Tecnologia,Fundamentos Radar

Ondas y Rangos de Frecuencia

El espectro de las ondas electro-magnéticas muestra las frecuencias hasta 1024 Hz. Esta extensa y completa gama es subdivida en subgrupos para tener en cuenta las propiedades físicas de las ondas que lo componen.

La división de las frecuencias en los distintos rangos fue determinada teniendo en cuenta criterios pasados, los cuales surgieron históricamente y se fueron quedando obsoletos, entonces una nueva división de las bandas de frecuencia que se utilizan a nivel internacional surgió mientras tanto. El nombre tradicional de banda de frecuencias todavía se utiliza en la literatura, sin embargo.

La siguiente figura muestra una visión general

Ya que no se conoce la frecuencia correcta, una transformación no siempre es posible en los nuevos rangos de ondas. A menudo, en los documentos de los fabricantes son publicados los rangos de ondas tradicionales.Los sistemas de radar trabajan en una amplia banda de frecuencias de transmisión. Cuanto mayor sea la frecuencia de un sistema de radar, tanto más se ve afectada por condiciones meteorológicas como la lluvia o las nubes. Pero entre mayor es la frecuencia de transmisión, mejor es la precisión del sistema de radar.

La figura muestra como ejemplo las bandas de frecuencia utilizadas por varios sistemas de radares

Banda A y B (Banda Radar HF y VHF)

Estas bandas de radar por debajo de 300 MHz tienen una larga tradición histórica, porque estas frecuencias representan la frontera de la tecnología de radio en el tiempo durante la Segunda Guerra Mundial. Hoy en día estas frecuencias se utilizan para los radares de alerta temprana llamados 

radares sobre el horizonte (OTH).

Utilizando estas frecuencias más bajas, es más fácil obtener transmisores de alta potencia. La atenuación de estas ondas electromagnéticas es más bajo que el uso de frecuencias más altas. Por otra parte, la precisión es limitada, ya que una menor frecuencia requiere antenas físicamente muy grandes, las cuales determinan el ángulo de precisión y el ángulo de resolución. Estas bandas de frecuencia son utilizadas por otros sistemas de comunicaciones y por los servicios de radiodifusión también, por lo tanto el ancho de banda de este radar es limitado (a expensas de la precisión y la resolución).

Estas bandas de frecuencia están experimentando actualmente un regreso y se les está dando un significado especial en aplicaciones militares, mientras que las tecnologías de ocultación utilizados actualmente en el „bombardero Stealth” no tienen el efecto deseado en las frecuencias extremadamente bajas

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Banda C (Banda Radar UHF)

Existen algunos conjuntos de radares especializados, desarrollados para esta banda de frecuencia (300 MHz to1 GHz). Es una buena frecuencia para el funcionamiento de los radares, para la detección y el seguimiento de satélites y misiles balísticos cubriendo largas distancias. Estos radares funcionan para alerta temprana y detección de objetivos como radar de vigilancia para el Sistema de Defensa Aérea Extendida Media (Medium Extended Air Defense System, MEADS). Para algunas aplicaciones como radar meteorológico, ejemplo: perfiladores de viento trabajan con estas frecuencias ya que las ondas electromagnéticas son muy poco afectadas por las nubes y la lluvia.

La nueva tecnología de radares de banda ultra ancha (Ultrawideband, UWB) utiliza todas las frecuencias de las bandas A-a-C. Los radares UWB transmiten pulsos muy bajos en todas las frecuencias simultáneamente. Estos son utilizados para examinar técnicamente materiales y como Radar de Penetración Terrestre (Ground Penetrating Radar, GPR) para exploraciones arqueológicas.

Banda D (Banda Radar L)

Esta banda de frecuencias (1 a 2 GHz) es la preferida para el funcionamiento de los radares de vigilancia aérea de largo alcance por encima de 250 NM (≈400 km). Estos radares transmiten pulsos de alta potencia, ancho de banda amplio y una modulación intrapulsada. Debido a la curvatura de la tierra, el rango máximo alcanzable es limitado para los objetivos que vuelan con baja altitud. Estos objetos desaparecen muy rápido tras el horizonte del radar.

En el manejo del tráfico aéreo (ATM), los radares de vigilancia de largo alcance como el radar de vigilancia de ruta aéreas (ARSR) trabaja en esta banda de frecuencia. Acoplado con un radar de vigilancia de mono pulso secundario (MSSR) que utilizan una proporción relativamente grande, y muy lenta rotación de antena. Como una especie de rima nemotécnica se puede recordar que los radares de banda L tienen antena de gran tamaño o largo alcance.

Banda E/F (Banda Radar S)

En la banda de frecuencia de 2 a 4 GHz la atenuación atmosférica es ligeramente superior que en la Banda D. Los equipos de radar en esta banda necesitan una potencia de transmisión mayor a la usada en los rangos más bajos de frecuencia para lograr un alcance máximo bueno. Como ejemplo dado, el radar de energía media (MPR), con una potencia de impulso de hasta 20 MW. En este rango de frecuencia la influencia de las condiciones meteorológicas es mayor que en la banda D. De cualquier modo, algunos radares meteorológicos trabajan esta Banda E/F, pero sobretodo en condiciones climáticas subtropicales y tropicales, porque es aquí donde el radar puede ver más allá de una fuerte tormenta.

Radares Especiales de Vigilancia en Aeropuertos (ASR) se utilizan en los aeropuertos para detectar y mostrar la posición de la aeronave en el terminal aéreo con un alcance medio de hasta 50…60 NM (≈100 km). Un ASR sirve para apoyar a los controladores aéreos pues detecta la posición de las aeronaves y las condiciones meteorológicas en las proximidades de los aeropuertos civiles y militares. Como una especie de rima nemotécnica se puede recordar que los radares de banda S (contrario a la banda L) tienen una antena pequeña o corto alcance.

Banda G (Banda Radar C)

En la banda de frecuencia G hay muchos sistemas móviles de vigilancia usados en el campo de batalla militar, control de misiles y conjuntos de radares de vigilancia con un corto o mediano alcance. El tamaño de las antenas proporciona una excelente precisión y resolución, además que su tamaño no es un inconveniente para un rápido traslado. La influencia de condiciones meteorológicas adversas es muy alta. Por lo tanto los radares de vigilancia aérea son en su mayoría equipados con antenas de polarización circular. Esta banda de frecuencias está predeterminada para la mayoría de los tipos de radares meteorológicos usados para localizar precipitaciones en zonas templadas como Europa.

Banda I/J (Banda de Radar X & Ku)

En esta banda de frecuencia (8 a 12 GHz) la relación entre la longitud de onda utilizada y el tamaño de la antena es considerablemente mejor que en las bandas de menor frecuencia. La Banda I/J- es una banda de radar relativamente popular para aplicaciones militares como radares aerotransportados para el ejercicio de las funciones de interceptor, caza y ataque de combatientes enemigos y objetivos en tierra. El tamaño de la antena muy pequeña proporciona un buen rendimiento. Sistemas de guía de misiles en la banda I/J son de un tamaño conveniente y por tanto de interés para las aplicaciones donde la movilidad y el peso ligero son importantes y el alcance lejano no es un requisito importante.

Esta banda de frecuencia es ampliamente usada por radares civiles y militares para la navegación marítima. Las antenas más pequeñas y económicas, con alta velocidad de rotación son perfectas para proporcionar una cobertura suficiente y una buena precisión. La guía de ondas ranurada y las pequeñas antenas de remiendo son usadas como antenas de radar protegidas bajo una cúpula protectora.

Esta banda de frecuencia es también popular para los radares de imágenes espaciales o aéreas usando como base el radar de apertura sintética (Synthetic Aperture Radar, SAR), tanto para la inteligencia electrónica militar y/o para ser aplicado en el estudio geográfico de la superficie terrestre (creación de mapas). Un radar de apertura sintética inversa especial es usado como instrumento de vigilancia marítima para el control de la polución, buscando prevenir la contaminación del medio ambiente.

Banda K (Banda Radar K & Ka)

Cuanto más alta es la frecuencia, más altas son la absorción y la atenuación atmosféricas de las ondas. Por otra parte, la exactitud y la resolución en distancia se incrementan también. Los usos del radar en esta banda de frecuencia proporcionan muy poco cubrimiento en distancia, resolución muy alta y datos de alta tasa de renovación. En el ATM estos sistemas de radar son llamados: Radares de Movimiento en la Superficie (Surface Movement Radar, SMR) o Equipo de detección en la superficie del aeropuerto (Airport SurfaceDetection Equipment, ASDE). La utilización de pulsos de transmisión muy cortos de unos nanosegundos permite una resolución en distancia que deja visualizar el contorno del avión en la pantalla de los radares.

Banda V

Debido a la dispersión molecular (En este caso se trata de la influencia de la humedad del aire). Esta banda de frecuencia genera una alta atenuación. La aplicación para los radares esta limitada para una corta distancia de un par de metros.

W-Band

Aquí aparecen dos fenómenos de atenuación atmosférica: un máximo de atenuación de alrededor de unos 75 GHz y un mínimo relativo a unos 96 GHz Ambos rangos de frecuencia prácticamente están en uso. En la ingeniería automotriz pequeños dispositivos de radar que funcionan a 75…76 GHz para asistentes de frenado y asistente de estacionamiento. La atenuación alta (aquí la influencia de las moléculas de oxígeno O2) mejora la inmunidad a la injerencia de estos conjuntos de radar.

Hay conjuntos de radar operando de 96 a 98 GHz como equipos de laboratorio aún. Estas aplicaciones ofrecen una vista preliminar para un uso del radar en frecuencias extremadamente más altas como 100 GHz.

Autor: Christian Wolff, Traducción al Español: Ricardo Delvasto-Jaimes y Rodrigo Garcia