Tecnología del Radar

El nombre Radar viene de "Radio Detection and Ranging", es decir radio detección y rango.  La detección de objetos metálicos por medio de ondas de radio data de muchos años antes de la Primera Guerra Mundial.   El principio en que se basa esa tecnología es que toda onda de radio u onda electromagnética, al alcanzar un objeto metálico causa tres fenómenos físicos:

Se genera una corriente en el objeto
Se refracta parte de la onda
Se refleja parte de la onda

La tecnología del radar

Debido a esos fenómenos, hay otras particularidades que tienen su aplicación en las telecomunicaciones, pero para comprender el tema que tratamos, sólo nos interesa el tercer fenómeno.  Basta saber que, si por medio de una antena enviamos una onda de radio en dirección a un objeto, parte de esta onda rebotará y regresará a nuestra antena.  La porción de energía devuelta es mínima, dependiendo de la naturaleza del objeto (si es metálico o no), de la potencia usada y de la longitud de onda empleada, pero esa débil señal reflejada generalmente es suficiente para ser aprovechada. 

En la práctica se requiere emitir un pulso de muy alta potencia y corta duración, el cual es reflejado por cualquier objeto y al regresar es recibido por la antena del radar.  Un simple cálculo, basado en que la velocidad de las ondas electromagnéticas es de 300 millones de metros por segundo, permite calcular la distancia midiendo el tiempo que demora el pulso en regresar al punto de origen. 

La dirección se calcula por la posición de la antena con respecto al objeto reflector.   El primer fenómeno indicado en la tabla de arriba, es de vital importancia en las telecomunicaciones pues si el objeto metálico mide un múltiplo de la cuarta parte de la longitud de onda genera un máximo de corriente que a su vez es radiada al espacio, principio en el que se fundamenta el funcionamiento de las antenas.

Los descubridores

En Alemania se estudió la reflexión de impulsos de radio de alta frecuencia (HF) a partir del 30 de abril de 1904, cuando el ingeniero alemán Christian Hülsmeyer, registró patentes alemanas y extranjeras para un aparato llamado Telemobiloscope.   Sin embargo, la base de su invento se remonta a los experimentos realizados en la Universidad de Karlsruhe por Heinrich Hertz en 1886.   En aquella oportunidad Hertz demostró que las ondas electromagnéticas eran reflejadas por objetos metálicos.   Sin embargo, Hülsmeyer estaba muy adelantado a su época y la oferta de su patente, fue rechazada hasta por la empresa Telefunken. 

En honor a Hertz se nombró así a la unidad de frecuencia eléctrica alterna, que hasta entonces era el Ciclo/segundo, pero su uso era inexacto porque se solía decir ciclos, kilociclos y megaciclos.etc, olvidando la unidad de tiempo: los segundos.  El cambio de ciclos por segundo a Hertz (Hercios) se hizo en 1960 en la Conferencia Internacional de Pesos y Medidas..

Primera Guerra Mundial

Durante la Gran Guerra de 1914, Richard Scherl, hijo del magnate de prensa August Scherl, también imaginó la posibilidad de usar ondas de radio con el mismo propósito, aún sin saber que existía la patente de Hülsmeyer.   Scherl en compañía del escritor de ciencia ficción Hans Dominik diseñaron el Strahlenzieler (rayo apuntador) y exitosamente demostraron su aparato que trabajaba con ondas de 10 cm.   El invento fue ofrecido a la Marina Imperial Alemana, pero les dijeron que no era de importancia capital, para el esfuerzo de guerra.

Tubo de vació de alta frecuencia tipo "Bellota" desarrollado a mediados de los 40

Experiencia en EEUU

En Estados Unidos, en 1926 Breit y Tuve fueron los primeros en usar los principios del radar para medir la altura de la ionosfera haciendo rebotar en ella una onda de radio.  Pero ya en 1920, Radioaficionados habían hecho experimentos que demostraban la factibilidad del invento, siendo la idea tomada por varios científicos e ingenieros en Francia, Gran Bretaña, Estados Unidos y Alemania.

Desarrollo en Alemania

En Alemania, fue la Reichmarine quien mostró interés en el desarrollo del dispositivo medidor de distancias, porque sus técnicas militares estaban basadas en las empleadas en la Primera Guerra Mundial.  No obstante, afrontaron el problema desde una óptica diferente.   El Nachrichten-Versuchsabteilung (NVA: Departamento de Pruebas de Comunicaciones) en Kiel, estuvo trabajando con una onda sonora capaz de detectar objetos sumergidos midiendo el tiempo que le tomaba, al eco del sonido, regresar a su lugar de origen.   Ese fue el precursor del sonar.   El Dr. Rudolf Kühnhold, director del departamento, decidió usar el mismo principio básico, pero con ondas de radio en la superficie, empleando ondas electromagnéticas con una longitud de onda de 13.5 cm que eran reflejadas por objetos a distancia y cuyos ecos eran recibidos en una antena parabólica.   No obstante, debido a las limitaciones técnicas de la época, que sólo permitían disponer de una potencia radioeléctrica de apenas 100 milésimas de vatio, se frustró la experiencia, porque la infinitesimal cantidad de energía reflejada, que en aquella época era imposible de amplificar a niveles utilizables, era poco aprovechable.

Primeros magnetrones

En esos momentos, la fábrica Philips Eindhoven produjo un magnetrón (dispositivo que genera impulsos de radio de alta frecuencia) capaz de generar 50 Vatios de energía de radio.  Los científicos alemanes compraron varios magnetrones, pero observaron que el sistema de transmisión era inestable, en consecuencia, decidieron consultar a Telefunken, pero la empresa no mostró interés en el proyecto.  En vista de la situación, en 1934, el Dr. Kühnhold fundó la compañía Gesellschaft für Elektroakustische und Mechanische Apparate (GEMA) con un aporte de 70 mil marcos del gobierno alemán.  Ellos lograron fabricar un magnetrón de suficiente potencia en 630 Mc/s (en esa época megaciclos/segundo, ahora Megahertz) con el que fabricaron un Funkmess (nombre que le dieron los alemanes al radar) que fue probado en Kiel usando el acorazado Hessen como blanco que fue detectado a 600 metros de distancia y el buque experimental Crille a 2 km de distancia.

Alemania e Inglaterra

La prueba del Funkmess se llevó a cabo el día 24 de marzo de 1934 en Kiel, es decir, año y medio antes que el Almirantazgo Británico aprobara oficialmente el desarrollo de los radares de manera oficial.  Pero a diferencia de los alemanes, los británicos basaban el proyecto en la detección y el rango del blanco y no solamente del cálculo de la distancia.  Una gran diferencia con los alemanes a quienes lo único que les preocupaba era determinar la distancia del blanco una vez que fuera detectado por medios visuales.  Curiosamente también, ni la Luftwaffe ni el arma submarina fueron informados y al ejército simplemente no le interesaba.  Medio año después el Crille era detectado a 12 km de distancia.   Por casualidad pasó un avión W34 por la zona de pruebas y fue detectado en la pantalla del radar, lo que causó gran revuelo.

El Tubo de Rayos Catódicos fue pieza
importante para el desarrollo del radar.

Récord alemán

Ante el éxito obtenido en Kiel, la fábrica Pintsch de Berlín fue a competir con GEMA, logrando un sistema que se probó en el buque Welle y que logró hacer detecciones a 2 Km de distancia.  Otras pruebas con aparatos de radio de Ultra Alta Frecuencia (UHF) lograron rebotar señales desde Heligoland a Wangerooge, es decir a una distancia de 43 Km.

Magnetrón Inglés

En 1935, en Gran Bretaña, se fabricó el primer radar que tuvo condiciones operativas y en 1939 Henry Boot, John T. Randall y los hermanos Russel y Sigurd Varian inventan el Magnetrón de Cavidad Resonante que hace posible el radar tal como lo conocemos ahora.   El magnetrón permite generar señales de alta frecuencia y muy alta potencia con gran estabilidad.

Magnetrn

Magnetrón de cavidad resonante 1939

Italia

En enero de 1935, Marconi inició la fabricación de un transmisor de 50 cm de longitud de onda con su respectivo receptor, para ser utilizados el 5 de abril de 1935, en un experimento de radar en la Torre Chiaruccia en las afueras de Roma en compañía de Luigi Solari.  Hizo rebotar las ondas de radio en su automóvil y luego en un avión que volaba en círculos.  No parece que el gobierno italiano estuviera al tanto de estos experimentos, pero los resultados fueron entregados a los británicos, que en diciembre de 1935 le pidieron a Marconi que fabricara una cortina de radar en el Estuario del Támesis.  El transmisor fue construido por Metropolitan Vickers y el receptor y su pantalla por A. C. Cossor Ltd.   En mayo de 1937 Marconi recibió una orden por 20 estaciones adicionales.

Marconi

Defensas costeras británicas

Este desarrollo le permitió a Inglaterra proteger sus costas con una cadena de torres de radar a lo largo del Dover, sistema que fue clave para la alerta temprana necesaria para colocar las escuadrillas de cazas en posición de repeler los ataque alemanes.  Obviamente, el mando aéreo alemán en manos de Herman Goering no tuvo la capacidad de planear los ataques adecuados a esas líneas de defensa que sufrieron muy pocos daños durante la Batalla de Inglaterra.   Sin embargo, los alemanes se preguntaban, ¿por qué siempre nos están esperando?

Robert Watson Watt superintendente del National Physics Laboratory en Slough and in 1933 fue hecho superintendente del Departamento de Radio en Teddington.   En 1934 recibió el encargo de fabricar un rayo que destruyera aviones en vuelo.  Watt sabía que eso no era posible, pero aprovechó para realizar experimentos de detección de aviones.   Watt se mudó a Daventry en Leicestershire y en 1935 hizo unas pruebas con el transmisor de onda corta de la BBC que detectó un avión a 27 Km de distancia.

Competencia en Alemania

A partir de esos experimentos, se inició una competencia entre los fabricantes que culminó en 1936 cuando GEMA, utilizando un transmisor de 8 kilovatios con una longitud de onda de 1,8 metros (165 Mc/s), logró detectar un avión a 28 km de distancia.  Ese equipo fue el precursor del Funkmess llamado Freya.  En 1935, Telefunken se unió a la competencia con un aparato de 50 cm y antena parabólica giratoria que fue el ancestro del radar de alerta aérea Würzburg.  El Freya y el Würzburg formarían la plataforma de la defensa terrestre de los alemanes.

Radar Freya

Normas alemanas

En esos momentos los fabricantes de radares alemanes, además de GEMA, eran la Telefunken, Siemens, Lorenz y AEG, quienes ya habían establecido las normas, para que los radares de reconocimiento aéreo funcionaran en 125 Mc/s, los navales en 368 Mc/s y los de artillería antiaérea en 560 Mc/s.

Criterio alemán

La Kriegsmarine, no le daba importancia a la detección a sino a la medición de la distancia al blanco, es decir el radar era para ellos un instrumento para medir la distancia en el control de tiro.   Desde el punto de vista táctico, la Kriegsmarine consideraba que debido a que la flota británica era infinitamente superior a la alemana, lo importante para la Kriegsmarine era mantenerse alejada evitando ser descubiertos por la flota enemiga.  Su interés entonces estribaba en la medición de distancia para efectos de control de tiro y no arriesgar a ser descubiertos por culpa de un radar activo.

Alemania pierde el paso

Hay que destacar que los científicos alemanes no creían que fuera posible utilizar radares en frecuencias más altas a las Muy Altas Frecuencias (VHF), es decir mayores que 300 Mhz.  Por tanto todos los radares a comienzos de la guerra sufrían de imprecisión en el cálculo de la dirección, inherente a los radares de frecuencias bajas.  Sólo después que los alemanes pudieron examinar un radar británico H2O, es que pudieron copiar el magnetrón para finalmente cruzar la barrera de la muy alta frecuencia (VHF) y pasar a las ultra altas frecuencias (UHF), pero para entonces, fue muy tarde para recuperar el liderazgo tecnológico y científico en esa área. 

Por otro lado, los alemanes se aferraron a la filosofía del radar pasivo desestimando las cualidades del activo, todo esto explica la razón por la cual los buques alemanes tenían antenas de radar con polarización vertical hasta el fin de la guerra, disposición que causaba interferencia por las reflexiones que ocasionaba el propio mar.  Por su parte la Luftwaffe utilizaba polarización horizontal casualmente para evitar esa interferencia.  Por tanto, todos lo barcos de la Kriegsmarine utilizaban antenas con dipolos verticales.  También los radares alemanes en los submarinos no podían usarse cuando se navegaba sumergido con el Schnorkel, por lo que a pesar de estar equipados con radares, eran simplemente inoperables la mayor parte del tiempo.

Designaciones de radares alemanes

Cuando la guerra comenzó en 1939, ya existía en Alemania la designación técnica de los diferentes tipos de radares.  Estos fueron:

Dezimeter-Telegraphie (DeTe) La primera denominación codificada para el radar en Alemania, con el objeto de ocultar su propósito.   Algunas veces malintrepretado como Deutsches Technisches Gerät.
Funkmess (FuM) Equipo de Radar
Funkmess-Ortung (FuMO) Radar - Determinador de distancia, rango activo.
Funkmess-Beobachtung (FuMB)
Radar - Detector, detección pasiva de las emisiones de radar enemigas.
Funkmess-Erkennung (FuME) Radar - Detector, Identificador Amigo/Enemigo (IFF).
Funkmess-Störsender (FuMS) Radar - Emisor de interferencia.
Funkmess-Täuschung (FuMT) Radar - Deceptor, inducidor de error por medio de señales interferentes.
Funkmess-Zusatz (FuMZ) Radar - Variantes especializadas para varios propósitos, por ejemplo orientación de alta precisión.

Prácticamente todos los buques de la Kriegsmarine tenían, cuando menos, algún tipo de radar pasivo para diversas frecuencias, pero lo normal era que estuvieran equipados con varias versiones diferentes para afrontar las diferentes amenazas que podía presentar la flota británica.

La nomenclatura utilizada para definir los modelos es, por ejemplo, para el tercer sistema fabricado, el radar de vigilancia FuSE 80 Freya:

Freya FuSE 80
Fu Funkmess (radar)
S Siemens (nombre del fabricante)
E Erkennung (función de reconocimiento)
80 modelo dentro de la serie.
Freya nombre en código del equipo.
Nota: 
Los gráficos de las antenas, arboladura de los buques alemanes y denominación técnica de los equipos, pertenecen al Sr. Erwin Sieche, S BAUSPARKASSE, OE 30 / Produktion, Viena.

Publicado: 8 julio/2001 - Actualizado: 2 agosto/2013






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