Principios básicos del radar

El término RADAR recibió la frase "detección y distancia por radio" y aunque los usos del radar son mucho mayores que los originalmente, el término se ha mantenido en uso.

Distancia y rumbo gracias a los pulsos

La distancia de un objeto desde la posición de un radar se puede calcular midiendo el tiempo que tarda un pulso de energía de radio en viajar hasta el objeto y regresar nuevamente. La energía de radio viaja a una velocidad de aproximadamente 300 X 106 metros por segundo o 300 metros por microsegundo (seg). La dirección se puede medir observando la dirección de la antena cuando recibe un eco del pulso del radar.

Definiciones de radar

• LONGITUD DEL PULSO (Longitud de pulso) también conocido como ancho de pulso. Es la duración del pulso en microsegundos.
• FRECUENCIA DE REPETICIÓN DE PULSOS es el número de pulsos transmitidos por segundo. Este término es también conocido como la PRF frecuencia de recurrencia de pulso
• INTERVALO DE REPETICIÓN DE PULSOS (PRI) es el intervalo de tiempo desde el inicio de un pulso hasta el inicio del siguiente. El intervalo de repetición de pulso (o recurrencia) es el recíproco de la frecuencia de repetición de pulso. PRI = 1 / PRF
• ANCHO DE HAZ describe la dimensión angular del patrón de radiación. La mayoría de los radares utilizan antenas que concentran la energía en un haz estrecho.

Sistema básico de un radar

Durante un breve período de tiempo, generalmente entre 2 y 30 millonésimas de segundo, el transmisor irradia energía de alta frecuencia. Esta serie de pulsos de energía se entregan a la antena. Es común que se use la misma antena para recibir los ecosistemas de los pulsos, pero el receptor es muy sensible, debe protegerse cuando se transmiten pulsos de alta energía. Esto se logra mediante el interruptor de transmisión-recepción (T / R) que aísla al receptor cuando se producen transmisiones. La coordinación entre el magnetrón (unidad transmisora), el interruptor T / R y el CRT (pantalla) se lleva a cabo por el temporizador maestro. Los circuitos del receptor del radar amplifican los débiles ecos de retorno.

Un radar transmite una breve ráfaga (pulsos) de energía electromagnética. La distancia al objetivo se determina midiendo el tiempo transcurrido mientras el pulso viaja y regresa del objetivo. Debido a que se trata de un viaje de ida y vuelta, transcurrió un tiempo total de 12.36 microsegundos por milla náutica entre el inicio del pulso desde la antena y su regreso a la antena desde un objetivo. Este intervalo de tiempo de 12.36 microsegundos a veces se denomina MILLA RADAR, MILLA NAUTICA RADAR o MILLA RADAR NAUTICA. Si un avión detecta un objetivo después de 620 microsegundos, entonces el objetivo se encuentra a 50 millas.

El ciclo del radar

Cada ciclo del radar comienza con un pulso de energía que vende el transmisor durante los microsegundos. Aunque este es un período de tiempo muy corto, el pulso contendrá muchas millas de ciclos de radiofrecuencia. El pulso del radar en realidad tiene una dimensión física de cientos de metros. El borde delantero del pulso ya está lejos del transmisor cuando este deja de transmitir. Después del pulso, el interruptor T / R, tras un período de recuperación, cambia y permite que la antena y el receptor estén listos para el eco del pulso que luego regresará. El eco del objetivo puede recibirse durante el período de escucha que finaliza cuando el interruptor T / R vuelve a cambiar y prepara la antena para lanzar otro pulso al comienzo del siguiente ciclo. Cabe señalar, que la duración del pulso (longitud del pulso) es muy corta en comparación con el intervalo de recurrencia del pulso. Curiosamente, un radar pasa más tiempo escuchando que trasmitiendo. Debajo se puede disfrutar la duración de los ciclos y que el radar pasa la mayor parte del tiempo escuchando ecos de sus propias transmisiones.

El efecto de la potencia en el alcance máximo

El alcance máximo de un radar depende de muchos factores, como el tamaño del objetivo, las características de la antena y la ganancia del receptor (amplificación). La potencia transmitida se extiende sobre un área progresivamente mayor a medida que se aleja del transmisor y la densidad de potencia se reduce de acuerdo con la ley del cuadrado inverso. Del mismo modo, la pequeña cantidad de potencia contenida en el eco del objetivo se atenuará (a medida que este regrese hacia la antena). El resultado es una reducción de la potencia en el retorno a la antena proporcional a la raíz cuarta. Por transposición se puede demostrar que: 

De ello se deduce que duplicar el alcance de un radar requeriría 16 veces la potencia del transmisor original y duplicar la potencia solo aumentaría el alcance en un 19%.

Efecto de PRF en el alcance máximo

La energía recibida por la antena del radar ha viajado dos veces la distancia entre el transmisor y el objetivo. Este viaje de ida y vuelta debe completa rse dentro del intervalo de recurrencia de pulso (1 / PRF) del radar.

Distancia = velocidad x tiempo

Si la PRF son 400 pulsos / Segundo y la velocidad de las ondas de radio 300 x 106 m / seg, entonces:

Muchos radares usan un PRF más bajo cuando buscan objetivos a largo alcance y un PRF más alto para objetivos más cercanos.

El efecto de la longitud del pulso en el alcance mínimo

El alcance mínimo de un radar está determinado por el período entre el comienzo de la transmisión del pulso y el momento más temprano en que se puede registrar el eco. Ignorando el tiempo de recuperación, el alcance mínimo depende de la mitad de la duración del pulso. Por ejemplo, un radar con una longitud de pulso de 2 microsegundos no podría detectar objetivos a menos de 300 metros.

Distancia = velocidad x tiempo;

• Longitud del pulso = (300 x 10^6) x (2 x10^-6) = 600 metros; por lo tanto,
• Alcance mínimo = 300 metros

El efecto de la longitud del pulso en la resolución

El término "resolución" se refiere a la capacidad del radar para detectar y mostrar objetivos relacionados por separado. En la distancia, la resolución se ve afectada por la longitud del pulso, el modo que los objetivos que están más cerca de la mitad de la longitud del pulso se fusionan y aparecen como uno solo. Esto ocurre cuando el borde anterior del pulso ha regresado del objetivo más lejano antes de que el borde posterior del pulso haya regresado del objetivo más cercano.

El efecto del ancho del haz en la resolución azimutal

La resolución azimutal se refiere a la capacidad del radar para separar los objetivos que están a la misma distancia, pero con rumbos diferentes. Esto depende en gran medida del ancho del haz, ya que, si el espacio entre los objetivos es insuficiente, el peligro del radar detecta el segundo objetivo antes de abandonar el primero.

El ancho del haz depende de las características de las antenas. La longitud de onda y el diámetro del haz aumenta con el alcance.

El efecto del ancho del haz en la resolución azimutal

La resolución azimutal se refiere a la capacidad del radar para separar los objetivos que están en el mismo rango, pero con rumbos diferentes. Esto depende en gran medida del ancho del haz, ya que, si el espacio entre los objetivos es insuficiente, el peligro del radar detecta el segundo objetivo antes de abandonar el primero. El ancho del haz depende de las características aéreas y la longitud de onda, y el diámetro del haz aumenta con el alcance. A continuación, se muestra una tabla con los datos de un radar meteorológico:

El efecto de la longitud de onda en la atenuación del radar

Cuando las ondas de radio atraviesan la atmósfera, producen una pérdida de energía. Esto ocurre porque los gases del medio absorben parte de esa energía. También puede ocurrir por la pérdida, o por el bloqueo físico o la dispersión de la energía. Si la energía del radar está bloqueada por fuertes precipitaciones, por ejemplo, los objetivos de mayor alcance pueden quedar enmascarados. Estos efectos dependen de la longitud de onda.

La elección de la longitud de onda depende del propósito del radar. Un radar con una longitud de onda larga, transmisiones que no se verían afectadas por las nubes y la precipitación y esto sería indeseable para los equipos afectados por detectar tormentas, pero muy útil para aviones que quieran detectores a otros aviones o para el radar de control de tráfico ATC, donde el efecto de enmascaramiento de los ecosistemas de lluvia podría evitar la detección de las aeronaves. La regla: una longitud de onda más corta da como resultado una atenuación de radar mayor.

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