Radar(III): Aplicación del efecto Doppler, microondas

Como recordamos del artículo anterior, gracias al efecto Doppler, un objeto que emite una onda (acústica o electromagnética) se puede averiguar de él 2 cosas:

– Si el objeto se acerca o se aleja de nosotros (la ambulancia con un tono agudo se acerca y con un tono grave se aleja). Como ya indicamos utilizando este método por los astrónomos se ha demostrado que la mayoría de las galaxias se alejan de nosotros, y contra más lejos están, mas deprisa se alejan.

– La velocidad de este objeto.

Para calcular la velocidad del objeto primero hemos de saber la frecuencia real de la fuente ondulatoria del objeto a medir (en astronomía se utiliza el espectro de luz blanca, en la ambulancia la frecuencia de la sirena).

Una vez que sabemos este dato, tomamos muestra de la frecuencia aparente que recibimos (el tono grave o agudo) y comparamos las 2 frecuencias.

Según la ecuación:

Ecuacion 1

Donde:
• fl= Frecuencia aparente
• fs= Frecuencia del foco
• v= velocidad del objeto
• C=velocidad del la onda (en este caso la luz)

De esta complicada ecuación podemos despejar la velocidad del objeto como:

Ecuacion 2

Donde hemos hecho K=fl/fs

Esto está muy bien, pensaréis, pero también pensaréis que vuestro coche no emite ningún tipo de oem, y tenéis razón; la medida que hace la DGT no es porque vuestro coche emita nada, sino que ellos ya se encargan de emitir por nosotros.

La DGT utiliza una técnica similar para medir las velocidades. Desde una fuente situada en el radar se emite una oem que se refleja en el coche en movimiento que actúa como foco. La onda reflejada varía de frecuencia por el efecto Doppler, y midiendo esta variación se determina la velocidad.

El radar logra esto mezclando las 2 frecuencias, fl y fs (la onda emitida y la onda captada por el radar) obteniendo una señal de baja frecuencia (la diferencia de ambas). Según sea mayor esta “baja frecuencia” más deprisa se mueve el objeto medido. Por ejemplo en un coche que está parado, y hacemos una medida radar, lanzamos una señal em a una frecuencia f1, rebota en el coche y recibimos una señal a una frecuencia f2. Como el coche está parado no hay efecto Doppler y por lo tanto f1=f2, entonces si hacemos en nuestra ecuación:

K=f1/f2=1… entonces V=C*(1-1)/(1+1) que es C*0, o sea V=0 es decir parado.

Si mezclamos las 2 frecuencias, obtendremos la diferencia de ambas, es decir:

f1-f2, pero f1=f2 luego f1-f2=0

Es decir, que para velocidad 0, la señal diferencia y por lo tanto la de “baja frecuencia” será 0.

Comprobamos también que contra mayor sea el efecto Doppler (es decir contra mas deprisa se mueve el coche) las frecuencias fl y fs cada vez serán mas diferentes y por lo tanto, fl-fs darán una onda diferencia de “baja frecuencia” cada vez mayor, directamente proporcional a la velocidad del objeto.

Y así, con un poquito de electrónica que haga todos estos cálculos, es como la DGT mide la velocidad de nuestro vehículo.

Microondas

Bueno, una microonda no es una honda utilizada por un pitufo para lanzar piedras, aunque si tiene algo que ver con ese aparato mágico con el mismo nombre que nos calienta la comida. Cuando hablamos de microondas nos referimos generalmente a una onda electromagnética de una frecuencia muy elevada, del orden de más de 1Ghz.

El nombre de microonda es debido a su longitud de onda que como recordamos es inversamente proporcional a la frecuencia, por lo tanto la microonda tiene una longitud de onda muy pequeña, muy “micro”.

Las frecuencias en las cuales se mueven los radares de la DGT están sobre varias decenas de GHz, es decir dentro de la banda de las microondas. El motivo de utilizar esta gama de frecuencias es debido a que se adaptan muy bien a las necesidades de lo que es un radar, y de lo que se necesita para hacer las medidas.

– Primero necesitas un tipo de onda que sea “muy directiva”, es decir algo con lo que poder “apuntar” al objeto sin miedo a que se tomen interferencias de los objetos que existen alrededor.

– Segundo necesitas un tipo de oem que concentre mucho la energía, es decir, que podemos conseguir “disparar” a una gran distancia y captar ese rebote sin necesidad de utilizar grandes potencias.

Por eso las microondas se prestan a ello, el utilizar frecuencias muy altas hace posible construir con cierta facilidad antenas con una acentuada directividad y alto rendimiento (ahorrando potencia radiada), teniendo una propagación exclusivamente directa, y necesitando menos energía que otro tipo de onda de mas baja frecuencia para poder obtener el mismo efecto.

Precisamente por esto de poder centrar la energía en una superficie muy pequeña es por lo que se ha de tener cuidado, y sino solo hay que fijarse lo “calentitas” que salen las cosas de un horno microondas.

Otras de las razones además del ahorro del porque hay que emitir con potencias reducidas, es que este tipo de ondas son capaces de hacer vibrar las moléculas de agua, de tal manera que por ese motivo se calienta un pollo en un horno microondas. Pero si nos pusiéramos delante de una antena de radar y esta emitiese a una potencia lo suficientemente elevada, acabaríamos como el pollo.

Como inconveniente, también remarcar que electrónicamente hablando, tanto los circuitos electrónicos como las guías, cables, antenas, etc son más delicadas y de mayor dificultad constructiva que para frecuentas inferiores.

Para no aburriros más, dejaré para el siguiente artículo el hablar de:

– Las antenas, como funcionan.
– Guiaondas.
– Acoplamiento de RF en antenas de microondas.

Articulos relacionados

Radar(I): Introducción y generalidades
Radar(II): Ondas electromagnéticas, efecto Doppler
Radar(III): Aplicación del efecto Doppler, microondas
Radar(IV): Antenas, guiaondas y otros menesteres
Radar(V): Mezclando frecuencias
Radar(VI): Amplificaciones y osciladores
Radar(VII): La electrónica de control

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