Radar

Die afstand na 'n voorwerp is direk eweredig aan die tyd wat dit neem vir die golf om terug te kaats.

'n Radar is 'n elektroniese installasie wat gebruik word om voorwerpe in die omgewing - in die lug, op land, of onder water te soek. Voorbeelde van voorwerpe waarna gesoek kan word sluit in: vliegtuige, vuurpyle, skepe of motorvoertuie. Ander gebruike sluit in navigasie (soos die land van vliegtuie), die opspoor van weerstoestande, vang van spoedvrate, ens.

Komponente

Die basiese komponente van 'n radar sluit in:

Die sender wat radiogolwe opwek.
Die antenne wat radiogolwe opvang.
Die ontvanger meet die golwe wat vanaf die voorwerp wat die radar probeer opspoor terugkaats.

Hierdeur kan die radar bepaal waar die voorwerp is, hoe ver dit is, en die beweging daarvan moniteer.

Geskiedenis

Radar is die eerste keer in 1904 deur Christian Huelsmeyer gebruik. Hy het 'n patent vir die tegnologie ontvang (Reichspatent Nr 165.546).

Die woord RADAR is in 1942 geskep as 'n akroniem vir Radio Detection and Ranging. Die akroniem vervang die Britse afkorting RDF (Engels vir radio direction finding). Meeste mense dink deesdae aan "radar" as 'n gewone woord sonder om te besef dat dit 'n akroniem is.

Radarbereik

Radarbereik, dit wil sê die afstand waaroor 'n voorwerp opgespoor kan word, word deur verskillende faktore beïnvloed. Een van die faktore is die pulsherhalingsfrekwensie. Die pouse tussen 2 opeenvolgende golfpulse moet minstens so lank wees as die tyd wat 'n golf neem om weerkaats te word. Die pouse bepaal die aantal pulse wat per sekonde uitgestuur kan word en dit word die pulsherhalingsfrekwensie genoem.

As die frekwensie byvoorbeeld te hoog is, sal seine wat van ver af weerkaats word, gedurende die volgende pouse ontvang word en die afstandsmeting beïnvloed. Nog 'n faktor is die vermoë van die sender wat in watt (W) uitgedruk word. 'n Sender met 'n vermoë van 1 000W (1 kW) het 'n reikafstand van etlike honderde kilometer. Die reikafstand word ook deur die antennewins van die sendantenne bepaal, met ander woorde die verhouding tussen die energie wat die antenne ontvang en die energie wat dit uitstraal. Hierby speel die antennewins van die ontvangsantenne ook 'n rol.

Verder word die reikafstand bepaal deur die golflengte van die uitgesende golwe. Lang golwe trek verder as kort golwe oor die aardoppervlak terwyl kort golwe verder in die ruimte inbeweeg. 'n Ander faktor is die effektiewe weerkaatsende oppervlakte van ŉ voorwerp. Dit is 'n komplekse grootheid wat nie maklik bereken kan word nie en word gewoonlik in persentasie uitgedruk.

AI die faktore dra daartoe by dat 'n sterk uitgesende sein as 'n baie swak sein ontvang kan word en die verliese wat plaasvind, word gewoonlik sover moontlik bereken en in persentasie uitgedruk. Die minimum waarneembare sein is die sein wat sonder versterking groter as die ruising (steurings) is waaraan die ontvangsantenne onderwerp word. Ruising is byvoorbeeld afkomstig van uitwendige bronne (atmosferiese en kosmiese ruising) of van inwendige bronne (termiese ruising in die elektriese stroomkringe).

Radarverliese is sterk frekwensieafhanklik en dit is die rede waarom radarfrekwensies in sekere gebiede gekonsentreer is. Die gebiede is 500 MHz - 18 GHz, 32 GHz en 94 GHz (Hz= hertz, M = mega of 10⁶, G = Giga of 10⁹).

Ontwikkeling

Reeds in 1886 het Heinrich Hertz aangetoon dat radio golwe deur metaalvoorwerpe weerkaats word. In 1903 het Christiaan Hülsmeyer (1881 - 1957) met die verskynsel geëksperimenteer en daarin geslaag om hindernisse daarmee op te spoor. Guglielmo Marconi het die gedagte in 1922 verder gevoer en voorgestel dat dit gebruik word vir die opsporing van skepe wat op see in die mis soek geraak het.

Baie eksperimente is uitgevoer, maar die algemene belangstelling daarvoor kon nie gekweek word nie en fondse vir radarontwikkeling was skaars In die dertigerjare het die Vlootnavorsingslaboratorium in die VSA groot vooruitgang gemaak en teen 1940 was die VSA se oorlogskepe met radar toegerus.

Onder leiding van sir Robert Watson-Watt is in 1932 in Engeland met radarontwikkeling begin en die ontwikkeling het so vinnig gevorder dat ŉ vliegtuig met die Britse eerste minister, Neville Chamberlain, aan boord in 1938 deur 'n netwerk van radarstasies gevolg kon word. Frankryk en Duitsland het hiermee nie agterweë gebly nie en ewe doeltreffende stelsels gebou. Gedurende die Tweede Wêreldoorlog het Randell en Boot ŉ belangrike uitvinding gedoen en die magnetron gebou waarmee 'n baie hoë golffrekwensie ontwikkel kon word (3 000 MHz).

Die magnetron het 'n vermoë van 1 kW gehad, wat in daardie tyd nie met die beskikbare buise behaal kon word nie,

Radarstelsels en gebruike

Van al die radarstelsels word pulsradar die meeste gebruik en daarmee kan afstand en rigting noukeurig bepaal word. In vliegtuie word pulsradar gebruik om hoogte te meet (hoogteradar) en in die landmeettegniek word 'n aangepaste puis radar, die tellurometer, vir afstandsmeting gebruik. Pulsradar kan ook vir die meting van snelheid gebruik word deur van die dopplereffek gebruik te maak.

Dopplerradar word met pulsradar gekombineer en pulsdopplerradar word byvoorbeeld vir vliegtuignavigasie gebruik (navigasieradar), Vir noukeurige snelheidsmeting word 'n ononderbroke golf deur die radartoestel uitgesend (gelykgolfradar). Deur die modulering van die gelykgolfradarfrekwensie kan benewens snelheid ook rigting en afstand bepaal word. Dit word byvoorbeeld deur laagvliegende vliegtuie gebruik om doelwitte op te spoor wat naby mekaar geleë is.

Hierdie stelsel het egter nie 'n groot reikafstand nie. Oor die algemeen word pulsradar dus vir noukeurige afstandbepaling en gelykgolfradar vir noukeurige snelheidsbepaling gebruik. Om voorwerpe of doelwitte op te spoor, word radar met 'n rond- draaiende antenne gebruik (soekradar), en wanneer dit dan opgespoor is, word 'n ander antenne daarop gerig om dit te volg (volgradar). Volgradar word byvoorbeeld gebruik om satelliete en weerbalonne te volg. 'n Kombinasie van soek- en volg radar (opspoor-en-volg radar) word gebruik vir die opspoor en volg van voorwerpe wat nie te vinnig beweeg nie. Hierdie diskontinue radar is geskik vir die volg van doelwitte terwyl die res van die omgewing steeds deursoek word.

Radarontduiking

Radar kan ontduik word deur laag (onder die sogenaamde radarhorison) te vlieg. Die navigator in so 'n vliegtuig moet egter goed bekend wees met die omgewing om botsings met heuwels, torings, ensovoorts, te vermy. Die weerkaatsingsvermoë van ŉ metaalvoorwerp kan ook verminder word deur die afskerming van die metaal met materiale wat radargolwe absorbeer (keramiek of ferriet). Die vorm van 'n voorwerp kan ook so verander word dat die effektiewe weerkaatsende oppervlakte daarvan minimaal is.

Radaropsporing word ook bemoeilik deur die uitsend van steuringseine. Een metode is om metaalstrokies wat dieselfde lengte as die radargolflengte het, oor ŉ gebied uit te strooi. Dit sal sterk eggogebiede soos die van wolke skep waardeur die eggo van ŉ naderende vliegtuig heeltemal verberg word. Dit is 'n passiewe vorm van beskerming. By aktiewe beskerming word seine spesiaal opgewek om radarseine te versteur. Een metode is om ruising met behulp van 'n sender te ontwikkel waardeur die minimum waarneembare seinfaktor baie hoër word.

Die senders word so ontwerp dat dit deurlopend seine met verskillende frekwensies uitsend. In plaas van ruising kan vals seine ook uitgesend word. Die seine word in die pouses van die pulsherhalingsfrekwensie van die radarseine uitgestuur sodat dit voorkom asof die voorwerp verder of groter is as wat vermoed word. Radaringenieurs hou hulle gedurig op die hoogte van al die metodes van radarontwyking sodat teenmaatreëls getref kan word.