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RAdio Detection And Ranging

I.T.N.S. "F. Caracciolo" Bari prof. Michele MONGIELLO

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PRINCIPIO DI FUNZIONAMENTO DEL RADAR

Il RADAR è essenzialmente un sistema di rilevamento funzionante sul principio dell'eco, in cui il trasmettitore irradia periodicamente energia sotto forma di impulsi di microonde di grande potenza, ma di durata molto breve.

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Gli impulsi radar vengono irradiati da un'antenna parabolica fortemente direttiva che li trasmette alla velocitĂ della luce verso il bersaglio. Se gli impulsi trasmessi non incontrano alcun ostacolo, non tornano piĂš indietro, mentre se incontrano un aereo, una nave, una montagna, una piccola parte dell'energia irradiata ritorna all'antenna trasmittente dopo un tempo brevissimo sotto forma di eco.

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Sx d

Sr

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L'eco viene visualizzata, sotto forma di spot luminoso, su uno schermo costituito da un tubo catodico di forma circolare. Poiché la velocità di propagazione degli impulsi radar è perfettamente nota, dal tempo impiegato dal segnale a raggiungere il bersaglio e a ritornare indietro, si può ricavare la distanza dello stesso. Se c, è la velocità della luce, d è la distanza del bersaglio e  è il tempo dopo il quale ritorna l'eco dell'impulso all'antenna che lo ha trasmesso, sarà:

d

 c 

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Caratteristiche di trasmissione Parametri

Ordine di grandezza

1. 2. 3. 4.

Frequenza………………………………..3 – 10 GHz Potenza ………………………………….decine di KWatt Durata impulso  ……………………….frazioni di mS Velocità di ripetizione impulsi P.R.R. ( Pulse Repetition Rate) …………………… migliaia al secondo 5. Periodo di ripetizione Tr ……………… 1/PRR

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RADAR A BLOCCHI Impulso di trasmissione

Pilota di cadenza

Trasmettitore DUPLEX O AT/R

Indicatore

Eco del bersaglio

Ricevitore

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Pilota di cadenza E’ un oscillatore di bassa frequenza (500 ÷ 4000 Hz). Sincronizza gli organi del radar, genera impulsi a scatto costanti (“trigger”) che giungono al thyratron.

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Trasmettitore • Thyratron: tubo elettronico speciale, genera tensioni a denti

di sega. Nei moderni radar è sostituito da SCR (Silicon Control Rectifier);

• La linea artificiale: ha la funzione di accumulare energia

elettrostatica prelevata dalla rete di bordo fino al valore, di qualche Kvolt, indispensabile per il funzionamento del Magnetron; I.T.N.S. "F. Caracciolo" Bari prof. Michele MONGIELLO

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Trasmettitore • Trasformatore di impulsi: eleva la tensione a 50 KV; • Magnetron: tubo a cavità risonanti da cui si preleva energia

a radiofrequenza con elevata potenza (dell’ordine di 2000 KW) e di elevata frequenza (10 o 3 GHz, a seconda delle dimensioni delle cavità). E’ costituito da un grosso cilindro in metallo forato, come indicato in figura, con un catodo al centro e un anodo che comprende tutta la struttura esterna. Tra anodo e catodo si applicano impulsi di forma rettangolare di alta tensione che determinano l’emissione di elettroni che dal catodo tendono ad avvicinarsi all’anodo e che la presenza di un intenso campo magnetico assiale costringe a percorrere traiettorie circolari all’interno dei numerosi fori cilindrici della struttura i quali sono opportunamente predisposti in modo da costituire dei risuonatori per microonde.

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Magnetron

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Duplex T/R ha il compito di collegare alternativamente l’antenna al trasmettitore durante l’emissione di ogni impulso e al ricevitore nell’intervallo fra due impulsi

Trasmettitore

Ricevitore

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Ricevitore Il Klystron è un tubo elettronico a modulazione e velocità; oscilla a frequenza f0 di poco differente da quella del magnetron (f1). Il C.A.F. (controllo automatico di frequenza) serve a mantenere costante la frequenza F.I. per una eventuale instabilità della f1 del magnetron. Il C.A.F. controlla ed eventualmente modifica la frequenza f0 del klystron, oscillatore locale. Nel mescolatore avviene il battimento tra la frequenza f0 del klystron e quella del radioeco f1 in arrivo dal duplex T/R: f0 - f1 = F.I. (frequenza intermedia 40÷60 MHz). L’amplificatore di F.I., tramite transistor, eleva il segnale in arrivo (da 108 a 1012 volte). Il rivelatore è un demodulatore che ricostruisce la forma del segnale in arrivo, genera un segnale video su cui si può operare un’ulteriore amplificazione. L’amplificatore video amplifica il segnale rivelato fino a portarlo al valore accettato dall’indicatore (qualche volt).

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Guida d’onda Il conduttore che porta l’energia e.m. dal trasmettitore all’antenna senza produrre effetti e.m. all’esterno. Convoglia energia fino a 1000 ÷ 2000 KW per cm2 di sezione trasversale. Fa passare onde di lunghezza inferiore ad una determinata λ1= 2 a, detta

onda di taglio. Si comporta come un filtro passabasso. a = 0,7 λ b = 0,5 a

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Antenna Deve essere in grado d’irradiare le radioonde in un lobo molto stretto orizzontalmente e abbastanza ampio verticalmente.  = 1° ÷ 2°,5  = 18° ÷ 25°

GK

4A

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Indicatore P.P.I.

Plan Position Indicator eco

Corrente di deflessione

Id

Anodo (+)

focus Griglia di controllo

Catodo (-)

g.a. b.f.

Al rotore d’antenna

b.d.

Controllo rotazione equipaggio di deflessione

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Comandi radar nautico • • • • • • • • •

POWER…………..…posizioni ON-stand by-OFF

SCANNER…..……attivazione rotazione antenna BRILLANCE………..….luminosità dello schermo

GAIN……………….modifica il guadagno dell’AFI SHORT/LONG

PULSE …………..

piccolo e  grande

FOCUS…….……………focalizzazione del fascio RINGS………………………marche fisse e mobili RANGE……………………….scala delle distanze

CLUTTER…………………antipioggia e antimare

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Portata di Base È la metà della distanza complessiva percorsa da un impulso prima che parta il successivo.

T c D 2

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p.s.d., distanza minima di localizzazione, p.s.a. e Pg t c p.s.d .  2

3 dist. min .loc.  tc 4

cm p.s.a.( )  1,2 Dm

Pg  2,23( H  h )

λ = lungh. d’onda in cm. D = diametro dell’antenna in m. H = altezza antenna h = altezza del bersaglio

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radar  

dispensa del prof M. Mongiello

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