www.radartutorial.eu www.radartutorial.eu Radar Temelleri

Frekans- ve Dalga Boyu Bölgeleri

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

Frekansların değişik bantlara ayrılma biçimi önceleri tarihsel kökenli idi, artık kullanılmayan ölçütlere göre yapılıyordu ve ancak bugün uluslararası kullanımda olan yeni bir frekans bant sistemi ortaya çıktı. Bununla beraber teknik kitaplarda kısmen alışılmış frekans bant adları halâ kullanılmaktadır.

Aşağıdaki grafikte frekans bantları topluca yer almaktadır:

Resim 1: Radar tarafından kullanılan frekans- ve dalga boyu bölgeleri.

Resim 1: Radar tarafından kullanılan frekans- ve dalga boyu bölgeleri.

Frekans- ve dalga boyu bantları

Resim 1: Radar tarafından kullanılan frekans- ve dalga boyu bölgeleri.

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

NATO, bant sınırları için farklı bant bölgelerinde teknolojilere ve ölçüm imkânlarına uyumlu yeni bir frekans bant çizelgesi kullanmaktadır. Bant sınırları yaklaşık logaritmik bölünmüştür ve sistemin yukarı doğru açık olması daha fazla frekans bandının kolayca eklenmesine ve tanımlanmasına imkân vermektedir. Bu tanımlama sistemi de yine askeri kökenlidir ve radar donanımının çok önemli bir rol oynadığı elektronik savaşa dönük bir bant dağılımıdır.

Frekans bantlarına, yeni frekans tam olarak bilinmeden bir atama yapmak her zaman mümkün olamadığından, burada eğer firma belgelerinde geleneksel bant adları geçiyorsa bunlar bir yorum yapılmaksızın olduğu gibi kabul edilmiştir. Ama dikkat! Almanya’da firmalar eski Alman bant adlarını sıkça halâ kullanmaya devam etmektedir. Örneğin, „C-bant- ailesi” olarak adlandırılan radarlar kesinlikle yeni G-bandında, adlarında „L” harfi bulunan radarlar (örneğin SMART-L) ise artık L-bandında değil, D-bandında çalışmaktadır.

Resim 2: Frekans bantlarıyla birlikte bazı radarlar

Resim 2: Frekans bantlarıyla birlikte bazı radarlar

Vücut Tarayıcı
Otomotiv Radarı
Uçağa Takılı Radarlar
Savaş Alanı Radarları
Hava Savunma Radarları
Ufuk-Ötesi Radarlar
SMR
PAR
ASR
Seyir
Halindeki
Trafik Radar
GPR

Resim 2: Frekans bantlarıyla birlikte bazı radarlar

Radarların frekansları yaklaşık 30 MHz ten başlayıp yaklaşık 300 GHz e kadar uzanmaktadır (saniyede 300 000 000 000 salınım!). Bazı belirli radar uygulamalarında yine bazı belirli frekanslar tercih edilmektedir. Radar tesislerinin büyük bölümü D-bant dâhil, D-bandının altındaki daha düşük frekanslarda çalışmaktadırlar. Uçuş Güvenlik Radarları hemen 3 GHz in altında, Hassas Yaklaşım Radarları (PAR) ise hemen 10 GHz in altında çalışırlar.

A- ve B- bandı (HF- ve VHF -radarı)

300 MHz in altındaki bu radar bantlarının, ilk radarların 2. Dünya Savaşı öncesinde ve sırasında ortaya çıkması nedeniyle uzun bir tarihsel geçmişi vardır. Bu radar frekansları o zamanki yüksek frekans teknolojilerine karşılık gelmekte idi. Daha sonrasında bu frekanslar çok çok uzun menzillere sahip Ufuk Ötesi Radarlar (Over the Horizon, OTH) olarak adlandırılan erken uyarı radarlarında kullanıldı. Açısal hesaplamanın hassasiyeti, dalga boyu uzunluğunun antenin büyüklüğüne olan oranına bağlı olduğundan, bu radarlar aranan istenilen yüksek hassasiyet gereksinimlerini karşılayamazlar. Buna rağmen bu radarların antenleri çok fazla büyüktür, hatta birkaç kilometre uzunluğunda olabilir. Burada elektromanyetik dalgaların anormal yayılım koşulları, hassasiyeti kaybetmek pahasına, radarın menzilini arttırmasında etkili olmaktadır. Bu frekans bantlarının iletişim radyo servisleri tarafından yoğun olarak kullanılması nedeniyle bu radarların bant genişlikleri nispeten küçüktür.

Günümüzde bu frekans bantları bir özel askeri öneme sahiptir. Çünkü halen kullanılan hayalet uçak (stealth bombers) teknolojisinin bu bant bölgelerinde sadece çok küçük bir etkisi (hatta bazen zıt) söz konusudur.

C- bandı (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 meteorolojik gözlemler için rüzgâr profilcisi (Windprofiler) 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 kadarki bantlarda çok küçük darbe gücü ile işaret yollar ve malzeme incelemesinde, ya da kısmen arkeolojik araştırmalarda Yer Radarı (Ground Penetrating Radar, GPR) olarak kullanılırlar.

D- bandı (L-bandı radarı)

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

Uçuş güvenlik kontrolünde Seyir Trafik Radarları (En-route radar) ya da Hava Rotası Gözetim Radarları (Air Route Surveillance Radar, ARSR) bu frekans bandındadırlar. Bu radarlar Tek-darbe İkincil Gözetim Radarıyla (Monopulse Secondary Surveillance Radar, MSSR) birlikte çalışması sırasında nispeten büyükçe, ancak yavaş dönen anten kullanır. (L-harfi: large büyük anten ve long uzun menzil kelimelerinin ilk harfini çağrıştırıyor).

E/F- bandı (S-bandı radarı)

2 ila 4 GHz arasındaki bu frekans bandındaki atmosferik zayıflama etkisi D-bandına göre biraz 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 darbe gücü gerekir. Atmosferik olayların önemli olumsuz etkileri bu frekans bandında başlar. Bununla beraber, yansıtırlık ile geçiş-zayıflaması arasında bir orta yol bulunması gerektiğinden alt tropikal ve tropikal bölgelerde ilk yağış radarlarında bu frekans bölgesi ağırlıklı olarak kullanılmıştır.

Bir havaalanında uçuş güvenliği özel arama radarı olarak kullanılan, 100 km ye kadar bir orta menzile sahip Havaalanı Gözetim Radarları (Airport Surveillance Radar, ASR) uçuş kontrolörlerine havaalanı özel sorumluluk bölgelerine ait bilgileri sağlar. (S- harfi smaller daha küçük anteni ve shorter daha kısa menzili anımsatmaktadır.)

G- bandı (C-bandı radarı)

Bu frekans bandı kısa ve orta menzilli taşınabilir askeri savaş alanı radarlarında kullanılır. Bu radarların anteni füze yöngüdümü sırasında hızlı tepki verebilmesi için yeterince küçüktür. Meteorolojik etkilerinin çok büyük olması nedeniyle askeri amaçlı radarların antenlerinde dairesel polarizasyon kullanılır. Ilıman iklime sahip bölgelerde kullanılan çoğu yağış radarı da bu frekans bandında çalışırlar.

I/J- bandı (X- ila Ku- bandı arasındaki radar)

8 ila 12 GHz arasındaki frekans bandındaki dalga boyunun anten büyüklüğüne olan oranı daha uygun bir değere sahiptir. Uçağa takılı radarlar (Airborne Radar) gibi askeri uygulamalarda çok küçük antenlerle yeterli bir açısal çözünürlüğe ulaşılabilinir. Öte yandan, füze atış istasyonlarındaki dalga boyuna göre daha büyük yapıya sahip antenler halâ taşınabilmeye yeterince uygundur.

Bu frekans bandı sivil ve askeri amaçlı gemi yöngüdüm radar sistemlerinde özellikle kullanılmaktadır. Küçük, ucuz ve hızlı dönen antenleriyle iyi bir hassasiyetle yeterli menzillere ulaşması mümkün olmaktadır. Antenler genellikle basit yarıklı ışıyıcılar ya da yamalı antenler gibi yapılmaktadır.

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

K- bandı (K- ve Ka- bandı radarı)

Gönderim frekansı arttıkça, atmosferdeki zayıflama artar, ancak olası doğruluk ve menzil çözünürlük yeteneği yükselir. Çok uzun menziller artık daha fazla hedeflenemez. Bu frekans bandındaki radar uygulama örnekleri arasında 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 Radarı sayılabilir. Birkaç nano saniyelik çok daha küçük süreli gönderim darbeleri ile mükemmel menzil çözünürlükleri elde etmek mümkün olur, öyle ki ekranda uçakların ve araçların sınır çizgileri (contours) bile artık ayırt edilebilir.

L-band (V-bandı)

Atmosferdeki moleküler saçılma sonucunda (burada suyun oluşturduğu nem ile) elektromanyetik dalgalar kuvvetle zayıflar. Radar uygulamalarında buradaki menzil birkaç on metre ile sınırlıdır.

M-bandı (W-bandı)

Burada atmosferik zayıflamanın iki olayı gözlemlenir: Yaklaşık 75 GHz te bir en büyük zayıflama ve yaklaşık 96 GHz te ise nispeten bir en küçük zayıflama. Pratikte her iki frekans da kullanılır. 96 ila 98 GHz arasındaki frekanslar laboratuvar teknik aygıtlarında kullanılmakta ve çok daha yüksek frekanslarında kullanılmasının da önünü açmaktadır. Yaklaşık 75 ila 76 GHz frekansları kara taşıtlarında park etme, kör nokta, frenleme yardımcısı ve otomatik kaza önleme sensörü olarak kullanılır. Moleküler saçılma nedeniyle (burada O2 oksijen molekülünün etkisiyle) oluşan bu yüksek zayıflama sayesinde araçlarda yoğun olarak kullanılan bu radar aygıtları birbirini karşılıklı etkilemez.

N-bandı

122 GHz bölgesinde ölçme teknolojisinde kullanılan Endüstriyel, Bilimsel ve Medikal Radyo Bandı (Industrial, Scientific and Medical Radio Band, ISM Band) denilen bir diğer bant yer alır. En yüksek frekans tekniğinde Tera Hertz Bölgesi denilen bu bölge 100 GHz = 0,1 THz den başlar ve bu frekans bölgesindeki aygıtlar için üretilen radar modülleri „Terahertzradar” etiketini taşır. Bu Terahertz bölgesindeki uygulamalar arasında; vücut tarayıcıları (body scanners), üretim bandındaki paketlenmiş nesnelerin kalite kontrolü (paketin içi ışınlarla aydınlatılarak), koruyucu kılıfların, laminat ya da keza çikolata kaplama kalınlıklarının ölçülmesi ve yiyeceklerdeki yabancı maddelerin tespiti gibi uygulamalar sayılabilir. Vücut tarayıcılarda bu Terahertz bölgesi frekanslar kuru ve iletken olmayan nesnelere kolayca işleyebilmekte, derinin nemi nedeniyle vücuda birkaç milimetreden daha fazla girememektedir.

Merill Skolniks ”Radar Handbook” (3. baskı) adlı kitabında frekans bantlarının 521-2002 nolu IEEE-standardına uygun eski adlandırmayı savunmaktadır. Bu adlandırma (Resim.1 de kırmızı renkle gösterilen ölçek) 2. Dünya Savaşı sırasındaki ve sonrasındaki radarlar için kullanılmıştı. Günümüzde kullanılabilir frekanslar 110 GHz in çok daha yukarısında bulunmaktadır, hatta 270 GHz e kadar faz- kontrollü üreteçler ve 340 GHz e kadar güçlü göndericiler mevcuttur. Er veya geç bu frekanslar da 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 yeni malzeme siparişi ve temininden sorumlu değillerdir. Bu görevlerde genellikle sadece bir katı ticari eğitim almış ve radarı tanımayan kişiler yer alır. 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 olumsuz etkiler.

Ultra Geniş Bantlı (Ultra Wide Band, UWB) radarlar çok büyük bir bant genişliğine sahiptirler. Bu radarlar aynı anda farklı frekanslarda işaret yollayabilirler. Daha iyi bir ifadeyle: Örneğin, bir verilen Ultra Geniş Bantlı radar E ila H- bandı arasındaki frekans bölgesini mi ya da aynı genişlikte S-bandının üstünden X-bandının altına kadar olan bölgeyi mi kullanır?

Her ne kadar radar üreticileri frekanslar için eski bant adlandırmasındaki harfleri kullanmaktaysa da, IEEE eskiden de açıkladığı gibi; „…yeni adlandırma sisteminin radarların pratiğiyle uyumlu olmadığı ve bu nedenle kullanılmaması gerektiğini” ifade etmektedir. Konu bir zaman meselesidir ve zaman içinde IEEE Kurumu da radarın fırtınalı gelişimi ile yeni duruma uygun olarak fikrini değiştirecektir. Hatırlamak gerekirse, bir zamanlar IEEE metrik sistemin ölçüm için uygun olmadığını beyan etmiş ve İngiliz ölçü sistemini savunmuştu.