En la materia comenzamos a estudiar el desarrollo multipolar de la radiación electromagnética. Este desarrollo tiene muchas aplicaciones, pero una aplicación muy importante, aunque podría llegar a parecerles menor en el contexto de la física teórica, es el diseño de antenas. Y en particular, el diseño de antenas direccionales que en lugar de emitir en todas las direcciones en el plano perpendicular a la orientación del dipolo (como en una antena dipolar), emiten en una dirección específica.
La figura a continuación muestra a la izquierda la potencia emitida por una antena dipolar eléctrica (como las antenas de los routers Wi-Fi). La potencia irradiada es mayor en todo el plano perpendicular a la orientación del dipolo P (marcado por la flecha celeste), y nula a lo largo del dipolo. Esto es muy útil para una antena de una emisora de radio o de un Wi-Fi: queremos emitir una señal y que todos, en la ciudad o en nuestra casa, tengan buena recepción de la misma. A la derecha la figura muestra la potencia irradiada por una antena cuadrupolar eléctrica; la potencia irradiada es máxima en los lóbulos a 45 grados respecto al plano xy, formando así dos conos. Da la impresión que tomando momentos multipolares de órdenes cada vez más altos, o combinándolos convenientemente, se podría colimar la radiación emitida en un cono muy delgado, y emitir así de forma tal que solo quien se encuentre a lo largo de ese cono pueda detectar la señal emitida.
Las antenas direccionales de este tipo juegan un rol central en la aviación (y específicamente, en el aterrizaje de los aviones en aeropuertos). Imaginen que están volando en un avión y las condiciones de visibilidad no permiten encontrar el aeropuerto ni ver la pista de aterrizaje. ¿Cómo aterrizan el avión? Actualmente el aterrizaje de aviones con instrumentos se basa en un sistema de localización que consta mayormente de dos sistemas complementarios. Un conjunto de antenas que emiten en todas direcciones y permiten al piloto encontrar el aeropuerto, y un sistema direccional (LOC) que emite una señal solo a lo largo de la dirección en la que está orientada la pista (en realidad el LOC emite dos señales para mejorar la localización y saber si uno está a la derecha o a la izquierda de la pista). Las antenas del LOC emiten con máxima potencia en un cono muy delgado, y el piloto puede darse cuenta si se encuentra en la dirección correcta buscando maximizar la intensidad de la señal que recibe a medida que se acerca a la pista (un sistema complementario, llamado G/P, permite saber si uno está a la altura correcta). El sistema marca así un camino invisible en el aire que el piloto debe seguir.
La localización espacial de la señal emitida en un cono delgado se consigue superponiendo muchos modos multipolares (es decir, con antenas emisoras con múltiples elementos), de la misma forma que superponiendo muchos modos Fourier podemos generar una función con un pico muy angosto. Si quieren ver ejemplos de cómo se ve una antena direccional (aunque estas no son las antenas usadas en aeropuertos), pueden mirar las siguientes:
Se me vino esta imagen a la cabeza:
La tecnología precursora del sistema LOC, que hoy usan casi todos los aeropuertos internacionales del mundo, es la tecnología de antenas que se desarrolló durante la segunda guerra mundial para guiar con señales de radio a los pilotos en territorio enemigo, y que discutimos en un posteo previo.
Para quienes disfruten de los aviones y del animé, les recomiendo para este fin de semana mirar una joya cinematográfica extraña y a veces olvidada de 1992 dirigida por Hayao Miyazaki, Porco Rosso (disponible en Netflix):
Y para los que disfrutan de las aplicaciones mas voladas de la física, es interesante notar que el campo magnético de los púlsares, estrellas de neutrones con un campo magnético muy colimado y que como resultado su radiación vista desde la Tierra se ve como los pulsos de un faro (cuando el cono de radiación apunta en la dirección de nuestro planeta), también se describe en términos de un desarrollo multipolar con modos con orden alto en los armónicos esféricos. De hecho, el nombre de púlsar se debe justamente a esta característica de estas estrellas. Los pulsos de algunos púlsares son tan precisos (en parte porque su radiación está tan colimada) que su periodicidad pueden superar la precisión de algunos relojes atómicos. En cierto sentido los púlsares son los relojeros suizos del universo.
Recuerden que ya está abierto el recuperatorio de la evaluación de la parte II de la materia en el campus virtual de Exactas, y termina el próximo lunes a las 16 hs. Esta instancia de evaluación es obligatoria para todos aquellos que no hayan aprobado la evalución previa o hayan tenido problemas con la entrega, y es necesaria para mantener la condición de alumno regular del curso.
