Radar ışıması nedir?
Bir Radarın Yer Yüzeyinde Oluşturduğu Güç Yoğunluğu
Geçmişte radarlar, yaydıkları elektromanyetik dalgaların neden olduğu birçok hayati tehlike örnekleriyle bilinirdi. Bulvar gazeteleri buna isim bulmakta gecikmedi: Radar ışınları; çok iyi ezberlenmiş, ancak mantık ve teknik açıdan yanlış bir kavram. Kansere yol açan tüm bu üzücü ışıma örnekleri aslında radarın kendisinden değil, televizyonlarda ve eski bilgisayar ekranlarında da kullanılan (özellikle çok yüksek gerilimle çalışan resim tüpleri, modülatör tüpleri gibi) bazı donatıdan kaynaklanmaktadır. Ancak, buradaki fark (bu bakış açısıyla) televizyonların kullanım ömrünün kısa olması, eskisini atıp „düşük ışımalı“ bir yenisini almak için fazla beklemek gerekmemesidir. Radarların ömrü ise 30 ila 40 yılı bulabilmektedir.
Röntgen parazit ışıması
Geçmişte sıkça bu ışıma kaynakları yakınında çalışmak zorunda kalan radar personelinin, bilgisizlik ve olasılıkla dikkatsizlik sonucu, etkisi altında kaldığı bu tehlikeli ışıma bir röntgen ışımasıydı. Uzmanlar bunu bir iyonize ışıma olarak değerlendirmektedir. Yüksek enerjileri nedeniyle insan dokusunu doğrudan etkiler ve kansere neden olabilirler. Ancak, bu tüplerin etrafına yaklaşık 2 mm kalınlığında bir demir sac sararak bu tehlikeli ışımadan korunmak mümkündür.
Televizyon resim tüplerinde koruma, izleyicilerin baktığı tarafa daha kalın bir cam konulması ile sağlandı. Burada, izleyicinin ekranı, hemen önünde değil, fakat birkaç metre geriden seyretmesi nedeniyle zaten bir koruma sağlanmaktadır. Ekranın hemen yakınında çalışmak zorunda kalan bilgisayar kullanıcıları ise yüksek seviyede ışımaya maruz kalmaktadır. Bilgisayar ekranının, televizyon ekranı kadar büyük olmaması ve bu nedenle, gerekli anot gerilimi daha da düşük tutulabilmektedir.
Askeri radar operatörlerinin görevleri sırasında oluşan tüm bu hastalıklar röntgen parazit ışımasından kaynaklanmaktadır. Zamanla röntgen ışınları yayan radar aygıtları ya tamamen devre dışı bırakılmış ya da söz konusu parçalar daha düşük ışımalı olanlarla yenilenmiştir.
Yüksek frekanslı ışıma
Bununla birlikte, radar ışıması kavramı sıkça yüksek frekanslı ışıma ile karıştırılır. Ancak göndericiden ve radar anteninden yayılan bu ışıma tehlikeli kabul edilmez. Uzmanlar bunları iyonlaştırıcı olmayan ışımalar arasında değerlendirmektedirler. İnsan dokusu üzerindeki etkileri yalnızca ısıl gerilme (thermal stress) olarak kabul edilir. Fakat tam da bu tür ışıma genellikle radar tesisi yakınında ikamet edenleri ürkütmektedir. İnsanlar ne yazık ki bu tür endişelere kapılarak, tümüyle hatalı hesaplamalar ve çoğu kez kurgusal varsayımlar sonucu bir abartılı tehlike olduğunu düşünürler.
askeri radar aygıtları
Resim 1: 2004/40 / EC yönergesine göre YF güç yoğunlukları için sınır değerleri
(daha yeni yönerge artık 6 GHz'in altındaki sınır değerlerini içermemektedir.)
askeri radar aygıtları
Resim 1: 2004/40 / EC yönergesine göre YF güç yoğunlukları için sınır değerleri
(daha yeni yönerge artık 6 GHz'in altındaki sınır değerlerini içermemektedir.)
askeri radar aygıtları
Resim 1: 2004/40 / EC yönergesine göre YF güç yoğunlukları için sınır değerleri
(daha yeni yönerge artık 6 GHz'in altındaki sınır değerlerini içermemektedir.)
Genellikle bir güç yoğunluğu etken değer (effective value) olarak ölçülür (darbe gücü değil!) ve bu değer Alman yasalarınca kabul edilen, yeni 2004/40/EG yönergede belirlenen sınır değerlerini referans alır. Ancak bu sınır değerlerinin, sadece nispeten kısa süreli yükler için olduğu, yani yıl boyunca süren bir yük için söz konusu olmadığını da belirtmek gerekir. Ne yazık ki bu konuyu değerlendiren tıbbi araştırmalar henüz yapılamamıştır. Çünkü karşılaştırma için hayatında yüksek frekanslı kaynaklardan gelen bu tür bir ışımaya hiç maruz kalmamış gerekli sayıda denek bulmak imkânı bulunmamaktadır.
Bu arada, artık 6 GHz in altındaki bu sabit YF güç yoğunluk değerlerini içermeyen bir yeni AB- yönergesi de yayınlandı.
Bir yükün ölçülmesi
Elektromanyetik değişken alanlarda güç ölçümü güç ölçen özel aygıtlarla yapılır. Ölçümler metrekare başına Watt (W/m²) veya santimetrekare başına miliwatt (10 W/m² = 1 mW/cm²) cinsinden ifade edilir. µW/m² cinsinden ölçülen değerler (metrekare başına mikrowatt) µ önekiyle kısaltıldıktan sonra genellikle tek basamaklı değerlere indirgenen, mümkün olduğu kadar göze çarpan bir sayısal değeri adlandırmak için kullanılır. Işıma, ölçüm aygıtına çok hassas kalibre edilmiş alıcı anten vasıtasıyla gönderilir. Bu ölçüm aygıtının ölçüm yapılacak frekans bölgesini kapsayacak kadar geniş bir izgeye sahip olması gerekir. Bu hattaki kayıplar ve alıcı antenin kazancı son hesaplamalara katılmalıdır.
Yüksek frekanslı enerji bir özel parçaya (bir termistör) aktarılır. Bu ışımanın enerjisi bu parçayı ısıtır ve bir belirli süre sonunda parçanın direnci değişir ve bu değişen direnç değeri bir direnç köprüsü vasıtasıyla ölçülebilir. Bu direncin değişim miktarı ışıma gücünün bir ölçüsüdür. Termistörün ısınması zaman aldığından yalnızca sürekli dalga gücüne eşdeğer etken (effective) bir direnç değeri ölçülebilir, yani darbe gücü ölçülemez.
Radar aygıtlarının yüksek frekanslı alanlarının ölçümleri, radardan uzaklaştıkça beklenen yayın gücünün azalması ve ölçü aygıtlarının kayıt yapamaması nedeniyle, yalnızca radara 100 m ye kadar olan yakın bölgede yapılabilmektedir.
Bir yüklemenin hesaplanması
Bu, darbe gücü (etken sürekli dalga gücü yerine) ve bir radar anteninin kazancı (aslında tamamen farklı bir yöne sürekli yayın yapan) gibi kavramlar, bazı komplo teorisyenlerinin en azından teorik olarak bir Işıma Yüklemesi (nasıl adlandırıyorlarsa) kavramına ulaşmak için kullanmaktan çok hoşlandıkları temalardır.
Yüksek frekanslı ışımanın güç yoğunluğu bir ışıma için belirleyicidir. Aşağıdaki parametrelerin bir radarın bir ölçme noktasındaki güç yoğunluğu ölçümü üzerinde farklı etkileri vardır:
- Darbe gücü
Güç yoğunluğu için bir sürekli dalga gücünün belirtilmesini gerektirir. Bir radarın darbe gücü, eğer Doluluk-boşluk Oranı (duty cycle) biliniyorsa bir eşdeğer sürekli dalga gücüne dönüştürülebilir. „En kötü durum“ olarak kabul edilen sayıların tamamı kurgusaldır. Bir radar göndericisinin sürekli dalga gücü, gönderici kademelerinin gerekli ısıl kararlılığı nedeniyle daima sabittir ve belirli bir doluluk- boşluk oranına uyarlanır. Doluluk-boşluk oranı değişiyorsa, darbe gücü de değişir, böylece sürekli dalga gücü sabit kalır. Dönüştürme için hesaplamalarda birkaç olası doluluk-boşluk oranı kullanılıyorsa dönüştürme için daima bunların ortalama değerleri alınmalıdır. Radar aygıtı için darbe gücündeki % 10 a kadar olan değişiklikler ihmal edilebilir. - Anten kazancı
Bir parabol antenin kazancı geometrik boyutunun ve kullanılan dalga boyu oranına bağlıdır. Anten, gönderim gücünü istenen yöne yoğunlaştırır. Bir radar tesisinde anten kazancı, yüksek frekanslarda (örneği 10 GHz den başlayan) 43 dB e kadar (yaklaşık 20 000 katı) ya da daha fazla olabilir. Düşük frekanslarda ise (1 ila 5 GHz arası) genellikle yalnızca 32 dB e kadar (yaklaşık 1 600 katına) ulaşır. Sürekli dalga gücü (darbe gücü değil!) bu değerle çarpılabilir. Sonuç antenin ana yöndeki ışıma kuvvetidir. - Anten çizgesi
Bununla birlikte, bu kazanç yalnızca çoğunlukla yatık olarak yukarı doğru bakan, ana ışıma yönünde (ana topuzda) ulaşılır ve yalnızca yer yüzeyindeki ölçüm sonuçlarını sadece dolaylı olarak etkiler. 0,5° den daha küçük yayın açıları teorik olarak mümkündür, ancak bu açı hedefin tam karşısında bulunmadığından dolayı bir olası en büyük radar menziline ulaşamaz ve pratikte kullanılmaz. Normal olarak yer yüzeyinde sadece yan topuzlar (sidelobes) etkili olur. En kötü durumda yan topuzlardaki bu güç, ana topuzdakinden 20 ila 25 dB (100 ila 320 kat) daha azdır. Keza, daha az uygun bir değeri seçemezsiniz, çünkü daha kötü değer, antene daima daha kötü bir kazançla bağlaşıktır! - Eşdeğer Yönbağımsız Işıma Gücü (Equivalent Isotropic Radiated Power, EIRP)
Tüm bu önceki bağımlılıklarla, bir küresel biçimli ışıma karakteristiğine sahip (yani, tüm yönlerde eşzamanlı ışıma yapan) bir göndericinin, şimdi aynı etkiyi elde etmesi için gerekli bir kurgusal ışıma değeri hesaplanabilir. Bu, pratikte karşılaşılmayan bir hesapsal büyüklüktür ve bazen eşdeğer gönderim gücü olarakta adlandırılır.
Resim 2: Bir kürenin yüzeyindeki güç yoğunluğu
Resim 2: Bir kürenin yüzeyindeki güç yoğunluğu
- Menzil bağımlılığı
Bir alış noktasındaki hesaplanan gücün değeri esas olarak menzile bağlıdır, çünkü bu gücün daha büyük küresel yüzeye dağılması gerekir. Bu yüzeyin büyüklüğü kürenin yarıçapının karesiyle doğru orantılıdır, yani güç, yarıçapın (yani ölçüm noktasına uzaklık) karesine bölünmelidir. Bu bağımlılık, Işıma Iraksayı (free space attenuation) ve bundan böyle Boşluk Zayıflaması (radiation divergence) olarak anılacaktır.
Resim 2: Bir kürenin yüzeyindeki güç yoğunluğu
- Zaman cetveli (Time balance)
Eğer hava arama radarı veya meteoroloji radarının dönerek çalışan anteni durursa, bu antene bağlı göndericinin de otomatik durması gerekir. Bir radarın sürekli tek bir yönde ışıma yapması da mümkün değildir. Bu durumda, güç yoğunluğu, radar anteninin hem dönüş hızına (ve varsa yükseklik açısındaki manevralarına), hem de anten çizgesinin genişliğine bağlıdır. Bu bilgiler Aydınlatma Zamanı başlıklı bölümde verilmiştir. Radar aygıtı için gerekli veri yenileme hızına bağlı olarak bir zaman cetveli oluşturulabilir. Pratikte, bir havaalanı radarı için her 4 ila 5 saniyede bir; bir meteoroloji radarı için, sadece birkaç mili saniye boyunca, antenin o anki yönünde ortalama her 15 dakikada bir (!) ışıma olur. Güç yoğunluğunun bir etken (effective) değer olması nedeniyle, bu, bir kere daha bu iki zamanın oranı kadar azalır.
Bir yan topuz bölgesindeki bir ölçme noktasında bu etkinin değerini aşağıdaki formülle hesaplayabiliriz:
| Güç yoğunluğu = | Ortalama güç | · | Anten kazancı | · | Aydınlatma zamanı |
| Işıma ıraksayı | Yan topuz zayıflaması | Anten dönme süresi |
| SA = | POrt · G · TD | SA = Güç yoğunluğu POrt = Ortalama güç (Average Power) R = Ölçme noktası- radar arası menzil [m] G = Anten kazancı ASL = Yan topuz zayıflaması (Side Lobe Attenuation) TD = Aydınlatma zamanı (Dwell Time) [s] tu = Anten dönme süresi [s] |
(2) | |
| 4 · π · R2 · ASL · tu | ||||
Bu tüm etmenler hesaba katıldığında radardan 2000 m uzakta ve yükseklik açısı 0,5° dereceden daha olan az bir noktada beher santimetre kare için olabilecek güç yoğunluğunun mikrowatt ila nanowatt seviyesi arasında bulunduğu görülebilir. Bu tür küçük güç yoğunluklarının ölçülmesi neredeyse mümkün değildir ve müsaade edilen sınır değerlerini de aşmaz. Buna karşılık, kolektör fırçaları kirli bir elektrikli süpürge, uzaktaki radara göre aynı frekans bölgesinde daha fazla YF güç yoğunluğu üretir!
Yukarda bahsedilen kurgusal „Eşdeğer Yönbağımsız Işıma Gücü (EIRP)“ ifadesinin bu formülde yeri bulunmamaktadır: yani bir gerçek güç yoğunluğu ve takiben bir ışıma yüklemesi için EIRP girdisi önemsizdir. Fakat bu POrt · G terimi içinde gizlenmiştir. Eğer sadece, göndericinin sürekli dalga gücü yerine bir radar sisteminin ortalama gücü verilmişse, anten kazancının yukarıdaki denklemden silinmesi gerekir, çünkü bu EIRP ye zaten dâhildir. Eğer bu EIRP ile bir darbe gücü verilmişse, o zaman göndericinin Doluluk-Boşluk Oranının dikkate alınması gerekir.
Işıma yüklemesi
Bir ışıma yüklemesi sıkça hatalı olarak bu güç yoğunluğu ile karıştırılır. Ancak, ışıma yüklemesi bu güç yoğunluğunun ne kadar enerjinin insan vücudu tarafından kapıldığına bağlıdır. İnsan vücudu şimdi bir belirli bir açıklığa ya da bir etken anten yüzeyine sahip bir anten gibi çalışır. Soğrulan enerji hem güç yoğunluğuna ve ayrıca kullanılan dalga boyuna, etkileme süresine, hem de bireysel vücut kütlesine bağlıdır.
Günümüzde kullanılan çok yüksek frekanslarda çalışan (meteoroloji radarları genellikle yaklaşık 5 GHz, füze- ve deniz yöngüdüm radarları genellikle 10 GHz, otomotiv radarları hatta 75 GHz) radarların ışıması vücuda derinlemesine işleyemez. Çoğu birkaç santimetreden, sıkça birkaç milimetreden sonra deri tarafından soğrulur, böylece daha derindeki iç organlara ulaşamayacak şekilde zayıflar.