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UNIVERSIDAD TÉCNICA DE AMBATO

FACULTAD DE INGENIERÍA EN SISTEMAS, ELECTRÓNICA E INDUSTRIAL

CARRERA DE INGENIRÍA EN ELECTRONICA Y COMUNICACIONES

PROPAGACIÓN Profesor: Ing. Julio Cuji Semestre: Séptimo Electrónica Tema: Ecuación del radar Fecha de Envió: 27/04/2014 Fecha de Recepción: 06/05/2014

Alumna:

» Sevilla Sánchez Daniela

1.- TEMA: ECUACION DEL RADAR 2.- OBJETIVOS: 2.1.- Objetivos Generales:  Describir la ecuación del radar 2.2 Objetivos Específicos:  Describir el funcionamiento del radar y los principios que lo rigen  Plantear los fundamentos electromagnéticos presentes en la tecnología del radar 3.- INTRODUCCION El radar (Radio Detection And Ranging) es un dispositivo que envía ondas electromagnéticas. Estas ondas se reflejan en los objetos y una porción de la energía de la onda original rebota hacia el radar, lee esta señal y la analiza. A partir de la señal se puede determinar varias propiedades del objeto original en el que se reflejo, como la posición o la velocidad de este. Se usa en la metereología el control del tráfico aéreo y terrestre y gran variedad de usos militares. Varios inventores, científicos, ingenieros contribuido al desarrollo del radar. El primero en utilizar ondas de radio para detectar la presencia de objetos metálicos distantes Christian Hülsmeyer, que en 1904 demostró la viabilidad de detectar la presencia de un barco en caso de niebla densa, pero no su distancia. Recibió la patente por este dispositivo en abril de 1904.En agosto de 1917 Nikola Tesla estableció por primera vez los principios relativos a la frecuencia y el nivel de potencia para los primeros radar. En 1934, un equipo de técnicos británicos bajo la dirección de Watson Watt y demostró su eficacia en el ámbito militar durante la II Guerra Mundial.

FUNDAMENTOS ECO Y EFECTO DOPPLER

El principio de funcionamiento de los radares se basa en dos sencillos fenómenos físicos: El eco y el efecto Doppler. Eco. Al igual que un sonido, cuando una onda electromagnética que se propaga por el aire choca contra un obstáculo, parte de su energía es absorbida y parte reflejada hacia el emisor. El retardo y las características de esta señal reflejada sirven al radar para determinar la posición, velocidad e incluso propiedades morfológicas del obstáculo encontrado. Efecto Doppler. El efecto doppler consiste en la variación de frecuencia de una onda al ser emitida o recibida por un objeto en movimiento. Cuando el emisor de una onda electromagnética se acerca al receptor, la frecuencia de la onda recibida será mayor que la frecuencia emitida. Si por el contrario la fuente de ondas se aleja del receptor, la frecuencia recibida será proporcionalmente menor. Por delante del emisor los frentes de onda se aproximan, generando un aumento de

frecuencia. Por detrás del emisor se produce el efecto contrario, los frentes de onda se separan y por tanto la frecuencia disminuye. Esta variación de frecuencia se puede calcular a partir de la siguiente expresión. El signo de las velocidades de receptor y emisor dependerá de si éstas son de alejamiento o acercamiento. 4.- DESARROLLO LA PÉRDIDA EN EL ESPACIO LIBRE La atenuación en el espacio libre describe la reducción de la densidad de potencia en la propagación de las ondas electromagnéticas en el espacio libre, sin la interferencia de los medios adicionales de absorción (como el aire), o la interferencia debida a las reflexiones. Idealmente, una pérdida en el espacio libre sólo se producirá en el vacío, por ejemplo, en el espacio con enlaces de microondas hacia o desde ubicaciones satélite. Sin embargo, también es un criterio importante para el cálculo de la potencia de transmisión necesaria y la sensibilidad del receptor para la aplicación de la ecuación de radar . LA APARICIÓN DE LA PÉRDIDA EN EL ESPACIO LIBRE Cuando un radiador isotrópico esférica energía de alta frecuencia radiada, entonces estos distribuyen uniformemente en todas las direcciones. De acuerdo con ello formar superficies de esferas iguales de densidad de potencia alrededor del radiador. Se hace más grande radio de la esfera, la energía se distribuye en torno a un área mayor alrededor del radiador. O en otras palabras, sobre la base de una densidad de potencia de superficie igual y constante asumido disminuye al aumentar la distancia. La parte de la esfera se puede ver en el tamaño relativamente pequeño en comparación con un muy gran distancia como un frente de onda plano. Una recibir extractos de antena de esta energía de frente de onda. La energía recibida puede (eficiencia de apertura en un área específica, a una densidad de potencia conocido A ef ) se asignan. El área efectiva de la antena de recepción es proporcional a la ganancia de la antena y también en función de la longitud de onda. Se aplica independientemente del diseño para cada antena sin pérdidas teóricamente: A ef T

= λ2

A = área efectiva de la antena λ = longitud de onda T = ganancia de la antena eff

4·π

(1) Esta área Un FEP es independiente de la distancia de la antena de recepción de la antena de transmisión. Dado que la densidad de potencia disminuye con la distancia, de la antena receptora será capaz de absorber menos energía cuando la antena de transmisión tiene una mayor distancia. Esta reducción de la energía recibida se puede utilizar como una amortiguación y considerarse como una función de la distancia que se hace referencia a continuación, es la pérdida en el espacio libre. Se indica la cantidad de la potencia de las ondas electromagnéticas en el vacío en el camino desde el emisor hasta el receptor disminuye al aumentar la distancia por la divergencia de radiación. CÁLCULO

Cuando no se considera la ganancia de antena de la antena de transmisión, por lo tanto, se supone que es 1, entonces la potencia de transmisión se distribuye sobre la superficie de una

esfera con la superficie de un balón = 4πr 2. Sólo la parte que incide sobre el área efectiva de la antena de recepción se puede recibir. Esta área efectiva de la antena de recepción de acuerdo con la ecuación anterior (1), Un eff = λ 2 · G / 4π . (Una vez más, hemos creado la ganancia de la antena, por el momento como un 1.) Para el cálculo general de la atenuación en el espacio libre de las dos áreas se pueden tomar en consideración:

Dado que la longitud de onda y la ganancia de la antena no cambian durante la propagación, todos los valores distintos de una distancia R se combinan para formar una constante. La pérdida en el espacio libre es ahora sólo proporcional al cuadrado de la distancia! La atenuación en el espacio libre aparece aquí como una función de la frecuencia. Esta es la consecuencia inevitable del hecho de que una antena de recepción isotrópica no debe ser un punto geométrico, pero es una zona con las dimensiones mínimas del tamaño de la longitud de onda. Por lo tanto, la relación de las áreas es dependiente de la longitud de onda utilizada, que es la frecuencia. Además de la atenuación en el espacio libre de ocurrir en la atmósfera de la Tierra a altas frecuencias de absorción molecular (dependiendo de las frecuencias de resonancia de vapor de agua, oxígeno y otros gases), así como en función de la presión del aire y la humedad en la atenuación adicional. Es decir, la verdadera amortiguación aquí asume valores mucho más grandes de lo calculado por la pérdida en el espacio libre. Estas pérdidas adicionales que no se incluyen con la pérdida en el espacio libre, pero se utilizan opcionalmente en la ecuación de radar como pérdidas adicionales en la lista. LA ECUACIÓN BÁSICA DE RADAR La ecuación básica de radar se utiliza para representar las conexiones físicas entre la potencia de transmisión de la propagación de la onda para el receptor. Con él, el rendimiento puede P D en la entrada del receptor de radar como una función de la potencia de transmisión P S , la distancia R y las propiedades de reflexión del objeto σ se determinan. Con la conocida sensibilidad del receptor por lo tanto puede estimarse hasta que alcanzan en virtud de las circunstancias, el objeto de destino va a generar una señal de eco suficientemente fuerte que se detecta en el radar. Por lo tanto, con la ecuación de radar, el rendimiento operativo de los sistemas de radar evaluó.

DERIVACIÓN DE LA ECUACIÓN RADAR A continuación se supone inicialmente que las ondas electromagnéticas pueden, en condiciones ideales, es decir, sin interferencias, propagación. Utilizado por una energía de alta frecuencia del radiador esférica isotrópica radiada, entonces estos distribuyen uniformemente en todas las direcciones. De acuerdo con ello formar superficies de esferas iguales de densidad de potencia alrededor del radiador. Se hace más grande radio de la esfera, la energía se distribuye sobre un área más grande ( A = 4 π R $ ² $ ) alrededor del radiador. En otras palabras, sobre la base de un área asumido, la densidad de potencia es S en la superficie Aal aumentar la distancia a través de la divergencia de radiación menos.

Así, para el no-direccional densidad de potencia S u la fórmula siguiente:

El RCS o sección equivalente radar indica la cantidad de energía que el objetivo refleja hacia el radar. Viene dado en unidades de superficie (m2) pero puede no guardar relación con la superficie física del obstáculo. Utilizando este parámetro se calcula la densidad de potencia reflejada que regresa al radar.

Conociendo la ganancia de la antena receptora se puede calcular su área efectiva.

y a partir de ésta la potencia total recibida.

Si la radiación (potencia constante) limitado por las medidas apropiadas en una superficie esférica parcial, es evidente en la emisión para aumentar la densidad de potencia. Se habla de una ganancia de la antena. Esta ganancia se dirige la emisión de energía. Para la densidad de potencia direccional es: Sg=Su·G

S g = densidad de potencia direccional [W] S u = densidad de potencia direccional T = ganancia de la antena

VARIOS FACTORES DE PÉRDIDAS EN EL SISTEMA DE RADAR

( 2 )

Tabla 1: Lista de posibles pérdidas FACTOR DE PÉRDIDA Pérdidas atmosféricas

Icono L deuna

valor típico 1,2 dB

Antennenabtastverluste

Lhormiga

1,3 dB

Pérdidas de ancho de banda

LB

1,2 dB

Las pérdidas debidas a la falta de coincidencia del filtro

LN

0,8 dB

Pérdidas de fluctuación ( para una P d = 0,9 )

Lf

8,4 dB

Pérdidas de Integración

Li

3,2 dB

Diferentes pérdidas en el procesamiento de la señal

Lx

3,0 dB

Las pérdidas de línea (receptor)

Lr

1,0 dB

Las pérdidas de línea (transmisor)

Lt

1,0 dB

Las pérdidas totales (suma)

L tot

21,1 dB

En cada radar se puede esperar pérdidas en el procesamiento de señales. Parte de estas pérdidas se pueden prevenir o se puede reducir a un mínimo en un radar óptimamente sintonizado. Otras pérdidas, sin embargo, son lamentablemente inevitables o a través del personal de desarrollo y mantenimiento no se puede influir. El en la ecuación de radar como L tot llamado y desglosado en el cuadro junto a pérdidas de hasta 21,1 dB , sin embargo, son un número muy pesimista. En la práctica este valor puede disminuir a 11 a 15 dB. PÉRDIDAS ATMOSFÉRICAS En el corto plazo las pérdidas atmosféricas son todas las pérdidas de atenuación atmosférica en el camino hacia el objetivo y volver a estar juntos. Se componen de una atenuación atmosférica básica L una y una gran tiempo y la frecuencia dependen de exceso de atenuación L w por la niebla o la lluvia. Esto ocurre en la niebla o la lluvia depende de la frecuencia del tiempo de atenuación puede ser prácticamente abandonada a frecuencias inferiores a 3 GHz, sin embargo. ANTENNENABTASTVERLUSTE El Antennenabtastverluste surgen porque la recibe dentro del 3 dB ancho de haz nde las amplitudes de eco de destino se modulan con el diagrama de antena de la antena. Para los radares que con un muy pequeño número de aciertos estoy trabajando, puede L hormiga es considerablemente mayor que el valor especificado aquí. Pérdidas de ancho de banda Una pérdida de ancho de banda causada por desajustes en el ancho de banda de IF. Para lograr más empinadas flancos y por lo tanto un mejor receptor de radar resolución en distancia con el producto el tiempo no óptima / ancho de banda utilizado, pero luego afectar negativamente a la relación entre la señal y el ruido útil. Las pérdidas debidas a la falta de coincidencia del filtro En general, usted debe por un sistema perfectamente adaptado puede ser asumida. Esto sólo es posible para las señales conocidas. En la práctica, las señales recibidas son desconocidos para el respectivo comportamiento pase requerido y banda del filtro sólo se puede aproximar.

PÉRDIDAS DE FLUCTUACIÓN La causa de estas pérdidas son variaciones extremas en la superficie reflectante efectiva en función de la frecuencia y el ángulo de observación. Las pérdidas de fluctuación eran por Peter Swerling en cuatro definidos casos modelo clasificado. Pérdidas de Integración Pérdidas de integración causados por el hecho de que la energía total recibida a N se divide de forma desigual pulsos (Trefferzahl!). Durante el tratamiento posterior de los componentes que se acercan al nivel de ruido no puede ser considerado. LAS PÉRDIDAS DE LÍNEA En las pérdidas de conducción del transmisor L t y el receptor L r y las pérdidas por módulos de radar específico como ir diplexor y duplexorun (a doble cara).

5.- REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS  La ecuación del radar. Disponible en https://polimedia.upv.es/visor/?id=d2c8fc8dec9e-9147-ae94-28963a2a66c4  Radiotutorial: Fundamentos del Radar, Empresa de ingeniería de Christian WolfF Disponible en http://www.radartutorial.eu/01.basics/Freiraumd%C3%A4mpfung.de.html  Carlos Goméz Fernandez, Emilio Salazar Arcusa: El Radar. Disponible en http://electromagnetismo2009.blogspot.com/  Tecnoradar.es disponible en http://www.tecnoradar.es/ecuacionradar.html

6.- ANEXOS MEDIDAS CON RADAR Como ya se ha comentado en varias ocasiones, el radar es un equipo capaz de fijar la posición y velocidad de un objetivo incluso a larga distancia y en condiciones meteorológicas adversas. A continuación se describen las principales ecuaciones de las que se sirve para conseguirlo. DISTANCIA Para calcular la distancia con un radar se debe medir el retardo entre la señal transmitida y el eco recibido. Como las señales electromagnéticas se propagan a la velocidad de la luz y se caracterizan por seguir trayectorias rectas, la distancia a un objetivo específico se puede expresar como:

DIRECCIÓN Además de la distancia, es necesario medir la dirección angular del objetivo para poder determinar su posición. La dirección angular será simplemente la dirección en la que apunta la antena. Generalmente se utilizan antenas con un haz muy estrecho ya que cuanto más directiva sea la antena más precisa será la medida. VELOCIDAD La velocidad radial del objetivo, en relación a la antena del radar, puede medirse observando el desfase de frecuencia doppler de la señal recibida. La diferencia de frecuencia vendrá dada por: