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Intervalli di frequenza e d'onda

Lo spettro delle onde elettromagnetiche ha frequenze fino a 1024 Hz. Questa gamma complessiva molto ampia è suddivisa in diverse sottogamme a causa delle differenti proprietà fisiche.

La suddivisione delle frequenze nelle diverse gamme era misurata in base a criteri di origine storica, ormai superati, per cui è stata creata una nuova suddivisione delle bande di frequenza, utilizzata a livello internazionale. In alcuni casi, tuttavia, in letteratura si utilizza ancora la designazione tradizionale della banda di frequenza.

Il diagramma seguente mostra una visione d'insieme:

Figura 1: Frequenza e bande d'onda utilizzate dal radar.

Figura 1: Frequenza e bande d'onda utilizzate dal radar.

Frequenza e bande d'onda

Figura 1: Frequenza e bande d'onda utilizzate dal radar.

Attualmente esistono due sistemi di designazione validi per le bande di frequenza, che sono messi a confronto nella Figura 1. L'IEEEInstitute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) privilegia un sistema di designazione di origine storica, la cui distribuzione deliberatamente non sistematica delle lettere per la designazione delle bande risale in parte all'epoca della seconda guerra mondiale, la cui selezione era inizialmente intesa a favorire la segretezza delle frequenze in uso.

Figura 2: Alcuni radar con la loro banda di frequenza

Figura 2: Alcuni radar con la loro banda di frequenza

Scanner corporeo
Radar per
autoveicoli
Radar per
aereo
Radar del
campo di
battaglia
Radar per
la difesa
aerea
Radar Over-The-Horizon (OTH)
SMR
PAR
ASR
Radar
in rotta
GPR

Figura 2: Alcuni radar con la loro banda di frequenza

All'interno della NATO, viene utilizzata una tabella delle bande di frequenza più recente, con limiti di banda adattati alle tecnologie e alle capacità di misura nelle diverse gamme di frequenza. I limiti di banda sono distribuiti in modo approssimativamente logaritmico e il sistema è aperto verso l'alto, per cui è facile definire ulteriori bande. Anche questo sistema di designazione ha origini militari ed è una classificazione di banda per la guerra elettronica, in cui le unità radar occupano un posto essenziale.

Poiché l'assegnazione alle nuove bande di frequenza non è sempre possibile senza conoscere la frequenza esatta, ho adottato le bande tradizionali senza commenti quando sono state menzionate nelle pubblicazioni aziendali. Ma attenzione! In Germania, le aziende utilizzano ancora le vecchie denominazioni di banda tedesche. Le unità radar della cosiddetta „famiglia radar della banda C“ funzionano certamente nella nuova banda G, ma le unità radar con la „L“ nel nome (ad esempio SMART-L) non funzionano più nella banda L, ma nella banda D.

Le frequenze dei radar vanno da circa 30 megahertz a circa 300 gigahertz (300 000 000 000 di oscillazioni al secondo!). Tuttavia, alcune frequenze sono preferite per determinate applicazioni radar. I sistemi radar a lunghissimo raggio operano solitamente a frequenze inferiori, fino alla banda D compresa. I radar di controllo del traffico aereo su un campo di volo operano talvolta appena sotto i 3 GHz (ASR) o appena sotto i 10 GHz (PAR).

Bande A e B (radar HF e VHF)

Queste bande radar al di sotto dei 300 MHz hanno una lunga tradizione storica, poiché i primi radar sono stati costruiti qui prima e durante la Seconda Guerra Mondiale. L'intervallo di frequenza corrispondeva alle tecnologie ad alta frequenza allora in uso. In seguito, sono stati utilizzati per i radar di preallarme a lunghissimo raggio, i cosiddetti radar Over The Horizon (OTH). Poiché l'accuratezza della determinazione dell'angolo dipende dal rapporto tra la lunghezza d'onda e le dimensioni dell'antenna, questi radar non possono soddisfare i requisiti di alta precisione. Tuttavia, le antenne di questi radar sono estremamente grandi e possono essere lunghe anche diversi chilometri. In questo caso, si verificano particolari condizioni anomale di propagazione che aumentano la portata del radar a scapito della precisione. Poiché queste bande di frequenza sono densamente occupate dai servizi radio di comunicazione, la larghezza di banda di questi radar è relativamente ridotta.

Oggi queste bande di frequenza sono particolarmente importanti dal punto di vista militare, poiché le tecnologie stealth attualmente in uso (i cosiddetti „bombardieri stealth“) hanno un effetto minimo (a volte addirittura opposto).

Banda C (radar UHF)

Per questa banda di frequenza (da 300 MHz a 1 GHz) sono stati sviluppati radar specializzati, utilizzati come radar militari di preallarme, ad esempio per il MEADS, o nell'osservazione meteorologica come profilatori del vento. Queste frequenze sono solo leggermente attenuate dai fenomeni atmosferici e consentono quindi una lunga portata. I metodi più recenti, i cosiddetti radar a banda ultralarga, trasmettono a banda molto larga dalla banda A alla banda C con una potenza d'impulso molto bassa e sono utilizzati soprattutto per le indagini sui materiali tecnici o, in parte, in archeologia come radar a penetrazione del terreno (GPR).

Banda D (radar in banda L)

Questa banda è la più adatta per i moderni radar di ricognizione aerea a lungo raggio fino a ben oltre 400 km (≈250 NM) di distanza. L'interferenza relativamente bassa dei servizi radio civili consente una radiazione a banda larga con una potenza molto elevata. In questo caso, spesso si ricorre alla modulazione intra-impulso dell'impulso di trasmissione per ottenere portate ancora maggiori. Tuttavia, a causa della curvatura della terra, il raggio d'azione pratico di questi radar è molto più breve alle basse quote, poiché i bersagli vengono oscurati dall'orizzonte radar.

Nel controllo del traffico aereo, i radar di rotta o Air Route Surveillance Radar (ARSR) si trovano in questa banda di frequenza. In combinazione con un radar di sorveglianza secondario ad impulsi (MSSR), questi radar operano con un'antenna relativamente grande e a rotazione lenta.

Banda E/F (radar banda S)

Nella banda di frequenza da 2 a 4 GHz, l'attenuazione atmosferica è leggermente più elevata rispetto alla banda D. In questo caso, i radar hanno bisogno di una potenza di trasmissione molto più elevata per raggiungere lunghe distanze. Un esempio è il radar militare di „media potenza“ (MPR) con una potenza d'impulso fino a 20 MW. In questa fascia, iniziano già a verificarsi considerevoli danni dovuti ai fenomeni meteorologici. Per questo motivo i primi radar per le precipitazioni si trovano già qui, anche se vengono utilizzati principalmente nelle aree subtropicali e tropicali, poiché qui è necessario trovare un compromesso tra riflettività e attenuazione della penetrazione.

I radar speciali di ricognizione del controllo del traffico aereo con una portata media di circa 100 km (50 … 60 NM) come Airport Surveillance Radar (ASR) supportano i controllori del traffico aereo nel monitoraggio di zone speciali intorno a un aeroporto. Il termine banda S viene spesso utilizzato come mnemonico per indicare un'antenna più piccola e una portata più ridotta.

Banda G (radar in banda C)

Per questa banda di frequenza vengono costruiti radar militari mobili da battaglia a corto e medio raggio. Le antenne sono abbastanza piccole da poter essere dispiegate rapidamente e con alta precisione per la guida delle armi. L'influenza dei fenomeni meteorologici è molto forte, per questo motivo i radar utilizzati per scopi militari sono solitamente dotati di antenne con polarizzazione circolare. Anche la maggior parte dei radar di precipitazione per i climi temperati sono utilizzati in questa gamma di frequenze.

Banda I/J (radar in banda X e Ku)

Tra 8 e 12 GHz, il rapporto tra lunghezza d'onda e dimensioni dell'antenna è più favorevole. È possibile ottenere una sufficiente precisione angolare con antenne molto piccole, il che favorisce l'uso militare come radar aviotrasportato. D'altra parte, le antenne dei radar di guida missilistica, che sono molto grandi rispetto alla lunghezza d'onda, sono ancora abbastanza maneggevoli da essere considerate schierabili.

Questa banda di frequenza è utilizzata in ambito civile e militare soprattutto per i sistemi radar di navigazione marittima. Piccole antenne a rotazione, economiche e veloci, forniscono una portata sufficiente con un'ottima precisione. Le antenne possono essere semplici antenne a slot o patch.

Nello spazio, questa banda di frequenza è utilizzata anche per il radar ad apertura sintetica (SAR) per la ricognizione militare e per il rilevamento geografico della superficie terrestre. Un'applicazione speciale del radar ad apertura sintetica inversa (ISAR) è il monitoraggio degli oceani per prevenire l'inquinamento.

Banda K (radar in banda K e Ka)

All'aumentare della frequenza di trasmissione, aumenta l'attenuazione nell'atmosfera, ma aumentano la precisione e la risoluzione della portata possibili. Non è più possibile raggiungere lunghe distanze. Le applicazioni radar in questa gamma di frequenze comprendono i radar di sorveglianza dei campi di volo, noti anche come radar di movimento di superficie (SMR) o (come parte di) apparecchiature di rilevamento della superficie aeroportuale (ASDE). Con impulsi di trasmissione estremamente brevi, di pochi nanosecondi, si ottiene un'eccellente risoluzione della portata, in modo che i contorni di aerei e veicoli siano già visibili sullo schermo.

Banda L (radar in banda V)

A causa della dispersione molecolare dell'atmosfera (in questo caso dell'acqua come umidità), le onde elettromagnetiche subiscono una forte attenuazione. Le applicazioni radar in questo caso sono limitate a una portata di poche decine di metri.

Banda M (radar in banda W)

In questo caso si possono osservare due fenomeni di attenuazione atmosferica. Un massimo di attenuazione a circa 75 GHz e un minimo relativo a circa 96 GHz. Entrambe le frequenze sono praticamente utilizzate. A circa 75-76 GHz, i radar a corto raggio sono utilizzati nelle automobili come ausili per il parcheggio, assistenza alla frenata e prevenzione automatica degli incidenti. L'elevata attenuazione dovuta alla dispersione molecolare (in questo caso da parte della molecola di ossigeno O2) impedisce l'interferenza reciproca causata dall'uso massiccio di questi radar.

Banda N

Nella gamma dei 122 GHz si trova un'altra banda ISM-BandIndustrial, Scientific and Medical Band (ISM-Band) per applicazioni di tecnologia di misura. Poiché nella tecnologia ad altissima frequenza si parla di una gamma di terahertz da 100 GHz = 0,1 THz, i moduli radar per questa gamma di frequenza sono offerti dall'industria come „radar terahertz“. Questi moduli a terahertz sono utilizzati, ad esempio, nei cosiddetti body scanner, nel controllo di qualità in catena di montaggio di oggetti già confezionati (fluoroscopia dell'imballaggio), nella valutazione dello spessore di rivestimenti protettivi, laminati o persino rivestimenti di cioccolato, e come rilevatore di corpi estranei negli alimenti. Gli scanner corporei sfruttano il fatto che le frequenze terahertz possono penetrare facilmente nelle sostanze asciutte e non conduttive, ma a causa dell'umidità della pelle non possono penetrare più in profondità di qualche millimetro.