www.radartutorial.eu www.radartutorial.eu Radar Basics

Честотни диапазони и вълнови обхвати

Спектърът на електромагнитните вълни има честоти до 1024 Hz. Този много голям общ диапазон е разделен на различни поддиапазони поради различните физически свойства.

Разпределението на честотите в различните обхвати преди това се измерваше по исторически възникнали и вече остарели критерии, поради което беше създадена нова класификация на честотните обхвати, която се използва в международен план. Въпреки това в някои публикации все още се използва традиционното обозначение на честотните обхвати.

Един общ преглед показва следната графика:

Фиг. 1: Честотни диапазони и вълнови обхвати, които се използват от радар.

Фиг. 1: Честотни диапазони и вълнови обхвати, които се използват от радар.

Frequenz- und Wellenbereiche

Фиг. 1: Честотни диапазони и вълнови обхвати, които се използват от радар.

Понастоящем съществуват две валидни системи за обозначаване на честотните обхвати, които са сравнени на Изображение 1. IEEEInstitute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) предпочита система за обозначаване, която е възникнала исторически и чието умишлено несистематично разпределение на буквите за обозначаване на честотните обхвати датира отчасти от времето на Втората световна война, чийто избор първоначално е имал за цел да обслужва секретността на използваните честоти.

Фиг. 2: Някои радиолокатори с техния честотен диапазон

Фиг. 2: Някои радиолокатори с техния честотен диапазон

Скенер за тяло
Автомобилен радар
Бордови
радари
Радари на
бойното поле
Противовъздушни
радари
Надхоризонтни радари
SMR
PAR
ASR
Трасови
радари
GPR

Фиг. 2: Някои радиолокатори с техния честотен диапазон

В рамките на НАТО се използва по-нова таблица на честотните ленти, като границите на лентите са адаптирани към технологиите и възможностите за измерване в различните честотни диапазони. Границите на диапазона са разпределени приблизително логаритмично и системата е отворена нагоре, така че лесно могат да се определят допълнителни диапазони. Тази система за обозначаване също има военен произход и представлява класификация на лентите за електронна война, в която радарите в крайна сметка заемат съществено място.

Тъй като невинаги е възможно да се определят новите честотни ленти, без да се знае точната честота, приех без коментар традиционните ленти, когато те са споменати в публикациите на компанията. Но бъдете внимателни! В Германия компаниите все още използват старите немски обозначения на лентите. Радарните устройства от така наречената «Радарна фамилия в C-обхвата» със сигурност работят в новия G-обхвата, но радарните устройства с «L» в името си (напр. SMART-L) вече не работят в L-обхвата, а в D-обхвата.

Честотите на радарите варират от около 30 мегахерца до около 300 гигахерца (300 000 000 000 трептения в секунда!). Някои честоти обаче са предпочитани за определени радарни приложения. Радарните системи с много голям обсег обикновено работят на по-ниски честоти под до и включително D-обхвата. Радарите за контрол на въздушното движение на летището понякога работят на честота малко под 3 GHz (ASR) или малко под 10 GHz (PAR).

Честотните диапазони A и B (HF и VHF радар)

Тези радиолокационни обхвати под 300 MHz имат дълга историческа традиция, тъй като първите радари са построени тук преди и по време на Втората световна война. Честотният диапазон съответства на овладените по това време високочестотни технологии. По-късно те се използват за радари за ранно предупреждение с изключително голям обсег на действие, т.нар. радари Over The Horizon (OTH). Тъй като точността на определяне на ъгъла зависи от съотношението между дължината на вълната и размера на антената, тези радари не могат да отговорят на изискванията за висока точност. Въпреки това антените на тези радари са изключително големи и могат да бъдат дълги дори няколко километра. Тук влияние оказват специални аномални условия на разпространение, които отново увеличават обхвата на радара за сметка на точността. Тъй като тези честотни ленти са плътно заети от комуникационни радиослужби, честотната лента на тези радари е сравнително малка.

Днес тези честотни ленти са от особено значение за армията, тъй като използваните в момента технологии за укриване (т.нар. «стелт бомбардировачи») имат много малък (понякога дори обратен) ефект тук.

C обхват (UHF радар)

За този честотен диапазон (300 MHz до 1 GHz) са разработени специализирани радари, които се използват като военни радари за ранно предупреждение, например за MEADS (Системата за противовъздушна отбрана със среден обсег) или за наблюдение на времето като ветропрофилиращи устройства. Тези честоти се затискат съвсем слабо от атмосферните явления и по този начин позволяват голям обхват. По-новите методи, т.нар. ултрашироколентови радари, предават много широколентово в диапазона от А до С с много ниска мощност на импулса и се използват предимно за технически изследвания на материали или отчасти в археологията като георадар за проникване в земята (GPR).

D обхват (радар в L-обхвата)

Тази честотна лента е най-подходяща за съвременните радари за въздушно разузнаване с голям обсег на действие до над 400 км (≈250 NM). Сравнително слабите смущения от гражданските радиослужби позволяват широколентово излъчване с много висока мощност. Тук често се използва вътрешноимпулсна модулация на предавателния импулс, за да се постигнат още по-големи обхвати. Поради кривината на Земята обаче практическият обхват на тези радари е много по-малък на малки височини, тъй като тогава целите се закриват от хоризонта на радара.

При управлението на въздушното движение в този честотен диапазон се намират трасовите радиолокационни комплекси (ТРЛК). В съчетание с моноимпулсен вторичен радар за наблюдение (Monopulse Secondary Surveillance Radar - MSSR) тези радари работят с относително голяма, бавно въртяща се антена.

E/F обхват (радар в S-обхвата)

В честотната лента от 2 до 4 GHz атмосферното затихване е малко по-голямо, отколкото в D-обхвата. В този случай радарите се нуждаят от много по-висока мощност на излъчване, за да постигнат големи разстояния. Пример за това е военният «радар със средна мощност» (MPR) с мощност на импулса до 20 MW. В този диапазон вече започват значителни нарушения, дължащи се на метеорологични явления. Ето защо първите радари за валежи вече са разположени тук, въпреки че се използват предимно в субтропичните и тропичните райони, тъй като тук трябва да се намери компромис между отражателната способност и затихването на проникването.

Специалните разузнавателни радари за контрол на въздушното движение със среден обсег на действие от около 100 км (50 … 60 NM) като Airport Surveillance Radar (ASR) подпомагат ръководителите на полети при наблюдението на специални зони около летището.

G обхват (радар в C обхвата)

За тази честотна лента се създават мобилни военни радари за бойно поле с малък и среден обсег на действие. Антените са достатъчно малки, за да могат да се разполагат бързо и с висока точност за насочване на оръжия. Влиянието на метеорологичните явления е много голямо, поради което радарите, използвани за военни цели, обикновено са оборудвани с антени с кръгова поляризация. Повечето радари за валежи в умерения климат също се използват в този честотен диапазон.

I/J обхват (радар в X до Ku обхвата)

Между 8 и 12 GHz съотношението между дължината на вълната и размера на антената е по-благоприятно. Достатъчна ъглова точност може да бъде постигната с много малки антени, което благоприятства военната употреба като въздушен радар. От друга страна, антените на радарите за насочване на ракети, които са много големи в сравнение с дължината на вълната, все още са достатъчно удобни, за да се считат за разгърнати.

Тази честотна лента се използва от граждански и военни организации главно за морски навигационни радарни системи. Малките евтини и бързо въртящи се антени осигуряват достатъчен обхват с много добра точност. Антените могат да бъдат обикновени слот антени или пластинчати антени.

В Космоса тази честотна лента се използва и за радар със синтетична апертура (SAR) за военно разузнаване и за географско изследване на земната повърхност. Специално приложение на радара с обратна синтетична апертура (ISAR) е наблюдението на океаните с цел предотвратяване на замърсяването.

K обхват (радар в K до Ka обхвата)

С увеличаването на честотата на предаване затихването в атмосферата се увеличава, но възможната точност и разделителна способност на обхвата се увеличават. Вече не могат да бъдат постигнати големи разстояния. Приложенията на радарите в този честотен диапазон включват радар за наблюдение на летища, известен също като радар за наземно движение (SMR) или (като част от) оборудване за откриване на повърхността на летища (ASDE). С изключително кратките импулси на предаване от няколко наносекунди се постига отлична разделителна способност на обхвата, така че контурите на самолетите и превозните средства вече се виждат на екрана.

L обхват (радар в V обхвата)

Поради молекулярното разсейване на атмосферата (в този случай от водата като влажност) електромагнитните вълни тук са подложени на много силно затихване. Радарните приложения тук са ограничени до обхват от няколко десетки метра.

M обхват (радар в W обхвата)

Тук могат да се наблюдават две явления на атмосферно затихване. Максимум на затихване при около 75 GHz и относителен минимум при около 96 GHz. И двете честоти се използват на практика. Радарите с малък обсег на действие, работещи на честота около 75-76 GHz, се използват в автомобилите като помощни средства за паркиране, спирачни асистенти и за автоматично избягване на инциденти. Това високо затихване, дължащо се на молекулярно разсейване (в този случай от кислородната молекула О2), предотвратява взаимните смущения, причинени от масовото използване на тези радари.

N обхват

В диапазона 122 GHz се намира друга ISM-BandIndustrial, Scientific and Medical Band (ISM-Band) лента за приложения на измервателната техника. Тъй като в свръхвисокочестотната технология се говори за терахерцов диапазон от 100 GHz = 0,1 THz, радарните модули за този честотен диапазон се предлагат от индустрията като «терахерцов радар». Тези терахерцови модули се използват например в т.нар. скенери за тяло, за контрол на качеството на вече опаковани предмети (флуороскопия на опаковката), за оценка на дебелината на защитни покрития, ламинати или дори шоколадови покрития, както и като детектор за чужди тела в храни. Скенерите за тяло използват факта, че тези терахерцови честоти могат лесно да проникнат през сухи и непроводими вещества, но поради влажността на кожата те не могат да проникнат по-дълбоко от няколко милиметра.