Antenas y Propagacion (1)

Fundamentos de RadarFundamentos de Radar

ANTENAS Y PROPAGACIÓN


INFORMACIÓN QUE PROPORCIONA UN RADAR:INFORMACIÓN QUE PROPORCIONA UN RADAR:

•Distancia al blancoDistancia al blanco

•Marcación del blancoMarcación del blanco

•Altura del blancoAltura del blanco

•Velocidad del blancoVelocidad del blanco

•Rumbo del blancoRumbo del blanco

•Tamaño del blancoTamaño del blanco

•Forma del blancoForma del blanco

•Composición del blancoComposición del blanco

•Numero de blancos dentro del Numero de blancos dentro del

alcance radaralcance radar

Hay diversos tipos de radar y además cada radar tiene diferentes Hay diversos tipos de radar y además cada radar tiene diferentes modos de trabajo para cumplir las funciones arriba descritas.modos de trabajo para cumplir las funciones arriba descritas.

PARÁMETROS DE UN RADAR Y UNIDADES DE MEDIDA:PARÁMETROS DE UN RADAR Y UNIDADES DE MEDIDA:

Frecuencia del Radar (MHz)Frecuencia del Radar (MHz)

Los radares tienen funciones específicas y transmiten en Los radares tienen funciones específicas y transmiten en determinadas bandas de RFdeterminadas bandas de RF

Duración del Pulso (Duración del Pulso (s)s)

Tiempo durante el cual el radar transmite un pulsoTiempo durante el cual el radar transmite un pulso

Intervalo de Repetición de Pulso (Intervalo de Repetición de Pulso (s)s)

Tiempo entre pulsos consecutivosTiempo entre pulsos consecutivos

Frecuencia de repetición de pulsos (PPS)Frecuencia de repetición de pulsos (PPS)

Número de pulsos que el radar transmite en un segundoNúmero de pulsos que el radar transmite en un segundo

Tipo de Barrido y Rata de BarridoTipo de Barrido y Rata de Barrido



LA FÓRMULA DE LA DISTANCIA:LA FÓRMULA DE LA DISTANCIA:

Si la distancia del blanco al radar es R, la señal viaja una distancia total de Si la distancia del blanco al radar es R, la señal viaja una distancia total de 2R. La distancia total es igual a2R. La distancia total es igual a::

2R = c T2R = c TRR ó ó R= (c T R= (c TRR) / 2) / 2

Donde:Donde: R = Distancia Antena - BlancoR = Distancia Antena - Blanco

TTRR = Tiempo de ida y vuelta de la señal = Tiempo de ida y vuelta de la señal

CC = Velocidad de la luz (= Velocidad de la luz (aprox. 3 x 10aprox. 3 x 1088 m/s). m/s).))


HORIZONTE RADAR:HORIZONTE RADAR:

Un radar tiene las mismas limitaciones que cualquier sistema Un radar tiene las mismas limitaciones que cualquier sistema de comunicaciones VHF/UHF/SHF.de comunicaciones VHF/UHF/SHF.

Son sistemas que trabajan en línea de vista (LOS, Line Of Son sistemas que trabajan en línea de vista (LOS, Line Of Sight) y por tanto no detectan blancos más allá del horizonte.Sight) y por tanto no detectan blancos más allá del horizonte.

El horizonte radar calculado en kilómetros radar es :El horizonte radar calculado en kilómetros radar es :

Horizonte Radar (en MN)= 1.23 (√hHorizonte Radar (en MN)= 1.23 (√hoo + + √√hhtt))

Donde:Donde:

hhoo = Altura de la antena de radar (en pies) = Altura de la antena de radar (en pies)

hht t = Altura del blanco (en pies) = Altura del blanco (en pies)


HORIZONTE RADAR:HORIZONTE RADAR:


PATRÓN DE RADIACIÓN:PATRÓN DE RADIACIÓN:

Es una gráfica tridimensional de la Es una gráfica tridimensional de la distribución de campo de una distribución de campo de una antenaantena en la región de campo lejano. en la región de campo lejano.

Representa la distribución de energía Representa la distribución de energía transmitida por la antena en función transmitida por la antena en función de la dirección. de la dirección.

Para caracterizar mejor una antena, se Para caracterizar mejor una antena, se utilizan utilizan dos planos dos planos del patrón de del patrón de radiación, uno vertical y otro radiación, uno vertical y otro horizontal.horizontal.

El ancho del lóbulo es el ángulo entre El ancho del lóbulo es el ángulo entre puntos en los cuales la potencia ha puntos en los cuales la potencia ha descendido a la mitad (3 dB) con descendido a la mitad (3 dB) con referencia a la potencia máxima.referencia a la potencia máxima.


ALIMENTADORES DE ANTENAS ALIMENTADORES DE ANTENAS DE RADAR:DE RADAR:

La longitud de onda determina el La longitud de onda determina el tamaño del alimentador.tamaño del alimentador.

A más baja frecuencia más grande la A más baja frecuencia más grande la guía de onda y más grande la antena.guía de onda y más grande la antena.



PATRONES DE RADIACIÓNPATRONES DE RADIACIÓN

DIRECTIVIDAD (GDIRECTIVIDAD (GDD):):

Es la forma como Es la forma como una antena una antena concentra energía en una dirección concentra energía en una dirección particular. Puede expresarse en términos de intensidad de radiación. particular. Puede expresarse en términos de intensidad de radiación.

La intensidad de radiación dada en una dirección particular es la potencia La intensidad de radiación dada en una dirección particular es la potencia radiada por unidad de ángulo sólido (steradián) en esa dirección.radiada por unidad de ángulo sólido (steradián) en esa dirección.

Área de la esfera = 4Área de la esfera = 4 R R22

(Una esfera contiene 4(Una esfera contiene 4 steradianes) steradianes)

Una antena isotrópica irradia su energía Una antena isotrópica irradia su energía uniformemente en todas las uniformemente en todas las direccionesdirecciones, esto es, sobre un ángulo sólido de 4, esto es, sobre un ángulo sólido de 4 steradianes. steradianes.


La Ecuación de RadarLa Ecuación de Radar

DIRECTIVIDAD (GDIRECTIVIDAD (GDD):):

Intensidad de radiación de una antena isotrópica = Pt / 4Intensidad de radiación de una antena isotrópica = Pt / 4

•Para una antena no isotrópica, la intensidad de radiación varía con Para una antena no isotrópica, la intensidad de radiación varía con la dirección. la dirección.

•La La ganancia directivaganancia directiva para una dirección particular es igual a la para una dirección particular es igual a la Intensidad de radiación en la dirección de interés dividido por la Intensidad de radiación en la dirección de interés dividido por la Intensidad de radiación promedio (antena isotrópica).Intensidad de radiación promedio (antena isotrópica).

•La La directividad Gdirectividad GDD se define como se define como el máximo valor de la ganancia el máximo valor de la ganancia

directivadirectiva

•Es igual a la máxima intensidad de radiación dividida por la Es igual a la máxima intensidad de radiación dividida por la intensidad de radiación promedio. intensidad de radiación promedio.

•Para una antena de radar de pulsos es esencial que la antena tenga Para una antena de radar de pulsos es esencial que la antena tenga una elevada directividad.una elevada directividad.


GANANCIA DE POTENCIA (G):GANANCIA DE POTENCIA (G):

•Expresa qué tan eficientemente transforma Expresa qué tan eficientemente transforma la antena la antena la potencia la potencia disponible en potencia irradiada concentrada en una dirección.disponible en potencia irradiada concentrada en una dirección.

•La ganancia G es igual a la directividad (GLa ganancia G es igual a la directividad (GDD) multiplicada por un ) multiplicada por un

factor de eficiencia de radiaciónfactor de eficiencia de radiación. .

•Este factor tiene en cuenta las Este factor tiene en cuenta las pérdidas por disipación de potenciapérdidas por disipación de potencia en la antena. en la antena.

•Se expresa en términos de intensidad de radiación. Se expresa en términos de intensidad de radiación.

•Es igual a la razón entre la intensidad de radiación en la dirección Es igual a la razón entre la intensidad de radiación en la dirección de interés, dividida por la intensidad de radiación que se obtendría si de interés, dividida por la intensidad de radiación que se obtendría si toda la potencia aceptada por la antena se irradiara isotrópicamente.toda la potencia aceptada por la antena se irradiara isotrópicamente.


APERTURA EFECTIVA DE LA ANTENA RADAR:APERTURA EFECTIVA DE LA ANTENA RADAR:

Se define como la porción de la superficie plana que es Se define como la porción de la superficie plana que es perpendicular a la dirección de máxima radiación y a través de perpendicular a la dirección de máxima radiación y a través de la cual pasa la mayor parte de la radiación. la cual pasa la mayor parte de la radiación.

La apertura efectiva Ae es menor que la apertura ya que hay La apertura efectiva Ae es menor que la apertura ya que hay que considerar también la existencia de un factor de eficiencia. que considerar también la existencia de un factor de eficiencia.

La apertura efectiva es directamente proporcional a la ganancia La apertura efectiva es directamente proporcional a la ganancia mediante la relación:mediante la relación:

G = (4G = (4Ae) / Ae) / 22

donde donde GG es la ganancia, es la ganancia, AeAe es la apertura efectiva y es la apertura efectiva y es la es la longitud de onda.longitud de onda.


FACTORES QUE DETERMINAN FACTORES QUE DETERMINAN

EL MÁXIMO ALCANCE RADAR:EL MÁXIMO ALCANCE RADAR:

El máximo alcance lo determina la relación señal a ruido El máximo alcance lo determina la relación señal a ruido requerida por el receptor. requerida por el receptor.

Los factores más importantes que afectan a la potencia de Los factores más importantes que afectan a la potencia de la señal recibida son las siguientes:la señal recibida son las siguientes:

•Potencia de transmisiónPotencia de transmisión

•Distancia al blancoDistancia al blanco

•Ganancia de la antenaGanancia de la antena

•Sección Transversal de RadarSección Transversal de Radar

•Área Efectiva de la AntenaÁrea Efectiva de la Antena


La densidad de potencia (Pa) en cualquier La densidad de potencia (Pa) en cualquier punto de un frente de onda esférico generado punto de un frente de onda esférico generado por una antena isotrópica es:por una antena isotrópica es:

PPaa = P = Ptt / (4 / (4RR22))

Donde:Donde:

PPtt = Potencia total radiada (watts) = Potencia total radiada (watts)

R = Radio de la esferaR = Radio de la esfera

44RR2 2 = Área de la esfera= Área de la esfera


Los radares emplean antenas direccionales Los radares emplean antenas direccionales para focalizar la potencia radiada en una para focalizar la potencia radiada en una dirección dada.dirección dada.

La ganancia La ganancia GG de una antena es la medida del de una antena es la medida del aumento de potencia radiada en la dirección aumento de potencia radiada en la dirección de interés en comparación con una antena de interés en comparación con una antena isotrópica.isotrópica.

La densidad de potencia La densidad de potencia PPaa de una antena de una antena

direccional es:direccional es:

PPaa = P = Ptt G / (4 G / (4RR22))


El blanco intercepta una parte de la energía El blanco intercepta una parte de la energía incidente y la refleja en diferentes incidente y la refleja en diferentes direcciones.direcciones.

La energía reirradiada por el blanco en la La energía reirradiada por el blanco en la dirección del radar se conoce como sección dirección del radar se conoce como sección transversal de radar transversal de radar ; se mide en unidades ; se mide en unidades de área. de área.

Densidad de potencia del eco de la señal en Densidad de potencia del eco de la señal en el radar es:el radar es:

[P[Ptt G / (4 G / (4RR22)] [ )] [ / (4 / (4RR22)])]


La cantidad de energía que regresa al radar La cantidad de energía que regresa al radar desde el blanco depende de la apertura efectiva desde el blanco depende de la apertura efectiva AeAe, de la antena, que está dada en unidades de , de la antena, que está dada en unidades de área.área.

Entonces la cantidad de potencia que recibe el Entonces la cantidad de potencia que recibe el radar radar PPrr es: es:

PPr r =[P=[Ptt G / (4 G / (4RR22)] [ )] [ / (4 / (4RR22)] Ae)] AeReorganizando los factores:Reorganizando los factores:

PPrr = (P = (Ptt G G Ae) Ae) / ((/ ((442 2 RR44


El máximo alcance de detección del radar, El máximo alcance de detección del radar, RRmaxmax, se da cuando la potencia de la señal de , se da cuando la potencia de la señal de eco recibida eco recibida PPrr es exactamente igual a la es exactamente igual a la

mínima señal discernible mínima señal discernible SSminmin..

La mínima señal discernible La mínima señal discernible SSminmin es la señal es la señal más débil que el receptor puede detectar y más débil que el receptor puede detectar y depende de la energía de ruido que ocupa la depende de la energía de ruido que ocupa la misma porción de espectro de frecuencias de misma porción de espectro de frecuencias de la señal.la señal.


Despejando a Despejando a RR de la ecuaciónde la ecuación

PPtt = (P = (Ptt G G Ae) Ae) / ((/ ((442 2 RR44::

y asumiéndola comoy asumiéndola como RRmaxmax,, para lo cual la para lo cual la potencia de la señal de eco recibida potencia de la señal de eco recibida PPtt es igual es igual

a la mínima señal discernible a la mínima señal discernible SSminmin::

RRmaxmax = [(P = [(Ptt G G Ae) Ae) / ((/ ((442 2 SSminmin1/41/4


Y al despejar Y al despejar GG (que es igual a (que es igual a 44AeAe / / 22) en ) en la ecuaciónla ecuación

RRmaxmax = [(P = [(Ptt G G Ae) Ae) / ((/ ((442 2 SSminmin¼¼

Tenemos:Tenemos:

RRmaxmax = [(P = [(Ptt AeAe22 ) ) / (/ (442 2 SSminmin1/41/4

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