Radar

Radarska antena velikog dometa
(prečnika oko 40 m).

Izraelski vojni radar je tipičan za kontrolu vazdušnog saobraćaja. Antena rotira na postolju, „brišući“ lokalni vazdušni prostor sa uskim vertikalnim snopom elektromagnetnih talasa, za otkrivanje letelica na svim visinama.

Radarski radomi u severnom delu Danske.

Radom radara u Nemačkoj.

Radar (skraćenica od engl. radio detection and ranging) je uređaj za otkrivanje prisustva, prepoznavanje, određivanje položaja i brzine kretanja objekata u prostoru. Razvijen je za potrebe vojske, za otkrivanje prisustva letelica, brodova, tenkova i drugih borbenih sredstava. Kasnije je doživeo veliku primenu i za civilne potrebe. Koristi se u kontroli vazdušnog, vodenog i drumskog saobraćaja, za potrebe topografije i geologije, a posebno u otkrivanju i praćenju kretanja oblaka u atmosferi (meteorološki radar). Sastoji se iz više složenih komponenti, zasnovanih na savremenoj tehnologiji elektronike.

Princip rada

Princip rada se zasniva na emitovanju generisanih, i detekciji povratnih (reflektovanih) elektromagnetnih talasa u obliku uskog snopa, super visoke učestalosti, usmerenom u prostoru u kome se nalazi objekat, koji je cilj otkrivanja i nadgledanja. Elektromagnetni talasi se u vakuumu pravolinijski prostiru iz izvora, odbijaju se od površine objekta koji im je na putu i pravolinijski se vraćaju u prostor, u pravcima refleksije. Prijemnik radara prihvata povratni deo, istog pravca, koji je reflektovan od „osvetljenog“ objekta. Intenzitet „uhvaćenog“ dela vraćenih elektromagnetnih talasa, obično je vrlo slab, te se pojačava pomoću odgovarajućih uređaja. Ti pojačani povratni signali se računarski obrađuju i analiziraju, a dobijeni rezultati daju odgovor o prisustvu otkrivenog objekta, njegovim osnovnim karakteristikama, udaljenosti i brzini kretanja, što se prikazuje na prikazivaču (ekranu). Na osnovu analiziranih odbijenih signala i dobijenih parametara o objektu, isti se identifikuje i prati.

Uski snop elektromagnetnih talasa, usmerava se direktno antenom. Pravac iz kojeg dolazi refleksija određuje položaj objekta u prostoru. Udaljenost objekta određuje se merenjem perioda između prenosa radarskog impulsa i prijema refleksije. U većini radarskih primena, ovaj vremenski period je veoma kratak, jer elektromagnetni talasi putuju brzinom svetlosti.

Radarski elektromagnetni talasi se mogu lako generisati na nivo željene snage, reflektovati, primiti, pojačati i detektovati. Zbog tih svojih karakteristika, radar je pogodan za detekciju objekata na veoma velikim udaljenostima, gde bi refleksija od svetlosti ili od zvuka bila veoma slaba. Opšti nivo razvoja elektronike, automatike, digitalne i računarske tehnologije je osnova za veoma dinamičan razvoj radarskih sistema.

Istorija radara

Razvoju radara su doprineli naučnici, inženjeri i ostali pronalazači, prvenstveno za potrebe vojske. Hajnrih Herc je još 1886. godine dokazao da se radio-talasi odbijaju od čvrstih objekata, što je osnova za princip rada radara.

Aleksandar Popov, instruktor fizike u mornaričkoj školi Ruske Imperije, razvio je uređaj za otkrivanje udara udaljenih gromova, koristeći Kronštadevu cev, 1895. godine. Sledeće godine, dodao je na taj uređaj odašiljač, na principu električnog varničenja. Tokom 1897. godine, ispitao ga je u komunikaciji između dva broda, u Baltičkom moru. Na osnovu dobijenih rezultata, Popov je zaključio da se ovaj princip može koristiti za otkrivanje objekata u prostoru.

Nemac Kristijan Helsmejer je prvi koristio radio-talase za otkrivanje prisustva udaljenih metalnim predmeta. On je pokazao, 1904. godine, izvodljivost otkrivanja prisustva broda u gustoj magli, ali nije izmerio i njegovu udaljenost. Zaštitio je otkriće i uređaj, patentom № 165546, u aprilu 1904. godine, a kasnije i za određivanje udaljenosti broda, patentom DE169154. Takođe mu je priznat i britanski patent GB13170, 23. septembra 1904. godine, za prvi kompletan radar, koji je nazvao telemobiloskop (engl. telemobiloscope).

Nikola Tesla je, u avgustu 1917. godine, prvi uspostavio principe radne učestalosti, snage i koncept jednostavnog radara. On je dokazao, princip generisanja elektromagnetnih talasa, koje može proizvesti po volji, poslati ih iz izvora i izazvati elektromagnetni efekat u prostoru. Smatrao je, da se tako može odrediti pozicija, pravac i brzina kretanja objekta, primer je brod na moru. On je naveo:

„ Elektromagnetni talasi se mogu iskoristiti, ako se kontrolisano emituju iz stanice. Tada se može iskoristiti njihov efekat, u svakom pojedinačnom delu sveta. Može se utvrditi relativna pozicija i parametri kretanja objekta, kao što je brod na moru. ”

Duž britanske istočne obale, bili su u nizu raspoređeni ovakvi tornjevi, visine oko 300 m. Bili su deo sistema za rano upozorenje od napada nemačkih aviona.

Istraživači, u američkoj mornarici Hojt Tejlor i Leo Jang, otkrili su 1922. godine, da je sa radio-talasima od 60 MHz moguće odrediti prisustvo brodova u prostoru. Uprkos sugestiji da se ovaj metod može koristiti noću i pri smanjenoj vidljivosti, mornarica nije odmah nastavila istraživanja. Mornarica je počela sa ozbiljnim istraživanjima primene ovog principa, posle osam godina. Nakon dokaza da se radar može koristiti za praćenje aviona.

Pre Drugog svetskog rata, istraživači u Francuskoj, Nemačkoj, Italiji, Japanu, Holandiji, Sovjetskom Savezu, Ujedinjenom Kraljevstvu, i SAD, samostalno i u velikoj tajnosti, razvijali su tehnologije, koje su osnova za konstrukciju modernih verzija radara. Australija, Kanada, Novi Zeland, Južna Afrika i drugi, radili su na sličnim istraživanjima.

Francuz Emil Žirardo je 1934. godine, objavio napravljen aparat za lociranje objekata, navodeći da je „pronalazak u skladu sa principima koje je objavio Tesla“, što je zaštitio patentom № 788795 1934. godine. Taj uređaj je postavljen na brod Normandija, 1935. godine.

Tokom iste godine, sovjetski vojni inženjer P. K. Ošepkov, u saradnji sa Lenjingradskim elektrotehničkim institutom, proizveo je eksperimentalni aparat, koji je mogao detektovati avion udaljen 3 km od prijemnika. Francuski i sovjetski sistemi, zasnivali su se na kontinualnim radnim talasima i nisu postizali performanse, kao savremeni impulsni radari.

Tehnologija radara je evoluirala u pulsirajući sistem, a prvi takav uređaj je demonstriran u decembru 1934. godine, od američkog pronalazača Roberta Pejdža. Radar je imao namenu da u primorskom pojasu služi za noćnu pretragu. Centar za istraživanje elektromagnetnih signala se zainteresovao za primenu radara, rezultat čega je i razvoj radarskog sistema SCR-270. Demonstraciji toga sistema pored mornarice prisustvovao je i Komandant vazduhoplovstva, u novembru 1938. godine. Ovaj prototip je prerađen u serijski standard, a prve isporuke SCR-268 su počele u februaru 1941. godine. To je bio pouzdani mobilni sistem. Na osnovu toga znanja i tehnologije, razvijen je i operativno je korišćen u vazduhoplovstvu radarski visinomer.

Američki radar SCR-268.

Zatim je u maju 1935. godine, u Nemačkoj, Rudolf Kuhnhold prikazao pulsirajući sistem. U junu 1935. godine, u Velikoj Britaniji, stručni tim na čelu sa Robertom Votsonom Vatom, uspešno je demonstrirao sličan sistem.

Britanci su u potpunosti prvi, operativno koristili radare, u sistemu odbrane od napada aviona. Ovo je bilo podstaknuto strahovanjem da Nemci razvijaju sistem „smrtonosnih zračenja“. Ministarstvo vazduhoplovstva tražilo je od britanskih naučnika, u 1934. godini, da istraže mogućnost upotrebe efekata elektromagnetne energije. Nakon studija, oni su zaključili da sistem „smrtonosnih zraka“ nije izvodljiv, ali da otkrivanje aviona sa elektromagnetnim talasima jeste. Laboratorija Roberta Votsona-Vata je te pretpostavljene mogućnosti dokazala realizacijom radnog prototipa toga uređaja, što je i patentirano pod № GB593017. Ovo rešenje je poslužilo kao osnova za mrežu prvih operativnih radara u odbrani Velike Britanije. U aprilu 1940. godine, objavljen je rad Roberta Votsona-Vata i mogućnosti iskorišćenja njegovog patenta za protivvazdušnu odbranu, ali ne znajući da su američka vojska i mornarica razvili radar sa istim principom rada. Takođe, krajem 1941. godine, američki naučnici, u svome članku navode da britanski sistem za rano upozorenje, na engleskoj istočnoj obali, verovatno jeste blizu pravog rešenja i principa rada.

Nemački radar „Würzburg C“ (1942).

Kasnije je zaključeno da su Nemci tada već imali sopstvene radare, u mnogim pogledima superiornije od britanskih, ali su oni radili na mnogo kraćim talasnim dužinama. Veruje se da tada nisu ni mislili da razvijaju radare većih talasnih dužina, za izviđanje britanske obale, pošto im uočeni tornjevi nisu ličili na radarske stanice i mislili su da im ne preti opasnost od ranog otkrivanja. Na osnovu te zablude, doneli su pogrešan zaključak.

Rat je ubrzao istraživanja u velikoj potrebi da se pronađu bolja rešenja za superiornije karakteristike i veće mogućnosti za radare, i za njihovu integraciju u navigacione sisteme, britanskih bombardera.

U posleratnim godinama rasla je upotreba radara u različitim oblastima, kao što je kontrola vazdušnog saobraćaja, praćenje meteoroloških uslova, ispitivanja u geologiji i astrometriji, topografiji i kontroli putne brzine u saobraćaju.

Primena

Radar na trgovačkom brodu. Rotirajuća antena sa vertikalno lepezastim zracima.

Radarski sistemi su primenjeni u različitim veličinama, namenama, performansama i sa različitim specifikacijama. Neki radarski sistemi se koriste za avionski saobraćaj, kontrolu na aerodromima, a drugi velikog dometa se koriste u sistema za nadzor i rano upozoravanje. Radarski sistem je srce navigacionog sistema letelica, projektila i plovila. U primeni su i mali prenosni radarski sistemi, koji se mogu održavati i upravljati od strane jedne osobe, kao i veliki koji zauzimaju nekoliko velikih soba.

Često antena radara ima slobodu kretanja, najčešće oko dve ose, za određenu veličinu ugla zakretanja, to jest mehanički skenira u određenom opsegu elevacije i azimuta. To rešenje se teško realizuje u uslovima malog raspoloživog prostora, kao u nosnom delu trupa lovačkog aviona. Savremena tehnološka rešenja sa elektronskim skeniranjem ispunjavaju ovu funkciju bez mehaničkog kretanja antene. U uslovima većeg prostora za zemaljske radare, antena mehanički rotira oko vertikalne ose i pokriva celo okruženje, u okviru punog kruga od 360°. Međutim, taj efekat ostvaruju radari sa antenom faznog niza, sa pločama u ravnima, stranica trostrane piramide, čime se pokriva isto kružno okruženje. Prioritetna i prva upotreba radara, bila je za vojne potrebe: za lociranje ciljeva u vazduhu, na Zemlji i na moru. Ovo se prenelo, kao i većina vojnih tehnologija, u civilne oblasti. Napravljena su rešenja za civilne avione i brodove, i za kontrolu saobraćaja na putevima i druge potrebe.

U vazduhoplovstvu, pojedini tipovi aviona su opremljeni radarskim uređajima koji upozoravaju na prepreke kojima se približavaju na svome putu, tako što unapred daju tačne podatke o visinskom rastojanju do njih. Prva komercijalna primena uređaja, poslužila je na avionu 1938. godine, na nekim vazdušnim linijama. Uređaj je detektovao prepreke na putu u magli i na aerodromima olakšao kontrolu pristupa za sletanje. Operateri su pomoću radija pomagali pilotima da se orijentišu pri sletanju.

Kod borbenih aviona, pored toga što ispunjavaju ulogu navigacije kao kod civilnih, još su i sastavni deo integrisanog napadno-navigacijskog sistema sa oružjem.

Ruski radar Žuk-A na vazduhoplovnoj izložbi „MAKS“ 2009. godine.	Fazirana antenska rešetka, sa aktivnim (elektronskim) skeniranjem, za radar aviona Pak FA.

Radari u mornarici, koriste se za određivanje pravca kretanja i rastojanja između brodova, kako bi se sprečili međusobni sudari, za globalnu navigaciju na moru, određivanje pozicije, udaljenost obale ili drugih fiksnih prepreka, kao što su ostrva.

Saobraćajna policija koristi radar za kontrolu saobraćaja, merenje brzine vozila na putevima, broja vozila i poštovanje saobraćajnih propisa.

U meteorologiji, radari se koriste za praćenje oblačnosti i padavina. Radari su postali osnovno sredstvo za kratkoročne prognoze vremena i upozoravanje na loše vremenske pojave, kao što su tornado i oluje.

Meteorološki radar.	Snimak meteorološkog radara.

U geologiji i arheologiji se koriste specijalizovani georadari za „mapiranje“ geološkog sastava zemljine kore odnosno istraživanje arheoloških nalazišta. Radarski sateliti koriste se za pravljenje digitalnih elevacionih modela.

Kada je 12. februara 1942. 20 nemačkih brodova isplovilo iz Bresta a britanski radari nisu opazili ovaj pokret zbog smetnji koje su imali, Armijska operativna istraživačka grupa (engl. Army Operational Research Group) je dobila zadatak da istraži ovaj problem. Zadatak je poveren Džejmsu Haju, britanskom fizičaru. Haj je ustanovio da je smetnja bila posledica pojačane aktivnosti Sunca. Osim toga, zaključio je da su radarski signali koji su pogrešno tumačeni kao tragovi raketa V-2 zapravo tragovi meteora. Ove svoje zaključke je Haj smeo da objavi tek po završetku Drugog svetskog rata. Nakon Drugog svetskog rata, već 1945. godine, jedan rashodovani vojni radar je dodeljen Univerzitetu u Mančesteru, gde je Džordel Benk osnovao eksperimentalnu stanicu (danas Džordel Benk opservatorija).

Džordel Benk eksperimentalna stanica 1945. godine.	Radio teleskopi u Džordel Benk opservatoriji danas.

Prednost upotrebe radara u meteorskoj astronomiji se ogleda u tome što je dovoljan jedan radar za određivanje položaja i brzine meteora (a najmanje dve video ili fotografske kamere), činjenici da je radarom moguće detektovati i slabije meteore od onih vidljivih golim okom, kao i što može detektovati meteore bez obzira na vremenske prilike (oblačnost, maglu, kišu), pa čak i po danu. Ovo poslednje je dovelo do otkrića brojnih dnevnih radio-rojeva.

Grana astronomije koja se služi radarom zove se radarska astronomija. Radarom je moguće veoma precizno izmeriti daljinu nebeskih tela, snimiti oblik asteroida, mapirati površine i istraživati geologiju planeta i satelita.

Snimak asteroida 4179 Tutatis.	Radarsko mapiranje površine Venere.	Radarski snimak površine Titana.

Konstrukcija

Princip „osvetljenja“ objekta i sferne refleksije, od njega.

Prvi radari, bili su sa kontinualnim talasima, kasnije se prešlo na impulsne, koji imaju veće mogućnosti i bolje performanse.

Radarski sistem poseduje predajnik koji emituje elektromagnetne talase, koji se zovu radarski signali, usmereni u određenom pravcu i smeru antena — cilj. Kada talasi stignu u kontakt sa objektom (ciljem), oni se reflektuju u različitim pravcima, u zavisnosti od oblika „osvetljenje“ (dodirne) površine tela. Kada bi osvetlili metalnu ravnu ploču, postavljenu pod 90°, u odnosu na njihov pravac, talasi bi se svi vratili istim pravcem, prema izvoru. Radari obično koriste talase učestanosti između 30 MHz i 100 + GHz.

Radarski signali se dobro odbijaju od materijala velike električne provodljivosti, posebno od metalnih objekata, površine morske vode, mokrog zemljišta i od površine močvare. Neke od ovih površina, pogodne su za radarski odraz, koji se može koristiti za radarske visinomere. Signali koji se odbijaju nazad prema prijemniku su poželjni i korisni za namensku funkciju radara, oni su u pravcu i smeru cilj — antena prijemnika. Elektromagneti talasi se odbijaju od čvrstih objekata u vazduhu, ili vakuumu, koji dobro reflektuju radarske signale. Ta osobina čini radar pogodnim za detekciju aviona, brodova i drugih pokretnih i nepokretnih objekata. Detektovane informacije sadrže rastojanje, pravac i brzinu u odnosu na poziciju radara. Ako su samo raspoložive informacije rastojanje i azimut, to je 2D radar, a ako je prisutna i visina, to je onda 3D. Kada se objekat kreće, od ili prema radaru, menja se učestalost radio-talasa, zbog Doplerovog efekta, što je osnova za jedan od načina merenja njegove brzine.

Šema principa prenosa signala i rada radara.	Blok šema radara.

Radarski prijemnici su najčešće, ali ne uvek, na istoj lokaciji kao i predajnik. Odbijeni radarski signali, uhvaćeni sa prijemnom antenom su obično veoma slabi, te se sa elektronskim uređajem pojačavaju u funkciji i za potrebe prikaza rezultata detekcije. Sa sofisticiranim metodima obrade signala, sa procesorom visokih performansi, isti se koriguju za prigodnu i korisnu prezentaciju na prikazivaču (ekranu).

Merenje trajanja odlaska i povratka radarskog talasa je osnova za merenje
daljine cilja.

Slaba apsorpcija radarskih talasa od strane vazduha, kroz koji prolaze, osnova je koja omogućava radaru da otkrije prisustvo objekata na relativno velikom rastojanju, na kojima zraci drugih talasnih dužina, kao što su svetlosni, infracrveni, i ultraljubičasti, suviše brzo slabe i nemaju efekat. Magla, oblaci, kiša, snežne padavine i susnežica blokiraju svetlosne talase (smanje vidljivost), a skoro i da nemaju uticaja na prostiranje radarskih talasa. Određene, specifične učestanosti radarskih talasa, koje apsorbuju ili razlažu vodena para, kiša ili gasovi u atmosferi (naročito kiseonik), izbegavaju se pri projektovanju radara, osim kada je isti namenjen za njihovo otkrivanje. Prenos radarskih talasa kroz medij, do objekta, naziva se radarski snop koji osvetljava cilj, bez obzira na činjenicu što su ti talasi potpuno nevidljivi za ljudsko oko ili kameru.

Elektromagnetni talasi se ne prostiru dobro pod vodom. Stoga se za podvodnu primenu koristi, sonar,
čiji princip rada je baziran na refleksiji zvučnih talasa.

Odraz (refleksija) talasa

Refleksijom se može radarom uočiti osvetljeni uragan, kao ovaj iz 1960. godine.

Elektromagnetni talasi se reflektuju od površina koje čine granicu dodirujućih materijalnih sredina (tela), sa značajnom međusobnom razlikom dielektrične i konstante permeabilnosti. To znači odgovarajući objekat u vazduhu ili vakuumu, ili ostale značajnije promene u atomskoj gustini između objekta i okruženja, reflektovaće radarske talase. Ovo se posebno odnosi za materijale dobre električne provodljivosti kao što su metali i zato su radari posebno pogodni za detekciju aviona, brodova i drugih vozila. Materijali koji apsorbuju radarske zrake, koriste se za izradu objekata, kao što su vojna vozila, sa ciljem da se istima smanji refleksija radarskih talasa, odnosno smanji uočljivost pomoću radarskih sistema. U toj funkciji se koriste kompozitni materijali, magnetne supstance, specijalni premazi tamne boje. Sve su to sredstva za umanjenje uočljivosti (smanjenja vidljivosti), takozvana stelt tehnologija (engl. stealth technology).

Radarski talasi se reflektuju na različite načine, zavisno od njihove veličine i oblika objekta. Ako je emitovani talas mnogo kraći od cilja, refleksija će biti slična kao kad se svetlost odbija od ravnog ogledala. Učestalost radarskih signala zavise od učestalosti generisanih talasa, a ne od karakteristika identifikovanog objekta. Rani radari su koristili signale velike talasne dužine, veće od objekta, tako da su povratno primali slabe signale. Savremeni sistemi koriste kraće talasne dužine (par santimetara) i tada se postiže detekcija objekata veličine vekne hleba. Ipak, radari velike talasne dužine pogodniji su za detektovanje na većim daljinama (koriste se u vojnim sistemima za rano upozoravanje).

Kratki talasi se reflektuju od zaobljenih površina, na sličan način kao što je svetlosni odsjaj od zaobljenog komada stakla. Najbolji je povratni signal ako se osvetli unutrašnjost tela koje ima tri ravne površine koje se sastaju u jednoj tački, slično uglu u unutrašnjosti kutije. Tada se dobije efekat radarskog reflektora. Najefikasnija je detekcija sa kratkim talasima, koji osvetle pločastu ravnu površinu pod pravim uglom. Iz tih razloga se po ovim pravilima, izbegavajući primenu većih pločastih površina, oblikuju nevidljivi avioni, sa čime se dopunski smanjuje njihova uočljivost, uz korišćenje i drugih tehnologija. Ta tehnologija je primenjena pri projektovanju aviona neuobičajenog oblika F-117, gde su u određenoj meri kompromisno žrtvovani kriterijumi aerodinamičkog oblikovanja. Ove mere delimično smanjuju radarski odraz zbog difrakcije talasa, naročito veće dužine.

Parčad materijala dobre provodljivosti, čija je veličina jednaka polovini talasne dužine radarskog talasa, imaju dobru refleksiju, ali rasejavaju energiju u raznim pravcima, pri čemu je povratno prema izvoru usmerena manja energija. Mera koliko objekat rasejava radarske talase, sa kojima je „osvetljen“, se opisuje sa pojmom površine radarskog preseka. Što je ovaj parametar manji od stvarnog geometrijskog poprečnog preseka objekta, postignut je veći efekat rasipanja talasa, odnosno postignuto je veće smanjenje uočljivosti (više je objekat nevidljiv).

Efekat parčića materijala dobre refleksije, koristi se u vojsci, za pasivne mere zaštite od radarskog otkrivanja aviona ili broda. Postoje sistemi sa „dipolima“ (malim raketama), koje se obično pune sa staniolskim listićima. Kada je avion u opasnosti otkrivanja i držanja u radarskom snopu protivnika, u cilju lansiranja i vođenja svoje rakete vazduh-vazduh, tada se izbacuju „dipoli“ sa staniolskim listićima, sa kojima se posle njihove eksplozije, celo okruženje branjenog aviona nađe u oblaku od njih. Tako se napravi potpuna disperzija radarskog „osvetljenja“ napadača. Tada se napadnuti avion ne vidi na ekranu aviona napadača, a prestane da bude i meta, za navođenje pomoću internog radara njegove lansirane rakete.

Matematička definicija parametara radara

Sferna raspodela gustine neusmerenog radarskog zračenja.$\ S_{A_{1}}$, $\ S_{A_{2}}$...je lokalna specifična snaga posmatranog radarskog snopa, pri prolasku kroz odgovarajuću sfernu površinu.

Generator radarskih talasa je njihov izvor, iz jedne tačke u nekom prostoru. Kada nema njihovog usmeravanja, oni se prostiru po istim zakonitostima talasnog kretanja kao i zvuk, u svima pravcima ravnomerno, po skupu pravih linija, radijalno raspoređenih u odnosu na jednu tačku (izvor). To je slučaj kada se prostiru kroz vakuum. Njihova gustina $\ S_{u}$ (snaga po jedinici površine) opada udaljavanjem od izvora. Svaka sferna površina, čiji je zajednički centar položaj izvora radarskog zračenja, predstavlja polje iste gustine neusmerenog radarskog zračenja. Sa porastom poluprečnika sfere, njena površina raste (A= 4 π R^2), a gustina neusmerenog radarskog zračenja opada, kao što je ilustrovano na slici desno. Što dokazuje da gustina neusmerenog radarskog zračenja $\ S_{u}$ (specifična snaga) opada sa udaljavanjem od izvora (generatora).

$\ S_{u}={\frac {P_{s}}{\ A}}\quad \longmapsto \quad \ S_{u}={\frac {P_{s}}{{4}{\pi }\cdot {R^{2}}}}$

Radarski sistem koristi ovu fizikalnost elektromagnetnog zračenja, koje je usmereno sa antenom, u obliku snopa prema objektu (cilju), u nameni njegove identifikacije, određivanja parametara položaja i kretanja. Reflektovani deo emitovanog snopa prihvata prijemnik radara, preko prijemne antene.

Usmerena gustina radarskog zračenja je:

$\ S_{g}=\ S_{u}\cdot G\quad \longmapsto \quad \ S_{g}={\frac {P_{s}}{{4}{\pi }\cdot {R^{2}}}}\cdot G$

Radarsko „osvetljenje“ cilja i povratna refleksija zračenja,
prema prijemnoj anteni.

Reflektovana snaga zračenja, od „osvetljenog“ objekta, vraćena je prema prijemnoj anteni radara (vidi sliku desno). Ta snaga je funkcija gustine neusmerenog radarskog zračenja, efikasnosti antene odašiljača i od efektivne radarske površine — površina radarskog preseka ($\sigma$).

$\ P_{r}=\ S_{u}\cdot G\cdot \sigma \quad \longmapsto \quad \ P_{r}={\frac {P_{s}}{{4}{\pi }\cdot {{R_{1}}^{2}}}}\cdot G\cdot \sigma$

Gustina prijemne snage odbijenog radarskog zračenja, ispred prijemne antene, rezultat je raspodele elektromagnetnog zračenja po površini kore lopte, čiji je poluprečnik rastojanje od „osvetljenog“ objekta do prijemne antene $\ R_{2}$ (što se dodiruje sa objektom). Analitički se dobija kada se reflektovana snaga zračenja podeli sa površinom omotača lopte. Koristi se određivanje primljene snage na anteni $\ P_{e}$:

$\ S_{e}={\frac {P_{r}}{{4}{\pi }\cdot {\ {R_{2}}^{2}}}}\quad \iff \quad \ P_{e}=\ S_{e}\cdot A_{w}\quad \longmapsto \quad \ P_{e}=\ S_{e}\cdot A\cdot K_{a}\quad \iff \quad A_{w}=A\cdot K_{a}$

$\ P_{e}={\frac {P_{r}}{{4}{\pi }\cdot {{R_{2}}^{2}}}}\cdot A\cdot K_{a}$

Primljena snaga povratnog signala

U opštem slučaju, kada su predajnik i prijemnik na istoj lokaciji ($\ R_{1}=R_{2}$) i zamenom reflektovane snage $\ P_{r}$, odgovarajućim izrazom, pomoću ilustrovane matematičke transformacije, dobija se potpuniji oblik jednačine za primljenu snagu signala.

Površina radarskog preseka (σ) aviona i drugih objekata zavisi od toga pod kojim uglom je radarski „osvetljen“.

Uvođenjem parametra talasne dužine $\ \lambda$, u poslednju jednačinu na gornjoj slici,
preko odgovarajuće veze:

$\ G={\frac {{4}{\pi }\cdot A\cdot K_{a}}{\lambda ^{2}}}\quad \longmapsto \quad A\cdot K_{a}={\frac {G\cdot \lambda ^{2}}{{4}{\pi }}}$

Prikazanom transformacijom, dobijaju se jednačine za teoretsko sračunavanje osnovnih performansi radara.

$\ P_{e}={\frac {{P_{s}}\cdot {G}^{2}\cdot \sigma \cdot \lambda ^{2}}{\left({4}{\pi }\right)^{3}\cdot \ {R}^{4}}}\quad \longmapsto \ R={\sqrt[{4}]{\frac {P_{s}\cdot {G}^{2}\cdot \lambda ^{2}\cdot \sigma }{P_{e}\cdot ({4}{\pi })^{3}}}}$

$\ R_{max}={\sqrt[{4}]{\frac {{P_{s}}\cdot {G}^{2}\cdot \lambda ^{2}\cdot \sigma }{{P_{e}}_{min}\cdot (4\pi )^{3}}}}\quad \longmapsto \ R_{max}={\sqrt[{4}]{\frac {{P_{s}}\cdot G^{2}\cdot \lambda ^{2}\cdot \sigma }{{P_{e}}_{min}\cdot ({4}{\pi })^{3}\cdot L_{gub}}}}$

Smanjenje maksimalnog dometa, u funkciji nedostajanja snage određenog broja modula, zbog otkaza, za predajnik
sa ukupno 32 modula.

Prva jednačina pokazuje da snaga povratnog signala opada, sa četvrtim stepenom rastojanja, što znači da je prijem signala od dalekih ciljeva veoma otežan. Na osnovu ove jednačine, može se sračunati rastojanje između radara i „osvetljenog“ objekta (cilja), ako su poznati svi potrebni parametri.

Najveći domet radara, definisan je drugom jednačinom, na osnovu minimalne snage $\ {P_{e}}_{min}$, koju može prihvatiti prijemna antena, a dovoljna je za detekciju cilja.

Ove jednačine su prihvatljive za teoretsko sračunavanje performansi radara. Međutim za veću tačnost je neophodno uzeti u obzir gubitke, apsorpciju medija kroz koji se prenose talasi, kao i gubitke zbog njihove disperzije. Ovi gubici se definišu sa ukupnim faktorom gubitaka (L_gub), koji je zbir parcijalnih. Usled postojanja ovih gubitaka, očigledno je da se smanjuje radarski domet. Protok radarskih talasa kroz idealnu sredinu vakuuma, nema nikakvih gubitaka (L_gub = 1). U drugim sredinama je (L_gub > 1).

U praksi se problem svodi na to da mali gubici i drugi činioci, pod četvrtim korenom, gube praktični značaj pa se može dovoljnom tačnošću uprostiti jednačina:

$\ R_{max}\approx {\sqrt[{4}]{P_{s}}}$

Oznake korišćenih pojmova i karakteristika:

• $\ A_{i}$ [m^2] = sferična površina omotača lopte, poluprečnika $\ R$
• $\ A$ [m²] = geometrijska površina antene
• $\ A_{w}$ [m²] = efektivna površina antene
• $\ S_{u}$ [W/m²] = gustina neusmerenog radarskog zračenja
• $\ S_{g}$ [W/m²] = gustina usmerenog radarskog zračenja
• $\ S_{e}$ [W/m²] = gustina prijemne snage radarskog zračenja
• $\ P_{s}$ [W] = snaga predajnika
• $\ P_{r}$ [W] = reflektovana snaga
• $\ P_{e}$ [W] = primljena snaga povratnog signala

• $\ R$ [m] = udaljenost od predajnika do mesta posmatrane vrednosti gustine neusmerenog radarskog zračenja
• $\ R_{1}$ [m] = udaljenost od predajnika do cilja
• $\ R_{2}$ [m] = rastojanje od cilja do prijemnika
• $\ G$ = efikasnost predajne antene
• $\ \sigma$ [m²] = površina radarskog preseka
• $\ \lambda$ [m] = talasna dužina
• $\ L_{gub}$ = faktor gubitaka
• $\ K_{a}$ = koeficijent efikasnosti antene

Doplerov efekat

Glavni članak: Doplerov efekat

Doplerov efekat zasniva se na principu promene učestanosti usled relativnog kretanja radara i objekta, predmeta detekcije. Tada dolazi do promene učestanosti talasa, registrovanog u prijemniku radara. Na primer, zvuk putuje sa relativno malom brzinom, oko 360 m/s, i zbog toga je moguće zapaziti Doplerov efekat kada prođe vozilo sa brzinom od 4 m/s i sa uključenom sirenom. Mada, ovaj primer rezultuje u maloj promeni učestanosti, svega od (1%), ali ljudsko uho to veoma dobro registruje.

Promena talasne dužine izazvane sa relativnim kretanjem izvora.

Animacija ilustruje Doplerovog efekta, koji automobil izaziva u pokretu, sa zvukom sirene. Intenzitet zvuka raste pri približavanju automobila uhu posmatrača, a pri udaljavanju opada. Ružičasti krugovi su zvučni talasi. Kada se automobil kreće levo od posmatrača (prošao ga), svaki sledeći talas se emituje sa pozicije dalje nalevo od prethodnog. Dakle, za posmatrača ispred automobila, svaki talas ima malo manje vremena da ga dostigne od prethodnog talasa. Talasi se „gomilaju“, pa je vreme između dolaska dva susedna smanjeno, dajući im veću učestanost. Za posmatrača sa leđa automobila (desno), svaki talas traje nešto duže vreme da ga dostigne od prethodnog. Talasi se razmiču, pa je vreme između dolaska sledećeg blago povećano, dajući im nižu učestanost.

Pojednostavljeno, za lako razumevanje fenomena, pogodna je i sledeća analogija. Kada se pretpostavi postojanje dva igrača sa loptama, bacač i hvatač. U slučaju kada hvatač stoji u mestu, a bacač se kreće i baca lopte hvataču u istim vremenskim razmacima između susedna dva bacanja. Pretpostavlja se, da se sve bačene lopte uvek kreću sa konstantnom brzinom, na celoj svojoj putanji. U slučaju kada bi ove obe osobe stajale u mestu, hvatač bi imao isto vreme između hvatanja dve susedne lopte. Međutim, kada se bacač kreće u odnosu na hvatača, situacija je drugačija. U toku njegovog približavanja hvataču, lopte bi stizale sa permanentnim smanjenjem vremenskog razmaka između dve susedne. U trenutku njihovog najmanjeg rastojanja, taj vremenski razmak između pristiglih lopti bi bio najkraći. Posle toga trenutka, kako rastojanje između igrača raste, raslo bi i vreme između pristizanja dve susedne lopte. U analogiji sa radarom, bacač lopti je „radarski odraz“, a hvatač je radarski prijemnik. Pa se po toj analogiji menja i talasna dužina, pri prostiranju talasa kod relativnom kretanju cilja (reflektora) i prijemnika, što je i ilustrovano na slikama desno. Dakle, relativna razlika u brzini između izvora i jednog posmatrača je ono što izaziva Doplerov efekat. U slučaju radara, brzina njegovih talasa je mnogo veća nego brzina zvuka, pa je i posledična promena mnogo manja. Savremena elektronika, merna i računarska tehnologija, bolje registruju i obrađuju ove promene nego što je to u stanju ljudsko uho, za zvuk. Brzine, kao što su par santimetara u sekundi, mogu se Doplerovim efektom veoma lako izmeriti, a preciznost je mnogo veća nego kod drugih metoda. Praktično svaki savremeni radar koristi ovaj princip.

Radar sa Doplerovim efektom, koristi efekat promene učestanosti talasa (f) sa promenom relativnog položaja objekta (cilja), za merenje njegove brzine. Jednačina, za tako definisan problem, saglasna Doplerovom efektu, glasi: $f={\frac {v+v_{r}}{v-v_{s}}}\cdot {f_{0}}\quad \longmapsto \quad \ v_{s}=\ v-\left(v+v_{r}\right)\cdot {\frac {f_{0}}{f}}$

Gde je:

$\ f_{0}$ = referentna učestanost $\ f$ = izmenjena učestanost $\ v=c_{0}$ = brzina radarskog talasa (brzina svetlosti)

$\ v_{r}$ = radijalna brzina posmatrača (prijemnika radara) $\ v_{s}$ = radijalna brzina cilja —

Često se koriste promene faze povratnog signala umesto promene učestanosti. Treba podvući da je samo radijalna komponenta brzine na raspolaganju za merenje. Stoga, kada se objekat kreće pod pravim uglom, u odnosu na radarski zrak, ne registruje se brzina, dok ako su objekat i prijemnik na zajedničkoj putanji kretanja registruje se potpuna brzina.

Polarizacija

Radar emituje signale u vidu usmerenog oscilirajućeg talasa. Polarizacija je oblik ravni u kojoj talas osciluje. Prema obliku ravni i obliku oscilovanja, u njoj, postoji podela polarizacije:

• Po karakteristikama
  • linearna i
  • slučajna (nasumična).

• Po obliku
  • vertikalna,
  • horizontalna,
  • cirkularna (leva i desna) i
  • eliptična.

Osvetljenje cilja sa horizontalnom i vertikalnom polarizacijom. Za ovaj oblik cilja, efikasnija je horizontalna.	Leva „cirkularna polarizacija“. Kod nje je kružno prostiranje radarskih talasa.	Uporedno, sve tri vrste polarizacije radarskih talasa. Kružna je u sredini.

Vertikalna i horizontalna se odvijaju u tim ravnima. Cirkularna se kružno odvija u levu ili u desnu stranu. Eliptična se dobija sa sabiranjem složenih signala istih učestanosti.

Cirkularna polarizacija se koristi za smanjenje uticaja vlage na prostiranje radarskih talasa. Linearna polarizacija, koristi se za površine metala, i pomaže da se ignoriše uticaj vlage. Slučajna (nasumična) polarizacija, koristi se za fraktalnu površinu, kao što su stene ili zemljište i koriste se kod navigacionih radara.

Karakteristike i faktori remećenja

Snop, putanja i domet radarskog zračenja

Radarski zrak u vakuumu ima linearnu, a u atmosferi zakrivljenu putanju usled varijacija indeksa prelamanja vazduha. Čak kada se zrak paralelno emituje sa zemljinom površinom, on se udaljava iznad nje, zbog zakrivljenosti ispod horizonta. Osim toga, signal slabi od uticaja sredine kroz koji prolazi, a zraci i ceo njihov snop deformišu svoj oblik.

Maksimalni domet konvencionalnih radara može biti ograničen sa više faktora:

• Linija vidljivosti, koja zavisi od njene visine iznad zemlje.
• Maksimalni „nedvosmisleni“ domet, koji je određen sa mogućnošću ponavljanja učestanosti impulsa. To jest, kada impuls putuje duž linije dometa i vrati se pre sledećeg emitovanog pulsa, to je „maksimalni nedvosmisleni domet“
• Osetljivost radara i snaga povratnog signala, obračunati su u jednačinama performansi radara. U njima su uključeni uticajni faktori gubitaka i smanjenja „uočljivosti“, kao što je radarski poprečni presek cilja.

Buka

U elektronici buka se odnosi na elektronski signal koji je analogan šumu u audio sistemu. „Buka“ je interni izvor slučajnih promena u signalu, koji može biti generisan od bilo koje elektronske komponente. Obično se pojavljuje kao slučajna varijacija sabiranja sa neželjenim odjekom signala, dobijenim u radarskom prijemniku. Manja snaga željenog (korisnog) signala, teže nadjača i izdvaja se od „buke“ (slično pokušavaju da se čuje šapat pored prolazećeg voza). Faktor šuma je mera „buke“ registrovane od prijemnika, u odnosu na idealni prijem. Ta razlika treba biti svedena na minimum.

„Buku“ (šum) generišu nasumične termičke promene, čiji je uzročnik obično elektronika. U električnom provodniku, dešavaju se promene otpora i generisanje toplote, bez obzira na primenjeni napon.

„Buka“ se takođe generiše i iz spoljnih izvora i to najčešće iz prirodne toplotne radijacije oko okruženja prioritetnog cilja. Kod modernih radarskih sistema, zbog visokih performansi prijemnika, unutrašnja „buka“ je obično nivoa „buke“ spoljašnjeg okruženja ili nešto manja. Izuzetak je ako je radar u okruženju vedrog neba, kada je hladnije pa se generiše vrlo mala spoljašnja toplotna „buka“.

Takođe, pojavljuje se variranje buke zbog prolaska elektrona, koje zavisi od odnosa 1/f. Ovaj doprinos buke mnogo je manji, od toplotne, kada je učestanost velika. Stoga, kod impulsnih radara, sistem uvek radi sa promenljivom učestanosti, pa se bira oblast najmanje „buke“.

Srednji kvadratni napon usled toplotne „buke“ $\ v_{n}$, generisan iz električnog otpora $\ R$, preko propusnog opsega $\ \Delta f$, dat je jednačinom:

$\ v_{n}={\sqrt {4k_{B}TR\Delta f}}$

$;\quad \iff \quad \quad$

Gde je: $\ k_{B}$ = Bolcmanova konstanta $\ T$ = temperatura u stepenima Kelvina

Da bi se smanjio nivo unutrašnje toplotne „buke“, hlade se pojedina elektronska kola sistema radara. „Buka“ se može smanjiti i ako se signal podeli preko više filtera za obradu signala impulsnog Doplera, čime se smanjuje njegov nivo, saglasno broju filtera. Ova poboljšanja zavise od koherentnosti rešenja.

Mešanje

Radarski sistemi moraju da prevaziđu neželjene signale i da se fokusiraju samo na stvarne ciljeve od interesa za izvršenje zadatka. Ovi neželjeni signali mogu da potiču od unutrašnjih i spoljnih pasivnih i aktivnih izvora. Sposobnost radarskog sistema za prevazilaženje ovih neželjenih signala je da definiše svoj odnos „signal-buka“ (SB). „Signal-buka“ je definisan kao odnos snage signala (bitne informacije) i pozadinske „buke“ (neželjeni signal):

$\mathrm {SB} ={\frac {P_{\mathrm {signal} }}{P_{\mathrm {buka} }}},$

Više sistema se koriste za izolaciju signala stvarnog cilja od okolnih neželjenih signala (šuma, odnosno buke). SB je mera, koja se koristi u nauci i inženjerstvu, koji poredi nivo željenog signala sa nivoom „buke“ u pozadini. Kao što je prikazano, definiše odnos snage signala i snage šuma. Odnos veći od 1:1 pokazuje više signala od buke. Dok se SB često odnosi na električne signale, može se primeniti i na bilo koju drugu vrstu signala.

U gornjoj jednačini P je prosečna snaga. Oba signala, snage korisnog i snage šuma moraju da se mere na istim ili ekvivalentnim tačkama u sistemu, a u okviru istog propusnog opsega sistema. Ako se signali mere preko iste impedanse, onda se SB može dobiti izračunavanjem odnosa kvadrata njihovih amplituda:

$\mathrm {SB} ={\frac {P_{\mathrm {signal} }}{P_{\mathrm {buka} }}}=\left({\frac {A_{\mathrm {signal} }}{A_{\mathrm {buka} }}}\right)^{2},$

Gde odnos amplituda je kvadratni koren od SB, može se npr. odnositi i na signale napona. Mnogi signali imaju veoma širok dinamički opseg, pa se SB često izražava pomoću logaritamske skala decibela. U decibelima, SB je definisan odnos snage:

$\mathrm {SB} =10\ log_{10}\left({\frac {P_{\mathrm {signal} }}{P_{\mathrm {buka} }}}\right)=P_{\mathrm {signal,dB} }-P_{\mathrm {buka,dB} },$

Pri korišćenju amplituda, odnos „signal-buka“ je:

$\mathrm {SB} =10\ log_{10}\left({\frac {A_{\mathrm {signal} }}{A_{\mathrm {buka} }}}\right)^{2}=20\ log_{10}\left({\frac {A_{\mathrm {signal} }}{A_{\mathrm {buka} }}}\right),$

Ovaj se pojam ponekad koristi neformalno, za odnos korisnih i lažnih informacija, ili irelevantnih podataka u razgovoru. Na primer, u otvorenim forumima i drugim skupovima. Kada se odluta sa teme, tada se te poruke smatraju kao „šum“ (buka), koji se meša sa osnovnim „signalom“ (temom) odgovarajuće rasprave.

Višestruki signali (gužva)

„Gužva“ se dešava na talasima radio učestanosti, kada se odraz vraća od nevažnih ciljeva za korisnike radara. Ovi ciljevi obuhvataju prirodne objekte kao što su Zemlja, more, padavine (kiša, sneg ili grad), pesak od oluje, životinje (naročito ptice), atmosferske turbulencije i druge atmosferske uticaje, odraze jonosfere i staze meteora. „Gužva“ se može generisati i od veštačkih objekata kao što su zgrade i namerno, pomoću radarskih ometača, kao što su dipolni antiradarski reflektori (pasivna protivradarska zaštita, staniolski listići).

Šematski prikaz vrsta ometanja — „gužve“.

Ekran sa prikazom radarskih
ciljeva i „gužve“.

Nekada „gužva“ može biti izazvana sa dugačkim radarskim talasovodom, između radarskog primopredajnika i antene. U tipičnom konceptu radara pokazivača pozicije sa rotirajućom antenom, to se obično manifestuje kao „sunce“ u centru ekrana, pošto prijemnik reaguje na odraz od čestica prašine i pogrešne učestanosti u talasovodu. Podešavanjem trenutka između slanja pulsa, sa odašiljača i faze na prijemniku, generalno je moguće smanjiti pojavu „sunca“ na pokazivaču, bez uticaja na tačnost opsega.

Dok neki izvori „gužve“ mogu biti nepoželjni za neke aplikacije radara, kao što su olujni oblaci za zadatke odbrane od napada iz vazdušnog prostora, isti su poželjni za meteorološko praćenje. „Gužva“ se smatra pasivnim izvorom smetnji, jer se pojavljuje samo kao odgovor na signal poslat od radara.

Postoji nekoliko metoda za otkrivanje i neutralisanje „gužve“. Mnoge od tih metoda se oslanjaju na činjenicu da „gužva“ ima tendenciju da se pojavljuje pri statičkom režimu rada radara, koji u principu skenira. Stoga, kada se kasnije uporedi sa odrazom pri skeniranju, željeni ciljevi će se pojaviti da se kreću, a svi stacionarni odjeci tada se mogu prepoznati i eliminisati kao „gužva“. Velika „gužva“ se može smanjiti sa korišćenjem horizontalne polarizacije, dok se kiša i vlaga smanjuje sa cirkularnom polarizacijom. Kod meteoroloških radara poželjan je suprotan efekat, tada je efikasnije koristiti linearnu polarizaciju, zbog bolje detekcije padavina. Druge metode za prevazilaženje „gužve“ se sastoje u nastojanju povećanja odnosa „signal-buka“ (SB).

Ekran sa prikazom radarskog ometanja, morskim talasima.

Iako je u velikom broju slučajeva, „gužva“ izazvana geografskim uslovima kopna, što generiše stacionarne smetnje, često je i efekat vetra na njihanje drveća i slično uzrok nepoželjnom odrazu. Iz tih razloga, sa uvođenjem Doplerovog efekta se uočava taj pomak na radarskom odrazu. U ovim slučajevima Doplerov efekat je važan metod uklanjanja tih neželjenih signala u delu njihove obrade. To je posebno važno za veliki broj radarskih sistema iznad mora, kada refleksija radarskih talasa sadrži uticaj pokretnih talasa (vidi se na slici).

Konstanta odnosa lažnih upozorenja, otkriva se sa zajedničkim oblikom algoritma, koji se koriste u radarskim sistemima za detekciju odraza cilja pri smetnjama i lažnim signalima. Prijemnikom se automatski podešava održavanje konstantnog nivoa ukupne vidljive „gužve“. Dok to ne pomogne u otkrivanju ciljeva, maskirana jača „gužva“ ih okružuje, to ne pomaže da se napravi razlika sa jakim osvetljenjem cilja. U prošlosti, radarska „automatska kontrola“ je izvođena elektronski i pod uticajem pojačanja celog radarskog prijemnika. Kako su radari napredovali, prešlo se na računarski softver za „automatsku kontrolu“, koji upravlja i utiče na dobitak veće gustine odraza, u specifičnim ćelijama otkrivanja.

„Gužva“ takođe može da potiče i od višestrukih odraza od istog cilja, zbog refleksije tla, atmosferskih koncentracija ili jonosferske refleksije / refrakcije. Isto tako najezda velikih jata ptica i insekata. Ovaj tip „gužvi“, posebno je neprijatan, jer izgledaju slike realne, kreću se i ponašaju kao i drugi stvarni
ciljevi od interesa za otkrivanje.

Refleksija povratnih (reflektovanih) talasa, od drugih objekata u okruženju.

Ti lažni ciljevi su dvojnici, ili kako se nazivaju „duhovi“ (vidi sliku desno). U tipičnom scenariju, odraz aviona se višestruko ogleda sa refleksijom prave slike od zemlje ispod, ili oblaka iznad. Na ekranu se pojavljuje kao identičan cilj pored realnog. Radar može da pokuša da ujedini te slike cilja, podaci o visini cilja su pogrešni, ili još gore njihova eliminacija je nemoguća. Ovi problemi se mogu prevazići uključivanjem osnovne mape okruženja radara i sa eliminacijom refleksije zemlje iznad određene visine. U novijim sistemima kontrole letenja radarska oprema koristi algoritme za identifikaciju lažnih ciljeva, upoređujući trenutni povratni puls, sa susednim, kao i stalno računajući podatke o položaju radara i cilja.

Vetrogeneratori (vetrenjače) mogu imati negativan uticaj na rad radara i njegovu sposobnost da prikaže radarsku sliku preko i pored ovih objekata. Ovo smanjenje efikasnosti radara da isporuči ispravne podatke, može da utiče na pogrešnu vremensku prognozu i na upozorenje na opasnost. Za ovu nepovoljnu obmanu postoji više primera.

Namerno ometanje

Ekran radara prikazuje efekat aktivnog ometača u fazi od 210°.

Dipoli za pasivno ometanje.

Ometanje radara se odnosi na signale u obliku radio učestanosti, koji potiču iz spoljnjeg izvora, prenose se sa učestanošću radara i time se maskira cilj, koji je od interesa za operatora (kao što su sopstveni avioni u vazdušnom prostoru). Ometanje može biti namerno, kod elektronskog ratovanja, deo je taktike. Ometanje se smatra aktivnim kada se spoljni izvor meša sa istom učestanošću, a taj remeteći uređaj je izvan radarskog sistema i uopšte nema veze sa njegovim signalima.

Aktivno ometanje je problematično za radar, pošto signal ometanja putuje samo u jednom smeru (od ometača na radarski prijemnik), dok radarski signal putuje istim pravcem dva puta u oba smera (radar-cilj-radar) i zbog toga je značajno smanjena snaga toga povratnog signala, koji se vraća u radarski prijemnik. Ometački signal stoga može biti mnogo manje snage od snage predajnika radara i da efikasno zamaskira cilj duž linije vida od ometača do radara. Ometaču je dodat efekat koji utiče na radar i uz druge linije „vida“, zbog sporednih snopova koje hvata radarski prijemnik.

Ometanje može uopšteno biti smanjeno sa sužavanjem bočnog zračenja na manji ugao, a nikada ne može biti potpuno ukinuto, kada se radar direktno suočava sa ometačem koji koristi istu učestanost i polarizaciju. Višelinijsko (bočno) ometanje može se prevazići sa smanjenjem primanja bočnih talasa, sa projektom antene radara i sa korišćenjem zračenja antene za otkrivanje i nepoštovanje nevažnih signala. Druge tehnike za povećanje otpornosti radara protiv ometanja koriste se i stohastičke promene učestanosti i polarizacije.

Pasivno ometanje je maskiranje svojih objekata (aviona, brodova) sa oblakom listića i traka staniola i vlakana staklene vune, koji se rasipaju u vazdušnom prostoru u zoni štićenih ciljeva. Često se to koristilo u Drugom svetskom ratu, a i danas u sofisticiranim sistemima automatski izbacivanih dipola u obliku raketica (patrona).

Ometanje je nedavno postao problem i za C-opseg (5,66 GHz), meteoroloških radara sa većim učestanostima od 5,4 GHz, WiFi-opseg.

Obrada radarskih signala

Merenje rastojanja

Tehnika merenja i ograničenja

Jedan od načina merenja udaljenosti nekog objekta može biti kada se emituje kratak impuls, i nakon toga izmeri potrebno vreme za povratak njegovog odbijenog signala od objekta. Udaljenost je jedna polovina ukupnog puta, koji je signal prešao, a dobija se kada se brzina svetlosti pomnoži sa polovinom vremena putovanja radarskog zraka (zbog toga što signal treba da dopre do objekta i da se vrati nazad do prijemnika). Brzina signala je brzina svetlosti, što čini kretanje u veoma kratkom vremenu. Zbog ovog razloga precizna merenja udaljenosti su bila komplikovana dok nije uvedena elektronika visokih mogućnosti. Iz tih razloga, starije generacije radara su bili ograničenih mogućnosti i preciznosti merenja, radili su u okviru greške od par procenata.

Ilustracija principa merenja daljine cilja.	Minimalno rastojanje za merenje.

$\ R={\frac {{\ c_{0}}\cdot \ t}{2}}$

Gde su:

• $\ R$ [m] = udaljenost od radara do mesta cilja
• $\ c_{0}\approx 3\cdot 10^{8}$ [m/s] = brzina svetlosti

$\left(c_{0}=299.792,458\right)\quad$ [km/s]

• $\ t$ [s] = vreme

U principu, prijemnik ne otkrije reflektovani zrak sve dok se ne vrati emitovani signal iz antene predajnika. Korišćenjem uređaja, koji se naziva duplekser (engl. duplexer), smenjuje se uključivanje i sprovođenje radarskih signala, emitovanja i povratka od refleksije, po unapred utvrđenom vremenskom redosledu. Određena razdaljina je jednaka polovini rezultata merenja dužine impulsa, pomnožena sa brzinom svetlosti.

Radari koji koriste istu antenu za emisiju i prijem radarskih talasa preko uređaja, koji se naziva duplekser, obično imaju smanjenu mogućnost za merenje malog rastojanja do cilja (Rmin). To proističe iz činjenice da je tada veliki prenos reflektovane snage prijemnika, a koji mora biti isključen tokom vremena emisije radara, produžava neophodno vreme za prelazni proces. Iz tih razloga je pri merenju male udaljenosti između antene i cilja (Rmin), je proces usložnjen. Zahteva se da emitujući puls mora potpuno napustiti antenu i tek tada radarski sistem može da pređe na prijem. Zato vreme emitovanja ($\tau$) mora biti što je moguće kraće, ako je cilj blizu, ali mu je minimalna vrednost tehnički limitirana. Vreme prebacivanja ($t_{prebaciv.}$) sa emisije na prijem, preko dupleksera, takođe je uticajni faktor u jednačini za minimalno rastojanje:

$\ R_{min}={\frac {\ c_{0}\cdot \left(\tau +t_{prebaciv.}\right)}{2}}$ [m]

Primer, ako radar u kontroli vazdušnog saobraćaja ima prenos impulsa u vremenu od 1 mikrosekundi i vreme za oporavak od duplekser 100 ns, onda je minimalna udaljenost merenja 165 m.

Slični uslovi su i za merenje maksimalne razdaljine. Sledeći impuls se ne šalje, dok se ne primi prethodni povratni od cilja, inače prijemnik ne bi mogao registrovati razliku. U cilju maksimiziranja daljine merenja, proba se nekoliko ponovljenih vrednosti razmaka vremena trajanja između dva susedna impulsa, ili recipročno, ponavljaju se učestanosti impulsa.

Ova dva uslova i zahteva za male i velike udaljenosti, međusobno su u suprotnosti, to nije lako međusobno pomiriti u jednom radaru. To je zato što je kratki impuls potreban za dobro merenje minimalne daljine, za što je potrebno manje ukupne energije, a reflektovani signal je slab, te je sa njim teže otkriti cilj. Zbog toga radari nisu univerzalni, svaki koristi poseban tip signala. Radari za velika rastojanja koriste duge impulse sa dugim vremenskim razmakom između njih a radari kratkog dometa koriste kraće impulse sa manjim vremenskim razmakom između njih. Ovaj obrazac dužine impulsa i razmaka između njih je poznat kao učestanost, jedna je od glavnih karakteristika svakog radara. Sa savremenom tehnologijom elektronike, taj problem je prevaziđen, mnogi radari sada mogu da promene svoju učestanost, a sa time i domet.

$\ R_{max}={\frac {\ c_{0}\cdot \left(PRT-P_{w}\right)}{2}}\quad \longmapsto \quad \ R_{max}\approx {\frac {\ c_{0}\cdot \left(PRT-P_{w}\right)}{6,66}}$ [km]

U prethodnoj jednačini je brzina svetlosti ($\ c_{0}$), period ponavljanja impulsa ($PRT$) i veličina impulsa ($P_{w}$). Ako emitovanje impulsa traje oko 1 µs i prođe vreme do uključivanja prijema više od 1.000 mikrosekundi, što je u ovom razmatranju zanemarljivo i može se slobodno ignorisati.

Domet, rezolucija i karakteristike primljenog signala u odnosu na buku u velikoj meri zavise od oblika impulsa. Zato se impuls često moduliše za postizanje boljih performansi, koristeći tehniku poznatu kao „kompresija impulsa“.

Daljinu je moguće izmeriti i kao funkciju vremena. U teoriji radara, podatak za jedinicu dužine je milja i vreme za koje je potrebno da radarski impuls putuje jednu nautičku milju je reperna vremenska jedinica za merenje trajanja odlaska i povratka signala od cilja. Nautička milja ima tačno 1.852 m, deljenjem ove razdaljine sa brzinom svetlosti, a zatim množenjem rezultata sa 2 (dva puta rastojanje), daje rezultat od oko 12,36 mikrosekundi.

Modulacija učestanosti

Drugi način za merenje udaljenosti je baziran na modulaciji učestanosti. Upoređivanje učestanosti između dva signala, mnogo je preciznije, čak i sa starijom elektronikom, nego pomoću merenja vremena trajanja emitovanja odlazećeg i pristizanja povratnog signala. Merenjem učestanosti povratnog signala i upoređivanjem sa originalom, može se lako uočiti razlika među njima.

Merenje udaljenosti cilja, baziran na modulaciji učestalosti povratnog u odnosu na signal emisije.

Ova tehnika se može koristiti kod sistema, kao što je radarski visinomer na avionima. U ovim sistemima „noseći“ radarski signal je modulirane učestanosti na predvidljiv način, tipično varirajući gore i dole sa sinusnim talasom na zvučnim učestanostima. Izvorni signal se šalje sa jedne antene, a prima se reflektovani na drugoj, koja je tipično locirana ispod aviona, pa se signali međusobno upoređuju. Pošto se učestanost signala stalno menja, za ukupno vreme njegovog putovanja od emisije do reflektovanog povratka, što znači da se povratnog prenosa značajno promeni na neku drugu vrednost. Intenzitet te promene je veći za duže vreme ukupnog trajanja putovanja radarskog signala, tako da veće razlike u učestanostima znače i veću udaljenost cilja. Intenzitet promene je stoga direktno povezana sa pređenim putem radarskog signala i može da se prikaže na instrumentu. Ova vrsta obrade signala je slična onoj koji se koristi u Doplerovom radaru za merenje brzine. Učestalost se generalno menja u linearnom modu, tako da postoje gornje i donje vrednosti i skok prikaza između promena u učestanosti, u vidu „zuba“. Ako se učestalost stalno menja sa vremenom, tada se učestanost eho signala značajno razlikuje od emisije.

Na slici desno je dijagram u linearnom obliku, gde je razlika Δf proporcionalna vrednosti odstupanja vremena putovanja Δt i veličini udaljenosti do cilja R. Kada se odraz primi, učestanost, oba signala se mogu uporedno analizirati. Na osnovu dobijenih apsolutnih vrednosti modulacije, može se sračunati udaljenost do cilja:

$\ R={\frac {{\ c_{0}}\cdot |\Delta t|}{2}}={\frac {{\ c_{0}}\cdot |\Delta f|}{2\cdot \left(df/dt\right)}}\quad$

$;\quad \iff \quad$

Gde su: $\ R$ [m] = udaljenost od radara do mesta cilja $\ c_{0}\approx 3\cdot 10^{8}$ [m/s] = brzina svetlosti $\Delta t$ [s] = izmerena razlika u vremenu $df/dt$ = promena učestanosti po jedinici vremena

Prednost ovoga sistema je u nižoj ceni, pošto može raditi na niskim učestanostima, koja se koristi i u komercijalnom domenu, kao što je televizija. U određenom periodu tehnološkog razvoja, sistemi sa visokom učestanosti, bili su daleko skuplji.

Zemaljski radari, ovog tipa, koriste male snage emitovanja, sa većim su opsegom učestalosti, što ih značajno prikriva od otkrivanja protivnika i omogućuje korisnu softversku nadogradnju. Veoma su pogodni za detekciju „uljeza“ sa malim transportnim sredstvima (čamci i slično) i u slučaju prikrivanja kroz prirodno rastinje.

Merenje brzine

Radarsko osvetljenje objekta i povratni, reflektovani, kontinualni talasi.

Klasična metoda određivanja brzine, sa merenjem pređenog puta za proteklo vreme i podelom tih vrednosti, zasniva se na definiciji, da je ista izvedena fizička veličina iz njih. Doplerov efekat je direktan metod merenja brzine, veoma precizan i brz, pri čemu radarski sistem ne zahteva memoriju. Princip se zasniva na promeni učestanosti usled relativnog kretanja radara i objekta (cilja), predmeta detekcije. Za ovaj princip neophodna je aplikacija uređaja „dopler radar“. Pored ovog principa postoje i drugi, sa drugim tipovima radara. Doplerovim efektom moguće je odrediti samo relativnu brzinu cilja duž linije vida od radara do njega. Ona je jedino i rezultujuća kada se poklapa linija vida i pravci kretanja objekta i radara. Svaka od normalnih komponenti brzine cilja na liniju vida ne može se odrediti korišćenjem samo Doplerovog efekta, ali može biti određena sa dopunskim praćenjem promene ugla azimuta i elevacije cilja, tokom vremena.

Merenjem brzine cilja, duž linije vida radar – cilj i promene ugaone brzine azimuta (kod letelice i elevacije) dovoljno je elemenata za određivanje rezultujuće brzine objekta. Kod takvih savremenih radarskih sistema ovu radnju sračunavanja brzine, na osnovu izmerenih potrebnih svih parametara, precizno izvršava računar.

Sa radarima, sa kontinualnim talasom, bez impulsa, moguće je meriti rezultujuću brzinu cilja, sa slanjem čistog signala
poznate učestanosti. Ovaj tip radara i princip merenja brzine, koristi se u kontroli drumskog saobraćaja.

Obrada signala Doplerovog impulsa

Opseg duž osa predstavlja pojedinačne uzorke uzete između svakog predajnog impulsa. Opseg duž osa predstavlja svaki sledeći predajni impuls, tokom kojeg se uzima uzorak. Proces pretvara vremenski domen uzoraka u frekventni. Ovo se ponekad naziva „krevet“ (nosač) za eksere.

Raspodela rastojanja predstavlja pojedinačne delove dužine, pređene između svakog prenosa impulsa. Raspodela impulsa predstavlja svaki sledeći, u toku kojeg su uzeti uzorci rastojanja. Brza Furijeova transformacija je konvertovanje vremenskog domena uzoraka u spektar domen učestanosti.

Obrada signala Doplerovog impulsa uključuje filtriranje učestanosti, u otkrivanju procesa. Prostor između svakog prenosa impulsa je podeljen na opseg ćelija. Svaka ćelija se nezavisno filtrira, slično kao proces koji koristi analizator spektra da proizvodi i prikazuje različite učestanosti. Svaka drugačija udaljenost daje i drugačiji spektar. Ovi spektri se koriste za obavljanje procesa detekcije. To je potrebno da bi se postigle prihvatljive performanse u neprijateljskom okruženju koje uključuju vremenski uslovi, teren i elektronsko ometanje.

Obrada signala Doplerovog impulsa ima dve namene. Osnovna namena je merenje amplitude i učestanosti svih reflektovanih signala sa različitih udaljenosti.

Ovo koristi meteorološki radar za merenje radijalnih brzina vetra i procentualne padavine u jedinici zapremine vazduha. Povezano je sa računarskim sistemom, koji generiše elektronsku meteorološku mapu, u realnom vremenu. Meteorološki radar koristi male učestanosti. Za njega zahtevi nisu strogi, kao za vojne sisteme, pošto pojedini signali obično ne moraju da budu razdvojeni. Manje je sofisticirano filtriranje zahteva od radara za kontrolu leta.

Druga namena je obezbeđenje potrebne sposobnosti za poboljšanje performansi za vojne potrebe, za borbu u vazduhu iznad i ispod horizonta (pogled gore / pogled dole). Takođe se koristi i na zemlji za kontrolu saobraćaja. Obrada signala Doplerovog impulsa povećava maksimalni domet, koristeći manje zračenje u okruženju aviona, pilota, broda, posade, pešadije, i artiljerije. Refleksija terena, vode, i meteorološke padavine prave jače signale nego što reflektuju avioni i rakete. Brzo kretanje cilja (letelica) omogućava radarsko prikrivanje i sa dopunskim korišćenjem raznih tehničkih mera i upotrebom „stelt“ tehnologije, povećava se šansa za preživljavanje i pobedu u borbi. Obrada signala Doplerovog impulsa sadrži više sofisticiranih elektronskih principa filtriranja za bezbedno eliminisanje ove vrste slabosti. Ovo zahteva korišćenje srednje učestanosti za obnavljanje impulsa sa uređajem koji ima velike dinamičke mogućnosti. Vojne aplikacije zahtevaju srednje učestanosti za obnavljanje impulsa koji sprečava lako otkrivanje, a opseg rezolucije za identifikuju i pravi izbor svih reflektovanih signala. Radijalno kretanje je obično povezano sa Doplerovim impulsom za proizvodnju signala za zaključavanje, koje ne može biti signal ometača radara. Obrada signala Doplerovog impulsa takođe se koristi i za proizvodnju zvučnih signala za upozorenje na identifikovanu opasnost.

Određivanje položaja cilja

Azimut

Glavni članak: Azimut

Azimut je pravac, definisan uglom u horizontalnoj ravni, u sfernom koordinatnom sistemu.

Radarom se određuje bočni i vertikalni ugao položaja cilja, kroz razmenu poslatih i primljenih podataka, sa prenosom energije zračenja preko antene. Za ovo fokusiranje na ove podatke, koristi se usmerena antena. Ona je sa visokom koncentracijom zračenja. Ugao merenja je moguće zato što antena ima tačno podatak pravca za tačku iz kojeg dobija eho signala. Ovi uglovi se mogu meriti u horizontalnoj i vertikalnoj ravni. Tačnost merenja usmerenosti antene, povećava se sa povećanjem njene geometrije.

Pri ovom merenju radari rade sa veoma visokim učestanostima. Razlozi su:

• linearno kvazi-optičko prostiranje ovih talasa,
• visoke rezolucije (manje talasne dužine, manji detalji se mogu uočavati) i
• veće učestanosti, ne isključuju manje sa istom antenom, te je dobitak kod antene.

Radarska antena rotira horizontalno, da se proširi područje nadgledanja sa radarom. Ovaj pun ugao rotacije, može da se podeli na vrednosti od 0 do 360°. Referentni smer je geografski sever, odakle se meri ugao od 0° pa do 360°. Povećanje strane prirasta veličine ugla je u smeru kazaljke na satu (smer rotacije i antene). Ugao azimuta je u smeru kazaljke na satu u odnosu na pravac kretanja cilja. Cilj može biti brod ili vazduhoplov, što su najčešći primeri prezentacije.

Za precizno određivanje ugla azimuta mora se odrediti reper, pravac severa. Stariji radari su morali određivati taj pravac sa magnetnim uređajem. Moderniji radari rešavaju ovaj problem sa satelitskom vezom, sa sistemom GPS.

Definicija ugla azimuta.	Raspodela amplitude povratnog signala pokazuje najveću vrednost u centru antene.

Elevacija

Glavni članak: Elevacija

Ugao elevacije se obično obeležava sa grčkim slovom ε (epsilon). Predstavlja ugao između horizontalne ravni i prave linije, koja spaja antenu sa ciljem, merenim u vertikalnoj ravni. Ta vertikalna ravan se seče sa horizontalnom u pravoj liniji, koja predstavlja krak završetka ugla azimuta. Referentni smer ugla elevacije, je horizontalna ravan (ε = 0°), raste sa širenjem krakova iznad horizontalne ravni. Kraci ugla elevacije se seku u tački koja se poklapa sa antenom radara. Prema tome, vrednost ugla elevacije iznad horizontalne ravni je pozitivna, a ispod negativna (vidi sliku desno).

Ugao elevacije se meri sa zračenjem antene sa uskim zracima, koja se vertikalno rotira (skenira), mehanički ili elektronski. Iz trenutnog položaja antene uzimaju se podaci za ugao elevacije. Kod tehnološki starijih radara, ove podatke je preuzimala posebna radarska oprema, koja se zove radio visinomer i računata je visina leta od izmerenog ugla elevacije i udaljenosti antene do cilja.

Danas, savremeni trodimenzionalni vazduhoplovni radari, sve te podatke automatski snimaju, obrađuju i prikazuju. U vazdušnom saobraćaju je kontrola sa dvodimenzionalnim radarom, u horizontalnoj ravni, a po visini sa sekundarnim radarom.

Definicija ugla elevacije.

Proračun visine cilja

Određivanje visine leta, elevacijom.

Za određivanje visine letelice (tipičnog cilja za radar) osnova je trougao prikazan na slici:

$\ H=R\cdot \sin {\epsilon }$

Na osnovu realnog položaja cilja, u vazdušnom prostoru, u odnosu na površinu zemlje, mora visina da se koriguje zbog različite gustine vazdušnih slojeva u atmosferi. Kroz njih se elektromagnetni talasi različito prelamaju, a i zakrivljenost površine Zemlje je razlog za korekciju. Proračun visine cilja ne može se svesti samo na trigonometrijsku funkciju, na osnovu karakterističnog trougla, već egzaktnije se moraju uzeti u obzir i navedeni uticaji. Oba navedena faktora učestvuju u proračunu parametara visine, pri korišćenju radarskih sistema. Egzaktnije se može obračunati uticaj zakrivljenosti Zemlje:

Uticaj zakrivljenosti Zemlje.

$\ H=R\cdot \sin {\epsilon }+{\frac {R^{2}}{2\cdot r_{e}}}$

$;\quad \iff \quad$

Gde su: $\ H$ = visina cilja od zemlje $\ R$ = najkraća udaljenost do cilja $\ \epsilon$ = ugao elevacije $\ r_{e}$ = radijus Zemlje (oko 6.370 km)

Na slici desno, vidi se geometrijska zavisnost. Trougao između tačaka: u centru Zemlje, lokacije radara i položaja aviona u vazdušnom prostoru. Na osnovu trigonometrijske funkcije dotičnih trouglova, slede jednačine:

$\ R^{2}={r_{e}}^{2}+\left(r_{e}+H\right)^{2}-2r_{e}\left(r_{e}+H\right)\cdot \cos \alpha$

Pod pretpostavkom da je Zemlja sfera može se izvesti iz ugla α deo njenog obima. To se jednostavno izračunava sa odnosom podataka za ceo obim Zemlje.

$\ 360^{0}\cdot R_{topogr}=\alpha \cdot 2\pi \cdot r_{e}$

Ovaj način određivanja dela obima Zemlje može biti korišćen kao aproksimacija (u ovom slučaju, međutim, i dalje nije uključen uticaj prelamanja) i smatra se da odražava topografsku udaljenost.

U praksi je prostiranje elektromagnetnih talasa pod uticajem refrakcije, to jest prenos radarskog snopa nije podudaran stranicama trougla. Njegove stranice su zakrivljene zbog uticaja:

• učestalosti,
• atmosferskog pritiska,
• temperature i
• vlažnosti vazduha.

Za približno izračunavanje iznosa, uzimajući u obzir refrakciju, često se u praksi koristi kao ekvivalent radijusa Zemlje vrednost 4/3 · r_e ≈ 8.500 km. Dodatni korektivni faktor može da bude unet naknadno u računar.

Kao ilustracija, za radar sa oznakom PRW-16, koristi se formula za izračunavanje visine uočenog cilja:

Delove ove formule predstavljaju:

$\color {Sepia}1.$ Vrednost bez uticaja zakrivljenosti Zemlje.

$\color {OrangeRed}2.$ Uticaj zakrivljenosti Zemlje na visinu cilja, za ekvivalent njenog radijusa od 8.500 km.

$\color {OliveGreen}3.$ Uticaj refrakcije u atmosferi

$\color {ProcessBlue}4.$ Nivo buke, kao mere temperaturnog koeficijenta.

Smanjenje efekta interferencije

Sa obradom signala u radarskim sistemima, smanjuje se efekat ometanja radara. Obrada signala tehnički uključuje indikaciju pokretne mete, obradu signala Doplerovog impulsa, računski obrađenu detektovanu pokretnu metu, povezanost sa sporednim radarom za nadgledanje ciljeva u prostoru, prostor-vreme za adaptaciju obrade i praćenja cilja pre detektovanja. Ponavljana konstanta za lažni alarm i digitalni model terena obrađuje se i koristi u okviru gužve okruženja.

Postoji nekoliko tehnika da bi se smanjio efekat interferencije između signala radara, drugih izvora i ometača. Generalno, ove tehnike mogu biti kategorizovane kao tehnička raznolikost prostora, učestalosti, vremena i faze, shvatajući da je spektar generalno samo u frekventnom domenu. U principu, prilikom deljenja u ovom domenu, druge različitosti tehnike mogu da pomognu da se ublaže smetnje, sa razmenom podataka, jer različitost obuhvata sve četiri dimenzije.

Podsistemi radara

Kompletan radarski sistem.

Radar sačinjavaju komponente:

• Antena, preko koje se emituju generisani i primaju reflektovani (povratni) signali.
• Predajnik generiše radarske signale u magnetronu, a oblikuje ih u modulatoru.
• Talasovod povezuje predajnik i antenu.
• Duplekser služi za prebacivanje veze između antene i predajnika i istovremeno antene i prijemnika.
• Prijemnik prima prepoznati oblik željenog signala (impulsa). Optimalan prijemnik može biti projektovan sa korišćenjem uparenih filtera.
• Elektronsko računarski deo, softverski i upravljački podržava sve uređaje i kontroliše antenu u skeniranju prostora.
• Periferici i veze prema krajnjim korisnicima.

Antena

Glavni članak: Antena

Radio-signali, emitovani iz izvora, bez usmerenja se šire u svima pravcima ravnomerno, a antenskim „ogledalom“, usmereno se prostiru u snopu prema cilju. Povratne, reflektovane signale, prema anteni, prijemnik registruje u užem snopu, u istom pravcu i suprotnom smeru cilj – antena. Na ovaj način radar lako određuje pravac, u kome se nalazi cilj. Usmeravanjem snopa zračenja, postiže se racionalnost, gde je veliki deo generisane energije usmeren prema cilju, bez rasipanja u svim pravcima, kao kod neusmerenog zračenja. Ipak, ne može se idealno sva energija usmeriti u osnovni snop zračenja.

Antenski obrazac u polarnim koordinatama.

Isti antenski obrazac u kvadratnim koordinatama.

Antena usmerava radarski snop kroz samo jedan uzak otvor (prozor) u sferi.

Nezavisno od upotrebe da li je antena za emitovanje ili prijem, bitna joj je karakteristika efikasnosti usmerenja u osnovni snop. Neke antene su veoma usmerene, odnosno, više energije se prenose u željenom pravcu nego u neželjenom. Odnos između količine energije usmeren u željenom pravcu u odnosu na usmerenu energiju u neželjenom pravcu je dobitak (efikasnost). Ista je efikasnost (dobitak) antene u otpremnoj i prijemnoj ulozi, ako je zajedničke namene. Energija zračenja iz antene formira polje, po određenom obrascu zračenja. Intenzitet ove energije se meri na različitim uglovima na konstantnoj udaljenosti od antene. Oblik ovog obrasca zavisi od tipa i konstrukcije antene, koja se koristi.

Za grafički prikaz ovog obrasca, koriste se dva različita tipa grafikona, u polarnim i pravougaonim koordinatama. Grafikon u polarnim koordinatama je veoma pogodan za proučavanje obrasca zračenja. U polarnom koordinatnom sistemu, vrednosti se nalaze na koncentričnim krugovima, različitog radijusa, u odnosu na rotirajuću osu (prikazano na prvoj slici desno).

Glavni „režanj“ je region oko pravca maksimalnog zračenja (obično region koji je -3 dB pri vrhu glavnog snopa). Na datoj slici je glavni snop usmeren prema severu.

Bočni „režnjevima“ (snopovi) su manji, koji su odmaknuti od glavnog snopa. Ovim neželjenim „režnjevima“ je obično zračenje u neželjenim pravcima i oni nikada ne mogu biti potpuno eliminisani. Nivo bočnih „režnjeva“ (ili odnos bočnih režnjeva) je važan parametar, koristi se za karakterizaciju obrasca zračenja. To je maksimalna vrednost tih sporednih snopova, udaljenih od glavnog, a izražava se u decibelima. Jedan neželjeni „režanj“ je zadnji, on je deo obrasca zračenja koji se prostire suprotno (unazad) od glavnog snopa.

Drugi grafikon desno, pokazuje obrazac zračenja u normalnim koordinatama, za isti izvor. Nastao je preslikavanjem polarnog, tako što su vrednosti sa radijusa koncentričnih krugova prenete na ordinatu (vertikalna osa), u parovima, levo i desno u odnosu na osnovni „režanj“, a ugaoni pomak između radijusa je nanet na apscisnu osu (horizontalna). Merne skale u grafikonima mogu biti linearne ili logaritamske. Za analizu obrasca zračenja antena, koristi se kao pojednostavljen grafikon.

Jedna od najznačajnijih karakteristika obrasca zračenja antene je ugaoni opseg (širina glavnog snopa), u kojem se nalazi najmanje polovina od maksimalne snage. Ugaoni opseg je segment velikog „režnja“, ograničen stranicama jačine od oko -3 dB, u predelu maksimalne jačine polja. Ugaoni opseg, u grafikonu polarnog sistema, je ugaoni segment između dva radijusa intenziteta -3 dB, a u normalnom koordinatnom sistemu je polje između dve koordinate iste takve vrednosti, u okviru glavnog snopa. Ugaoni opseg je snop širine, sa oznakom Θ (ili ugao φ). Širina snopa Θ je tačno ugao između 2 crvene linije, u slikama desno.

Efektivan antenski otvor je Ae, to je površna preseka usmerenog snopa, svih sfernih površina kroz koji prolazi (vidi sliku desno). Kroz te „prozore“ (otvore) se emituje ili prima radarski signal. To je ključni parametar, koji karakteriše rad antene. Efikasnost te oblasti se definiše sledećim odnosom (korišćen je i u poglavlju „Matematička definicija parametara radara“):

$\ G={\frac {4\pi \cdot A_{e}}{\lambda ^{2}}}\iff \ A_{e}=\ K_{a}\cdot A$

$;\quad \iff \quad$

Gde su: $\ \lambda =$ talasna dužina $\ A_{e}=$ efektivni antenski otvor $\ A=$ stvarna površina antene $\ K_{a}=$ efikasnost antenskog otvora

Efikasnost antenskog otvora zavisi od raspodele zračenja kroz njega. Ako je raspodela linearna onda je Ka = 1. Ova visoka efikasnost je praćena relativno visokim nivoom sporednih snopova (režnjeva), dobijenih linearnom raspodelom zračenja. Dakle, antene sa više praktičnih nivoa sporednih snopova ima antenski otvor manje efikasnosti od jedan (Ae < A).

Antena je jedan od najugroženijih delova radara:

• Koristi elektromagnetnu energiju radarske (radio) učestanosti predajnika i raspoređuje tu snagu u određenom pravcu i smeru.
• Usmerava uzan snop talasa po pravcu i smeru, sa dovoljnom tačnošću i rezolucijom, što je osnova za merenje visoke tačnosti.

Antena osmatračkog radara.

• Brzo ažurira primljene povratne podatke od cilja. Zato u slučaju mehaničkog skeniranja, ugaone brzine mehaničkog zakretanja antene moraju biti dovoljno velike. Ovaj zahtev je teško mehanički ispuniti, za uslove postizanja velike pouzdanosti da ne dođe do češćih kvarova. Pogotovo, što za veće opsege učestanosti antena ima veće dimenzije i masu, odnosno moment inercije pa i veća kinetička opterećenja.

Antena je projektovana za izvršavanje ovih zadataka u svim vremenskim uslovima. Zbog toga se često koriste zaštitne konstrukcije, sa kojima se obezbeđuju razumni, stabilni i uslovi njene zaštite.

Konstrukcija i koncepcija antena ima direktan uticaj na performanse radara.

S obzirom na zahteve, najčešća su dva osnovna tipa radarskih antena u upotrebi:

• satelitske (parabolični reflektor) i
• antene sa faznom rešetkom.

Parabolični reflektor

Reflektor odbija sve zrake paralelno sa svojom osom.

Obrazac zračenja realne satelitske antene, u polarnim koordinatama, sa logaritamskom skalom.

Moderniji sistemi koriste antenu sličnu tanjiru, sa izvodnicama parabole. Služi za usmeravanje snopa emitovanog talasa, obično, ujedno i za prijem reflektovanog snopa. Često ista antena kombinuje obe funkcije, sa dve vrednosti radarske učestanosti, kako bi se omogućilo automatsko upravljanje i zaštita radara.

Parabolični reflektori mogu biti sa simetričnim ili sa deformisanim izvodnicama:

• Simetrične parabolične antene proizvode uski snop talasa, u obliku „olovke“ u obe koordinatne ose „X“ i „Y“ i samim tim imaju veći učinak. Savremeni impulsno-doplerski meteorološki radar koristi simetričnu antenu, da bi efikasno izvršio detaljno zapreminsko skeniranje atmosfere.
• Deformisane parabolične antene proizvode uski snop u jednoj dimenziji i relativno širok snop u drugoj. Ova funkcija je korisna ako se cilj otkriva preko širokog opsega uglova i ako je to važnije od lokacije cilja u tri dimenzije. Radari za dvodimenzionalni nazor najviše koriste ovakve antene sa uskim snopom po azimutu i sa širokim po elevaciji. Ova konfiguracija omogućava snop radara operateru da otkrije aviona na posebnom azimutu ali na velikom rasponu visina. Nasuprot tome, posebni radari koriste antenu sa uskim vertikalnim snopom i sa širokim po azimutu, za otkrivanje aviona na određenim visinama, ali sa malom preciznošću po azimutu .

Satelitske antene, najčešće se koriste u radarskoj tehnologiji i to po obliku simetrične parabolične. Konstruktivno su okrugli reflektori, deo paraboloida, obično je od metala, često je samo mreža u metalnom kružnom okviru. Otvori u mreži moraju biti manji od λ/10. Ovaj reflektor predstavlja ogledalo za elektromagnetne talase.

U skladu sa zakonima optike i geometrije, ovaj reflektor odbija sve zrake paralelno sa svojom osom i oni tako napuštaju njegovu unutrašnju površinu. Reflektor odbija ove zrake sa faznim pomakom od 180°, ispred sebe u ravanski talas formiran od paralelnih zraka. Tako da zraci pristižu do određenog aviona (ili drugih objekata), vertikalno na njegovu siluetu. Grafički desno je prikazano usmeravanje za idealnim oblikom okruglog reflektora (antene) radara. Ovaj emituje vrlo uzak snop, kao „olovka“. Ako reflektor ima deformisan eliptičan oblik, onda proizvodi i odgovarajući oblik snopa.

Satelitska antena ima uglavnom rotaciono simetričan obrazac zračenja visoke efikasnosti, visokih karakteristika emitovanja i prijema reflektovanih talasa, sa relativno malim je bočnim „režnjevima“.

Efikasnost parabolične antene G_tanjir, može se pouzdano odrediti sa korišćenjem aproksimacije:

Obrazac zračenje parabolične antene.

$\ G_{tanjir}\approx {\frac {160^{2}}{\theta _{Az}\cdot \theta _{El}}}$

Gde je:

• $\ \theta _{Az}$ = polovina ugla snopa u horizontalnoj ravni (azimuta)
• $\ \theta _{El}$ = polovina ugla snopa u vertikalnoj ravni (elevacije)

Oblici skeniranja

• Primarno skeniranje je tehnika u kojoj se glavni snop zračenja pomera u cilju prekrivanja određenog ugaonog prostora. to može biti kružno i ugaono sektorsko skeniranje.
• Sekundarno skeniranje je tehnika gde se antena „hrani“ (napaja) sa pomerenim proizvedenim snopom zraka za skeniranje, primeri uključuju konusna skeniranja, skeniranje jednosmernih sektora, prebacivanje „režnja“.
• „Palmer skeniranje“ je tehnika koja se realizuje sa skeniranjem zraka pomeranjem glavne antene (tela) i sa napajanjem. „Palmer skeniranje“ je kombinacija osnovnog i sekundarnog skeniranja.

Antena sa prorezima

Glavni članak: Antena sa prorezima

Segment antene sa prorezima za 2,4 GHz.

Antena sa prorezima nema reflektor, ali projekat joj je kompaktan i efikasan. Elektronski je podesiva tako što emituje elektromagnetnu energiju direktno kroz otvore, nizom prekidača dioda. Sistem proreza na segmentima usmeravaju elektromagnetne talase, slično kao parabolični reflektori. Polarizacija antene sa prorezima je linearna. Prorezi sa svojom veličinom, oblikom i dubinom, konstruktivno su različiti i od uticaja su na podešavanje performansi antene.

Ovaj tip antena je posebno pogodan za nadgledanje, skeniranje horizontalne površine (po azimutu, gde vertikalni zahtevi po elevaciji mogu da ostanu konstantni. Ima prednosti u odnosu na parabolične, u nižoj ceni i bezopasnom izlaganju vetru, zbog čega je pogodna za primenu na brodu, zone aerodroma i nadzor luka. Koristi se kao antena za radare u mikrotalasnoj aplikaciji.

Za poređenje sa paraboličnim tipom antene emitujući rog, na kraju segmenta, usmerava konusni snop izlazne energije prema prorezu, a iz njega je usmeren u uski snop.

Reflektovana energija od cilja sledi obrnuti put i usmerena je kroz proreze na prijemnik.

Prorezi moraju biti izrađeni sa velikom preciznošću, pošto određuju radnu talasnu dužinu. Za jedan santimetar talasne dužine, reflektor utiče sa odstupanjem u tačnosti izrade proreza sa jednim ili dva milimetra. Prorezi na anteni su zaštićeni sa mikrotalasnim propustljivim (providnim) materijalom, što ih vizuelno prikriva.

Sinteza relativnog položaja otvora na anteni i rezultata podataka o položaju pokretnog cilja, posle procesiranja, gledano iz jednog istog izvora koji se kreće sa poznatom brzinom, ima široku primenu u vazduhoplovnim radarskim sistemima na avionima. Sa snimljenim podacima o relativnom kretanju između antene i cilja u prostoru, obezbeđuje se promena posebnih dugoročnih koherentnih signala, koji daju finiju rezoluciju slike podataka (sintetički otvori radara; engl. Synthetic aperture radar). Ovaj princip je primenjen kod radara bespilotne letelice MQ-1 Predator.

Antena s faznim nizom

Glavni članak: Fazirana antenska rešetka

Savremeni radar na bazi antena s faznim nizom. Radar za rano otkrivanje balističkog raketnog napada, Aljaska, SAD .

Drugi navedeni metod upravljanja sa procesom skeniranja, ostvaruje se antenom s faznim nizom. To je antena sa više sličnih nizova elemenata rešetke, u jednoj ploči - faziranoj antenskoj rešetki. Za kontrolu većeg prostora, koristi se više takvih sličnih elemenata, raspoređenih na odgovarajući način. Radari, antenom s faznim nizom, ne zahtevaju mehaničko pomeranje, za ugaono zakretanje zraka po azimutu i elevaciji (skenira). Faza signala je pomerena, za svaki elemenat niza rešetke antene, pojedinačno za ugao od Δφ, tako da je snop pojačan i usmeren u željenom pravcu, a poništen u svima drugim. U slučaju da nema međusobnog faznog pomaka napajanja elemenata nizova rešetke, radarski snop je usmeren normalno u odnosu na ploču antene (vidi sliku dole). Naizmeničnim uključivanjem napajanja, bez i sa faznim pomakom, dobija se ugaono pomeranje radarskog snopa. Ovako se zrak može ugaono pomerati (skenira) sa ugaonom brzinom i na hiljade stepeni u sekundi, što je dovoljno brzo da „radarsko osvetljenje“ prati mnoge pojedinačne ciljeve i pri tome periodično vrši široku pretragu prostora. Antenska ploča može da se podeli na dva i više segmenata sa međusobnim faznim pomeranjem napajanja. Ako se ti elementi međusobno sinhronizuju u rednom nizu fazno pomerenog napajanja, ostvaruje se ukupni veći ugao kretanja snopa, odnosno ugaonog prostora radarskog pretraživanja. Međutim, uskim snopom se ne može efikasno upravljati sa uglom pretraživanja izvan određene granice, u odnosu na ravan niza, samo jedne ploče. Teorijski je to ograničenje do 120°. Za potpunu pokrivenost prostora od 360°, potrebno je više takvih ploča antena, adekvatno raspoređenih u prostoru. Sasvim je dovoljno postaviti tri ploče, po jednu na svaku stranicu trouglaste piramide (vidi sliku). Na ovaj način se postiže, elektronskim skeniranjem, kružno kretanje usmerenog zraka, sličnim efektom kao mehaničko obrtanje antene za 360°. Antena s faznim nizom ima veliku prednost, pošto nema mehaničkog kretanja, inercije, pogona, pa ni izvora kvarova. Ove ploče mogu biti daleko veće površine, pa su i takve antene veće efikasnosti.

Blok šema modula predajnik / prijemnik, antene sa elektronskim skeniranjem.	Prikaz funkcije emisije radara sa faziranom antenskom rešetkom.

Avionska radarska antena s faznim nizom (elektronskim skeniranjem).

Antena s faznim nizom, korišćena je od najranijih godina upotrebe radarskih sistema, još u Drugom svetskom ratu, ali ograničenja tadašnjeg nivoa elektronike uslovljavala su malu tačnost. Prvobitno su se koristile u sistemima za raketnu odbranu. Sada su „srce“ brodskog borbenog sistema „Egis“, kao i raketnog sistema MIM-104 Patriot, i sve više se koriste i u drugim oblastima zbog odsustva pokretnih delova, što ih čini pouzdanim. Konstruktivno dozvoljavaju mnogo veću efektivnu površinu ploče antene, što je korisno kod borbenih aviona sa ograničenim prostorom u nosnom delu trupa, koji je u starijoj tehnologiji mehaničkog skeniranja konstruktivno uslovljavao još manju efektivnu površinu, zbog obaveznog slobodnog prostora za ugaono kretanje.

Stalnim padom cene elektronike i zbog velikih prednosti, radari, koji su opremljeni antenom s faznim nizom, postali su sve češći u operativnoj upotrebi. Skoro svi moderni vojni radarski sistemi su zasnovani na antenama s faznim nizom, gde se mali dodatni trošak u početnoj investiciji brzo nadoknadi sa povećanom pouzdanošću i manjim troškovima održavanja sistema bez pokretnih delova. Tradicionalna konstrukcija sa mehaničkim pomeranjem antene, u funkciji skeniranja, još uvek je u širokoj upotrebi, prvenstveno u nadzoru vazdušnog saobraćaja, kod meteoroloških radara i u sličnim sistemima, gde je odlučujući faktor manja početna investicija.

Ilustracija promene ugla emitovanih zraka, slučaj normalno na faziranu antensku rešetku, mogućnosti promene ugla i animacija skeniranja. Prikaz emisije i prijema signala, sa faziranom antenskom rešetkom.

Radari, koji imaju antenu s faznim nizom, pogodni su za upotrebu na borbenim avionima, pošto imaju veći domet, a istovremeno mogu da prate više ciljeva. Prvi avion sa radarom, koji je imao antenu s faznim nizom, bio je B-1B Lenser. Prvi serijski lovački avion sa radarom, koji imaju antenu s faznim nizom, jeste MiG-31. MiG-31M, sa radarom Zaslon, antenom sa faznim nizom, smatra se najmoćnijim lovcem na svetu.

Predajnik

Opšti tip magnetrona.

Predajnik radara proizvodi kratke impulse, velike učestalosti i snage. Radarski predajnik obavezno ispunjava karakteristike:

• Potrebnu energiju elektromagnetnih talasa, za zahtevane performanse impulsa.
• Odgovarajući propusni opseg HF (visoke učestalosti).
• Proizvedenu snagu HF, sa dovoljnom stabilnošću učestalosti, kako bi se omogućila dalja obrada signala.
• Lako modulisanje oblika impulsa, prema zahtevima.
• Efikasan, pouzdan, lagan, veliki životni vek i male troškove.

Jezgro predajnika radara je pojačalo, a postoje različite mogućnosti proizvodnje elektromagnetne energije:

• Princip samo-oscilovanja oscilatora, kao što je magnetron, koji je napajan sa impulsima visokog napona. Modulator obezbeđuje ove impulse visokog napona za napajanje predajnika.
• Drugi sistem je generator talasa impulsa, koji se generišu i prenose sa malom snagom, a potom se dovode u pojačalo gde se obezbedi potrebna energija. U većini slučajeva, radari sa antenama s faznim nizom koriste ovaj princip.

Magnetron

Glavni članak: Magnetron

Crtež preseka magnetrona.

Magnetron je razvijen 1921. godine, kao moćna mikrotalasna elektronska cev predajnika. Početkom Drugog svetskog rata je usavršen, a predstavljen je javnosti, 1940. godine.

Funkcija magnetrona, zasniva se na brzini modulacije elektrona u odvojenom prolaznom prostoru. Magnetronu su stoga dodate prolazne cevi, sa kontrolom vremenskog trajanja. On je samo-pobuđujući oscilator, koji radi na drugačiji način od elektronskih cevi sa linearnim snopom, kao što su TV, ili cevi pojačivača. Jako elektromagnetno polje, usmereno je pod pravim uglom na svaki segment magnetrona (u obliku krsta), namenjeno je da proizvede veliku snagu radara. Magnetron, kod starijih izdanja, zvao se „oscilator sa protočnim poljem“.

Magnetron je zapravo dioda, jer ne koristi mreže za kontrolu. Sastoji se od masivnog bloka od bakra, koji je povezan kao anoda. U centru bloka (anode) je otvor za dovod napajanja grejača, u centru cilindrične katode, indirektno grejani oksid emituje visoku elektromagnetnu energiju. Dovod mora biti dovoljno veliki i stabilan da bi grejač bio u katodi u stalnom položaju. U bloku (anodi) uklopljene su 8 do 20 komora, koje su rezonantne šupljine i deluju kao koherentni izvori za kašnjenje (fazno pomeranje). Ovi rezonatori imaju uske proreze,
sa kojima se povezuje prostor između anode i katode.

Gustina modulisanog protoka rotirajuće emisije elektrona.	Interakcija između duplje i rotirajuće emisije elektrona.	Putanja jednog elektrona.

Modulator

Poslati signali niske učestalosti (prvi gore) mogu se napraviti sa modulacijom od radio-talasa AM ili FM.

Modulator služi da odredi tačan trenutak protoka visokog napona kroz cev, za stvaranje uslova za generisanje kratkog impulsa, velike snage predajnika radara. Za generisanje RF kratkog impulsa postoje dve koncepcije konstrukcije radarskog modulatora:

• Visokonaponski prekidač, za nekoherentni unos oscilirajuće snage. Ovaj modulator, sastoji se od generatora impulsa visokog napona, i visokonaponskog prekidača. Sa njima se stvaraju kratki impulsi snage, sa kojima se napajaju komore magnetrona, poseban tip vakuum cevi, koje konvertuju DC (obično pulsirajuća) u mikrotalase. Ova tehnologija je poznata kao pulsirajuća snaga. Na ovaj način, prenosi se puls od RF zračenja, svodeći ga na željenu definiciju, i obično sa vrlo kratkim trajanjem.
• Hibridno mešanje talasnog oblika napajanja generatora i pobuđivača, za kompleksan, ali koherentan oblik talasa. Ovaj talasni oblik može biti generisan od strane male snage / niskog napona ulaznog signala. U ovom slučaju radarski predajnik mora da poseduje pojačavač snage. Na ovaj način, prenosni impuls je unutar modulisani impuls i radarski prijemnik mora uglavnom da koristi tehniku „kompresije impulsa“.

Uređaj koji vrši modulaciju signala za emitovanje je modulator, a uređaj koji obavlja inverznu operaciju modulacije primljenog signala, poznat je kao demodulator (detektor).

Radarski prikaz na ekranu.

Prikaz na ekranu

Tokom upotrebe radara razvijao se i njegov prikazivač (engl. Plan Position Indicator, skraćeno PPI).

Na slici je prikazana klasična varijanta, sistem panoramskog prikazivanja na ekranu, iz perioda osamdesetih godina prošlog veka. Ovaj koncept se još uvek koristi kod mnogih radara i omogućava prikaz informacija u obliku mape. Kod stacionarnih radarskih uređaja, severna strana mape je definisana kao gornja strana na ekranu prikazivača.

Na brodovima ili vazduhoplovima, u ovom predstavljanju, moguće je samo preko dopunskih navigacijskih uređaja prikazati apsolutnu orijentaciju prema severu. Nedostaje prikaz pravca kretanja broda ili vazduhoplova, odnosno relativna orijentacija ekrana.

Međutim, on je dobra osnova kao rešenje sa svojom mapom, za prezentaciju radarskih signala za velike savremene računarske ekrane.

Opseg učestanosti

Tradicionalni nazivi opsega učestalosti, nastali su kao šifrovane oznake u Drugom svetskom ratu i još uvek se tako koriste u vojskama i avijaciji širom sveta. Ovi nazivi su prihvaćeni u Sjedinjenim Državama od strane IEEE organizacije i u međunarodnoj upotrebi od ITU organizacije. Većina zemalja je dodatno regulisala ovo pitanje i razgraničila delove opsega za vojnu i civilnu upotrebu. Ostali korisnici radio spektra, kao što su difuzna industrija i industrija za elektronska ometanja (engl. Electronic Countermeasures — ECM), zamenile su tradicionalne vojne oznake sa svojim vlastitim sistemima.

Opseg radarskih učestanosti
Naziv opsega	Učestalost	Talasna dužina	Napomene
HF	3–30 MHz	10–100 m	Pomorski radarski sistemi, „visoke učestalosti“.
P	< 300 MHz	1 m+	„P“ za starije, primenjivali su se retrospektivno za sisteme starijih radara.
VHF	30–300 MHz	1–10 m	Veoma dugačak opseg, za prodiranje u zemlju; „vrlo visoke učestalosti“.
UHF	300–1000 MHz	0.3–1 m	Veoma velikog dometa, kao sistemi ranog upozoravanja, prodor pri zemlji, prodor kroz lišće; „ultra visoka učestalost“.
L	1–2 GHz	15–30 cm	Velikog dometa, za kontrolu vazdušnog saobraćaja i vazdušnog prostora; „L“ znači dugačko.
S	2–4 GHz	7,5–15 cm	Umereni domet nadzora, za kontrolu vazdušnog saobraćaja, velikog dometa, za meteorološke, pomorske radare; „S“ znači kratki.
C	4–8 GHz	3,75–7,5 cm	Satelitski predajnici; kompromis između „X“ i „S“ opsega, za meteorološke radare i za dug domet praćenja.
X	8–12 GHz	2,5–3,75 cm	Vođenje raketa, pomorske radare, meteorološke, mapiranje srednje rezolucije i podzemni nadzor. U SAD u uskom rasponu se koristi za aerodromske radare. Za praćenje na malim rastojanjima. Ova učestalost je bila tajna za vreme Drugog svetsko rata.
Ku	12–18 GHz	1,67–2,5 cm	Visoka rezolucija.
K	18–24 GHz	1,11–1,67 cm	Sa nemačkog Kurz, što znači „kratko“; ograničena upotreba zbog apsorpcije od strane vodene pare. K opseg se koristi za otkrivanje oblaka u meteorologiji, i od strane policije za registrovanje prebrze vožnje u drumskom saobraćaju.
Ka	24–40 GHz	0,75–1,11 cm	Za mapiranje, nadzor aerodroma kratkog dometa; sa učestalosti iznad K opsega, koristi Foto radar, za pokretanje kamere koja snima registarske tablice automobila u prekršaju u saobraćaju.
mm	40–300 GHz	7,5 mm – 1 mm	Milimetarski opseg, podeljen je u podgrupe,. koje se obeležavaju sa više slova.
V	40–75 GHz	4,0–7,5 mm	Jako ga apsorbuje atmosferski kiseonik, koji se reflektuje na 60 GHz.
W	75–110 GHz	2,7–4,0 mm	Koristi se kao vizuelni senzor visoke rezolucije za eksperimentalna autonomna vozila, meteorološka posmatranja i snimanja.
UWB	1,6–10,5 GHz	18,75 cm – 2,8 cm	Koristi za preko granice radara i za sisteme slika.

Uticaj na životnu sredinu

Glavni članci: Uticaj radarskog zračenja na zdravlje, Elektronska cev i Rendgenski zraci

Klistron, elektronska cev.

Radarsko zračenje je elektromagnetno zračenje i jedan je od oblika nejonizujućeg zračenja koje nema dovoljnu energiju fotona (jer je manja od 12,4 eV) da bi izvršili jonizaciju u biološkom materijalu ali i pored toga svojim dejstvom, učestalosti od reda 100 kHz (300 kHz) do 300 GHz, može imati negativan uticaj po zdravlje čoveka i njegovu životnu sredinu, što počiva na brojnim epidemiološkim opažanjima i istraživanjima.

Starije generacije radara, sa cevnom elektronikom, bili su veliki zagađivači jonizujućim zračenjem, jer su sekundarno emitovali rendgensko zračenje, što je imalo štetan uticaj na zdravlje ljudi, koji su duže vreme boravili u okruženju ovih uređaja. Elektronske cevi, u zagrejanom stanju, emituju rendgenske zrake. One su u stvari bile mali rendgeni, od čijeg zračenja su članovi posade tih radara poboljevali, sa tragičnim posledicama.

Radarski zraci su usmereni u uzan glavni snop, koji se prostire od antene do cilja, a deo reflektovanih u obrnutom smeru, od cilja do antene, značajno smanjene snage. Pored glavnog snopa, od antene se neželjeno formiraju bočni i zadnji „režanj“, manje snage. Izvan usmerenog snopa, radarsko zračenje može delimično da se širi usled defrakcije, ali na većim udaljenostima od antene. Zraci defrakcije su zanemarljivo male snage i nisu gusto usmereni. Ovo zračenje, rasipanje reflektovanih zraka od osvetljenog objekta i od režnjeva od antene „zagađuju“ životnu sredinu elektromagnetnim talasima.

Glavni snop radarskog zračenja obično je tako podešen i usmeren da ne dolazi u direktan kontakt s ljudima. Označavanjem zaštitnih zona, (u kojima se ograničava kretanja ljudi u vreme rada radara), primenom brojnih mera aktivne i pasivne zaštite i i stalnom edukacijom i proverom obučenosti posada radara, u najvećem broju slučajeva isključena je mogućnost da se korisnici radara nađu u pravcu radarskog snopa zračenja (izuzev kod nepravilnog rukovanja, neispravnosti opreme ili u toku održavanja radara kada su operateri ili rukovaoci radara i mehatroničari u obavezi da nose propisanu zaštitnu opremu). Savremeni radari rade sa smanjenom snagom elektromagnetnog zračenja, koja je usklađena sa pozitivnim zakonskim propisima, a i zbog potrebe prikrivanja od neprijateljskih senzora. Na osnovu ovoga, ne bi trebalo da postoji veći uticaj radarskog zračenja na zdravlje ljudi u krugu većem od 200 m, pošto radarski snop izvan ovog prostora nema uticaj po zdravlje ljudi. Mali radari koji se koriste u vojsci, za otkrivanje žive sile (pešadija) i za kontrolu drumskog saobraćaja, imaju veoma malu ili zanemarljivu snagu i specifičan princip rada, u okviru su limitiranih standarda Evropske unije.

U zvaničnom saopštenju Agencije za raketnu odbranu SAD kao potencijalna opasnost po živi svet i okolinu navode se moguća štetna dejstva radarskog zračenja, velike učestalosti i snage, moćnih plutajućih radara X-opsega u sistemima protivvazduhoplovne odbrane Amerike, postavljenih na plutajućim platformama uz morsku obalu, zbog; „potencijalne opasnosti da ometaju letenje aviona, rad automobila, pejsmejkera i drugih elektronskih implantanata ugrađenih u telo čoveka kao i drugih elektronskih uređaja pri njihovom izlaganju radarskom snopu. Zvaničnici mornarice SAD su takođe priznali da ovi radari mogu da izazovu aktiviranje elektroupaljača eksplozivnih sredstava, vazdušnih sigurnosnih jastuka u automobilima i katapultiranje izbacivih sedišta u vojnim avionima“.

Šema radarske mreže SAD ilustruje „zagađenost“ životne sredine radarskim zračenjem.	Plutajući radar X-opsega, na Havajima.

Na osnovu nemačkog saveznog „Zakona o kontroli zagađivanja (26. BImSchV)“ i „Pravilnika o otkrivanju metoda za ograničavanje elektromagnetskih polja“, napravljena je preporuka Savetu Evropske unije (1999/519/EC) o dozvoljenim referentnim vrednostima elektromagnetnog zračenja, za sve vrste izvora, a uslovi i ograničenja korišćenja izvora radarskog zračenja, određeni su i cenjeni prema njihovom korisnom doprinosu i potencijalnom riziku štetnog uticaja na životnu sredinu. U okviru toga obuhvaćeni su i radari, kao izvori emitovanja elektromagnetnog zračenja, za koje su propisane posebne referentne vrednosti prikazane u narednoj tabeli.

Dozvoljene referentne veličine karakteristika elektromagnetnog zračenja radara
Izvor	Učestalost	Tipična snaga prenosa	Udaljenost od antene predajnika / tipičan iznos izloženosti	Referentna vrednost EU	Ograničenje (26. BImSchV)
U vazduhoplovima (civilnim i vojnim) *	1 GHz - 10 GHz	0,2 kW — 2,5 MW		43,5 — 61 V/m bzw. 5 — 10 W/m², dodatno ograničenje od vršnih vrednosti	43,5 — 61 V/m (odgovara 5 — 10 W/m²), dodatno ograničenje od vršnih vrednosti
Meteorološki	1 GHz - 10 GHz	0,1 — 0,25 MW	100 m u pravcu glavnog snopa / 10 W/m²	43,5 — 61 V/m bzw. 5 — 10 W/m², dodatno ograničenje od vršnih vrednosti	43,5 — 61 V/m (odgovara 5 — 10 W/m², dodatno ograničenje od vršnih vrednosti
			1 km u pravcu glavnog snopa / 0,1 W/m²
	Ograničenja su istaknuta na javnim mestima
Za kontrolu saobraćaja	9 GHz - 35 GHz	performanse 0,5 — 100 mW	3 m / 0,25 W/m²	61 V/m bzw. 10 W/m²
			10 m / < 0,01 W/m²
	Ograničenja su istaknuta na javnim mestima
* Doza rendgenskog zračenja, koje proističe iz moćnih radarskih sistema, kada se koriste zaštitne obloge, svodi se na zanemarljiv stepen.

Video meteorološki radarski prikaz.

Vidi još

• Sekundarni radar
• Radio
• Modulacija
• Doplerov efekat
• Antena
• Uticaj radarskog zračenja na zdravlje
• Nejonizujuće zračenje

Literatura

• Fölsing, Albrecht (1997). Heinrich Hertz: eine Biographie. Hoffmann und Campe. str. 275. ISBN 978-3-455-11212-2. 
• Page, Robert Morris (1962). The Origin of Radar. Anchor Books. str. 66. 
• Towers Flash Radio Beams to Detect Warplanes. 
• Popular Science. 
• Magazines, Hearst (1935—12). Popular Mechanics (na jeziku: (jezik: engleski)). Hearst Magazines. str. 844.  CS1 održavanje: Neprepoznat jezik (veza)
• Watson, Raymond C., Jr. (2009). Radar Origins Worldwide: History of Its Evolution in 13 Nations Through World War II (na jeziku: (jezik: engleski)). Trafford Publishing. ISBN 978-1-4269-2111-7. CS1 održavanje: Neprepoznat jezik (veza)

Spoljašnje veze

• Radar: Trka za prevlast i prednost u ratovanju (TV Istorija - Zvanični kanal)
• Radar Nebo-M: Lovac na "stelt" letelice (Televizija Zvezda - Zvanični rutjub kanal)
• Radar za rana upozorenja od balističkog atomskog napada (Televizija Zvezda - Zvanični rutjub kanal)
• Američka posada uvežbava se na radarskom sistemu za rana upozorenja od Ruskog balističkog atomskog napada (Zvanični jutjub kanal Američke vojske)
• Introduction To Radar Technology
• Teslini pronalasci
• Radar Tehnologija
• Metamaterials & Radar Invisibility
• NASA radar na severnom polu Arhivirano na sajtu Wayback Machine (21. septembar 2015)
• Radar sa antenom sa sintetičkim otvorom
• Sadržaj poglavlja
• Nejonizujuće zračenje i načela zaštita.