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Los Espejos de Fresnel
Agustin-Jean Fresnel fue un físico e ingeniero francés que nació en Broglie en 1788 y murió en Ville d'Avray el 1827. Demostró que las ondas luminosas no viajan en línea recta, sino mediante vibraciones transversales y que, partiendo de un punto emisor, se expanden como las ondas en el agua, formando esferas concéntricas. Debido a la pequeña longitud de onda de la luz, el viaje de una partícula (fotón) puede parecer una línea recta, pero realmente es una serpenteante línea cuyas ondas avanzan a la fantástica velocidad de 300.000 km/s. Muchos de nosotros sólo recordamos de Fresnel apenas lo relativo a unas lentes como aros concéntricos, que suelen existir en los faros y algunos sistemas ópticos de iluminación. Últimamente se ven algunas hechas sobre láminas de plástico que se adosan, bien sea al cristal trasero de los automóviles como a ventanas o escaparates, para actuar tanto de visores gran-angulares como de lupas. Sus experimentos tienen una gran importancia para los estudiosos de la propagación, dada la similitud física de las ondas luminosas y las radioeléctricas. El monje Erasmo Bartolino descubrió hacia 1700 un efecto notable: al mirar a través de un cristal de «espato de Islandia» observó imágenes dobles, ligeramente distanciadas. Posteriormente, Huyghens estudió detenidamente el fenómeno, observando que debería ser producido por la naturaleza ondulatoria de las ondas. No obstante fue Fresnel quien, al demostrar, mediante el espato de Islandia que el fenómeno de la doble refracción era debido a la polarización de las ondas respecto al sentido de su marcha, anticipó los fenómenos de polarización que tanto nos afectan a los radioaficionados. Precisamente ello le condujo a estudiar los fenómenos de interferencia luminosa, muy similares a los de la interferencia radioeléctrica (¡no confundir con las ITV!) y así los fenómenos de interferencia, con zonas de gran intensidad luminosa y zonas vecinas de poca intensidad, quedaron explicados con sus fórmulas denominadas ecuaciones de Fresnel, que permiten entre otras cosas, calcular la porción de luz que se refleja cuando incide en determinado ángulo contra un medio transparente. El famoso experimento de los espejos de Fresnel, por su similitud con lo que ocurre en los rebotes ionosféricos, ha hecho que sus fórmulas recobren actualidad. En tal experimento, provocando el rebote de la luz en dos espejos casi paralelos, se generan unas franjas de interferencia (reforzamientos y anulaciones de las ondas) cuya amplitud está en función de las distancias a las seudofuentes (espejos), y longitud de onda utilizada. Con este procedimiento logró Fresnel, por vez primera, medir la longitud de onda de la luz, ya que las franjas de interferencias se producen cada número impar de medias ondas: 1/2, 3/2, 5/2 ondas, etc. Algo parecido sucede habitualmente en muy altas frecuencias (VHF), por ejemplo, donde las sumas de fases de las ondas (interferencias) en ocasiones nos permiten medir la longitud de onda correspondiente a la frecuencia de trabajo. En varias ocasiones hemos hablado de la propagación por rebote ionosférico. Siempre hemos dado por bueno que la onda se refleja en uno de los denominados puntos de control, pero casi nunca nos hemos parado a pensar en su importancia: el punto de control, ¿es realmente un punto? Nuestra simple intuición nos dice que debe tratarse mas bien de una zona, pues incluso el fenómeno del desvanecimiento (fading) nos indica que debemos estar recibiendo la misma onda, procedente de varios puntos diferentes y de forma simultánea. La mejor forma de aprovechar nuestra energía de radiofrecuencia es orientar nuestras antenas hacia esa zona Si la ionosfera se comportase exactamente como un espejo normal solamente un ángulo de radiación determinado permitiría el contacto entre dos estaciones concretas, y sabemos que no es así. Ello quiere decir que existe un tipo «especial de espejo», ahí arriba.
En algunas explicaciones sobre la difusión ionosférica se suelen mostrar unas figuras que nos hacen pensar que los «espejos» ionosféricos son de forma rectangular, similares a cuadrados o rombos , y que parecen estar formados por el cruce de dos haces de ganancia (los de nuestra antena y los de la antena de nuestro corresponsal).
Nada más lejos de la realidad. Precisamente debido a los experimentos de interferencias de fases realizados por Fresnel; con unos espejos negros, sabemos que la zona donde se realiza la reflexión de las señales de radio y que admitimos está a medio camino entre dos estaciones (para un solo salto), sabemos que se comporta como una zona en forma como de anillos concéntricos, que de dentro hacia afuera tienen menor grado de reflectividad, y están separados por otros con anulación total de señal. El más interesante es el interno, que se denomina Zona 1 de Fresnel y que es posible determinar perfectamente a efectos de aprovechar al máximo las posibilidades de nuestros equipos y antenas.
La pregunta básica es: ¿qué tamaño tiene la Zona 1 de Fresnel (la de máxima intensidad)?, y por tanto ¿con qué precisión debo apuntar la antena para que la mayor parte de la energía irradiada vaya hacia ella o bien captemos la que nos envía? Para ello hemos preparado un pequeño programa de ordenador personal (sobre un Amstrad CPC6128); pero dado que no tiene ningún truco especial y está hecho en BASIC elemental, creemos que irá perfectamente sin modificaciones, o al menos con mínimos retoques, en cualquier ordenador dotado de un intérprete de ese lenguaje.
El programa pide primero la distancia en kilómetros entre las estaciones, suponiendo que el contacto es para un solo salto, dado que éste es el caso más habitual, tanto en HF como en VHF y UHF. Los saltos múltiples pueden calcularse en forma sucesiva; pero dado que el elemento crítico es la dimensión de la zona Fresnel más próxima, el ejercicio es más bonito si no lo complicamos innecesariamente. El programa podría mejorarse introduciendo coordenadas geográficas, calculando rumbos y distancias, etc.; pero en aras de la sencillez estimamos mejor dejarlo así y cada cual después «haga lo que pueda». La anchura de la zona de Fresnel está marcada por la distancia entre las estaciones (para un solo salto) y la longitud de onda de trabajo. Para hacernos una idea; dos estaciones situadas a 500 km y trabajando en la banda de dos metros, tienen una zona 1 de Fresnel representada por un disco de aproximadamente 1000 m de diámetro, lo que viene a representar un ángulo de «visión» de solo 0,110. En otras palabras: si tenemos una antena con un lóbulo delantero muy agudo, debemos afinar extremadamente la puntería. Para 25 km (con montañas por medio), la zona Fresnel sería de unos 222 metros y 1,02 grados de paralaje. Evidentemente, para un aprovechamiento máximo deberíamos experimentar habitualmente las técnicas de la difusión meteórica y ionosférica. Pero estas fórmulas son aplicables también a las ondas decamétricas. Prueben y observen los resultados. Hay otras zonas Fresnel circundantes, separadas a una longitud de onda, dos longitudes de onda, etc., lo que ocurre es que la pérdida de señal es tan fuerte que ya no vale la pena considerarlas. |
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