dispositivo con un cátodo formado por un cilindro metálico (Figura 45) en el centro, y el ánodo formado por otro cilindro hueco, también metálico, concéntrico con el anterior, entre los que se establece un voltaje por medio de una batería. El campo magnético lo estableció paralelo al eje del conjunto. Así, un electrón que saliera del cátodo, en lugar de seguir una línea directa hacia el ánodo, como ocurre en el triodo, seguiría, debido al campo magnético, una trayectoria en espiral. Dependiendo de las características del campo, como su intensidad y la forma en que varíe con el tiempo, estas espirales pueden tomar muchas formas. Puede que algunas partan del cátodo pero no lleguen al ánodo, con lo que, en este caso, el flujo de electrones será suspendido. Vemos así que la corriente eléctrica entre los elementos puede ser controlada por el campo magnético, y por tanto, este dispositivo, al que se le llamó magnetrón, funciona como un triodo.
Figura 45. En un magnetrón un campo magnético a lo largo del eje modifica la trayectoria de los electrones que se emiten del cátodo.
Cuando el litigio entre las dos compañías estadounidenses se resolvió, la General Electric ya no tuvo interés en el magnetrón y por una década nadie le prestó atención, excepto Hull, quien continuó investigando sus propiedades físicas con todo detalle.
En 1939 el grupo de Birmingham encontró un trabajo sobre el magnetrón. Se basaron en el principio de este dispositivo pero le añadieron otra idea ingeniosa fundamentada en el fenómeno de resonancia (véase el capítulo XII). Para entender lo que hicieron consideremos lo que ocurre cuando soplamos un silbato. Dentro del silbato hay un pequeño objeto duro que está suelto en la cavidad y al soplar se mueve de un lado a otro, choca con las paredes, y así genera ondas sonoras de muchas frecuencias. Sin embargo, debido a la resonancia, solamente aquellas ondas que tienen longitudes de onda comparables con las de la cavidad sobreviven, mientras que las otras se amortiguan. El resultado es que se oyen sonidos de ciertas frecuencias que quedan determinadas por las dimensiones de la cavidad. Así, un silbato con una cavidad grande emite ondas de longitud de onda grande, o sea de frecuencia pequeña, y oímos sonidos graves. Un silbato pequeño produce longitudes de onda pequeñas que corresponden a frecuencias grandes, así oímos un sonido agudo.
Boot y Randall aplicaron esta idea. Para ello construyeron en un pequeño bloque de cobre un magnetrón, pero dentro del ánodo hicieron cavidades de dimensiones muy precisas (Figura 46). Al aplicar una corriente eléctrica entre el cátodo y el ánodo, y además un campo magnético a lo largo del eje del magnetrón, lograron que los electrones se movieran dentro del espacio de interacción. Estos electrones rebotan por el campo magnético y por tanto se aceleran. En consecuencia emiten ondas electromagnéticas de muchas frecuencias. Sin embargo, debido a que estas ondas entran en las cavidades, por resonancia solamente perduran las que tienen longitudes de onda comparables con las dimensiones de las cavidades, mientras que las otras desaparecen; todo esto ocurre en forma análoga al funcionamiento de un silbato. Construyeron las cavidades con dimensiones de centímetros, por lo que produjeron ondas centimétricas, o sea microondas, que corresponden a frecuencias muy altas. Al emitir radiación, los electrones pierden energía; la energía que tienen las microondas proviene de estos electrones, que a su vez la adquieren de la fuente externa que provee el voltaje entre el cátodo y el ánodo. Este voltaje puede ser continuo y el aparato produce una radiación que varía con el tiempo.
Figura 46. Esquema de un aparato que produce microondas.
En febrero de 1940 Boot y Randall probaron por primera vez su magnetrón modificado. Al hacer las mediciones necesarias encontraron que habían producido ondas con longitud de 9.8 cm (que corresponden a una frecuencia de 3 061 millones de Hz, o sea, 3 061 MHz) y una potencia de 400 watts, que es extraordinariamente grande.
El magnetrón fue el dispositivo clave para desarrollar un sistema de radar que pudiera ser transportado en un avión. Sin embargo, la producción industrial de este aparato se realizó dos años más tarde. Con este nuevo radar desaparecieron las objeciones antes mencionadas. Los cazas ingleses pudieron enfrentar cada vez con más éxito los ataques nocturnos, hasta que llegó un momento en que las pérdidas alemanas fueron tan grandes que suspendieron los ataques a la isla.
En 1940 Gran Bretaña y Estados Unidos habían convenido en intercambiar y participar de manera conjunta en el desarrollo de diferentes proyectos de carácter científico-industrial-militar. Los ingleses propusieron que se desarrollaran en Estados Unidos diferentes tipos de radar, para lo cual se abrió el Radiation Laboratory en el Instituto Tecnológico de Massachusetts, en noviembre de 1940. De esta manera se pudo desarrollar y posteriormente construir un gran número de tipos de radar.
La palabra radar es una sigla de la expresión en inglés: radio detection and ranging, que quiere decir detección de radio y alcance. Este nombre se lo pusieron los estadounidenses, pues originalmente los ingleses lo llamaron de otra forma.
Después de la guerra se han utilizado las microondas en muchas aplicaciones, una de ellas muy conocida en la actualidad es la de los hornos. Su funcionamiento se basa en el hecho de que la radiación electromagnética de muy alta frecuencia tiene mucha energía, por lo que hay una transferencia de calor muy grande a los alimentos en poco tiempo.
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Teone Salazar
Comunicaciones de Radio Frecuencia
http://bibliotecadigital.ilce.edu.mx/sites/ciencia/volumen3/ciencia3/112/htm/sec_28.htm
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