www.radartutorial.eu Principiile Radiolocaţiei

Benzile de frecvenţă

Spectrul electromagnetic cuprinde frecvenţe de până la 1024 Hz. El este împărţit în mai multe domenii de frecvenţă numite benzi, în funcţie de aplicaţiile specifice fiecărui domeniu.

Împărţirea spectrului electromagnetic în benzi de frecvenţă este realizată de diferite organizaţii internaţionale. În prezent există mai multe standarde în uz, în funcţie de organizaţiile emitente. Cele mai utilizate sunt cele stabilite de IEEE, ITU şi NATO.

În figura 1 este prezentat un exemplu de împărţire pe benzi de frecvenţă:

Figura 1: Benzile de frecvenţă utilizate de sistemele radar

Figura 1: Benzile de frecvenţă utilizate de sistemele radar

Benzile de frecvenţă utilizate de sistemele radar

Figura 1: Benzile de frecvenţă utilizate de sistemele radar

În prezent în tehnica radar sunt utilizate două standarde de benzi de frecvenţă, prezentate în figura 1. IEEE susţine un sistem istoric, apărut în al doilea război mondial, ce foloseşte o serie de denumiri fără o logică aparentă. Aceasta reprezenta un avantaj în timpul războiului, când denumirile erau folosite în locul exprimării frecvenţelor în clar din motive de secretizare.

În cadrul NATO (şi nu numai) este utilizat un standard mai nou. Frecvenţele sunt distribuite aproximativ logaritmic pe benzi, iar domeniul este deschis în partea superioară, putând fi definite noi benzi, pe măsura apariţiei de noi aplicaţii. Şi acest sistem are origini militare, impunându-se ca un standard unic în domeniile războiului electronic şi al sistemelor radar.

Deoarece nu există un standard unic, în descrierile tehnice ale radarelor se pot întâlni ambele standarde. Aceasta face ca frecvenţa de lucru a radarului să fie dificil de identificat fără a cunoaşte standardul în care a fost exprimată banda de lucru a radarului. Există totuşi producători care specifică frecvenţa în ambele standarde.

Figura 2: Exemple de radare şi benzile lor de frecvenţă

Figura 2: Exemple de radare şi benzile lor de frecvenţă

Exemple de radare şi benzile lor de frecvenţă

Figura 2: Exemple de radare şi benzile lor de frecvenţă

Frecvenţele de lucru utilizate de radare ocupă un domeniu foarte larg, de la câteva zeci de MHz la zeci de GHz. Benzile de frecvenţă utilizate depind de aplicaţiile sistemelor radar respective. Radarele de descoperire îndepărtată lucrează la frecvenţe mai joase (inclusiv în banda D). Radarele pentru controlul traficului aerian lucrează de obicei la frecvenţe în jur de 3 GHz (ASR) sau de 10 GHz (PAR). Cu cât este mai mare valoarea frecvenţei, cu atât creşte atenuarea acestora de către atmosferă sau influenţa condiţiilor meteo (ploaie, nori). Însă, cu cât frecvenţa este mai mare, cu atât creşte şi precizia sistemelor radar.

În figura 2 sunt prezentate câteva exemple de sisteme radar şi benzile de frecvenţă în care acestea lucrează.

Benzile A şi B (benzile HF şi VHF)

Aceste benzi cu frecvenţe sub 300 MHz au o tradiţie îndelungată. Radarele utilizate în al doilea război mondial lucrau pe frecvenţe din aceste benzi. În prezent pe aceste frecvenţe lucrează radarele de avertizare timpurie şi radarele peste orizont OTH (Over The Horizon). Folosind aceste frecvenţe se obţin mai uşor emiţătoare cu putere foarte mare. În plus, atenuarea atmosferică este mai mică în aceste benzi. Pe de altă parte, precizia este limitată, deoarece frecvenţele joase necesită antene de dimensiuni foarte mari pentru a obţine precizii şi rezoluţii foarte bune în coordonate unghiulare. Aceste benzi de frecvenţă sunt utilizate pe scară largă de diferitele aplicaţii de comunicaţii, astfel că frecvenţele disponibile pentru radiolocaţie sunt reduse.

Folosirea acestor benzi cunoaşte în prezent o revenire în domeniul militar, deoarece sunt slab influenţate de tehnicile „stealth” („invizibilitate” radar).

Banda C (banda UHF)

În această bandă de frecvenţă (300 MHz la 1 GHz) au fost dezvoltate o serie de radare. Aceste frecvenţe sunt optime pentru radarele de avertizare timpurie, pentru detecţia şi urmărirea sateliţilor şi a rachetelor balistice la distanţe farte mari. Un exemplu de astfel de sistem este MEADS (Medium Extended Air Defense System). Undele electromagnetice cu astfel de frecvenţe sunt slab atenuate de atmosferă. De asemenea, sunt folosite într-o serie de radare meteo, cum ar fi cele de detecţie a vântului, undele cu frecvenţe din această bandă fiind puţin afectate de nori şi precipitaţii.

Noile radare de bandă foarte largă UWB (UltraWideBand) folosesc tot domeniul de frecvenţe cuprins în benzile de la A la C. Radarele UWB emit impulsuri de putere foarte mică simultan pe toate frecvenţele din gamă. Ele sunt utilizate pentru examinarea materialelor sau ca radare de penetrare a solului GPR (Ground Penetrating Radar) în arheologie.

Banda D (banda L)

Această bandă de frecvenţă (1 la 2 GHz) este preferată pentru radarele de supraveghere aeriană de distanţă mare (long-range), cu bătaia de peste 400 km. Interferenţele reduse de la alte echipamente permit lucrul în game de frecvenţă relativ largi. Utilizarea la emisie a impulsurilor cu modulaţie internă facilitează creşterea distanţei de descoperire. Din cauza curburii Pământului distanţa maximă de descoperire este limitată în cazul ţintelor ce evoluează la înălţimi mici, acestea dispărând dincolo de orizont.

În această bandă lucrează şi o serie de radare utilizate în managementul traficului aerian ATM (Air Traffic Management). Un astfel de exemplu este radarul de rută ARSR (Air Route Surveillance Radar). Conjugat cu un radar MSSR (Monopulse Secondary Surveillance Radar), acest radar foloseşte o antenă de dimensiuni mari, ce se roteşte cu viteză redusă.

Tot în această bandă lucrează radarele secundare SSR.

Benzile E/F (banda S)

Atenuarea atmosferică este mai mare în aceste benzi (cuprinse între 2 şi 4 GHz) decât în banda D. Puterea de emisie trebuie să fie mai mare pentru a atinge aceleaşi distanţe maxime ca în benzile mai joase. Un exemplu este radarul MPR (Medium Power Radar), cu o putere în impuls de până la 20 MW. Influenţa fenomenelor meteo începe să fie semnificativă în această bandă. O serie de radare meteo lucrează în benzile E/F, în special în zonele cu climat tropical şi subtropical.

În aceste benzi se întâlnesc o serie de radare pentru controlul traficului aerian ASR (Airport Surveillance Radar), cu distanţe medii de descoperire de 100 km (50 – 69 nm). Radarele ASR sunt folosite pentru detecţia şi localizarea avioanelor şi a formaţiunilor meteo din jurul aeroporturilor militare sau civile.

Banda G (banda C)

În banda G există o serie de radare militare mobile pentru distanţe mici şi medii, folosite pentru supravegherea câmpului de luptă, dirijarea rachetelor sau supravegherea terestră. Antenele sunt suficient de mici pentru a fi utilizate în sisteme mobile, asigurând în acelaşi timp precizia şi rezoluţia necesare. Influenţa condiţiilor meteo este semnificativă. Din acest motiv radarele de supraveghere aeriană utilizează antene cu polarizare circulară pentru reducerea influenţei precipitaţiilor. În această bandă lucrează majoritatea radarelor meteo, cum sunt cele utilizate pentru descoperirea precipitaţiilor din zonele temperate cum este Europa.

Benzile I/J (benzile X şi Ku)

În această bandă (8 la 12 GHz) relaţia dintre dimensiunile antenei şi lungimea de undă permite utilizarea unor antene de dimensiuni mici. Un exemplu îl constituie radarele aeropurtate de la bordul avioanelor de vânătoare, majoritatea funcţionând pe frecvenţe în această bandă. Aceste radare sunt utilizate pentru supravegherea aeriană şi/sau terestră şi pentru dirijarea focului. Dimensiunile mici ale antenelor nu împiedică obţinerea unor precizii şi rezoluţii unghiulare ridicate. De asemenea, în această bandă lucrează o serie de radare mobile pentru dirijarea rachetelor.

Această bandă este utilizată şi de radarele pentru navigaţia maritimă. Ele folosesc antene ieftine şi de dimensiuni reduse, cu viteză mare de rotire, care permit obţinerea unor distanţe maxime acceptabile şi a unor precizii ridicate. Antenele sunt de tip fantă sau „plasture”, acoperite de un radom.

Tot în această bandă lucrează radarele cu apertură sintetică SAR (Synthetic Aperture Radar) dispuse la bordul sateliţilor sau avioanelor. Aceste radare sunt utilizate în cartografierea suprafeţei terestre sau în supravegherea electronică. O variantă o reprezintă radarul ISAR (Inverse Synthetic Aperture Radar), utilizat pentru supravegherea suprafeţei mărilor pentru monitorizarea poluării.

Banda K (benzile K şi Ka)

Pe măsura creşterii frecvenţei creşte şi absorbţia atmosferică. În acelaşi timp creşte însă şi precizia şi rezoluţia. Aplicaţiile radar în această bandă sunt sisteme de distanţă mică ce asigură o rezoluţie ridicată şi o rată de împrospătare a informaţiilor rapidă. În managementul traficului aerian ATM astfel de radare se folosesc pentru supravegherea traficului la sol: exemple: radarul SMR (Surface Movement Radar) sau o parte din ASDE (Airport Surface Detection Equipment). Folosind impulsuri foarte scurte, de câteva nanosecunde, se obţine o rezoluţie în distanţă foarte bună, putându-se observa conturul avioanelor.

V-Band

În această bandă de frecvenţă undele sunt puternic atenuate din cauza dispersiei moleculare (dispersia de la moleculele de vapori de apă). Aplicaţiile radar sunt limitate pentru distanţe scurte, de câţiva metri sau zeci de metri.

W-Band

În ceea ce priveşte atenuarea atmosferică, în această bandă se pot observa două fenomene: un maxim al atenuării la o frecvenţă apropiată de 75 GHz şi un minim relativ la circa 96 GHz. Ambele frecvenţe sunt utilizate în practică. În industria auto radare de dimensiuni mici pe frecvenţe de 75…76 GHz sunt folosite pentru asistenţa la parcare, observarea unghiurilor oarbe sau asistenţa la frânare. Atenuarea puternică (din cauza moleculelor de oxigen) reduce interferenţele cu alte sisteme.

Există o serie de sisteme radare ce funcţionează la frecvenţe de 96 la 98 GHz, folosite ca echipamente de laborator. Aceste sisteme oferă o imagine asupra funcţionării radarelor la frecvenţe extrem de înalte, de peste 100 GHz.


În lucrarea “Radar Handbook” (a 3-a ediţie) de Merill Skolnik, autorul pledează pentru utilizarea standardului IEEE în denumirea benzilor de frecvenţă utilizate de radare (sandardul IEEE-Std. 521-2002). Denumirile benzilor de frecvenţă (reprezentate cu culoare roşie în figura 1) au fost utilizate pentru denumirea benzilor de frecvenţă radar din al doilea război mondial, fiind actualizate după război. În prezent există însă o serie de aplicaţii cu frecvenţe de peste 110 GHz – există generatoare precise cu frecvenţe de până la 270 GHz sau emiţătoare de putere de până la 350 GHz. Mai devreme sau mai târziu astfel de frecvenţe vor fi utilizate şi în tehnica radar. De asemenea, radarele de bandă foarte largă UWB lucrează pe frecvenţe ce depăşesc domeniul specific standardului respectiv.

În plus, denumirile benzilor de frecvenţe pot crea confuzii. Totuşi, ele nu reprezintă o problemă pentru specialiştii radar (ingineri sau tehnicieni), care lucrează uzual cu diferitele benzi, frecvenţe şi lungimi de undă. Dar acestea pot crea probleme personalului managerial care se ocupă cu achiziţia de radare, piese de schimb sau instrumente de măsură. Un exemplu de probleme ce pot apărea: se poate utiliza un generator de frecvenţă în benzile I şi J pentru radare în benzile X sau Ku, sau un generator de bruiaj în banda D bruiază un radar în banda L?

Radarele UWB lucrează într-o gamă extrem de largă de frecvenţe, ce depăşeşte limitele benzilor clasice de frecvenţă. Cum se poate spune mai bine: un sistem radar UWB lucrează în benzile E şi H, sau foloseşte frecvenţe începând cu partea superioară a benzii S până în partea inferioară a benzii X?

Cât timp producătorii de sisteme radar folosesc denumirile vechi ale benzilor, declaraţia IEEE va rămâne aceea că noile benzi de frecvenţă: “… nu sunt în concordanţă cu practica şi nu trebuie folosite pentru a descrie benzile de frecvenţă radar.” Probabil că în viitorul apropiat IEEE îşi va schimba opinia şi va adopta noile standarde. Nu cu mult timp în urmă erau opinii din interiorul IEEE că sistemul metric de măsură nu este potrivit, preferând sistemul anglo-saxon (inci, picioare, mile).