Rozsahy frekvencí a vlnových délek
Elektromagnetické spektrum sahá až do frekvencí nad 1024 Hz. Tento velmi široký a složitý rozsah je rozdělen na dílčí pásma s různými fyzikálními vlastnostmi.
Dělení kmitočtů na dílčí pásma se dříve provádělo podle historicky zavedených kritérií a nyní je zastaralé. To vedlo ke vzniku moderní klasifikace kmitočtových pásem, která se nyní používá na mezinárodní úrovni. V literatuře se však stále vyskytují tradičně zavedené názvy frekvenčních pásem.
Na obrázku 1 je znázorněn frekvenční rozsah elektromagnetických vln a jeho rozdělení na dílčí pásma.
Obrázek 1: Rozsahy frekvencí a vlnových délek používané při radiolokaci
Obrázek 1: Rozsahy frekvencí a vlnových délek používané při radiolokaci
V horní části obrázku je znázorněno rozdělení spektra elektromagnetických vln, které bylo historicky zavedeno a oficiálně přijato Institutem elektrotechnických a elektronických inženýrů IEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineers, IEEE). Spodní část obrázku ukazuje moderní klasifikaci kmitočtových pásem přijatou pro použití ve strukturách NATONorth Atlantic Treaty Organization (NATO). Je vidět, že hranice frekvenčních pásem v těchto dvou klasifikacích se ne vždy shodují.
Pásma a frekvenční subpásma se označují velkými písmeny. Tento přístup pochází z prvních dnů radiolokace, kdy byla přesná hodnota pracovní frekvence radarového vozidla utajována.
Obrázek 2: Některé radarové systémy a jejich frekvenční rozsahy
Obrázek 2: Některé radarové systémy a jejich frekvenční rozsahy
multifunkční
radary
vzdušný přehled
radar
Obrázek 2: Některé radarové systémy a jejich frekvenční rozsahy
Pásmo A a B (radar v pásmu KV a VKV)
Tato radarová pásma pod 300 MHz mají dlouhou tradici, protože první radarové soupravy zde byly vyvinuty před 2. světovou válkou a během ní. Frekvenční rozsah odpovídal tehdy zvládnutým vysokofrekvenčním technologiím. Později byly využívány pro radary včasné výstrahy extrémně velkého dosahu, tzv. radary Over The Horizont (OTH). Vzhledem k tomu, že přesnost určení úhlu a úhlové rozlišení závisí na poměru vlnové délky a velikosti antény, nemohou tyto radary splňovat vysoké požadavky na přesnost. Antény těchto radarů jsou nicméně extrémně velké a mohou být dlouhé i několik kilometrů. Zde působí zvláštní abnormální podmínky šíření, které opět zvyšují dosah radaru na úkor přesnosti. Vzhledem k tomu, že tato frekvenční pásma jsou hustě obsazena komunikačními rádiovými službami, je šířka pásma těchto radarových souprav poměrně malá.
Tato frekvenční pásma v současné době zažívají návrat, zatímco aktuálně používané technologie Stealth nemají na extrémně nízkých frekvencích požadovaný efekt.
Pásmo C (radar v pásmu UKV)
Pro toto frekvenční pásmo (300 MHz až 1 GHz) byly vyvinuty specializované radarové soupravy, které se používají jako vojenské radary včasné výstrahy, například pro systém střední protivzdušné obrany (MEADS), nebo jako větrné profilery při pozorování počasí. Tyto frekvence jsou jen velmi mírně tlumeny povětrnostními jevy, a umožňují tak velký dosah. Novější metody, tzv. ultraširokopásmové radary, vysílají s velmi malým výkonem impulsů od pásma A do pásma C a používají se většinou pro průzkum technického materiálu nebo částečně v archeologii jako georadar (Ground Penetrating Radar, GPR).
Pásmo D (radar v pásmu L)
Toto pásmo je ideální pro moderní radary dálkového vzdušného dohledu až do vzdálenosti 250 námořních mil (≈400 km). Relativně nízké rušení civilními radiokomunikačními službami umožňuje širokopásmové vyzařování s velmi vysokým výkonem. Vysílají impulsy s vysokým výkonem, širokou šířkou pásma a vnitropulzní modulací, aby bylo dosaženo ještě většího dosahu. Vzhledem k zakřivení Země je však dosah, kterého lze těmito radarovými soupravami prakticky dosáhnout, v malých výškách mnohem menší, protože tyto cíle jsou pak zakryty radarovým horizontem.
V tomto frekvenčním pásmu pracují pro řízení letového provozu traťové radary nebo radary pro sledování vzdušných tras (ARSR). Ve spojení s monopulzním sekundárním přehledovým radarem (MSSR) pracují tyto radary s poměrně velkou, pomalu se otáčející anténou.
Pásmo E/F (radar v pásmu S)
Ve frekvenčním pásmu od 2 do 4 GHz je atmosférický útlum vyšší než v pásmu D. Radarové soupravy vyžadují k dosažení velkých vzdáleností mnohem vyšší impulsní výkon. Příkladem je starší vojenský Medium Power Radar („radar středního výkonu“, MPR) s pulzním výkonem až 20 MW. V tomto frekvenčním pásmu se již začínají objevovat značná znehodnocení způsobená povětrnostními jevy. Proto několik meteorologických radarů pracuje v pásmu E/F, ale spíše v subtropických a tropických klimatických podmínkách, protože zde radar vidí i za silnou bouřku.
Speciální letištní okrskové přehledové radiolokátory (ASR) se používají na letištích ke zjišťování a zobrazování polohy letadel v prostoru terminálu se středním dosahem do 50…60 NM (≈100 km). ASR zjišťuje polohu letadel a povětrnostní podmínky v blízkosti civilních a vojenských letišť.
Pásmo G (radar v pásmu C)
Pro toto frekvenční pásmo se používají mobilní vojenské bojové radary s krátkým a středním dosahem. Antény jsou dostatečně malé, aby je bylo možné rychle instalovat s vysokou přesností pro řízení zbraní. Vliv povětrnostních jevů je velmi velký, proto jsou vojenské radarové soupravy obvykle vybaveny anténami s kruhovou polarizací. V tomto kmitočtovém rozsahu se také používá většina meteorologických radarů pro mírné klimatické podmínky.
Pásmo I/J (radary v pásmu X a Ku)
Mezi 8 a 12 GHz má poměr vlnové délky a velikosti antény příznivější hodnotu. S relativně malými anténami lze dosáhnout dostatečné úhlové přesnosti, což zvýhodňuje vojenské použití jako letecký radar. Na druhé straně antény radarových systémů pro řízení raket, které jsou v poměru k vlnové délce velmi velké, jsou stále dostatečně šikovné, aby se daly považovat za nasaditelné.
Toto frekvenční pásmo se používá především v civilních a vojenských aplikacích pro námořní navigační radarové systémy. Malé levné a rychle se otáčející antény nabízejí dostatečný dosah s velmi dobrou přesností. Antény mohou být konstruovány jako jednoduché štěrbinové zářiče nebo náplasťové antény. Toto frekvenční pásmo je rovněž oblíbené pro kosmické nebo letecké zobrazovací radary založené na radaru se syntetickou aperturou (SAR), a to jak pro vojenské elektronické zpravodajství, tak pro civilní geografické mapování. Speciální aplikací radaru s inverzní syntetickou aperturou (ISAR) je monitorování oceánů za účelem prevence znečištění životního prostředí.
Pásmo K (radary v pásmu K a Ka)
Se zvyšující se frekvencí vyzařování se zvyšuje útlum v atmosféře, ale zvyšuje se i možná přesnost a rozlišení dosahu. Velkých dosahů již nelze dosáhnout. Radary v tomto frekvenčním pásmu se používají například pro letištní pojezdový radary (SMR). Pomocí extrémně krátkých pulzů v délce několika nanosekund se dosahuje vynikajícího rozlišení dosahu, takže na displeji lze vidět obrysy letadel a vozidel.
Pásmo V
V důsledku molekulárního rozptylu atmosféry dochází k velmi silnému útlumu elektromagnetických vln. Radarové aplikace jsou omezeny na dosah několika desítek metrů.
Pásmo W
Zde lze pozorovat dva jevy atmosférického útlumu. Maximum útlumu na frekvenci přibližně 75 GHz a relativní minimum na frekvenci přibližně 96 GHz. Obě frekvence se prakticky používají. Na frekvenci přibližně 75 až 76 GHz se radarové soupravy krátkého dosahu používají v automobilové technice jako parkovací asistenti, brzdové asistenční systémy a systémy automatického vyhýbání se nehodám. Tento vysoký útlum díky molekulárnímu rozptylu (zde prostřednictvím molekuly kyslíku O2) zabraňuje vzájemnému rušení při hromadném používání těchto radarových souprav.
Zatím existují radarové soupravy pracující na frekvenci 96 až 98 GHz jako laboratorní zařízení. Tyto aplikace jsou předzvěstí použití radaru na extrémně vysokých frekvencích, jako je 100 GHz.
Pásmo N
V pásmu 122 GHz se nachází další pásmo ISM pro měřicí aplikace. Protože ve vysokofrekvenční technice je terahertzový rozsah definován od 100 GHz = 0,1 THz do 300 GHz, nabízí průmysl radarové moduly pro tento frekvenční rozsah jako „terahertzové radary“. Tyto terahertzové radarové moduly se používají například v takzvaných celotělových skenerech. Celotělové skenery využívají toho, že ačkoli tyto terahertzové frekvence snadno pronikají suchými a nevodivými látkami, nemohou kvůli vlhkosti lidské kůže proniknout hlouběji než jen několik milimetrů.