Pues aclarado el tema de la mira, seguimos con el radar y va la parte tecnológica que, si se lee al tiempo que se mira el gráfico, no creo que os sea muy dificil entender como funciona.
Primero el gráfico.
Lo pongo en dos formatos par que podaís verlo desplegado o no según veaís, el grande al final.
[size=14pt]¿Cómo Funciona el radar?[/size]
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.
[size=12pt]El diagrama de bloques y su funcionamiento[/size]
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.
[size=12pt]Transmisor (color azul)[/size]
[size=12pt]Unidad disparadora:[/size]
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.
[size=12pt]Guia de ondas (color amarillo)[/size]
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, al video amplificador (video amplif.) y por último al Tubo de rayos catódicos(T.R.C)**del sistema indicador.
[size=12pt]Dispositivo de control (color rosa)[/size]
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 magnetrónéste a través del atenuador 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 una línea 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 deflectroras del Tubo de rayos catódicos (T.R.C) desvie su haz eléctrónico 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 .10^8 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.Cproduciendo 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 en 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 eco 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 delT.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
[size=12pt]Otras unidades[/size]
Supresor de ondas
Situado en la unidad transmisora (color azul) y 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 para suministrar 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
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 en unidades navales, ni mucho menos para usos en aviones.
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 emisora-receptora de “medio queso”, posiblemente de radar aéreo
2.- Antena de VHF
3.- Antena emisora-receptora parabólica truncada de “queso”, usada para navegación
4.- Antena emisora-receptora parabólica cilíndrica, posiblemente usada como radar de superficie
5.- Antena emisora-receptora 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 emisora receptora 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 emisora-receptora parabólica para radar aéreo
2.- Telémetro (director de tiro visual)
3.- Antena emisora-receptora parabólica truncada
4.- Antenas emisoras-receptoras de ángulo deflector para dirección de tiro