Radarul

UPBFacultatea de Inginerie Electrica RadarulReferat pentru disciplina "Unde electromagnetice"

Macnea Alina,Nitu Ioana,Popa Mihai,Stefana Victor131 SE,9/5/2014

Cuprins1Introducere32Scurt istoric33Componentele unui aparat radar54Principiul de functionare75Domenii de utilizare ale radarului116Referinte13

Introducere

RADAR(radiodetectionandranging, adicdetectarea prin radio i determinarea distanei) reprezint o instalaie de radiolocaie care radiazmicrounde electromagneticei folosetereflexiaacestora pe diferite obiecte pentru a determinaexistenaidistanalor fa de anten. Se compune, de obicei, dintr-un emitor, un receptor i un sistem deantene(care, de obicei, se poate roti n plan orizontal i/sau vertical) cu directivitate pronunat. Receptorul cuprinde i un indicator al existenei i poziiei obiectului (de obicei untub catodiccu persisten mrit a imaginii).StudentContributia la conceperea referatului.

Macnea AlinaPrincipiul de functionare

Nitu IoanaScurt istoric al radarului

Popa MihaiDomenii de utilizare

Stefana VictorParti componente

Scurt istoric

RADAR-ul este o inventie ce nu poate fi atribuita unui anumit savant sau unei singure natiuni.Putem privi radarul ca rezultatul a numeroase eforturi de cercetare si dezvoltare,realizate in paralel de o serie de oameni de stiinta din mai multe tari. Principiul radarului se bazeaza pe emisia unor unde foarte scurte care,dupa reflectarea de un obstacol,se intorc spre emitator,unde sunt receptionate.Cunoscand viteza undelor si masurand intervalul de timp dintre emisie si receptie,se poate calcula distanta pana la obstacol.Numele sau este,de fapt,acronimul pentru Radio Detecting and Ranging. In 1930 a aparut idea utilizarii proprietatilor radarului pentru detectarea obstacolelor,a avioanelor si s-au inceput cercetarile fundamentale teoretice inacest domeniu.Astfel,s-a ajuns la concluzia ca puterea de emisie trebuie sa fie foarte mare,deoarece numai o parte a energiei radiate in spatiu va atinge obstacolul,iar din aceasta doar o mica fractiune va fi reflectata in toate directiile,iar la antena receptoare ajunge un semnal foarte slab. In 1931 fizicianul Maurice Ponte a perfectionat magnetronul- inventat inca din 1921 de catre americanul Albert W.Hull obtinand puteri foarte mari in domeniul undelor decimetrice. Principiul radarului este brevetat in 1935 de catre americanii Albert Hoyt Taylor si L.C.Young pe baza unor experiente pe care le incepusera inca din 1922. Tot in 1935,fizicianul englez Sir Robert Alexander Watson-Watt realizeaza primul radar functional cu care reuseste sa detecteze avioane aflate la o distanta de 50km. Iniial,radarul avea un neajuns.Undele electromagnetice,emise sub forma unei unde continue, detectau prezena unui obiect,dar nu-i puteau determina poziia exact.Apoi, n 1936, s-a nregistrat un progres prin construirea radarului cu impulsuri. n acest caz, semnalele erau trimise cu intermiten ritmic, astfel putndu-se msura distana dintre ecourile recepionate pentru a se determina viteza i direcia intei. In 1939,atat in SUA cat si in URSS,sunt instalate primele radiolocatoare. n 1939 s-a fcut un nou pas nainte cu o semnificaie deosebit: a fost pus la punct un emitor cu microunde de mare putere,al crui avantaj major, care a adus Marii Britanii primul loc n acest domeniu,consta n precizia informaiilor furnizate,indiferent de condiiile atmosferice. Acesta emitea o raz scurt,foarte focalizat. Un alt avantaj era c semnalul putea fi receptat de antene de dimensiuni mai mici, astfel nct radarul putea fi instalat pe avioane sau pe alte vehicule. Accelerate de luptele tot mai intense si de dezvoltarea fortelor aeriene,cercetarile in domeniul tehnicii radarului au generat avansuri tehnologice semnificative in timpul celui de-al Doilea Razboi Mondial.In perioada Razboiului Rece un numar foarte mare de radare au fost instalate de o parte si de cealalta a cortinei de fier,in special de-a lungul frontierei germane. Acesta este trecutul,dar viitorul? Pentru viitor se lucreaza in prezent la un radar care va putea vedea prin absolut orice,fie ca este cladire,fie ca este pamant.El se bazeaza pe un scanner ce functioneaza pe principiul unei retele cuantice.Acest principiu spune ca doua particule pot fi unite in asa fel incat orice i s-ar inatampla uneia dintre ele,acelasi lucru sa i se inatmple si celeilalte,oricat de departe se afla una de cealalta.Astfe,radarul cuantic va putea vizualiza informatii despre tinta prin mediul care o inconjoara materiale de camuflaj, buncar, chiar si prin norii de plasma ce nconjoara avioanele supersonice. Iar detectarea va fi efectuata chiar daca radarul va fi amplasat pe o platforma aeropurtata ori pe un satelit.Componentele unui aparat radar

ANTENA RADARAntena radarului semnifica interfata intre sistemul radar si spatiul inconjurator unde radarul transmite semnalul si le primeste.Rolul antenei este sa ghideze unda transmisa si in sens opus sa ghideze propagarea undei pe care o primeste.in timpul receptiei, antena capteaza energia din ecosemnal si o livreaza receptorului.Cea mai folosita antena radar este antena parabolica.geometria antenei parabolice deoarece concentreaza energia in timpul recetiei , iar in timpul transmiterii creaza valuri de semnale constate.

DUPLEXERDaca este folosita aceeasi antena atat pentru receptie cat si pentru transmitere, atunci trebuie sa fie insotita de un duplex,acesta avand rolul de a schimba sistemul radarului din modul de transmitere in modul de receptie.SINTETIZATOR SI OSCILATOR DE FRECENTEReprezinta sursa de baza a sistemelor de semnale precum radarele.MIXERAcesta transforma semnalele dintr-un spectru in anumite game de spectru , cum ar fi frecventele intermediare in frecvente radio.AMPLIFICATORUL DE PUTEREEste flosit pentru a amplifica semnalele radar .astfel semnalele pot fi transmise la distante mai mari dar si in timp mai scurtTRANSMITATORULEste principalul consumator de energie dintre componentele radarului, are costul cel mai crescut ,si este principala sarcina termica a sistemului radar. Acesta este format din 3 mari componente: generatorul de unde,convertorul de unde si amplificatorul de putere.FILTRU DE ZGOMOTRolul acestui fitru de zgomot este filtra semnalul eliminand zgomotul si alte semnale disturbatoare care apar la intrare in aparat.RECEPTORULAceasta componenta are rolul de a primi ecoul undei transmise. In functie de utilizarea radioului, aceasta componenta difera: de la antene de captare de diametre mari pentru radarele din aviatie, la senzori si antene scurte pentru radarele acvatice.Toate semnalele transmise sau receptate sunt procesate intr-un procesor de semnale, de unde se obtin date, acestea fiind procesate la randul lor. Pentru a putea manipula si observa aceste date, radarul este prevazut cu o interfata digitala, pentru a putea crea contactul dintre utilizator si aparat.

Schema sistemului radar

Principiul de functionare

Figura 1: Principiu radar: msurarea timpului de deplasare dus-ntors al undelorPrincipiul de baz privind funcionarea unui radar primar este simplu de neles. Totui, teoria poate deveni destul de complex. Cunoaterea acestei teorii este esenial pentru nelegerea funcionrii i operarea corect a oricrui sistem radar. Proiectarea i punerea n funciune a unui sistem radar primar necesit cunotine din discipline cuprinse ntr-o arie larg de domenii cum ar fi construcii, mecanic, electronic, electrotehnic, tehnica microundelor, prelucrarea semnalelor i procesarea datelor. De asemenea, anumite legi ale fizicii sunt foarte importante.Msurarea distanei cu ajutorul radarului este posibil datorit proprietilor energiei electromagnetice.1.Reflexiaundelor electromagneticeUndele electromagnetice sunt reflectate dac ntlnesc o suprafa conductoare electric.Dac undele reflectate sunt recepionate n punctul de unde au plecat, aceasta nseamn c pe direcia de propagare se afl un obstacol.2.Energia electromagnetic se deplaseaz prin aer cuvitez constant, aproximativ egal cu viteza luminii: 300,000 kilometri pe secund, sau 186,000 mile pe secund, sau 162,000 mile nautice pe secund.3.Energia electromagnetic se deplaseaz prin spaiu nlinie dreapt, traiectoria fiind foarte puin afectat de condiiile atmosferice i meteo. Folosind antene de construcie special, aceast energie poate fi focalizat ntr-o anumit direcie dorit. n acest fel se poate determina direcia obiectelor (n azimut i elevaie).Aceste principii implementate practic ntr-un sistem radar asigur descoperirea obiectelor i determinarea distanei, azimutului i nlimii acestora.(Efectele atmosferei i condiiilor meteo asupra undelor electromagnetice vor fi discutate mai trziu; pe moment, aceste efecte vor fi ignorate n explicaiile privind determinarea distanei i a direciei.)Principiul electronic de funcionare al radarului este foarte asemntor cu principiul reflexiei undelor sonore. Dac o persoan strig n direcia unui obiect care reflect sunetele (cum ar fi un canion, un tunel sau o peter), va auzi un ecou. Cunoscnd viteza sunetului n aer, se poate estima distana i direcia aproximativ a acelui obiect. Timpul necesar revenirii ecoului poate fi utilizat pentru calcularea distanei, cunoscnd viteza sunetului.Radarul folosete undele electromagnetice aproximativ n acelai mod. Un impuls de radiofrecven este emis n spaiu i reflectat de ctre un obiect. O mic parte din energie este reflectat napoi pe direcia radarului. Acest semnal reflectat napoi ctre radar poart denumirea de semnal ECOU, ca i n cazul undelor sonore. Sistemul radar utilizeaz acest semnal ecou pentru a determinadistanaidireciarespectivului obiect.Determinarea distanteiDistana este determinat cunoscnd timpul de ntrziere al semnalului ecou i viteza de propagarec0. Distana determinat astfel reprezint distana n linie dreapt dintre radar i int i poart numele de distan nclinat. Distana real este distana n plan orizontal (la nivelul solului) ntre poziia radarului i proiecia poziiei intei n acest plan. Pentru determinarea acestei distane trebuie cunoscut nlimea intei. Deoarece semnalul parcurge drumul ntre radar i int de dou ori (dus-ntors), timpul de ntrziere este mprit la 2 pentru a obine timpul de propagare de la radar la int. Rezult astfel urmtoarea formul pentru calculul distanei nclinate:R=(co*t)/2 unde: c0= viteza luminii = 3108m/s t= timpul de ntrziere [s] R= distana nclinat [m] (1)Distana poate fi exprimat n kilometri sau n mile nautice.Deducerea formuleiDin definiia vitezei, aceasta este egal cu distana parcurs n unitatea de timp.V=s/t unde: co=viteza [m/s] t=timpul [s] R=distant [m] (2)Distana este multiplicat cu 2 deoarece impulsul parcurge de dou ori distana, o dat de la radar la int, i apoi de la int la radar. c0=(2*R)/t (3)undec0= 3108m/seste viteza luminii, aceasta fiind i viteza de propagare a undelor electromagnetice n aer.R=(c0*t)/2 (4)Msurnd timpul de ntrziere al semnaluluit, distanaRse calculeaz foarte uor cu ajutorul formulei. Timpul de ntrziere reprezint timpul necesar impulsului de sondaj s parcurg distana pn la int i napoi (timpul scurs ntre transmiterea impulsului n spaiu i detecia reflexiei acestuia de ctre receptor).Determinarea direcieiDeterminarea coordonatelor unghiulare ale unei inte este posibil datorit directivitii antenei. Directivitatea, numit i ctigul directiv, reprezint abilitatea antenei de a-i concentra energia radiat doar ntr-o anumit direcie. O anten cu o directivitate ridicat se mai numete i anten directiv. Prin msurarea direciei n care este orientat antena la momentul recepionrii unui ecou se pot determina att azimutul, ct i unghiul de nlare al intei (elevaia). Precizia msurrii coordonatelor unghiulare este determinat de directivitatea antenei, care la rndul ei depinde de dimensiunile antenei.Sistemele radar lucreaz n general cu unde de frecven foarte nalt. Principalele motive sunt:-propagareacvasi-optica acestor unde.-rezoluie ridicat (cu ct este mai mic lungimea de und, cu att pot fi mai mici obiectele ce le poate detecta radarul). -cu ct crete frecvena, dimensiunile antenei vor fi mai reduse pentru aceeai valoare a ctigului. Azimutul absolut (real) al unei inte radar este unghiul dintre direcia Nord i direcia intei. Acest unghi este msurat n plan orizontal i n direcia acelor de ceasornic, pornind ca referin de la direcia Nord (azimut 0).(n cazul radarelor dispuse pe nave sau avioane, azimutul unei inte poate fi msurat avnd ca referin direcia de deplasare a navei sau avionului; n acest caz poart numele deazimut relativ).) Fig.1 : Determinarea directiei (azimutului) Pentru ca determinarea azimutului s fie precis, este necesar cunoaterea cu exactitate a direciei Nord. n cazul radarelor mai vechi, aceast lucru presupune operaiuni suplimentare, necesitnd folosirea unei busole sau anumite calcule trigonometrice. Sistemele radar moderne determin aceast direcie n mod automat, folosind pentru aceasta i sistemulGPS. Fig. 2: Variatia amplitudinii semnalului ecou Unghiul de nlareRadarele pentru determinareanlimiisau radioaltimetrele folosesc antene cu caracteristica ngust n plan vertical. Pentru descoperirea intelor, caracteristica (fasciculul) Fig. 3: Unghiul de inaltare

este deplasat mecanic (prin balansarea antenei) sau electronic n plan vertical. Radioaltimetrele care determin i azimutul intelor trebuie s aib o caracteristic ngust i n plan orizontal. Unghiul de nlare (de elevaie) reprezint unghiul dintre direcia spre int n plan vertical i planul orizontal. Acest unghi este notat de obicei cu litera greac epsilon (). Unghiul de nlare ia valori pozitive deasupra orizontului (planului orizontal n care se afl radarul), respectiv negative sub orizont.

Domenii de utilizare ale radarului

Fizicianul englez Sir Robert Alexander Watson-Watt realizeaza primul radar functional cu care, n iunie 1936, reuseste sa detecteze avioane aflate la o distanta de 50 kmIn 1935, se instaleaza pe pachebotul Normandie primul radar pentru detectarea aisbergurilor si a altor obstacole, iar n 1938 se instaleaza si pe pachebotul american New York. n acelasi an, Anglia da n functiune cinci statii radar de aparare n zona Canalului Mnecii. Cu aceste aplicatii s-au pus bazele radiolocatiei, care n 1939 este introdusa att n SUA ct si n URSS, unde sunt instalate primele radiolocatoare. n prezent, radarele utilizeaza antene cu baleiaj electronic, a caror orientare se face fara deplasarea de componente mecanice, iar din 1988 a nceput testarea unui radar cu impuls si antena sintetica. Si utilizarile lui s-au diversificat, fiind folosit pentru dirijarea avioanelor, pentru detectarea obiectelor spatiale.n timpul celui de Al Doilea Razboi Mondial a fost perfectionat de inginerul Chilowski pentru detectarea submarinelor si minelor marine.Dei a fost inventat la nceput ca un instrument pentru rzboi, astzi radarul este fo losit pe scar larg n multe scopuri pe timp de pace, cum ar fi contro- lul traficului aerian, urmrirea di- reciei navetelor spaiale, etc.Utilizri: Este folosit in navigare. Avioanele i vapoarele sunt dotate cu radiolocatoare, ca i aeroporturile care sunt prevzute cu acest echipament pentru a dirija traficul aerian, aterizrile i decolrile avioanelor deasemenea.Radiolocaia i-a gsit aplicaii n meteorologie, n radionavigaia aerian i maritim: identificarea formelor de relief, insulelor, ghearilor, obstacolelor etc.Instalaia de radiolocaie se compune, n esen, dintr-un emitor, un receptor i un sistem de anteneRadarul este un sistem utilizat pentru detectarea, determinarea distantei si plasarea pe o harta a unor obiecte, cum ar fi avioanele sau ploaia. Prin acest sistem, sunt transmise unde radio puternice, iar receptorul asculta, pentru a descoperi ecouri. Prin analizarea semnalului reflectat, obiectul reflector poate fi localizat si uneori chiar identificat. Astfel, radarul este potrivit pentru a detecta obiecte aflate la distante foarte mari, unde alte reflexii, cum ar fi sunetul sau lumina vizibila, ar fi prea slabe pentru a fi detectate. Undele electromagnetice se reflecta in urma oricarei modificari importante a constantelor dielectrice si diamagnetice.Meteorologia este domeniul n care se ntlnesc cele mai multe aplicaii ale radarului. Datele obinute cu ajutorul radarului fac parte din sistemul observaional i sunt folosite: - pentru iniializarea modelelor numerice de prognoz a vremii; - pentru prognoza de tip "nowcasting" i pentru prognoza de foarte scurt durat, mai ales n prognoza i detecia fenomenelor meteo periculoase.De exemplu: o detecia grindinei nainte ca aceasta s cad la sol (mai ales cu ajutorul radarelor Doppler). o detecia tornadelor (tot cu ajutorul radarelor Doppler) cu 30 de minute nainte ca acestea s afecteze o anumita zon a suprafetei terestren hidrologie, radarul are ca principale aplicaii estimarea precipitaiilor care se vor produce la suprafaa Pmntului, estimarea distribuiei acestor precipitaii n bazinele hidrografice, furnizarea de date necesare initializrii modelelor de ploaie, scurgere i de prognoza hidrologic, necesare pentru evitarea unor catastrofe naturale, ca de exemplu inundaiilen domeniul proteciei mediului, radarul este folosit pentru monitorizarea unor fenomene cum ar fi splarea aerosolilor i a poluanilor, accidentele nucleare, depunerile radioactive prin precipitaii, lansarea de bombe nucleare (strategice i tactice).Pentru viitor se lucreaza n prezent la un radar care va putea vedea prin absolut orice, fie ca este cladire, fie ca este pamnt.

Referinte

1. Radar Principles, United States Navy Electrical Engineering Training Series. [Online].Available: http://www.tpub.com/neets/book18/index.htm.2. http://www.radartutorial.eu/02.basics/Einteilung%20der%20Radarger%C3%A4te%20%282%29.de.html3. www.wikipedia.com4. Schuman, Harvey, Antennas. Radar 101 Lecture Series. Syracuse Research Corporation,Syracuse. 24 Oct. 2001Page 1

Page 2