www.radartutorial.eu Radar Temelleri

Frekans- ve Dalga Boyu Bantları

Elektromanyetik dalgaların izgesi 1024 Hz e kadar uzanır. Bu kadar geniş bölgedeki frekanslar değişik fiziksel özellikleri nedeniyle farklı bölümlere ayrılmıştır.

Frekansların değişik bantlara ayrılması önceleri tarihsel kökenli idi, modası geçen ölçütlere göre yapılıyordu ve sonrasında bugün uluslararası kullanımda olan yeni bir frekans bant sistemi ortaya çıktı. Ancak literatürde kısmen hâlâ alışılmış frekans bant adları da kullanılmaktadır.

Aşağıdaki grafikte frekans bantları topluca yer almaktadır:

Resim 1: Radarlarda kullanılan frekans- ve dalga boyu bantları

Resim 1: Radarlarda kullanılan frekans- ve dalga boyu bantları

Frekans- ve dalga boyu bantları

Resim 1: Radarlarda kullanılan frekans- ve dalga boyu bantları

Bugüne kadar frekans bantlarını tanımlamakta kullanılan geçerli iki sistem Resim.1 de yan yana gösterilmektedir. IEEE tarihsel kökenleri olan ve kısmen 2. Dünya Savaşından gelen seçimi benimsemiştir. Savaş sırasında bant adlarında harfler bazı frekans bantlarını gizlemek için özellikle sistematik biçimde atanmamıştı.

NATO da bant sınırları için farklı bant bölgelerinde teknolojileri ve ölçüm imkânlarına uyumlu yeni bir frekans bant çizelgesi kullanılmaktadır. Bant sınırları yaklaşık logaritmik bölünmüştür ve sistem yukarı doğru açık olduğundan daha alt frekans bantlarının kolayca tanımlanmasına imkân vermektedir. Bu tanımlama sistemi de yine askeri kökenlidir ve radarların çok önemli bir rol oynadığı elektronik savaşa dönük bir bant dağılımıdır.

Yeni frekans bantlarına yeni frekans tam olarak bilinmeden atama yapmak her zaman mümkün olamadığından, burada eğer firma belgelerinde geleneksel bant adları geçiyorsa bunları olduğu gibi kabul ettim. Ama dikkat! Almanya’da hâlâ eski Alman bant adları sıkça kullanılmaya devam etmektedir. „C-bant- ailesi” olarak adlandırılan radarlar güvenli olarak yeni G-bandında çalışmakta, bunun için adlardaki „L” harfi bulunan radarlar (örneğin SMART-L) artık L-bandında değil D-bandında çalışmaktadır.

Resim 2: Bazı radarların frekans bantları

Resim 2: Bazı radarların frekans bantları

Bazı radarların çalışma frekansları

Resim 2: Bazı radarların frekans bantları

Radarların frekansları yaklaşık 30 MHz ten başlayıp yaklaşık 130 GHz e kadar uzanmaktadır (saniye 130 000 000 000 salınım!). Bazı belirli radar uygulamalarında keza bazı frekanslar tercih edilmektedir. Radar tesislerinin büyük bölümü D-bant dâhil, D-bandının altındaki düşük frekanslarda çalışmaktadırlar. Uçuş Güvenlik Radarları tam 3 GHz in altında, Hassas Yaklaşım Radarları ise tam 10 GHz in altında çalışırlar.

A- ve B- bandı (HF- ve VHF -radarı)

Bu 300 MHz in altındaki radar bantları, ilk radarların 2. Dünya Savaşı öncesinde ve sırasında ortaya çıkması nedeniyle uzun bir tarihsel geçmişi vardır. Bu radar frekansları o zamanki yüksek frekans teknolojilerinde kullanılmaktaydı. Şimdi artık bu frekanslar çok çok uzun menziller için Ufuk Ötesi Radarlar denilen (Over the Horizon) erken uyarı radarınlar da kullanılmaktadır. Açısal hesaplamanın hassasiyeti dalga boyu uzunluğunun antenin büyüklüğüne olan oranına bağlı olduğundan bu radarlar aranan yüksek hassasiyet gereksinimlerini karşılayamazlar. Buna rağmen bu radarların antenleri çok fazla büyüktür, hatta kilometrelerce uzun olabilir. Burada, hassasiyeti ve çözünürlüğü kaybetmek pahasına radarın menzilini uzatma işlemi sırasında elektromanyetik dalgaların anormal yayılım koşulları etkili olmaktadır. Bu frekans bantlarının iletişim servisleri tarafından yoğun olarak kullanılması nedeniyle bu radarların bant genişlikleri nispeten küçük kalmaktadır.

Günümüze kadar uygulanan hayalet uçak teknolojisinin çok az (bazen hatta zıt) etkisi oluşu nedeniyle bu frekans bandı bir özel askeri öneme sahiptir.

C- band (UHF- radarı)

300 MHz ila 1 GHz arasındaki bu frekans bandında; örneğin Orta Menzilli Hava Savunma Sisteminin (Medium Extended Air Defense System, MEADS) erken uyarı radarı, ya da meteorolojide rüzgâr profilcisi gibi özel radarlar geliştirilmiştir. Bu frekanslar bulut veya yağmur gibi meteorolojik oluşumlardan çok az etkilenirler ve bu sayede çok uzun menzillere ulaşmak mümkün olur. Ultra Geniş Bant Radarları (Ultrawideband, UWB) denilen yeni teknoloji A dan C ye kadar ki bantlarda çok küçük darbe gücü ile sinyal yollarlar ve malzeme incelemesinde ve Toprağa İşleyen Radarlarda (Ground Penetrating Radar, GPR) arkeolojik araştırmalar için kullanılırlar.

D- Band (L-bandı radarı)

Bu frekans bandı 400 km gibi çok uzun menzilli radarlar için çok uygundur. Bu bantta sivil iletişim servislerinden kaynaklanan parazitlerin çok az oluşu radarın çok yüksek güçle geniş bantlı sinyallerin gönderebilmesine imkân sağlar. Burada daha uzak menzillere erişmek için genellikle darbe-içi modüleli gönderim sinyalleri kullanılır. Bununla beraber yer yüzeyinin kıvrımına bağlı olarak hedeflerin radar-ufku tarafından örtülmesi nedeniyle bu radarın çok düşük uçuş yüksekliklerinde pratikte ulaşabildiği menzil kısa kalır.

Uçuş güvenlikte bu frekans bandını En-Route radarları ya da Hava Rotası Gözetim Radarları (Air Route Surveillance Radar, ARSR) kullanırlar. Bu radarlar Tek Darbe İkincil Gözetim radarıyla (Monopulse Secondary Surveillance Radar, MSSR) birlikte çalışması sırasında nispeten büyükçe yavaş dönen bir anten kullanır. (L-harfi: large anteni ve long menzil kelimelerin ilk harfini çağrıştırıyor).

E/F-Band (S-bandı radarı)

2 ila 4 GHz arasındaki bu frekans bandında atmosferik zayıflama etkisi D-bandında olduğundan bir miktar daha fazladır. Radarlar büyük menzillere ulaşmak için bir hayli yüksek gönderim gücüne ihtiyaç duyarlar. Örneğin askeri Orta Güç Radarına (Medium Power Radar, MPR) 20 MW a kadar bir güç gerekir. Atmosferik olayların olumsuz etkisi bu frekans bandında başlar. Bununla beraber, yansıtırlık ve geçiş-zayıflaması arasında bir orta yol bulunması gerektiğinden tropik ve tropik aşağısı bölgelerde kullanılan ilk yağış radarlarında ağırlıklı olarak kullanılmıştır

Bir havaalanında özel bölgelerin gözlenmesi için uçuş güvenliği arama radarı olarak kullanılan 100 km ye kadar bir orta menzile sahip Havaalanı Gözetim Radarı (Airport Surveillance Radar, ASR) uçuş kontrolörlerine bu bilgileri sağlar. S- harfi smaller anteni ve shorter menzili anımsatmaktadır.

G- Bandı (C-bandı radarı)

Bu frekans bandı kısa ve orta menzilli taşınabilir askeri savaş alanı radarlarında kullanılır. Bu radarların anteni füze güdüm kontrolünde hızlı bir yeni konumlanma sağlayabilmesi için yeterince küçük olmalıdır. Meteorolojik etkilerin çok büyük olması nedeniyle askeri amaçlı radarların antenlerinde dairesel polarizasyon kullanılır. Avrupa gibi ılıman iklime sahip bölgelerde kullanılan yağış radarlarında bu frekans bandı kullanılır.

I/J- bandı (X- den Ku- bandı radarı)

Bu 8 ila 12 GHz arasındaki frekans bandındaki dalga boyunun antenin büyüklüğüne olan oranı, daha düşük frekans bantlarındakinden daha uygundur. Uçağa takılı radarlar (Airborne Radar) gibi askeri uygulamalarda çok küçük antenlerle kapsamlı bir açısal çözünürlük hedeflenebilir. Öte yandan füze atış istasyonlarının (dalga boyuna göre daha büyük olan) antenlerinin taşınabilmeye daima uygun olması gerekir.

Bu frekans bandı sivil ve askeri amaçlı olarak denizcilikte yaygın kullanılmaktadır. Küçük, ucuz ve hızlı dönen antenleriyle iyi bir hassasiyetle uzun menzillere ulaşabilir. Antenler genellikle bir radom mahfaza içinde bulunan basit bir oluklu ışıyıcı ya da yamalı anten gibidir.

Bu frekans bandı uyduya takılı Yapay Açıklıklı Radarlarda (Synthetic Aperture Radar, SAR) askeri araştırmada ve yer yüzeyinin coğrafik ölçümlenmesinde kullanılır. Ters Yapay Açıklıklı Radarın (Inverse Synthetic Aperture Radar, ISAR) çevre kirlenmesinin denetlenmesi gibi bir özel uygulaması da bulunmaktadır.

K- bandı (K- ve Ka- bandı radarı)

Daha yüksek frekanslı gönderim sinyallerinde atmosferik zayıflatma etkisi daha fazladır, buna karşılık olası hassasiyet ve menzil çözünürlük yeteneği iyileşir. Çok büyük menziller artık daha fazla hedeflenemez. Bu frekans bandındaki radar uygulama örneği keza Yüzey Hareket Radarı (Surface Movement Radar, SMR) ya da ( bir parçası olarak) Havaalanı Yüzey Algılama Aygıtı (Airport Surface Detection Equipment, ASDE) olarakta adlandırılan Havaalanı Yer Kontrol Radarıdır.

V-bandı

Atmosferin moleküler saçılması sonucunda (burada suyun hava nemi etkisi) elektromanyetik dalgalar kuvvetle zayıflar. Buradaki menzil on metreden daha azdır.

W-bandı

Burada atmosferik zayıflamanın iki olayı gözlemlenir. Yaklaşık 75 GHz te en büyük bir zayıflama ve yaklaşık 96 GHz te ise nispeten bir en küçük zayıflama. Her iki frekansta pratikte kullanılır. Yaklaşık 75 ila 76 GHz frekansları kara taşıtlarında park etme, frenleme ve kaza önleme sensörü olarak kullanılır. Moleküler saçılma nedeniyle (burada oksijen moleküllerinin etkisiyle) oluşan bu yüksek zayıflama araçlarda yoğun olarak kullanılan bu radar aygıtlarının birbirini karşılıklı etkilemesini önler.

96 ila 98 GHz arasındaki frekanslar laboratuvar teknik aygıtlarında kullanılmakta ve çok daha yüksek frekanslarında kullanılmasının da önünü açmaktadır.
 


Merill Skolniks “Radar Handbook” (3. baskı) adlı kitabında frekans bantlarının 521-2002 nolu IEEE-standardına uygun eski adlandırmayı savunmaktadır. Bu adlandırma (Resim.1 de gösterilen kırmızı renkli ölçek) 2. Dünya Savaşı ve sonrasındaki radarları için kullanılmıştı. Günümüzde kullanılabilir frekanslar 110 GHz in çok daha yukarısında bulunmaktadır – 270 GHz e kadar faz- denetlemeli üreteçler ve 340 GHz e kadar güçlü göndericiler mevcuttur. Er veya geç bu frekanslarda radarlarda kullanılacaktır. Buna paralel olarak klasik radar frekans bantlarının ötesinde çalışan Ultra Geniş Bant radarları bulunmaktadır.

Frekans bantlarının bu farklı adlandırması bir kavram karmaşasına yol açmaktadır. Bu durum radar mühendis ve teknisyenleri için bir sorun olmamakta, bu farklı frekans, bant ve dalga boylarında bir şekilde işlerini halletmektedirler. Fakat iş yeni malzeme siparişi ve teminine gelince sadece lojistik eğitimi almış, radarı tanımayan personel devreye girdiğinde karışıklık başlamaktadır. Şimdi bu karmaşaya bir örnek verelim; bir I/J-bandı frekans üreteci X- ve Ku-bandı radarlardaki ölçümler için uygundur ve D-bandı parazit üreteci (jammer) L-bandında çalışan tüm radarları etkiler.

Ultra Geniş Bantlı (UGB) radarlar çok büyük bir bant genişliğine sahiptirler. Bu radarlar aynı anda farklı frekanslarda sinyal yollayabilirler. Daha iyi bir ifadeyle: Örneğin, bir UGB radarı E den H ye kadarki frekans bantlarını kullanır veya aynı genişlikteki bölgeyi S-bandının üstünden X-bandının altına kadar kullanır.

Her ne kadar radar üreticileri frekans eski bant adlandırmasındaki harfleri kullanmaktaysa da, IEEE eskiden de açıkladığı gibi; „…yeni adlandırma sisteminin radarların pratiğiyle uyumlu olmadığı ve bu nedenle kullanılmaması gerektiğini” bildirmiştir. Ben konunun bir zaman meselesi olduğunu ve zaman içinde IEEE nin de fikrini yeni duruma uygun olarak değiştireceğini düşünüyorum. Hatırlamak gerekirse, bir zamanlar IEEE metrik sistemin ölçüm için uygun olmadığını beyan etmiş ve İngiliz ölçü sistemini savunmuştu.