Noções básicas de radar

Radares 2D ou 3D

Radar 2D

Um radar de reconhecimento precisa varrer um espaço de um determinado tamanho ao redor do radar em busca de sinais de eco de aeronaves. Seu padrão de antena é adaptado à tarefa em questão. Na maioria das vezes, é usado um feixe de ventilador rotativo ou um padrão cossecante ao quadrado. Essa forma de varredura espacial é chamada de radar 2D. Com esse tipo de radar, apenas duas coordenadas podem ser medidas para determinar a posição. Duas aeronaves voando uma em cima da outra só podem ser detectadas como um único alvo (porém maior) com esse radar.

Para a terceira coordenada, a informação de altitude (como um ângulo de elevação ou como a altitude calculada), dois radares precisavam trabalhar juntos no início da tecnologia de radar (por volta da Segunda Guerra Mundial e até mesmo no período pós-guerra). Um radar funcionava como um radar omnidirecional e o segundo radar era então especializado como o chamado localizador de altura. Ambos os tipos de radar, o radar de busca circular e o altímetro de rádio, só podiam medir duas coordenadas cada, portanto, em ambos os casos, era um radar 2D.

No caso de equipamentos de radar usados por militares, o fator custo desempenha um papel secundário. Para os radares de controle de tráfego aéreo, por outro lado, o radar não deve ser muito caro. Por esse motivo, apenas radares 2D são normalmente usados para reconhecimento do espaço aéreo. A altitude de voo é então fornecida pelo radar secundário.

Figura 2: Diagrama de uma unidade típica de radar 3D, uma combinação de giro eletrônico rápido de um feixe de lápis e rotação mecânica.

Figura 2: Diagrama de uma unidade típica de radar 3D, uma combinação de giro eletrônico rápido de um feixe de lápis e rotação mecânica

Radar 3D

Quando as medições de todas as três coordenadas espaciais são feitas em uma unidade de radar, ela é chamada de radar 3D.

Uma forma especial de radar 3D é o radar meteorológico. Ele faz a varredura do espaço em um padrão espiral com um padrão de antena vertical e horizontalmente muito estreito. No entanto, leva até 15 minutos para uma passagem completa com rotação e giro da antena em todas as direções. Essa abordagem de tempo está fora de questão para um radar de reconhecimento aéreo, pois aeronaves muito rápidas podem cobrir uma distância enorme nesses 15 minutos. Uma aeronave que viaja na velocidade do som percorre quase 300 km em 15 minutos!

Originalmente, o radar 3D para reconhecimento aéreo exigia um grande esforço técnico. Vários canais de recepção tinham que existir em paralelo e a antena tinha que fornecer vários padrões de recepção. Esse radar era, por exemplo, o Medium Power Radar  (MPR), que não está mais em serviço atualmente. Sua enorme antena parabólica tinha 36 radiadores de corneta e formava um total de padrões de recepção estreitos diferentes, que eram alinhados um acima do outro em diferentes ângulos de elevação. A partir da informação de qual dos canais de recepção o sinal de eco foi processado e em que direção seus diagramas apontavam, um ângulo de elevação exato podia ser interpolado e uma altitude alvo calculada usando a distância medida. No caso da transmissão, uma potência de transmissão extremamente grande teve de ser enviada em todas as direções simultaneamente. Portanto, os dois estágios de saída do transmissor consistiam em klystrones pulsados de alta potência que forneciam uma potência de pulso de até 20 megawatts.

Os radares 3D mais antigos com uma antena de matriz em fase planar ou apenas linear não transmitem em todas as direções a serem observadas simultaneamente. Essas antenas só podem escanear espaços dentro de um setor limitado. Há duas possibilidades aqui: ou a antena gira em um ângulo lateral e escaneia eletronicamente apenas o ângulo de elevação, ou quatro antenas são distribuídas estaticamente em torno de uma portadora, cada uma cobrindo apenas 90°, mas permitindo um total de 360° de reconhecimento. Nesse caso, mesmo durante a transmissão, a antena só transmite em uma determinada direção e aguarda o sinal de eco dessa direção.

A antena rotativa tem uma desvantagem decisiva. Como os ângulos de elevação individuais são escaneados um após o outro ao longo do tempo, ela não deve girar muito rapidamente para que o orçamento de tempo limitado não cause lacunas no reconhecimento. A versão com antenas estáticas, por outro lado, tem a vantagem temporal de que praticamente quatro radares fazem a varredura do espaço simultaneamente e estão sujeitos a apenas um processamento de dados de radar comum. Aqui, o sistema de radar pode ser usado de forma muito mais flexível e pode assumir várias tarefas como um radar multifuncional. Portanto, os radares modernos são sempre radares multifuncionais.

Somente com a possibilidade de formação de feixe digital e o processamento paralelo resultante de todos os canais de recepção é que esse problema temporal será completamente superado. Entretanto, como no caso do MPR , toda a área a ser escaneada deve ser iluminada com a energia transmitida no momento da transmissão. Com uma única antena de ninho de corvo muito especial, uma patente do Fraunhofer Institute for High Frequency Physics and Radar Technology (FHR), todo o hemisfério ao redor do local do radar pode ser monitorado simultaneamente.