Radar historia y técnica

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minoru genda
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 Un poco de historia  hasta 1940

Entre 1880 y 1890 el físico alemán Heinrich Herz mientras realizaba experimentos en su laboratorio sobre las ondas de radio descubrió que éstas eran reflejadas por los objetos metálico, y de ese fenómeno se intentó sacar provecho  para la localización de dichos objetos.

Por entonces el principal campo de experimentación fueron los barcos por diferentes razones de las cuales la primera fue la facilidad de localizar un buque en un lugar abierto sin objetos que produjeran demasiadas perturbaciones y por el hecho de que los buques navegando con poca visibilidad podían colisionar con otros buques sobre todo en zonas de elevado tráfico marítimo.

A comienzos de la primera década del siglo XX, Christian Hülsemeyer  ideó y patentó un primitivo radar capaz de captar ecos y que permitía evitar los abordajes en el mar, no parece que el invento en principio fuera perfeccionado y resulta un tanto dudosa su eficacia, pues por entonces no era posible la emisión de ondas de radio con la suficiente potencia y concentración, pero el aparato tenía un alcance corto (no más de 3000 metros).

En años posteriores y hasta la primera década de los 30 diversos científicos habían comprobado que las emisiones de radio sufrían interferencias al paso de aviones y ya Marconi en 1922 había propuesto buscar un método o inventar un aparato de localización por radio para uso marítimo.

Entre los años 1920 y 1930 Barnett y Appleton científicos británicos idearon un sistema del que más tarde se desarrollaría el radar.

En 1922  Taylor y Young observan durante un experimento con ondas cortas que estas se reflejan y cambian de fase al dirigirlas hacia una barcaza que atravesaba el rio Potomac

 Hacia el año 1926 los científicos americanos Brett y Tuve mejoraron el sistema emitiendo ondas de radio en forma de impulsos y midiendo el tiempo empleado por cada impulso reflejado en volver al receptor. De ese modo y conociendo la velocidad de propagación de las ondas de radio se pudo calcular la distancia a la capa reflectora.

A comienzos de los 30 alemanes, británicos, estadounidenses y franceses realizaron investigaciones independientes. Se cree que fueron los alemanes quienes obtuvieron los primeros resultados. Hacia mediados de 1933 el científico alemán Rudolf Kühnhold ideó un aparato que aprovechaba haces de onda de 48 centímetros y ya a comienzos de 1934 construyó un prototipo que logró captar ecos de un buque fondeado en el puerto de Kiel. A la vista de los resultados  los artilleros de la Kriegsmarine viendo las posibilidades de aplicación del aparato a la dirección de tiro desarrollaron un programa de investigación científica y ya a finales de 1934 hacían pruebas con el De te Gërat que recibía ecos de buques situados a unas 8 millas de distancia.

Simultáneamente el United Status Naval Research Laboratory ya estaba ocupado en la investigación detección de buques por radio, en Francia la SFRE (Societé Francaise Radio Electrique desarrollaba el único aparato de localización por radio destinado a fines civiles y es el primer dispositivo instalado en buques mercantes para ayuda en la navegación.

Situados en el puente alto iban dos espejos parabólicos de 12 centímetros de longitud focal uno funcionaba como transmisor y otro como receptor con un giro de 80º hacia proa y entre costados Estribor 40º - 0º - Babor 40º cada espejo tenía instalada en su foco una antena de 16 centímetros Mientras funcionaba el aparato los dos focos se movían juntos , cuando se captaba una señal los espejos quedaban bloqueados mientras el operador la percibía por medio de un auricular la posición en la que quedaban los focos indicaba la demora del eco recibido y la distancia era indicada en un oscilador  que medía el desfase entre onda de radio emitida y reflejada.

El aparato fue probado en un buque de carga en 1935 y a finales del verano del mismo año el trasatlántico Normandía recibía un aparato ya modificado y mejorado y su alcance andaba entre 4 y 5,5 millas.

Gran Bretaña se incorporó a la carrera por el radar hacia finales de 1934 momento en el que se creo la Investigación Científica para la Defensa Aérea que con Robert Watson-Watt a la cabeza

Presentó un estudio en febrero de 1935 que resolvía el proyecto del radar. Tras una demostración con un prototipo que resultó ser un éxito Watt quedó al frente de un equipo que desarrollo el proyecto hasta el punto de que a comienzos de 1938 Gran Bretaña era la primer nación del mundo en disponer de una red de estaciones de radar  de alarma antiaérea la instalación había comenzado a montarse en 1936.

Las características de toda la instalación eran:

Longitud de onda entre 10 y 13 metros, frecuencia 25 impulsos por segundo, potencia máxima 200 kilowatios. Las antenas emisoras iban instaladas en torres de 100 metros de altura y las receptoras en torres de 75 metros.

En sucesivos meses se trabaja para conseguir longitudes de onda más cortas y así poder construir equipos menos voluminosos y capaces de ser instalados en unidades navales, esto se consigue en 1939 y los primeros radares de uso naval se instalan en los buques Rodney acorazado británico y New York acorazado estadounidense.

El radar durante la segunda guerra mundial

El Magnetrón   

En 1940 los científicos Randal y Boot durante sus trabajos en la Universidad de Birmingham descubren el magnetrón  que lleva al desarrollo de la generación y uso de las microondas, tecnología que hizo posible acelerar el desarrollo del radar.

El magnetrón produce frecuencias superiores a los 1500 Megaherzios y es utilizado en los radares para dar longitudes de onda decimétricas y centimétricas.

Es un tubo o lámpara electrónica cuyo ánodo tiene una forma un tanto complicada que está surcado por cavidades dispuestas regularmente en forma de estrella y cada una de ellas se comporta como un circuito oscilante cuya oscilación es mantenida por la energía aportada por los electrones siempre que el ajuste sea el correcto.

 

 La analogía del funcionamiento serían los recipientes que entran en resonancia  sometiéndolos a un sonido apropiado. Las cavidades del magnetrón se comportan igual pero con ondas electromagnéticas y electrones.

El magnetrón produce con facilidad breves impulsos de gran potencia de varios miles de kilowatios ya que no hay peligro de utilizar tensiones elevadas entre los electrodos pues la ausencia de rejillas y la separación en este caso relativamente grande entre cátodo y ánodo permiten diferencias de potencial de decenas de kilovoltios en un tubo de en torno a 1 centímetro de diámetro.

La aparición del magnetrón hizo posible pasar del medio kilowatio con ondas de 9,8 centímetros a los 50 kilowatios y ondas de 2 centímetros y todo ello en lo que va  de febrero de 1940 a julio del mismo año. Tambien hizo posible la construcción de equipos de radar más pequeños y susceptibles de ser usados en aviones.

Los alemanes produjeron entretanto los primeros radares para el tiro antiaéreo que eran suficientemente precisos, operaban con ondas de 50 centímetros (al igual que los estadounidenses antes de la aparición del magnetrón)pero la evolución de los radares alemanes sufrió un parón a causa de una caprichosa decisión de Hitler que quería que sus científicos centraran su atención en armas ofensivas dejando de lado a las de tipo defensivo por lo que mientras tanto británicos y estadounidenses progresaban gracias al magnetrón y alcanzaban una gran superioridad sobre los paises del eje en esta nueva tecnología que era la detección por radar.

En cuanto a los italianos sus progresos para 1942 estaban a la altura de los de los alemanes para 1933 con su radar denominado Gufo y que estaba a la altura del De te Gërat

 Klinstron

El klintron es un tubo que permite amplificar oscilaciones de varios Gigahertz hasta potencias de algunas decenas de Kilowatios Se utiliza en ciertas emisoras de televisión, en ondas decimétricas y haces hertzianos.

Funciona como sigue: Los electrones son emitidos por el cátodo y atraidos hacia el ánodo que los captura a todos; su flujo es constante lo que supone un incoonveniente al ser siempre la potencia consumida la misma, tanto si hay señal a amplificar como si no.

A lo largo de su trayecto los electrones por un proceso que podemos comparar con el supuesto siguiente:

en el ciclismo como muchos sabreis hay etapas contra reloj, la etapa contra reloj consiste en hacer salir a los corredores de uno en uno y de modo inverso a la clasificación, asi, el primero que sale es el último clasificado para tras un cierto tiempo (1 o 2 minutos) sale el penúltimo y así sucesivamente hasta el primer clasificado que sale el último. Si la etapa tiene un recorrido suficiente y ateniendonos a los méritos de todos los corredores por la clasificación que ocupan, (en una hipótesis un tanto absurda pero posible) podría darse el caso que todos los corredores llegaran a la meta formando un pelotón pues los más rápidos habrían alcanzado a los más lentos.

En el Klinstron los electrones siguen la misma regla. Emitidos en un flujo contínuo a velocidad constante pasan a traves de una zona controlada por dos electrodos de entrada donde los primeros que llegan son frenados y los siguientes acelerados, el efecto se produce con cada periodo de la señal que hay que amplificar. Por tanto salen con velocidades distintas y franquean un espacio llamado de deslizamiento al final del cual se encuentran agrupados. Los electrones agrupados pasan por la segunda zona en la cual hay dos electrodos de salida. Su flujo es variable periódicamente a la frecuencia de la señal de mando que hay que amplificar. Los electrodos de salida recogen energía de alta frecuencia. Dado que nos encontramos en el campo de las hiperfrecuencias, los electrodos de entrada y salida constituyen por si mismos el circuito de sintonía y adoptan, por tanto, la forma de una cavidad toroidal (es decir similar a un neumático o... a un donut :) ).

Como todo dispositivo de amplificación , el klinstron sirve también como oscilador si se conectan convenientemente las cavidades de salida y de entrada. Como en las lámparas al klinstron se le proporcionanse le proporciona una energia importante para mantener el flujo de electrones. Esta energia varia bajo la acción de la señal de mando, que proporciona muy poca potencia, como si estuviese aplicada a la reja de un triodo. De esta manera la señal es amplificada cientos de veces (mas de mil) Tanto si la señal está presente como si no, (y tal y como ya comentamos más arriba) el tubo consume siempre la misma cantidad de Kilowat para mantener el haz de electrones aspecto este que representa un inconveniente para el uso del klinstron como oscilador, resultando, para la emisión, más rentable un triodo en amplificación clase C cuyo rendimiento es mejor

El Radar en las operaciones navales

Atlántico y Mediterráneo

La primera vez que el radar fue decisivo en una operación naval fue la noche del 21 de marzo de 1941 cuando el acorazado Valiant de la Royal Navy que operaba en el Mediterráneo usó el radar para detectar a un crucero italiano y su escolta consiguiendo dirigir a la flota al alcance visual de los buques italianos (en torno a los 3500 metros) consiguiendo hundirlos.

Ese mismo año se montaron en las centrales de tiro de los más importantes buques británicos radares centimétricos  para sustituir a los telémetros como directores de tiro, pero sin prescindir de ellos. Por entonces, los alemanes acompañaban al radar con sus telémetros ópticos, combinación usada durante la batalla del estrecho de Dinamarca con el resultado conocido del hundimiento del Hood, caso en el que la excelente visibilidad hace pensar que para la acción los alemanes usaron sus magníficos telémetros ópticos.

En la misma operación Reihnübung se mostró cuan efectivo era el radar el Bismarck pudo repeler el ataque de destructores durante la noche del 26 al 27 de mayo apoyándose en datos proporcionados por el radar.

La demostración de la superioridad de los radares aliados vino demostrada de un modo definitivo cuando durante la batalla del cabo Norte tras una persecución con ayuda del radar del crucero británico Belfast, el Duke of York tras localizar al acorazado Scharnhorst desde más de 22 kilómetros se pudo aproximar a 10000 metros sin ser localizado por los alemanes que iban provistos de radar, en la oscuridad de la noche el buque británico dirigiendo el tiro por radar consiguió un elevado número de impactos provocando que el Scharnhorst aminorara la marcha y fuera alcanzado por destructores que lo atacaron con torpedos resultando de la acción el hundimiento del buque alemán.

 

La Batalla del Atlántico (la guerra submarina y antisubmarina)

 

El radar prestó un gran servicio a la guerra antisubmarina durante la cual la protección a los convoyes fue de vital importancia. En realidad el éxito se debió en gran parte al progreso que hubo en protección aeronaval al poder montar en los aviones los radares centimétricos capaces de localizar un snorkel o un periscopio a determinada distancia y bajo condiciones atmosféricas muy favorables. Por el contrario el detector montado en los submarinos alemanes (Metox ó cruz de Vizcaya) se mostró ineficaz por lo que muchos submarinos fueron localizados y destruidos.

También algunos submarinos alemanes montaron radares que solo eran eficaces obviamente cuando los submarinos navegaban en superficie y para distancias no muy grandes

 

El Pacífico

El empleo del radar en la guerra del Pacífico tuvo su importancia así durante una de las batallas de Guadalcanal en noviembre de 1942 el acorazado Kirishima con ayuda de algunos cruceros pesados consiguió dejar fuera de combate al acorazado estadounidense South Dakota, para ello la mejor preparación de los japoneses en combates nocturnos tuvo su influencia pero la posterior acción del acorazado estadounidense Washington que consiguió aproximarse a una distancia en torno a las 9 millas y con ayuda de su radar centimétrico hundió al acorazado japonés la resolución del radar permitió ver los piques de los impactos en el agua y mejorar con ello la resolución de tiro

 

 ¿Cómo Funciona el radar?

 

El elemento más importante es el magnetrón pero sin otros componentes no sería posible el funcionamiento del radar, explicaremos su funcionamiento por bloques sin entrar a analizar el complejo esquema de componentes y siguiendo la figura que os presento. Aparte de los circuitos electrónicos mencionaremos el tubo de rayos catódicos y explicaremos someramente su funcionamiento con otro esquema, hablaremos sobre antenas y por último comentaremos los aspectos negativos del funcionamiento del radar en casos puntuales y que son achacables a diferentes circunstancias.

 

El diagrama de bloques y su funcionamiento

Para el estudio del diagrama de bloques nos remitiremos al radar PPI (Plan Position Indicador > Indicador de Posición Plano) que son los tipos de radar con un uso más generalizado.

 Los equipos PPI utilizan modulación de impulsos y exploración circular.

 Transmisor (color azul)

 

Unidad disparadora:

Gobierna la emisión de impulsos y está constituida por un multivibrador (Generador de onda cuadrada) y un paso amplificador; el primero bien ajustado proporciona la frecuencia de repetición y a través de un paso de amplificación provoca la salida de un pico de tensión de 400 voltios con una duración de 30 microsegundos, que se repiten con dicha frecuencia y se aplican al modulador.

 

Bloques modulador y magnetrón:

 

El modulador tiene una válvula de haz electrónico, un tiratrón (triodo de gas) con una línea constituida por un conjunto de bobinas y condensadores. La alta tensión de la línea de alimentación con unos 5000 voltios carga dicha línea en torno a los 8000 voltios, por otra parte el impulso procedente del modulador se aplica a la válvula de haz electrónico y crea primero un impulso negativo que se aplica a la unidad supresora de ondas y después un impulso de 3 a 4000 voltios que se aplica  al tiratrón, éste se ceba y conduce lo que permite que se descargue la línea del modulador, esta se descarga a través de un transformador cuya relación de transformación provoca una tensión de 16 kilovoltios que se aplican al magnetrón, en esas condiciones el magnetrón produce un impulso de radiofrecuencia que a través de un circuito de guía de ondas llega a la antena desde donde es radiado al espacio. La duración de este impulso (dependiendo del tipo de radar varía entre 0,2 y 30 microsegundos) depende del tiempo de descarga de la línea de condensadores y bobinas que están en el modulador y es en función de su constante de tiempo.

 

Guia de ondas (color amarillo)

 

La guía de ondas está compuesta por los bloques:

 

TB

 

El bloque TB es una válvula que durante la transmisión permite el paso de los impulsos hacia la antena y cuando esta recibe bloquea el magnetrón y éste deja de emitir impulsos al tiempo la válvula corta el paso de los impulsos recibidos hacia el sistema de transmisión.

 

TR

 

El bloque TR es otra válvula que hace el trabajo inverso al bloque TB pues durante la transmisión bloquea el sistema receptor impidiendo el paso de los impulsos del magnetrón hacia el  cristal mixer y en la recepción permite el paso de los ecos hacia el cristal mixer. Las válvulas TB y TR son imprescindibles en caso de usarse una sola antena como emisora receptora no siendo necesarias si se emplea una antena para emisión y otra para recepción digamos que los bloques TB y TR cumplen una función separadora de señal.

 

Cristal mixer

 

También  llamado cristal mezclador (mixer = mezclador) en el una vez que se recibe la señal esta se mezcla con la frecuencia del oscilador local klinstron para dar una frecuencia de batido de 15 a 60 megaciclos por segundo que se aplica sucesivamente al preamplificador de Frecuencia Intermedia  (Preamp F.I.), al  Amplificador de Frecuencia Intermedia (Amplif F.I) cuya salida es remodulada por un paso detector, alvideo amplificador (video amplif.) y por último al Tubo de rayos catódicos (T.R.C) del sistema indicador.

 

Dispositivo de control(color rosa)

 

 Con el fin de mantener la Frecuencia Intermedia (F.I.) en su valor correcto se dispone de un dispositivo de control que puede ser manual (Sintonía manual) o automático; el automático es el bloque A.F.C  que significa Automatic Frecuency Control (control automático de frecuencia).

 

Sintonía manual

 

 Con la Sintonía manual  se varía la frecuencia de oscilación del Klinstron ajustando a mano el valor de la tensión aplicada a su electrodo reflector.

 

En el control automático de frecuencia intervienen las siguientes unidades:

 

Cristal A.F.C

 

Es donde se mezclan las señales procedentes del klinstron y del magnetrón éste a través delatenuador que reduce el nivel de energía de la señal del magnetrón que pasa al Cristal A.F.C

 

A.F.C

 

Compuesta por un circuito discriminador y un amplificador de tensión continua cuya salida se aplica al electrodo reflector del klinstron; la tensión aplicada depende de la frecuencia de batido y puede ser cero, positiva o negativa según dicha frecuencia sea respectivamente igual, superior o inferior

 

Sistema indicador (color verde)

 

Consiste en una serie de bloques que controlan parámetros necesarios para la presentación de la imagen y consta de los siguientes bloques:

 

Unidad disparadora

 

Es la encargada de gobernar todo el sistema y su funcionamiento. Consta de un multivibrador y un seguidor catódico, cuya salida es una onda cuadrada que permite el funcionamiento de todas las unidades a las que se aplica. El modulador y unalínea de retardo (color blanco), que tiene en cuenta el tiempo de tránsito transcurrido entre la emisión del magnetrón y la llegada del impulso a la antena, gobiernan el comienzo de esa onda cuadrada (impulso rectangular) haciéndolo coincidir con el instante de emisión del impulso de la antena, instante de referencia para medir los tiempos y por tanto las distancias. El final del impulso de la unidad disparadora esta controlado por el generador de la base de tiempos (G.B.T) que ajusta su duración con arreglo a la máxima distancia.

 

Generador de la base de tiempos (G.B.T)

 

Genera una corriente, que aumentando linealmente con el tiempo, empieza en cero y llega a tomar  un valor suficiente para que las bobinas deflectoras  del Tubo de rayos catódicos (T.R.C) desvíe su haz electrónico desde el centro hacia el extremo de la pantalla, momento éste en que de nuevo desciende la tensión a cero para volver a repetirse el proceso al llegar la siguiente señal. De esta forma el extremo luminoso del haz electrónico marcará sobre la pantalla del T.R.C un radio luminoso cuyas longitudes son función del tiempo correspondiendo el centro al instante inicial o radiación del impulso emitido y el extremo final, a un tiempo t = 2d / 3 .108 segundos, d = máximo alcance del margen en que se está midiendo (en el margen de 10 millas 12 microsegundos por milla de distancia) al tiempo el giro de la antena que se mueve accionada por un motor eléctrico acciona un transmisor magslip

 

Receptor magslip

 

Los movimientos de la antena al accionar el transmisor magslip son enviados por éste a un receptor magslip conectado mecánicamente con las bobinas deflectoras de T.R.C por lo que el giro de la antena es seguido por dichas bobinas y por tanto el radio luminoso de la base de tiempos girará sincronizado con la antena, indicándonos su posición radial sobre una corona graduada  de 0º a 360º la posición de la antena, es decir, la dirección en que se radia la señal y se recibe el eco. Ambas direcciones de ida y regreso del impulso radar son prácticamente una sola por razones obvias la muy alta velocidad de las ondas electromagnéticas hace que la antena al recibir el eco haya girado para 100 millas y 30 revoluciones por minuto de la antena en torno a los 13 minutos de arco.

 

Círculo de calibración

 

Esta unidad produce unos picos de tensión que a través del amplificador de videofrecuencia (Video amplif.) se aplican a la rejilla del T.R.C produciendo una intensificación del haz luminoso. Estos picos se producen espaciados pongamos como ejemplo cada 12 microsegundos, así a cada 12 microsegundos de la base de tiempo aparecerá un punto más luminoso que dado el el movimiento de giro de la citada base de tiempos marcará un circulo. Por tanto trabajando en el margen de 5 millas aparecerán cinco círculos a  las distancias de 1, 2, 3, 4 y 5 millas refiriendo a éstos círculos la señal de un ecos se puede apreciar la distancia al blanco o al objeto que lo ha producido.

 

Círculo medidor

Funciona de un modo similar al círculo de calibración un potenciómetro (resistencia variable) accionado manualmente permite obtener un impulso de tensión ajustable en el tiempo y relacionado con origen de la base de tiempos que a través del amplificador de video frecuencia (Video amplif.) se aplica a la rejilla del T.R.C de ese modo si en una posición determinada se ajusta para 30 microsegundos en la pantalla aparecerá un círculo luminoso que representa una distancia de 2,5 millas. Asimismo el mando del potenciómetro mueve un índice sobre una escala doblemente graduada, en millas y en metros en la que en éste caso se puede leer la distancia de 2,5 millas o 4625 metros, la escala de distancias es conmutable y cambia al pasar de un margen de distancia a otro

 

 Otras unidades

 

 Supresor de ondas

 

Situado en la unidad transmisora (color azul) cuyo objeto es suministrar un impulso a las rejillas de las válvulas del preamplificador  de frecuencia intermedia (Preamplif. F.I.) de manera que éste se bloquee en el momento de la transmisión asegurando de esa forma que el impulso del magnetrón no aparezca en la pantalla del T.R.C y evitando que se borren los “ecos” debidos a blancos u objetos muy cercano.

 

Ganancia de barrido

 

Tiene el objeto proporcionar un control lineal de polarización del amplificador de frecuencia intermedia (Amplif F.I.) y por tanto hacer variar su ganancia desde un punto cercano al corte hasta la plena ganancia. De ésta forma los “ecos” fuertes debidos a blancos u objetos cercanos son menos amplificados que los “ecos débiles procedentes de blancos u objetos alejados, apareciendo en pantalla todos con la misma intensidad y luminosidad.

 

Contactos de alineación

 

Son dos uno colocado en el el cuadro del pedestal de la antena y otro en la unidad de presentación tienen como objeto mantener en perfecto sincronismo el giro de la antena y del receptor magslip impidiendo que haya cualquier desfase entre ellos

 

Indicador de proa (color gris)

 

Consiste en un dispositivo  que suministra a la pantalla una marca lineal cada vez que la antena pasa por proa

Bueno pues hasta aquí la explicación del funcionamiento del radar por bloques en posteriores entregas hablaremos de las antenas, las pantallas o tubos de rayos catódicos T.R.C y para terminar con una serie de cuestiones relacionadas con los aspectos negativos o fallos de los radares

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 Antenas de radar

Al estallar la guerra ningún país de los que trabajaban en las emisiones y recepciones por radar había producido uno que fuera adecuado para usos navales, ni mucho menos para usos aéreos.

La necesaria precisión direccional exigía un estrecho haz de ondas radiadas, eso llevaba a producir ondas de radio muy cortas o antenas transmisoras muy amplias esto es así porque la anchura del haz es directamente proporcional a la anchura de onda e inversamente proporcional a la anchura de la antena y como no era posible producir ondas de radio muy cortas y de suficiente potencia había que recurrir a antenas tan grandes que montadas en un buque requerían que este hiciera un giro muy amplio para escrutar el horizonte gracias al descubrimiento del magnetrón se consiguió producir ondas mas cortas y con ello la fabricación de antenas más pequeñas  que no solo facilitaron el montaje de radares en buques sino que también se pudieron usar en aviones.

Las antenas de radar suelen ser giratorias y direccionales, estando constituidas según las características del equipo por órdenes de dipolos o por un dipolo con un sistema reflector que puede ser: parabólico, parabólico cilíndrico, paraboloide truncado o reflector en ángulo y pueden adoptar las formas de medio queso, de queso, de doble queso y parabólica cilíndrica.

La velocidad de giro oscila entre las 15 y 30 vueltas por minuto, en todas ellas el diagrama de radiación horizontal tiene una abertura de 1,2º a 6º y el diagrama de radiación vertical con abertura de 15º a 30º.

Para el caso de antenas de aviones durante la segunda guerra mundial se usaron profusamente las antenas dipolo de “cuernos” que aunque cumplían bien la misión para la que se habían montado formaban en el morro del avión una maraña de varillas y mástiles que afectaban a su rendimiento aerodinámico

La posición de la antena en el momento de recibir el "eco", (según el sistema de exploración utilizado), determina las coordenadas angulares del blanco u objeto detectado, mientras el tiempo transcurrido entre la emisión del impulso y la recepción del "eco" determinan la distancia.

La antena como ya dijimos gira sincronizada con el haz luminoso de la pantalla

A continuación unas imágenes de antenas de buques.

En la primera podemos ver el mástil de proa del HMS Belfast y las marcas son:

1.- Antena de “medio queso” posiblemente de radar aéreo

2.- Antena de VHF

3.- Antena parabólica truncada de “queso” usada para navegación

4.- Antena parabólica cilíndrica posiblemente usada como radar de superficie

5.- Antena de “doble queso”  usada como director de tiro para las torres de proa

6.- Compartimento de control de tiro

La Antena de VHF es para comunicaciones

Hay otras antenas pero al igual que la de VHF son de comunicaciones

 

En la segunda foto tenemos una vista panorámica del control de tiro para las torres de popa las marcas son:

1.- Antena parabólica truncada de “doble queso”

2.- Compartimento del control de tiro

En la tercera vemos una panorámica de la superestructura del acorazado USS Alabama las marcas son:

1.- Antena parabólica para radar aéreo

2.- Telémetro (director de tiro visual)

3.- Antena parabólica truncada

4.- Antenas de ángulo deflector para dirección de tiro  

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 Tubo de Rayos Catódicos

Bien hemos visto como funciona un radar también como debían ser las antenas y algunos modelos de ellas ahora vamos a ver como es otro elemento importante de una instalación de radar, el T.R.C

Una vez que se producen las señales y ya se han emitido son recibidas por la antena pero es preciso poder ver esas señales recibidas y es ahí donde entra el T.R.C.

Desarrollado entere los años 1920 y 1930 es similar a algo que todos tenemos en casa, la pantalla del televisor

Para entender como funciona os remito a la imagen.

En ella podemos ver como es internamente un T.R.C.

Es de cristal y tiene en su interior una serie de elementos que, hacen que aplicando tensiones a ellos, un haz electrónico bombardee una superficie luminiscente y se puedan ver imágenes

El trazo grueso es el perfil del tubo y la franja verde es la superficie luminiscente

Tenemos además:

Los condensadores C1 y C2 que sirven para que ninguna tensión continua  indeseable sea aplicada a las placas o bobinas deflectoras.

Las resistencias R3y R4 que sirven para polarizar las placas

Y ya entramos con las marcas

1.- Filamento caldea en cátodo

2.- Cátodo emite electrones hacia la pantalla

3.- Cilindro de Wenhelt hace las veces de rejilla control variando su tensión, con ayuda del potenciómetro P1controla el paso de electrones hacia la pantalla y por tanto la luminosidad de la misma.

4.- Haz de electrones de cátodo a pantalla

5.- Primer ánodo o ánodo de enfoque, su control por medio de P2 varia el enfoque y con él que la imagen sea más o menos nítida

6.- Segundo ánodo que empuja a los electrones hacia la pantalla.

7.- Placas de desviación horizontal o bobinas deflectoras horizontales, controlan el desvío horizontal de los electrones

8.- Placas de desviación vertical o bobinas deflectoras verticales, controlan el desvío vertical de los electrones.

Los primeros radares tenían T.R.C unidireccionales, esto es se veía una línea en el centro de la pantalla que recorría la misma de izquierda a derecha, las tensiones en las placas o bobinas horizontales variaban de un máximo a cero por efecto de una señal constante en diente de sierra (la que se ve en el dibujo del tubo) y esa tensión mantenía la línea horizontal permanentemente. Para detectar un objetivo o blanco la antena se iba girando y cuando se recibía un eco éste era aplicado a las bobinas o placas verticales y en la pantalla se veía un pulso o un eco en el recorrido de la línea, más o menos alejado del inicio del recorrido según la distancia a la que se encontrase, dicha distancia podía leerse en una escala situada sobre el recorrido del trazo luminoso. A continuación un dibujo del T.R.C unidireccional visto de frente

 

Este tipo de indicación se transformó pronto en indicación plana y el origen del haz comenzó a partir del centro de T.R.C. Nace entonces el P.P.I. (Plan Position Indicator ó en nuestra lengua Indicador de Posición Plano) y es cuando en lugar de desplazarse de izquierda a derecha el haz electrónico barre radialmente toda la pantalla y se mueve tal como vimos sincronizado con el giro de la antena y de éste modo mientras la antena barre el horizonte la pantalla presenta la señal recibida por la misma con todos los ecos recibidos. En la siguiente foto vemos una pantalla PPI presentando la imagen de los ecos recibidos por la antena y en ella vemos nítidamente unos diques de un puerto y todos los objetos reflejados si os fijáis podréis ver el origen de las señales pues el buque emisor está en el centro del círculo

Bien pues hasta aquí el T.R.C iremos con los errores o fallos que se pueden ver o producir en un radar

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  Fallos en los radares

Entramos en la última parte tras la cual si os parece podeís plantear las cuestiones que veais oportunas o hacer los comentarios que os parezcan, como siempre gustoso contestaré a aquello que planteeis si puedo la respuesta está limitada por mis conocimientos que no son muchos aunque creo que suficientes y por apuntes e información de los que dispongo.

En principio la eficacia de un radar es la mayor posible si éste esta en perfectas condiciones y el operador que lo maneja tiene la preparación adecuada, una buena preparación teórica y practica hace que el operador sepa discriminar entre ecos dudosos y ecos "reales" la teoría para ello es importantísima pero la práctica no lo es menos.

La preparación teórica se refiere al conocimiento de todos los controles y mandos del radar, dicho conocimiento debe ser preciso y rápido y con él el operador debe ser capaz de conocer las posibilidades que ofrece cada control y los medios de corregir anomalías producidas por agentes externos y ajenos al funcionamiento del radar con ayuda de todos esos controles y mandos. El perfecto conocimiento del equipo el manejo de dichos controles y el conocimiento además de las perturbaciones atmosféricas depende la eficacia del operador de radar.

Vamos con casos en los que se puede tener una lectura o visión errónea de la imagen

Ecos por causa de las zonas circundantes

En puertos o lugares cerrados como canales que además puedan estar rodeados de acantilados, montañas o edificaciones altas se pueden producir reflexiones de las ondas emitidas que pueden producir ecos falsos que a su vez pueden hacer borroso algún sector de la pantalla.

Pueden aparecer en determinadas circunstancias: Cuando la señal reflejada por el blanco sufre una reflexión en alguna parte del buque propio, y cuando se trata de buques de gran tamaño por las múltiples reflexiones que en ellos se pueden presentar en éste caso el eco falso tiene menor nitidez y puede ser eliminado disminuyendo la ganancia.

Errores por causa de las condiciones atmosféricas

Perturbaciones atmosféricas son causa de ecos y defectos en la presentación de las imágenes en el T.R.C. La subrefraccion o la superrefracción (aumento o disminución de la refracción en la atmósfera) pueden disminuir  o aumentar respectivamente el alcance medio del radar. En este caso el aumento excesivo del alcance puede producir ecos falsos que pueden ser interpretados como blancos u objetivos más cercanos, esta circunstancia tiene importancia cuando cerca se encuentra la costa pues los ecos deforman la imagen observada.

La presencia de un estrato o capa horizontal produce lo que se conoce con el nombre de "ducts", éstos sirven de guia a las ondas electromagnéticas que siguen la curvatura de la tierra alcanzando enormes distancias y produciendo ecos muy lejanos que se mezclan con la imagen el alcance es variable siendo posible la recepción de ecos situados por encima de los 2500 kilómetros dándose casos de recibir ecos de buques en el mar Mediterráneo situados a más de 1000 kilómetros y en zonas tropicales hasta más de 350 kilómetros.

Las perturbaciones atmosféricas causadas por lluvias, tormentas, granizo, nieve, niebla, etc. disminuyen la eficiencia y el alcance del radar así como el mal estado de la mar en todos los casos se producen multiples ecos falsos que enmascaran o dificultan la visión de un blanco.

En las siguientes imagenes vemos graficamente lo que se ve en un radar en diferentes condiciones meteorológicas para el mismo lugar ya visto en el apartado del T.R.C

De izquierda a derecha se ve como empeora la visión en la pantalla  dependiendo de la cada vez peor condición atmosférica

Errores por otras causas

La presencia en las cercanías de otros equipos de radar o equipos de comunicaciones pueden producir perturbaciones y los efectos son tan imposibles de evitar como de corregir circunstancia que fue progresivamente aprovechada para construir aparatos de contramedida para radar.

Perturbación con chaff o Windows

Los británicos fabricaron durante la segunda guerra mundial tiras metálicas para perturbar los radares alemanes construidas por lo general de aluminio y con una longitud igual a las ondas de radar alemanes eran lanzadas desde los bombarderos en su viaje desde o hacia la zona a bombardear las tiras chaff cegaban los radares de los cazas alemanes y evitaban la localización de los bombarderos.

Vuelo rasante

Los aviones se acercaban a un objetivo equipado con radar en vuelo rasante, las ondas emitidas eran reflejadas por el avión y el terreno casi a un tiempo y el eco del avión quedaba enmascarado por el propio terreno que sobrevolaba.

A pesar de todo el radar se mostró muy eficaz en muchas circunstancias llegando al punto de que en enero de 1945 el radar centimétrico de banda X y 3 centímetros de onda con el que fueron equipados los aviones del mando costero de la RAF era capaz de localizar a un submarino alemán sumergido que llevara snorkel a una distancia de 5 millas (9,2 kilómetros)

 

Bibliografía:

Enciclopedia del mar Salvat editores

Gran diccionario enciclopédico ilustrado de Espasa

Luftwaffe de ediciones Optima

Enciclopedia de electrónica Plaza Janés

El radar en el mar  de J. Ropars

U boote mito y realidad de un trágico destino

Apuntes y conocimientos propios sobre estudios en materia de electrónica

 

Y con esto doy por terminado el tema espero que sea de utilidad para futuras discusiones y/o referencias

Stephen-Maturin
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Desconectado
Prefecto de Caballeria
Desde: 24 Mayo 2010

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-  A mi lo que mas me gusta del radar es el magnetron que tengo en casa,  dentro de mi horno de microondas y que uso para calentar la leche por las mañanas.

 

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minoru genda
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Desconectado
Legionario
Desde: 13 Feb 2018

Sacto, los microondas están basados en el trabajo del magnetrón y su capacidad para producir microondas, valga la "rebuznancia":)

Un enlace que explica su funcionamiento con imágenes del destripado de un microondas.;)

 https://www.youtube.com/watch?v=Wt-UBMlyaVE