Hoe werkt een radar?
Het principe van de radar
Afbeelding 1: Radarprincipe
Het principe van de radar
Het elektronische principe van de radar werkt op dezelfde manier als de echo van een geluidsgolf die in de akoestiek wordt waargenomen. Als de tijd wordt gemeten op de oorspronkelijke locatie vanaf het begin van de transmissie van een hoogfrequente puls tot de reflectie arriveert, kan de afstand tussen de oorspronkelijke locatie en het obstakel worden berekend aan de hand van de bekende voortplantingssnelheid.
Als de elektromagnetische golven sterk gericht zijn, kan ook de richting waarin het object zich bevindt worden bepaald. Met de waarden afstand en richting wordt de positie van het object ten opzichte van de plaats van herkomst duidelijk bepaald.
Apparaten die deze positiebepaling uitvoeren met behulp van elektromagnetische golven worden RADAR-apparaten genoemd. Dit is een kunstmatig woord uit de Engelstalige wereld:
RAdio (Aim)° (Aim) Detecting And Ranging
Dit kunstmatige woord werd in november 1940 officieel geïntroduceerd door de kapiteins van de US Navy, Samuel M. Tucker en F. R. Furth. Het werd in 1943 door de geallieerde strijdkrachten van de Tweede Wereldoorlog geaccepteerd en werd later internationaal geaccepteerd.[1]
Deze term verwijst naar elektronische apparaten die het bestaan van elektromagnetische golven van reflecterende objecten detecteren en hun afstand, richting en vaak hoogte, koers en snelheid kunnen meten. Omdat elektromagnetische golven zich zelfs in het donker voortplanten en bijna ongehinderd door mist of wolken kunnen dringen, kan een radarapparaat de positie van vliegtuigen, schepen of gewoon obstakels bepalen, zelfs als deze objecten onzichtbaar zijn voor het menselijk oog vanwege een te grote afstand, slecht weer of duisternis.
Moderne radarapparatuur kan meestal veel meer informatie uit het echosignaal van een doelwit halen. De berekening van een afstand op basis van een transittijdmeting is echter het belangrijkste kenmerk van een radarapparaat.
Basisstructuur van een radar
De volgende afbeelding toont het vereenvoudigde principe van een radar. De radar zendt hoogfrequente energie naar het vliegtuig, die daar wordt gereflecteerd en opnieuw door de radar wordt ontvangen. De door de antenne ontvangen elektromagnetische energie wordt het echosignaal genoemd. De hoogfrequente energie wordt opgewekt door een krachtige zender en weer ontvangen door een zeer gevoelige ontvanger.
Afbeelding 2: Eenvoudig blokschema van een primaire radar
Afbeelding 2: Eenvoudig blokschema van een primaire radar
Afbeelding 2: Eenvoudig blokschema van een primaire radar (interactief beeld)
Werkingsprincipe
Een krachtige zender genereert een hoogfrequente oscillatie. De radarantenne straalt de pulsen van het zendvermogen uit en ontvangt de echosignalen in de tijd tussen de zendimpulsen. Een zeer sensitieve ontvanger zet de hoogfrequente echosignalen om in een videosignaal en scheidt de gewenste echosignalen van ongewenste interferentiesignalen. Het radarscherm (hier: een PPI-scope als display) geeft de video-impulsen weer die door de echosignalen worden gegenereerd.
De reflectie op het vliegtuig is diffuus, d.w.z. het wordt in veel verschillende richtingen gereflecteerd. Het echosignaal dat in de richting van de radarunit wordt gereflecteerd, wordt vaak backscatter genoemd.
De radarinformatie wordt traditioneel weergegeven op een PPI-display, maar er zijn ook modernere displays. Het PPI-display toont een roterende afbuigstraal van het midden van het scherm naar de rand, die de afstand en de zijwaartse hoek van het doel aangeeft.
Signaalverloop in het blokschema:
- Zender
Een krachtige zender genereert een hoogfrequente oscillatie. - Duplexer
De duplexer (een zend/ontvang- schakelaar) zendt de hoogfrequente energie naar de antenne bij de transmissietijd. - Radarantenne
De radarantenne straalt de sterke pulsen van de zender uit. - Radiogolfvoortplanting
In de vrije ruimte verplaatsen elektromagnetische golven zich in een rechte lijn en met een constante snelheid (de snelheid van het licht). - Reflecterend object
Als de elektromagnetische golven dan een voorwerp raken met een (bij voorkeur) geleidend oppervlak, wordt een klein deel ervan gereflecteerd in de richting van de radar. - Radarantenne
De radarantenne ontvangt de echosignalen in de tijd tussen de zendpulsen. - Duplexer
De duplexer (een zend/ontvang- schakelaar) ontvangt en verstuurt de zwakke echosignalen naar de ontvanger bij ontvangsttijd. - Ontvanger
Een zeer sensitieve ontvanger zet de hoogfrequente echosignalen om in een videosignaal en scheidt de gewenste echosignalen van ongewenste interferentiesignalen. - Beeldscherm
Het beeldscherm (hier: een PPI-scope) toont de videopulsen die door de echosignalen worden gegenereerd. Hoe langer de pulsen worden vertraagd door de looptijd, hoe verder weg van het midden van het display worden weergegeven.
De richting van de deflectie op dit scherm is de richting waarin de antenne op dit moment wijst.
)° Rond de tijd van de Tweede Wereldoorlog werd het woord „Aim“ ('Doel') ingevoegd. Later werd het weer weggelaten, omdat RADAR niet alleen betrekking heeft op vliegende objecten.