ESPECIALIZACION PROFESIONAL TECNICA POR ORIENTACION DE MISILES

(COT 10)

ASIGNATURA

DOCENTE: T1 COT(10) NICOLÁS CUYA MOTTA

MICROONDAS

2014

RADARES

ANTECEDENTES DURANTE LA SEGUNDA GUERRA MUNDIAL

• Año 1940, Gran Bretaña se inventó el Magnetrón de cavidades resonantesa cargo de un equipo de investigación de la Universidad de Birmingham,dirigido por los físicos BOOT y RANDALL.

• Año 1941, se fabricó el radar a la banda de Ondas Centimétricas, lo que semejoró en precisión y permitió la construcción de equipos aptos para serinstalados en buques y aviones.

• A principios de 1944 se puso en servicio un radar de vigilancia en banda de3000 MHz.

En la actualidad existe múltiples radares, que trabajan en frecuenciamucho mayor y además tienen acondicionado un software a fin de hacermúltiples funciones para ayudar a la navegación.

INTRODUCCION A RADARES

• La palabra Radar la introdujo la Marina de los EE.UU. en 1940.

Es la abreviación

Radio Detection And Ranging

Detección de objetos y medida de sus distancias por medio de la radio

• DEFINICION.-

Es un sistema de deteccion de obstáculos y medida de distancias, mediante lautilización de ondas electromagnéticas. El sistema se basa en que la energíaelectromagnética radiada por un transmisor se refleja en los obstáculos que encuentraa su paso. Mediante la recepción de la energía reflejada y la medida del tiempotranscurrido entre la emisión y la recepción se puede conocer la distancia a que seencuentra, respecto del transmisor, el obstáculo que dio lugar a la reflexión o eco.

Los sistemas de radar emplean dos tipos básicos de transmisión

de energía: la de pulsación y la de onda continua (CW). El

principio básico del Radar de pulsación es que el transmisor

emite ondas radiales en una serie de pulsaciones cortas,

potentes, y después queda inactivo durante el resto del ciclo.

Durante el período de descanso del transmisor pueden recibir

señales de eco, cuya duración puede determinarse para calcular

la distancia hasta la superficie reflectora.

En el radar de onda continua (CW) en cambio, el transmisoremite una señal más o menos continua, formando el cambio dela serie ininterrumpida de ondas transmitidas, si encuentra unasuperficie inmóvil la frecuencia de la señal reflejada será igual ala de la señal transmitida; si la superficie esta en movimiento, lafrecuencia del eco reflejado será distinta de la de la señaltransmitida, y la diferencia de frecuencias puede utilizarse comoindicación de movimiento del blanco. En la transmisión de CW esnecesario que se produzca un movimiento, que puede ser delradar o del blanco, para indicar la presencia del blanco.

CLASE DE RADARES

Radares Primarios.-

Este grupo es llamado primario ya que su función es la de detectar eindicar distancia. Este grupo se puede subdividir en:

• Radares de Pulso.-

Este Radar transmite energía electromagnética durante untiempo corto y luego, recepciona los ecos de retorno por unperiodo de tiempo largo, después de esto, el ciclo se repite.

Este radares son utilizados para navegación, búsqueda deblancos y en radares de seguimiento.

FORMA DE ONDA EN UN RADAR

DE PULSOS

Tx 1 Tx 2

Rx

Los radares de pulso se pueden dividir en diferentes grupos deacuerdo a sus parámetros y el uso que se les dé

Uso del RadarAlcance

Km.Frec. GHz

cm.

Largo Alcance 500 1 25

Medio Alcance 200 3 10

Control de Tiro 50 9 3

Navegación 20 9 3

Control de Tráfico áereo 10 40 0.8

• Radares de Onda Continua (CW).-

Estos radares transmiten energía continuamente, en algunoscasos ésta energía es modulada (FM). Un Radar de OndaContinua es utilizado para medir la velocidad de un blanco y losradares de CW en Frecuencia Modulada son utilizados paramedir alturas o en guiados de misiles.

ONDA CONTINUA

MODULADO EN FRECUENCIA (FM)

Radares Secundarios.-

En éstos radares no se utilizan las reflexiones. La energíatransmitida es recibida por un receptor en el blanco; enrespuesta a ésta, el blanco transmite energía que a su vez esrecibida por el radar. Esta acción es utilizada en sistemas de IFF(Identification Friend or Foe) Identificación Amigo o Enemigo.

EL RADAR DE PULSOS

El radar de pulso es un dispositivo de transmisión y recepción queopera generando una serie de pulso sincronizados de RadioFrecuencia (RF) con el fin de localizar blancos.

RADAR

Tx

Rx

La distancia del Radar al blanco se puede calcular a partir de lasiguiente ecuación:

Donde:

C : Velocidad de propagación de las ondas Electromagnéticasen el espacio 3 x 108 m/seg.

t : Es el tiempo de ida y vuelta del pulso de transmisión ensegundos.

R : Es el alcance o distancia del blanco al radar en metros.

CR = t

2

ESQUEMA BASICO DE UN RADAR A PULSOS

TIMER

SINCRONISMO

MODULADOR

INDICADOR

TX

TR

RECEPTOR

ANTENATx

Rx

• TIMER.-

• Sincroniza la pulsación del transmisor con la iniciación deltiempo básico en la unidad indicadora (PPI). Determina cuandoel transmisor debe transmitir y como las otras funciones delsistema se relacionan al tiempo de transmisión.

• TRANSMISOR.-

Genera energía de RF en forma de pulsos de alta potencia pormedio de un oscilador (magnetrón) controlado por unmodulador.

• MODULADOR.-

Envía impulsos de alta tensión y potencia al magnetrón.

• TR.-

Se encarga de seleccionar la parte de transmisión de larecepción con la finalidad de no dañar al receptor durante latransmision, funciona como un conmutador.

• ANTENA.-

Se encarga de irradiar al espacio la RF proveniente deltransmisor y recibe la energía del eco de retorno y la envía alreceptor.

• RECEPTOR.-

Amplifica las pulsaciones de eco y produce una salida depulsaciones de video amplificadas que se envían al indicador.

• INDICADOR.-

Provee la representación visual de la información del radar.

Tipos de presentación de radar

FUNCIONAMIENTO DE DIAGRAMA EN BLOQUE

El transmisor genera energía electromagnética (RF) en forma depulsos de alta potencia previamente moduladas para luego serenviadas a la antena a través de la línea de transmisión (guía deonda) y posteriormente al espacio; durante la transmisión yrecepción el TR es el encargado de seleccionar y proteger alreceptor de los impulsos de alta potencia provenientes deltransmisor que los pueda dañar, así mismo a través de él ingresala señal de retorno (eco) que dejará pasar a los circuitos de launidad receptora que amplificará y procesará las señal paraentregarla en forma de video (visual) para su presentación en elindicador PPI.

ALCANCE MAXIMO Y MINIMO DEL RADAR

En la figura anterior tenemos dos parámetros importantes sobreel alcance máximo del radar

TrRmax = C

2

Tr

PW

Pero también sabemos que Tr = 1 / PRF y el alcance máximotambién puede calcularse así:

1 C

Rmax =

2 PRF

El alcance mínimo del radar esta determinado por el ancho depulso (PW)

C

Rmin =

2

PROBLEMAS

Determinar el alcance máximo y mínimo de un radar quetransmite pulsos de 3 Seg. de ancho y una PRF de 200 Hertz.

SOLUCION:

PW : 3 Seg.

PRF : 200 pps (Hertz)

Tr : 0.005 Seg.

Tr 0.005* Rmax = C ------- = 3x108 --------

2 2

Rmax = 750 Km.

1 C 3 x 108

* Rmax = --- ------ = 0.5 -----------2 PRF 200

Rmax = 750 Km.

C 3 x 108

* Rmin = ----- = ----------- (3 x 10-6) 2 2

Rmin = 450 m.

APLICACIÓN DE LOS RADARES

• RADARES DE NAVEGACION.- que proporciona informaciónacerca de la distancia y dirección de los objetos que rodean albuque ó aeronave portador del sistema hasta una distancia de50 millas náuticas con elevado grado de precisión, sonutilizados netamente en aviones de combate, avionescomerciales, buques de guerra, yates

• RADADES DE VIGILANCIA Y METEREOLOGIA.- queproporcionan la información sobre la presencia de objetos ólluvias y tormentas con un alcance del orden de las 250 MN

son utilizados en zonas estratégicas para detectar cualquier

condición meteorológica, para detectar cualquier tipo deamenaza a largo alcance, para el control y supervisión detráfico aéreo en aeropuertos

• RADARES DE CONTROL DE TIRO.- que siguen automáticamentea un blanco determinado acondicionado a un sistema dearmas, no solo debe localizar objetos sino ademásidentificarlos, determinar su trayectorias y predecir suobjetivo final con alto grado de precisión utilizado netamenteen buques de guerra y aeronaves de combate.

• POLARIZACION

Es el sentido en el que viaja el campo eléctrico. El cambio de polarización se usa para condiciones del tiempo y condiciones de perturbación.

• FRECUENCIA:

Indica el número de ciclos que suceden en un segundo.

CICLO

FRECUENCIA DE REPETICIÓN DE PULSOS (PRF):

Es el número de pulsos que el radar transmite en un segundo, seexpresa en pulsos por segundo también en Hertz.

El tiempo debe ser suficiente para que el pulso transmitido puedaretornar desde el blanco. A mayor PRF se tiene una alta precisión(mejor discriminación) y corto alcance.

PRF = 1/TrTr

• ANCHO DE PULSO (PW):

Es la cantidad de energía electromagnética que estransportada en un pulso. Es decir el tiempo en que semantiene activo el transmisor. Se da en Microsegundos(seg).

Tx1 Tx2

ANTENAS

DE

MICROONDAS

INTRODUCCION

En esencia, una antena es un sistema conductor metálico capaz de radiar y

recibir ondas electromagnéticas, y una guía de onda es un tuvo metálico

conductor por medio del cual se propaga energía electromagnética de alta

frecuencia, por lo general entre una antena y un transmisor, un receptor, o

ambos.

Una antena se utiliza como la interfase entre un transmisor y el espacio

libre o el espacio libre y el receptor. Una guía de onda, así como una

línea de transmisión, se utiliza solo para interconectar eficientemente una

antena con el transceptor.

Una antena acopla energía de la salida de un transmisor a la atmósfera de

la Tierra o de la atmósfera de la Tierra a un receptor.

Una antena es un dispositivo recíproco pasivo; pasivo en cuanto a que en

realidad no puede amplificar una señal, por lo menos no en el sentido

real de la palabra (sin embargo, una antena puede tener ganancia), y

recíproco en cuanto a que las características de transmisión y recepción

son idénticas, excepto donde las corrientes de alimentación al elemento

de la antena se limitan a la modificación de patrón de transmisión.

CARACTERÍSTICAS DE LAS ANTENAS DE MICROONDAS

Entre las principales características de las antenas podemos

encontrar:

Ganancia

Diagrama o patrón de radiación

Ancho del haz

Impedancia de entrada

Polarización

Ancho de banda

Directividad

Ganancia de una antena

Definimos a la ganancia de la antena como el cociente

entre la cantidad de energía irradiada en la dirección

preferencial y la que irradiaría una antena isotrópica

alimentada por el mismo transmisor. Este número lo

expresamos en decibelios con relación a la isotrópica y

por ende se denota en dBi.

Ganancia de una antena

La ganancia respecto a la antena isotrópica se expresa en dBi.

También se puede expresar la ganancia con respecto a un

dipolo de media onda, denominada entonces dBd.

Diagrama de radiación

El diagrama de radiación o patrón de radiación es una

representación de la potencia de la señal trasmitida en función

del ángulo espacial.

Es un objeto tridimensional.

Por comodidad, se suele graficar aparte la proyección en el

plano horizontal y en el plano vertical.

Diagrama de radiación

Diagrama de radiación

Se representan de forma bi-dimensional en dos planos, el

vertical y el horizontal, estos planos son presentados en

coordenadas rectangulares o en coordenadas polares como se

muestra a continuación:

Un Dipolo Antena de bocina

estándar

Coordenadas Polares

Coordenadas Rectangulares

Antena Isotrópica

Es la que irradia (o recibe) desde todas las direcciones con la

misma intensidad. Aunque es físicamente irrealizable, el

concepto de antena isotrópica se utiliza como modelo de

comparación con las antenas reales. Como irradia con igual

eficacia en todas direcciones, decimos que su diagrama o patrón

de radiación es una esfera.

Antena Isotrópica

Un ejemplo de lo que se aproxima a una antena isotrópica es la

luz producida por un foco, que se proyecta en todas direcciones

con la misma intensidad, excepto en la base del bombillo.

Cuando al foco le ponemos un reflector, lo convertimos en una

antena directiva, pues en la dirección perpendicular al reflector

habremos aumentado la iluminación, mientras que en la parte

trasera del reflector se habrá bloqueado la iluminación.

Ancho del haz (beamwidth)

El ancho del haz (beamwidth) es el ángulo subtendido por la

radiación emitida entre los puntos en que la potencia disminuye

a la mitad (3 dB).

Impedancia de entrada

Es el cociente entre el voltaje aplicado a los terminales de

entrada y la corriente resultante.

En general tiene una parte resistiva y una parte reactiva.

Impedancia de entrada

Para máxima transferencia de potencia, la impedancia de la

antena debe estar acoplada a la de la línea de transmisión

que la alimenta.

Polarización de antena

La polarización de una antena corresponde a la dirección del

campo eléctrico emitido por una antena.

Esta polarización puede ser:

Vertical

Horizontal

Elíptica, Circular (RH o LH)

Polarización de antena

Si el campo eléctrico permanece en la dirección vertical durante toda la

trayectoria de una onda decimos que tiene polarización vertical, como es el

caso de un dipolo donde el movimiento de los electrones dentro del alambre

responde al campo eléctrico y por lo tanto define la Polarización.

Vertical

Polarización de antena

Si colocamos el alambre horizontalmente, tendremos

polarización horizontal.

Horizontal

Polarización de antena

Elíptica

Un caso particular de la polarización elíptica es la polarización

circular la cual puede ser hacia la derecha o hacia la izquierda.

Es importante que ambos extremos de un enlace utilicen el

mismo sentido de giro en polarización circular. Las antenas

helicoidales producen señales con polarización circular.

Polarización de antena

Cruzada

Ambas antenas de un enlace deben tener la misma polarización

para poder acoplarse adecuadamente.

La polarización cruzada tiene lugar cuando un extremo del

enlace tiene polarización diferente del otro extremo. La

polarización cruzada implica una pérdida de señal que puede

alcanzar 20 decibeles.

Ancho de banda

Es el rango de frecuencias en el cual la antena cumple con

ciertas características, tales como ganancia o relación de onda

estacionaria, garantizando así su funcionamiento adecuado.

Directividad

Es la relación entre la densidad de potencia radiada en la

dirección de máxima radiación, a una cierta distancia r y la

potencia total radiada dividida por el área de la esfera de

radio r. La directividad se puede calcular a partir del

diagrama de radiación. La ganancia de una antena es igual

a la directividad multiplicada por la eficiencia.

Tipos de antenas

Una antena es un dispositivo formado por un conjunto de

conductores que, unido a un generador, permite la emisión de

ondas de radio frecuencia, o que, conectado a una

impedancia, sirve para captar las ondas emitidas por una

fuente lejana para este fin existen diferentes tipos

Antena de cuadro

Antena parabólica o reflector

Antena lineal

Antena multibanda

Antena dipolo de media onda

Antena yagi

Antena VHF y UHF

Antena de cuadro

Antena de escasa sensibilidad, formada por una

bobina de una o varias espiras arrolladas en un

cuadro, cuyo funcionamiento bidireccional la hace

útil en radiogoniometría.

Antena de reflector o parabólica

Las antenas reflectoras parabólicas proporcionan una ganancia y

una directividad extremadamente altas y son muy populares para

los radios de microondas y el enlace de comunicaciones por

satélite. Una antena parabólica se compone de dos partes

principales: un reflector parabólico y elemento activo llamado

mecanismo de alimentación. En esencia, el mecanismo de

alimentación aloja la antena principal (por lo general un dipolo o

una tabla de dipolo), que irradia ondas electromagnéticas hacia

el reflector. El reflector es un dispositivo pasivo que solo refleja

la energía irradiada por el mecanismo de alimentación en una

emisión concentrada altamente direccional donde las ondas

individuales están todas en fase entre sí (un frente de ondas en

fase).

Antena lineal

La que está constituida por un conductor rectilíneo,

generalmente en posición vertical.

Antena multibanda

La que permite la recepción de ondas cortas en una amplitud de

banda que abarca muy diversas frecuencias.

Antena Dipolo de media onda

Está formada por dos trozos de material conductor, cada uno de

un cuarto de longitud de onda. Si se conecta a la línea de

alimentación por el centro, la distribución de corriente y de

voltaje es simétrica y ofrece una impedancia de 72 ohmios.

Este tipo de antena forma la base de muchas otras, y puede

utilizarse para polarización horizontal o vertical, dependiendo de

como se disponga.

Antena Yagi

Una antena Yagi consiste en una antena de dipolo a la cual se le

añaden unos elementos llamados "parásitos" para hacerlo

direccional. Estos elementos pueden ser directores o reflectores.

Los elementos directores se colocan delante de la antena y

refuerzan la señal en el sentido de emisión.

Los elementos reflectores se colocan detrás y bloquean la

captación de señales en la dirección opuesta al emisor.

Antena Yagi

1 : Elemento conductor

2 : Reflectores

3 : Guías de ondas

4 : Cable

Antenas VHF y UHF

Para clasificar las ondas de radio se toman como medida los

múltiplos de diez en la longitud de onda. Por lo tanto las ondas

de VHF tienen una longitud de onda entre 1 Metro y 10 Metros

mientras que las de UHF tienen una longitud de entre 10

Centímetros y un Metro. Como la relación es que la frecuencia

es igual a la velocidad de la luz (misma velocidad que la de

propagación de las ondas electromagnéticas, aproximadamente

300.000 Km./h) dividida por la longitud de onda, entonces

tenemos que la banda de VHF va desde los 30 MHz a los 300

MHz y la de UHF va de los 300 MHz. a los 3 GHz