Fundamentos Radar

Radares 2D o 3D

Radar 2D

Un radar de reconocimiento aéreo tiene que explorar un espacio de cierto tamaño a su alrededor en busca de señales de eco procedentes de aeronaves. Su diagrama de antena se adapta a la tarea en cuestión. En la mayoría de los casos, se utiliza un diagrama de abanico giratorio o un diagrama de cosecante al cuadrado. Esta forma de exploración espacial se denomina radar 2D. Con este tipo de radar, sólo se pueden medir dos coordenadas para determinar la posición. Dos aeronaves que vuelan una encima de la otra sólo pueden detectarse como un único blanco (pero de mayor tamaño) con este radar.

Para la tercera coordenada, la información de altitud (ya sea como ángulo de elevación o como altitud calculada), al principio de la tecnología de radar (en torno a la Segunda Guerra Mundial e incluso en la posguerra) dos radares tenían que trabajar juntos. Un radar funcionaba como radar omnidireccional y el segundo radar se especializó entonces como el llamado altimetro de radio. Ambos tipos de radar, el de radar de vigilancia y el altimetro de radio, sólo podían medir dos coordenadas cada uno, por lo que en ambos casos se trataba de un radar 2D.

En el caso de los equipos de radar utilizados por los militares, el factor coste desempeña un papel más bien secundario. En cambio, en el caso de los radares de control aéreo, el radar no debe ser demasiado caro. Por esta razón, para el reconocimiento del espacio aéreo sólo se suelen utilizar radares 2D. La altitud de vuelo la proporciona entonces el radar secundario.

Figura 2: Esquema de un radar 3D típico, una combinación de giro electrónico rápido de un haz en forma de lápiz y rotación mecánica.

Figura 2: Esquema de un radar 3D típico, una combinación de giro electrónico rápido de un haz en forma de lápiz y rotación mecánica

Radar 3D

Cuando las mediciones de las tres coordenadas espaciales se realizan dentro de una unidad de radar, se denomina radar 3D.

Una forma especial de radar 3D es el radar meteorológico. Escanea el espacio en un patrón en espiral con un patrón de antena vertical y horizontalmente muy estrecho. Sin embargo, tarda hasta 15 minutos en realizar una pasada completa con rotación y giro de la antena en todas las direcciones. Esta aproximación temporal está fuera de lugar para un radar de reconocimiento aéreo, ya que los aviones muy rápidos pueden cubrir una distancia enorme en esos 15 minutos. Un avión que viaja a la velocidad del sonido recorre casi 300 km en 15 minutos.

Un radar 3D de reconocimiento aéreo requería originalmente un gran esfuerzo técnico. Debían existir varios canales de recepción en paralelo y la antena debía proporcionar varios patrones de recepción. Un radar de este tipo era, por ejemplo, el Medium Power Radar  (MPR), que ya no está en servicio hoy en día. Su enorme antena parabólica tenía 36 radiadores de bocina y formaba un total de patrones de recepción diferentes y estrechos, que estaban alineados uno sobre otro en diferentes ángulos de elevación. A partir de la información de en cuál de los 12 canales de recepción se procesaba la señal de eco y en qué dirección apuntaban sus diagramas, se podía interpolar un ángulo de elevación exacto y calcular la altitud del blanco utilizando la distancia medida. En el caso de la transmisión, había que enviar simultáneamente una potencia de transmisión extremadamente grande en las 12 direcciones. Por lo tanto, las dos etapas de salida del transmisor consistían en klystrones pulsados de alta potencia que proporcionaban una potencia de pulso de hasta 20 megavatios.

Los radares 3D más antiguos con una antena phased array plana o sólo lineal no transmiten en todas las direcciones para ser observados simultáneamente. Estas antenas sólo pueden escanear espacios dentro de un sector limitado. Aquí hay dos posibilidades: o bien la antena gira en un ángulo lateral y escanea electrónicamente sólo el ángulo de elevación, o bien se distribuyen estáticamente cuatro antenas alrededor de una portadora, cada una de las cuales cubre sólo 90°, pero permite un total de 360° de reconocimiento. En este caso, incluso cuando transmite, la antena sólo lo hace en una dirección determinada y luego espera la señal de eco procedente de esa dirección.

La antena giratoria tiene una desventaja decisiva. Dado que los ángulos de elevación individuales se escanean uno tras otro en el tiempo, no debe girar demasiado rápido para que el limitado presupuesto de tiempo no provoque lagunas en el reconocimiento. La versión con las antenas estáticas, por el contrario, tiene la ventaja temporal de que prácticamente cuatro radares escanean el espacio simultáneamente y están sujetos a un único procesamiento común de datos de radar. En este caso, el sistema de radar se puede utilizar de forma mucho más flexible y puede asumir varias tareas como radar multifunción. Por ello, los radares modernos son siempre radares multifunción.

Sólo con la posibilidad de la formación digital de haces y el consiguiente procesamiento paralelo de todos los canales de recepción se superará por completo este problema temporal. Sin embargo, al igual que ocurría con el MPR , toda la zona que se va a escanear debe iluminarse con la energía transmitida en el momento de la transmisión. Con una única antena de nido de gallo muy especial, patente del Instituto Fraunhofer de Física de Alta Frecuencia y Tecnología de Radar (FHR), se podría vigilar simultáneamente todo el hemisferio alrededor del emplazamiento del radar.