CÓMO FUNCIONA UN DEFINICIONES Y BASES PARA EL DISEÑO

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A r t í c u lo
de
t A pA
Cómo FunCiona un
RadaR
deFiniCiones y Bases paRa el diseño
El radar (término derivado del acrónimo inglés radio detection and ranging, “detección y medición de distancias por radio”) fue desarrollado durante la Segunda Guerra Mundial como un
medio para detectar y rastrear aeronaves y barcos. Desde 1945 el radar se ha convertido en un
instrumento meteorológico indispensable no sólo para los investigadores sino también para
los meteorólogos involucrados en la observación diaria del estado del tiempo. El radar es particularmente valioso en la detección, rastreo y pronóstico de tormentas severas; tormentas que
causan grandes daños provocados por avenidas súbitas, tornados o huracanes. Además, ya
que el radar puede medir precipitaciones sobre grandes áreas, se ha convertido en una herramienta muy útil para los hidrometeorólogos e hidrólogos. Es un sistema que usa ondas electromagnéticas para medir distancias, altitudes, direcciones y velocidades de objetos estáticos
o móviles como aeronaves, barcos, vehículos motorizados, formaciones meteorológicas y el
propio terreno. Su funcionamiento se basa en emitir un impulso de radio, que se refleja en el
objetivo y se recibe típicamente en la misma posición del emisor. A partir de este "eco" se
puede extraer gran cantidad de información. El uso de ondas electromagnéticas con diversas
longitudes de onda permite detectar objetos más allá del rango de otro tipo de emisiones (luz
visible, sonido, etc.). Entre sus ámbitos de aplicación se incluyen la meteorología, el control
del tráfico aéreo y terrestre y gran variedad de usos militares.
Coordinación: Ing. Horacio D. Vallejo - e-mail: hvquark@webelectronica.com.ar
Bases para el Diseño de un Radar
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Artículo de tapa
BrEvE Historia dEl radar
Para poder describir los fundamentos de
un sistema radar es preciso aclarar que su
funcionamiento se basa en la transmisión de
ondas electromagnéticas, dirigidas hacia un
objeto, de modo que las mismas “reboten” en
éste para que su reflejo (onda reflejada) sea
captado por un receptor quien calculará su
ubicación.
Por tal motivo, hagamos una breve reseña
de los hechos que antecedieron al radar:
• En 1864, James Clerk Maxwell describe
las leyes del electromagnetismo.
• En 1888, Heinrich Rudolf Hertz demuestra que las ondas electromagnéticas se reflejan en las superficies metálicas.
• En 1904 Christian Huelsmeyer patenta el
primer sistema anticolisión de buques utilizando
ondas electromagnéticas
• Desarrollo de la radio y de la transmisión
inalámbrica (por Guglielmo Marconi, entre otros),
gracias a lo cual se desarrollan las antenas.
• En 1917, Nikola Tesla establece los principios
teóricos del futuro radar (frecuencias y niveles de
potencia).
• En 1934, y gracias a un estudio sistemático del
magnetrón, se realizan ensayos sobre sistemas de
detección de onda corta siguiendo los principios de
Nikola Tesla. De este modo nacen los radares de
ondas decimétricas.
• Durante el Siglo XX, muchos inventores, científicos e ingenieros han contribuido en el desarrollo
del radar, impulsados sobre todo por el ambiente
prebélico que precedió a la Segunda Guerra
Mundial, y a la propia Guerra. Los grandes
países que participaron en ella fueron desarrollando de forma paralela distintos sistemas
radar, aportando grandes avances cada uno
de ellos para llegar a lo que hoy conocemos
sobre los sistemas radar.
En 1934 el GEMA (la sociedad de aparatos
electro-acústico y mecánico), uno de cuyos
fundadores fue Hans Hollmann, construye un
magnetrón capaz de trabajar a 650MHz. Ése
fue el paso tecnológico que permitió el desarrollo del Freya, figura 1, un radar de vigilancia
aérea que trabajaba a 125MHz con un
alcance entre 80 y 150 millas. Era un radar
para trabajar en superficie por sus dimensiones, por ello, una versión posterior fue el
4
Telecomunicaciones
Figura 1 – El radar Freya
Seetakt que trabajaba a 375MHz y tenía un alcance
de 10 millas adaptado para ser montado en
buques. Este radar fue utilizado en el verano de
1938 en la Guerra Civil Española.
La competencia en la industria alemana de la
época hizo que, en el año 1935, la empresa alemana Telefunken lanzara un radar de antena
parabólica giratoria, antecesor del radar de alerta
aérea Würzburg, figura 2, radar de tiro de 560MHz
de trabajo y con deflector de 3m de diámetro.
El Freya y el Würzburg fueron la base de la
defensa terrestre de los alemanes durante la
Segunda Guerra Mundial, y el Steetakt pieza fundamental para la de detección a bordo de los
buques de la Armada Alemana. Al inicio de la
Segunda Guerra Mundial, Alemania estaba al
frente de la tecnología de radares, pero su decisión
Figura 2 - El radar de alerta aérea Würzburg
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cómo Funciona un rAdAr
de alistar a científicos e ingenieros en el frente,
pensando que la guerra sería corta y satisfactoria,
hizo que no se produjeran avances sustanciosos
en esos años, en contramedida de sus adversarios,
que siguieron avanzando.
El modelo de radar actual fue creado en 1935 y
desarrollado principalmente en Inglaterra durante la
Segunda Guerra Mundial por el físico Robert
Watson-Watt. Supuso una notable ventaja táctica
para la Royal Air Force en la Batalla de Inglaterra,
cuando aún era denominado RDF (Radio Direction
Finding). Aunque fue desarrollado con fines bélicos, en la actualidad cuenta con multitud de usos
civiles, siendo la mejor herramienta para el control
de tráfico aéreo.
En los momentos anteriores a la II Guerra
Mundial, Robert Watson-Watt, físico y director del
Laboratorio de Investigación de Radio y su ayudante, el físico Arnold Wilkins, estuvieron a cargo
de la invención de un “rayo de la muerte” que sería
utilizado en esa guerra. La idea de Watson-Watt
era elevar la temperatura del piloto atacante a 41
°C aproximadamente para que, al provocarle
fiebre, quedara incapacitado. Como lo escribió el
propio Wilkins:
Mi cálculo mostró que, como era de esperarse,
se necesitaba generar una potencia enorme a
cualquier frecuencia de radio para producir fiebre
en el cuerpo de un piloto de avión, aun en el
improbable caso de que su cuerpo no estuviera
protegido por el metal del fuselaje... Como nada
cercano a dicha potencia se podía producir, estaba
claro que no era factible un rayo de la muerte por
medio de la radio. Le dije esto a Watson-Watt al
darle mi cálculo y me respondió: "Bien, si un rayo
de la muerte no es posible, ¿cómo podemos
entonces ayudarles? Yo contesté que los ingenieros de la Oficina de Correos se habían dado
cuenta de perturbaciones en la recepción de muy
altas frecuencias cuando algún avión volaba en la
vecindad de sus receptores y que este fenómeno
podría ser útil para detectar aviones enemigos".
Esta observación, hecha en enero de 1935, dio
lugar una serie de hechos que culminaron con la
invención del radar. Los hechos a los que Wilkins
se refirió habían sido observados en muchos
lugares y en todos se consideró esta perturbación
como un estorbo que mucha gente había tratado de
eliminar. De hecho, en 1932, la Oficina Postal
Británica publicó un informe en el que sus científicos documentaron fenómenos naturales que
afectaban la intensidad de la señal electromagnética recibida: tormentas eléctricas, vientos, lluvia
y el paso de un aeroplano en la vecindad del laboratorio. Wilkins conoció este informe de manera
accidental, conversando con la gente de la Oficina
Postal, que se quejaba por la interferencia.
Cuando Wilkins sugirió la posibilidad de utilizar
el fenómeno de interferencia de ondas de radio
para detectar aviones enemigos, Watson-Watt lo
comisionó inmediatamente para trabajar en el cálculo de los aspectos cuantitativos.
Al terminar sus cálculos, a Wilkins le pareció
increíble que el efecto deseado pudiera detectarse;
revisó sus cálculos, no encontró ningún error y se
los dio a Watson-Watt, quien los vio fantásticos y
verificó los cálculos matemáticos. Al no encontrar
error, envió los resultados. El hecho de que un rayo
de la muerte no fuera factible no sorprendió, sin
embargo atrajo la idea de poder detectar un avión.
Mientras tanto, en EE UU, dos científicos del
Naval Research Laboratory (NRL) Hoyt Taylor y L.
Young dieron forma a las especulaciones de Marconi
y las plasmaron en un experimento en el que transmitieron una señal de radio de onda continua a través
del río Potomac detectando que al pasar los buques
se producían alteraciones en la calidad de la señal
recibida. Lograron perturbaciones con distancias de
hasta tres millas. Observando esto, concluyeron con
que se podría diseñar un elemento que detectara
buques en el mar.
Al mismo tiempo, la Armada de los EE. UU. se
encontraba muy ocupada dotando a los buques de
comunicaciones sin hilos. A pesar de esto, se continuó con su investigación a nivel científico en
muchos campos. Es así que el NRL, en cooperación con el Carnegie Institute, durante el año
1925 investigó la reflexión de ondas en la ionosfera
y la modulación por pulsos de la onda, de tal manera que conociendo el instante de salida de un
pulso y midiendo su retardo se podría calcular la
distancia del rebote. A partir de estas investigaciones se diseñó a principio de los años 30 el
primer radar de impulsos, obteniéndose los
primeros pulsos reflejados por aviones en diciembre de 1934. Aunque no fue hasta julio de 1936
cuando consiguieron que funcionara correctamente, debido a un error en el diseño del ancho de
banda del receptor (demasiado estrecho). El radar
trabajaba a 200 MHz con una anchura de pulso de
10µs. Este radar utilizaba una única antena en
emisión y recepción pues incluía el primer duplexor,
una novedad tecnológica que supuso una gran
diferencia entre países durante varios años.
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Artículo de tapa
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Telecomunicaciones
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Artículo de tapa
introduCCión al radar
El radar es un sistema que consiste de un
transmisor y un receptor de radio sincronizados, que emite ondas electromagnéticas y
procesa las ondas reflejadas para utilizarlas
en la detección y localización de objetos tales
como aeronaves o barcos, o en la detección
de las características de superficies tales
como la terrestre, lunar o planetaria.
El principio electrónico de base para el funcionamiento del radar es muy similar al de la
reflexión de ondas sonoras. Si se emite un
sonido en la dirección de un objeto que refleje
el sonido (como un cañón rocoso o una
cueva) es posible escuchar el eco y, conoFigura 3 - diagrama en bloques de
ciendo la velocidad del sonido en el aire y el
un radar primario.
tiempo de retardo, se pueden calcular la posición relativa y la distancia a la que se encuentra el amplifica en el receptor del radar y se presenta
objeto, con base en la relación entre espacio veloci- para su observación en varias pantallas u otros dispositivos de registro (Ridenour, 1965).
dad y tiempo.
El tiempo transcurrido entre la emisión del pulso
El radar emplea pulsos de energía electromagnética, tal como ya mencionamos al comienzo de y la recepción de la señal reflejada se emplea para
este artículo. La energía de radiofrecuencia (RF) se determinar la distancia del blanco ya que la velocitransmite hacia y se refleja desde un objeto reflec- dad a la que viaja la energía electromagnética en
tor. Una pequeña fracción de la energía reflejada, ambos sentidos es igual a la de la luz. La antena
denominada ECO como en el caso de las ondas gira tanto en azimut como en elevación para detersonoras, retorna al equipo radar. Los equipos radar minar la posición y altura del blanco, figura 3.
La figura 4 muestra el principio de funanalizan el eco para determinar la dirección y distancia del objeto reflector. Mediante el Radar es cionamiento de un radar primario. La antena radar
ilumina un objeto (blanco) con una señal de
posible:
microondas; el blanco la refleja y entonces es captada por un dispositivo receptor. La señal eléctrica
• Detección de objetos fijos o en movimiento.
• Determinación de la distancia al objeto que capta la antena se denomina señal eco o de
(alcance o rango), así como su altitud y orientación retorno. La señal radar es generada por un transmisor potente y recibida por un receptor altamente
respecto al transmisor.
• Determinación de la velocidad y dirección de sensible.
Todos los blancos producen reflexiones difusas,
movimiento del objeto.
es decir que reflejan energía en varias direcciones.
Si bien es común asociar a los radares con los La señal reflejada también se denomina dispersión.
sistemas de defensa de una nación, el principal uso El término con que se conoce la señal que se
de estos equipos está dirigido a la toma de
datos de la atmósfera. La mayoría de los
radares meteorológicos son del tipo pulsante,
los cuales transmiten pulsos de energía electromagnética de muy corta duración (µs). La
antena del radar transmite esta energía concentrándola en un haz muy angosto (1°). Los
objetos que interceptan esta energía la dispersan en todas direcciones, regresando una
pequeña porción hacia la antena. En el intervalo de tiempo entre pulso y pulso la señal
Figura 4 - Principio de funcionamiento de un radar
primario.
reflejada por el objeto o blanco se detecta y
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Telecomunicaciones
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refleja en la dirección exactamente opuesta a la de
la señal incidente es Backscatter (dispersión de
retorno).
Las señales radar se pueden desplegar en indicadores planos de posición (PPI) u otros sistemas
de visualización más avanzados. El PPI muestra un
vector rotatorio en cuyo origen se encuentra el
radar; indica la dirección hacia la que apunta la
antena y, por consiguiente, el acimut (azimut) de
los blancos. Los principales bloques del radar primario son:
• Transmisor: Produce los pulsos
de energía de RF de corta duración
y alta potencia que la antena radia
al espacio.
• Duplexor: Alterna la antena
entre el transmisor y el receptor, de
modo que sólo es necesario usar
una antena. Este switching se
requiere para evitar que los pulsos
de alta potencia del transmisor
destruyan el receptor que es altamente sensible.
• Receptor: Amplifica y demodula las señales de RF recibidas y
genera señales de vídeo a la salida.
• Antena: Convierte la energía
del transmisor en ondas electromagnéticas en el espacio, con la
distribución y eficiencia requeridas.
Este proceso se aplica en forma
inversa para la trayectoria de recepción.
• Indicador: Presenta al operador
una visualización continua y fácilmente entendible de la posición relativa de los blancos radar.
tiPos
dE
radar
Desde el punto de vista de su
funcionamiento los radares pueden
clasificarse en coherentes y nocoherentes. En los radares coherentes existe un cambio de frecuencia entre la señal recibida en el
instante t y la recibida en el instante
t + 1 que depende de la velocidad
con la que se mueve un objeto lo
cual permite determinar las velocidades radiales de los vientos y de
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Telecomunicaciones
caída de las partículas. Este efecto se conoce
como Doppler y, a los radares que son capaces de
emplear este modo de funcionamiento se les llama
radares Doppler. Con este tipo de radares, además
de la reflectividad, se puede obtener el campo de
vientos asociados con tormentas convectivas
(SRH, sin fecha).
En los radares no-coherentes no existe la detección del cambio de frecuencia entre señales, por lo
que sólo pueden obtenerse la posición (dirección y
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cómo Funciona un rAdAr
distancia) del blanco observado, con respecto al
radar, y su reflectividad. La tendencia es que los
radares meteorológicos modernos posean ambas
características por lo que los radares que se construyen actualmente son del tipo coherente y
pueden funcionar tanto en modo Doppler como en
modo de reflectividad.
Los radares también se diseñan para fines
específicos por lo que una segunda clasificación
puede estar de acuerdo con su modo de empleo. En
esta clasificación se tienen los radares meteorológicos, en aeropuertos, perfiladores de viento, etc.
La energía se concentra en un haz que toma
una forma cónica por efecto de la difracción, en
cuyo interior la energía no se distribuye de forma
uniforme sino en forma de lóbulo con un patrón
Gaussiano, como se muestra en la figura 6. Debido
a que no es posible confinar toda la energía en
dicho cono, una parte escapa fuera de él. Como
resultado, la energía emitida se distribuye en forma
de un lóbulo central, el cual contiene la mayor parte
de la energía y una serie de lóbulos secundarios de
menor energía llamados “lóbulos laterales”.
Figura 6
sistEma dE radar
El radar no es un solo instrumento, sino que es
un conjunto de dispositivos que trabajan como un
todo y recibe el nombre de sistema de radar o simplemente radar. Tal como mencionamos, está compuesto por el transmisor; el cual produce un pulso
con una potencia y una frecuencia definida por el
radar; la antena que irradia la señal e intercepta la
señal reflejada; el receptor, que detecta, amplifica y
transforma la señal recibida y la envía a la pantalla
de despliegue; una guía de onda por donde viaja la
señal desde el transmisor hasta el cuerno alimentador y la antena; un switch transmisor/receptor
que cierra la señal del transmisor cuando el receptor está operando y lo protege de las altas potencias enviadas por el transmisor y de la misma forma
se cierra a la señal del receptor cuando el radar
está en modo de transmisión. El conjunto de dispositivos descrito anteriormente representa el hardware del radar (vea nuevamente las figuras 3 y 4).
Cuando la energía radiada por el radar es interceptada por un blanco, se dispersa en todas direcciones de tal manera que una fracción es devuelta
en dirección del radar y captada por el receptor,
figura 7. La distancia al blanco se obtiene registrando el tiempo transcurrido entre la emisión del
pulso y la recepción de la señal de retorno sabi-
ECuaCión BásiCa dEl radar
El principio de funcionamiento del radar meteorológico es el de emitir, a través de una antena, un
pulso de energía electromagnética de duración τ
(del orden de µs) con ondas cuya longitud de onda
λ es del orden de centímetros (figura 5).
Figura 5 - señal electromagnética
emitida por el radar
Figura 7
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Artículo de tapa
endo que la energía viaja a la velocidad
de la luz. Es decir, si el tiempo de viaje
entre la señal de salida y la de recepción
es t, entonces el tiempo de viaje de la
señal hasta que choca con el blanco
meteorológico es t/2. Si la señal viaja a
la velocidad de la luz c, entonces la distancia d entre el radar y el blanco es
igual a:
d = ct/2
La ecuación del radar relaciona el
alcance de la señal del radar con las características del transmisor, receptor,
antena, blanco y su entorno atmosférico.
Esto es útil no sólo para determinar su
máximo alcance sino también para
entender su forma de operar y con fines
Figura 8 - Bandas de frecuencias empleadas por los radares
de diseño.
Otros de los parámetros más importantes del una cantidad que depende del tipo y densidad del
radar son su frecuencia y su longitud de onda, material que atraviesa el haz. La figura 8 muestra
las diferentes bandas empleada por los radares, su
están relacionados mediante la ecuación:
frecuencia y longitud de onda (Rinehart, 1994),
mientras que en la figura 9 podemos apreciar la
c
ubicación de estas bandas dentro del espectro
f = –––
electromagnético.
λ
Generalmente los radares meteorológicos
Donde f es la frecuencia, en ciclos/segundo, c emplean las bandas X (λ = 3 cm), C (λ = 5.6 cm) y
es la velocidad de la luz, en m/s, y λ es la longitud S (λ = 10 cm). Con una longitud de onda de 10 cm
la atenuación por lluvia es despreciable pero para
de onda, en metros.
El uso de diferentes longitudes de onda es útil longitudes de onda de 3 y 5.6 cm se llega a tener
para detectar objetos en la atmósfera de diferentes serios efectos.
En la figuras 10 y 11 se muestra el perfil espaformas y tamaños. Entre más corta sea la longitud
de onda, el radar detectará objetos más pequeños, cial de dos tormentas sintéticas (la primera más
como rocío o gotas pequeñas de nubes pero con la intensa que la segunda) y la atenuación que sufren
desventaja de que gran parte de la energía es con respecto a la longitud de onda y a la distancia
absorbida por esas partículas, lo que
hace que se pierda la señal a cortas distancias del radar, haciendo difícil la
detección de blancos más allá de estas
distancias límites. A este proceso de pérdida de señal se le conoce por atenuación.
Consecuentemente, entre mayor sea
la longitud de onda, menor es la pérdida
por atenuación.
La atenuación se define como la
reducción de intensidad de la onda electromagnética a lo largo de su ruta
(Collier, 1996) ya que la radiación electromagnética que pasa a través de
Figura 9 - Espectro electromagnétio
cualquier medio, reduce su potencia en
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Telecomunicaciones
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cómo Funciona un rAdAr
Figura 10 - Perfil de un radar metereológico
Figura 11 - Perfil durante una tormenta.
(WMO, 1985). Como se observa en esta figura 10,
entre más intensa es la tormenta, mayor es la atenuación.
aración física de las cargas positivas y negativas)
como en un dipolo (véase: Dispersión de Rayleigh).
Cuando las dos escalas son similares pueden
darse efectos de resonancia. Los primeros radares
utilizaban longitudes de onda muy elevadas, mayores que los objetivos; las señales que recibían
eran tenues. Los radares actuales emplean longitudes de onda más pequeñas (de pocos centímetros o inferiores) que permiten detectar objetos del
tamaño de una barra de pan.
Las señales de radio de onda corta (3kHz30MHz) se reflejan en las curvas y aristas, del
mismo modo que la luz produce destellos en un
trozo de cristal curvo. Para estas longitudes de
onda los objetos que más reflejan son aquellos con
ángulos de 90º entre las superficies reflectivas.
Una estructura que conste de tres superficies que
se juntan en una esquina (como la de una caja)
siempre reflejará hacia el emisor aquellas ondas
que entren por su abertura.
Este tipo de reflectores, denominados reflectores de esquina (corner reflectors, figura 12), se
suelen usar para hacer "visibles" al radar objetos
que en otras circunstancias no lo serían (se suelen
instalar en barcos para mejorar su detectabilidad y
evitar choques). Siguiendo el mismo razonamiento,
rEFlExión
Las ondas electromagnéticas se dispersan
cuando hay cambios significativos en las constantes dieléctricas o diamagnéticas. Esto significa
que un objeto sólido en el aire o en el vacío (es
decir, un cambio en la densidad atómica entre el
objeto y su entorno) producirá dispersión de las
ondas de radio, como las del radar. Esto ocurre particularmente en el caso de los materiales conductores como el metal y la fibra de carbono, lo que
hace que el radar sea especialmente indicado para
la detección de aeronaves. En ocasiones los
aviones militares utilizan materiales con sustancias
resistivas y magnéticas que absorben las ondas del
radar, reduciendo así el nivel de reflexión.
Estableciendo una analogía entre las ondas del
radar y el espectro visible, estos materiales equivaldrían a pintar algo con un color oscuro.
La reflexión de las ondas del radar varía en función de su longitud de onda y de la forma del
blanco. Si la longitud de onda es mucho menor que
el tamaño del blanco, la onda rebotará del mismo
modo que la luz contra un espejo. Si por el contrario es mucho más grande que el tamaño del
blanco, lo que ocurre es que este se polariza (sep-
Figura 12 - reflector de esquina.
si se desea que una nave no sea detectada, en su
diseño se procurará eliminar estas esquinas interiores, así como superficies y bordes perpendiculares a las posibles direcciones de detección. De
ahí el aspecto extraño de los aviones "stealth"
(avión furtivo). Todas estas medidas no eliminan
por completo la reflexión debido a la difracción,
especialmente para longitudes de onda grandes.
Otra contramedida habitual es arrojar cables y tiras
Bases para el Diseño de un Radar
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Artículo de tapa
metálicas cuyo largo es media longitud de onda
(chaffs) con la idea de cegar al radar; son efectivas,
si bien la dirección hacia la que se reflejan las
ondas es aleatoria cuando lo óptimo sería dirigir la
reflexión hacia el radar que se quiere evitar. El factor que da la medida de cuánto refleja un objeto las
ondas de radio se llama "sección radar cruzada"
(σ), traducción del inglés RCS ("Radar Cross
Section").
los radarEs
En un
dronE
Un vehículo aéreo no tripulado —UAV, por las
siglas en inglés de Unmanned Aerial Vehicle—, o
sistema aéreo no tripulado —UAS de Unmanned
Aerial System—, conocido en castellano por sus
siglas como VANT y como drone, es una aeronave
que vuela sin tripulación. Para su funcionamiento
es fundamental el empleo de radares.
Son usados mayoritariamente en aplicaciones
militares, donde son denominados vehículo aéreo
de combate no tripulado —UCAV por su nombre en
inglés—. Para distinguir los VANT de los misiles, un
VANT se define como un vehículo sin tripulación
reutilizable, capaz de mantener un nivel de vuelo
controlado y sostenido, y propulsado por un motor
de explosión o de reacción. Por tanto, los misiles
de crucero no son considerados VANT porque,
como la mayoría de los misiles, el propio vehículo
es un arma que no se puede reutilizar, a pesar de
que también es no tripulado y en algunos casos
guiado remotamente.
Hay una amplia variedad de formas, tamaños, configuraciones y
características en el diseño de los
VANT. Históricamente los VANT
eran simplemente aviones pilotados
remotamente (en inglés: drones),
pero cada vez más se está empleando el control autónomo de los
VANT. En este sentido se han
creado dos variantes: algunos son
controlados desde una ubicación
remota, y otros vuelan de forma
autónoma sobre la base de planes
de vuelo preprogramados usando
sistemas más complejos de automatización dinámica. Cabe destacar
que las aeronaves controladas
remotamente en realidad no califican para ser llamadas como VANT,
ya que los vehículos aéreos pilota-
14
Telecomunicaciones
dos remotamente (o por control remoto) se conocen como Aeronaves Radiocontroladas o
Aeronaves R/C; esto debido a que, precisamente,
los VANT son también sistemas autónomos que
pueden operar sin intervención humana alguna
durante su funcionamiento en la misión a la que se
haya encomendado, es decir, pueden despegar,
volar y aterrizar automáticamente.
Para dar un ejemplo, la Fuerza Aérea
Venezolana inició la operación de los vehículos
aéreos no tripulados Arpía, construidos en Planta
de Sistemas Aéreos No Tripulados (SANT ARPIA1) de la Compañía Anónima Venezolana de
Industrias Militares (Cavim). El Arpía es la versión
venezolana del modelo Mohajer 2, desarrollado por
la firma iraní Qods Aeronautics Industries, y el
resultado del acuerdo de cooperación técnico-militar suscrito por Venezuela e Irán en 2006. En enero
de 2007, el Ministerio de Defensa de Venezuela
informó que dentro del referido convenio, estaba
contemplada la construcción en el país, de vehículos no tripulados de tecnología iraní.
Posteriormente, Cavim anunció la adquisición en
Irán de doce UAV, para ser empleados en actividades de reconocimiento, vigilancia fronteriza y
monitoreo ambiental, entre otros usos. J
BiBliograFía
www.radarworld.org
www.radarworld.org/huelsmeyer.html
http://ronja.twibright.com/interference.php)
www.globalsecurity.org/military/world/russia/mig-31.htm
www.intechopen.com
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M o n ta j e
de
t a pa
Montaje de un RadaR
Con aRdunIo
Tal como mencionamos en el Artículo de Tapa de esta edición, el radar es un sistema electrónico que permite detectar objetos y determinar la distancia a que se encuentran proyectando
sobre ellos ondas de radio que son reflejadas por el objeto y que al ser recibidas de nuevo por
la antena del radar permiten calcular la distancia a la que se encuentra el objeto, en función del
tiempo que tardó en ir y volver la señal de radio.
De todos es conocida la utilización del radar en el control del tráfico aéreo y en el control policial de la velocidad en el tráfico rodado. Además, estos están siendo utilizados en sistemas
especiales que permiten formar, mediante un elaborado procesado de la señal radar, imágenes
de la superficie planetaria con resoluciones del orden de algunos metros. Las aplicaciones
potenciales de estos sistemas son innumerables: cartografía de zonas de alta nubosidad (inaccesibles mediante sensores ópticos), obtención de modelos topográficos a escala mundial de
alta precisión, exploración de otros planetas o satélites con atmósfera, determinación de recursos hídricos, vegetación, clasificación de cultivos, etc.
Para la elaboración de un radar detector de objetos es preciso contar con sensores que nos
ayudan a interactuar con el espacio que rodea a nuestros prototipos, es decir, serán los sentidos de nuestros proyectos. En este artículo explicaremos el funcionamiento de los sensores
ultrasónicos y cómo construir un radar con una placa Arduino. Comenzaremos dando una
explicación teórica que complementa a lo ya definido en esta misma revista.
En base a u proyecto de F. J. Ramirez http://www.tuelectronica.es
Montaje de un Radar con Arduino
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Montaje de tapa
Módulo ultRasónico
con
aRduino
Seguro que muchos de nuestros usuarios han
“jugado” con su eco. Es irresistible hablarse a si
mismo cuando estamos en la cima de una montaña
o en una gran sala donde escuchamos nuestra voz
retarda. Muchos saben que este eco es a causa de
que el sonido rebota en una superficie y vuelve
hasta su fuente de origen. Sabiendo el tiempo que
tarda desde que se emite un sonido hasta que se
recibe en el mismo punto, podemos determinar que
distancia hay entre dos puntos. Este es el principal
funcionamiento de los sensores ultrasónico, la
emisión de un sonido y la recepción de su eco,
figura 1.
Para la elaboración de nuestro sensor usaremos el modulo ultrasónico HY-SFR05, figura 2.
Se trata de un medidor de distancias de bajo
costo por ultrasonidos. La detección del objeto se
consigue midiendo el tiempo que tarda en rebotar
un haz de ultrasonidos sobre la superficie de un
objeto. Internamente está constituido por un microcontrolador y dos cápsulas ultrasónicas de 40kHz.
Una para el disparo y otra para recibir el eco.
Las principales características son:
Rango de medida: Entre 1.7 y 400cm.
Tensión de alimentación: 5v
Frecuencia: 40kHz.
Duración mínima del pulso de disparo: 10us
Duración del pulso de eco: 100-25000us
Tiempo de espera entre medidas: 20ms
Dos modos de funcionamiento:
Modo1: Compatibilidad con el SRF04 (4 hilos).
Modo2: Modo a tres hilos.
La conexión del módulo se muestra en la figura
3. Con esta conexión el sensor se comporta como
un SRF04 usando una línea de salida de Eco y otra
para la entrada de Disparo.
El funcionamiento de este modulo es muy sencillo. Esta alimentado con 5V y se debe suministrar
un pulso de 10µs para activar el modulo a través
del pin Trig. En ese momento, el modulo lanzará
una ráfaga de 8 pulsos ultrasónicos a 40kHz y la
salida Echo pasa a nivel alto hasta que el modulo
recibe un eco, momento en el que volverá de nuevo
a pasar a un nivel bajo. Por tanto, la salida Echo es
un pulso cuyo ancho será proporcional a la distancia respecto a un objeto. Si no se detecta un objeto,
la salida Echo pasara a nivel bajo después de
30ms.
Si el ancho del pulso se mide en µs, el resultado
68
Proyectos Electrónicos
Figura 1
Figura 2
se debe dividir entre 58 para saber la distancia en
centímetros, y entre 148 para saber la distancia en
pulgadas. Estos valores son obtenidos de:
Si la velocidad del sonido es 340 metros por
segundo o 29µs por centímetro, y como el sonido
Figura 3
Mont Tapa - Radar con arduino.qxd:lx1435.qxd 25/03/14 10:01 Page 69
Radar con arduino
Figura 4
Figura 5
tiene que viajar dos veces la distancia hacia el objeto, una de ida
y otra de vuelta, entonces cada
58µs (2 x 29 = 58µs) recorrerá un
centímetro.
El módulo debe activarse cada
50ms como mínimo, de esta
manera se asegura que la ráfaga
ultrasónica haya desaparecido
completamente y no provocará
un falso eco en la siguiente
medición de distancia, figura 4.
El procedimiento de uso de este
módulo es el siguiente:
Figura 6
Figura 7
Configurar el pin de Eco (entrada) y
el de Disparo (salida).
Aplicar un pulso de, mínimo 10us, al
pin de Disparo.
El módulo transmite un tren de pulsos de 8 ciclos a 40KHz.
Esperar a que el pin de salida de Eco
pase a nivel “1”.
Inicializar a cero y poner en marcha
el Temporizador.
Cuando la cápsula receptora recibe
la señal rebotada en un objeto la salida de Eco pasa de nuevo a nivel “0”.
Medir la duración del pulso de esta
señal, es decir, el tiempo en que la
señal eco se mantiene a “1”.
Calcular el valor de la distancia en
función del tiempo registrado.
Dicho esto, en la figura 5
podemos observar cómo es el
conexionado del módulo.
Con esta conexión el sensor utiliza una única línea del pic para el
Montaje de un Radar con Arduino
69
Mont Tapa - Radar con arduino.qxd:lx1435.qxd 25/03/14 10:01 Page 70
Montaje de tapa
tabla 1
Eco y el Disparo. Hay que tener la precaución de
configurar la línea del microcontrolador como
entrada o salida, según corresponda en cada
momento.
Debemos conectar el módulo a una placa
Arduino de la manera mostrada en la figura 6. El
esquema gráfico de conexión con el Arduino Mega
se puede ver en la figura 7.
El código a grabar en el Arduino, que muestra el
funcionamiento básico del módulo se reproduce en
la tabla 1.
Si Ud. no quiere copiar el código y desea
descargarlo directamente en su placa Arduino,
puede descargar dicho código desde nuestra web:
www.webelectronica.com.ar, haciendo clic en el
ícono password e ingresando la clave: arduinoradar.
Una vez cargado el código en nuestro Arduino,
abrimos el Monitor Serie de la IDE Arduino (9600
baudios), figura 8.
Figura 8
RadaR
con
aRduino
Ya mostramos el uso de un módulo de ultrasonidos con Arduino. En este artículo le daremos
una utilidad a nuestro modulo para hacer un radar
que nos detecte la distancia a objetos sobre un
área.
El módulo de ultrasonidos HY-SFR05 que
usamos en este proyecto es bastante directivo, y
70
Proyectos Electrónicos
Mont Tapa - Radar con arduino.qxd:lx1435.qxd 25/03/14 10:01 Page 71
Figura 9
Figura 10
con la ayuda de un servo, podremos hacer un barrido de 180° para explorar un área determinada.
Arduino se encargará de tomar las medidas y con
un programa desarrollado en Processing podremos
mostrar los datos en una computadora. La comunicación Arduino-Processing la realizaremos mediante el puerto serie de la computadora.
El esquema eléctrico de nuestro radar se muestra en la figura 9 mientras que en la figura 10
podemos observar cómo queda
montado nuestro radar. Como
vemos en el esquema, usamos
una alimentación externa de 5V.
Esto se debe a que el servo consume más de lo que la placa
Arduino puede entregar. Es de
vital importancia no conectar el
servo al pin de 5V de la placa
Arduino, pues obtendremos
medidas erróneas. Ya que usaremos una fuente externa,
conectaremos a ella también el
módulo de ultrasonido.
No debemos pasar por alto que
al usar una fuente de alimentación externa debemos conectar la masa de
Arduino con la de la fuente, de lo contrario el circuito no funcionará.
El código para este proyecto consta de dos
partes, uno para Arduino y otro para Processing
que veremos luego. Arduino se encargará de tomar
las medidas de distancia para cada posición del
servo y moverlo desde la posición de 0° a 180° y
viceversa. Los datos obtenidos se enviaran por el
Montaje de un Radar con Arduino
71
Mont Tapa - Radar con arduino.qxd:lx1435.qxd 25/03/14 10:01 Page 72
Montaje de tapa
tabla 2
puerto serie. El código a grabar en Arduino se
muestra en la tabla 2.
dEscRipción
dE la
conFiguRación
dE
VaRiablEs
numReadings nos permite configurar cuantas
medidas se tomaran en cada posición del servo. El
72
Proyectos Electrónicos
valor en esta posición será un promedio de los valores obtenidos. Esto se usa para evitar posibles fallos en la medida. Cuanto más aumentemos este
valor obtendremos una medida más exacta en puntos en los que puedan existir reflexiones o multitrayectos del sonido. El aumentar este valor implica
un mayor tiempo empleado para rastrear una zona.
servoMin y servoMax permiten establecer la
Mont Tapa - Radar con arduino.qxd:lx1435.qxd 25/03/14 10:01 Page 73
Figura 12
Figura 11
área y visualizar si se producen cambios. Debemos
tener conectada la placa Arduino a nuestra computadora mediante el cable USB y cargada con el
código que dimos en la tabla 2 (recuerde que si no
quiere copiar el código, puede descargarlo desde
nuestra web).
Arduino nos envía una serie de parámetros por
el puerto serie que Processing debe descomponer
e interpretar. Estos parámetros son XgradosVvalor,
donde grados y valor son datos numéricos.
Si Ud. no tiene muchos conocimientos sobre
Arduino, le recomendamos que lea los artículos
publicados en Saber Electrónica Nº 319 y 320. En
ellos explicamos que Processing es un lenguaje de
programación y entorno de desarrollo integrado de
código abierto basado en Java, de fácil utilización,
RadaR pRocEssing
y que sirve como medio para la enseñanza y proEn Processing crearemos un entorno visual ducción de proyectos multimedia e interactivos de
para usarlo con nuestro radar Arduino. Con un bar- diseño digital. Fue iniciado por Ben Fry y Casey
rido de 180° podremos medir la distancia de un Reas a partir de reflexiones en elAesthetics and
Computation Group del MIT Media
Lab dirigido por John Maeda.
Figura 13
Nosotros vamos a programar en la
pantalla del programa de ARDUINO
en processing un código que nos
generará la pantalla del radar. De esta
manera, en el microcontrolador de la
placa Arduino tenemos grabado el
programa del radar (tabla 2) y luego,
mediante processing escribimos el
código de la tabla 3 que será quien
genere la pantalla del radar sobre
nuestra PC. Tras una comparación
cada dos barridos, el programa marca
con circunferencias rojas dónde existen diferencias de medidas respecto al
barrido anterior, tal como se observa
en la figura 13.
duración mínima y máxima del pulso de salida para
el servo correspondiente a 0° y 180°. Es posible
que dependiendo de nuestro servo tengamos que
modificar estos valores haciendo unas pruebas
previas. Si vemos que el servo no hace todo su
recorrido o hace movimientos extraños, varíe estos
datos hasta conseguir su recorrido total, figura 11.
Una vez cargado el código en Arduino
podremos ver en el “monitor serie” algo parecido a
lo mostrado en la figura 12.
Para interpretar los datos y mostrarlos de forma
visual tendremos que seguir los pasos que
brindamos a continuación.
Montaje de un Radar con Arduino
73
Mont Tapa - Radar con arduino.qxd:lx1435.qxd 25/03/14 10:01 Page 74
Montaje de tapa
Si el programa nos genera un error en la línea:
1
myport = new serial(this, serial.list()[1], 9600);
El problema puede deberse a que se está intentando leer un puerto serie que no existe. En la ventana de notificaciones de Processing debe aparecer algo similar a lo siguiente:
[0] “coM1”
[1] “coM3”
Esto es un listado de los puertos serie que tiene
nuestra computadora, debemos usar de la lista el
que Arduino nos genera, por defecto suele ser
COM3, pero debe verifícarlo antes. Para usar el
puerto serie adecuado solo tenemos que poner el
índice numérico que aparece junto a él en la función serial.list()[1] que está en la línea donde nos
genera el error.
Es posible también que no se nos genere un
error, pero el puerto serie no sea el correcto. Si el
programa no funciona, puede ser esta la causa.
Este programa ha sido testado en la versión
Processing 2.0b8 de Windows y para cualquier referencia puede dirigirse a la página del autor:
www.tuelectronica.es/tutoriales/arduino/radar-con-arduino.html J
tabla 3
74
Proyectos Electrónicos
Mont Tapa - Radar con arduino.qxd:lx1435.qxd 25/03/14 10:01 Page 75
Radar con arduino
tabla 3: continuación
Montaje de un Radar con Arduino
75
Art Tapa 2 - Bases diseño Radar.qxd:lx1435.qxd 25/03/14 10:06 Page 76
A r t í c u lo
de
t A pA
Bases para el Diseño De un
raDar
Los equipos de radar están compuestos por un transmisor, una antena, un receptor y un indicador. A
diferencia de la radiodifusión, en la que el transmisor emite ondas de radio que son captadas por el
receptor, los transmisores y receptores de radar suelen hallarse juntos. El transmisor emite el haz de
ondas electromagnéticas a través de una antena que concentra las ondas en un haz coherente apuntando en la dirección deseada. La antena capta la energía contenida en dicha señal y la envía al receptor. Mediante un proceso de amplificación y tratamiento informático, el receptor del radar genera una
señal en el dispositivo de visualización, por lo general una pantalla de computadora. En este artículo
veremos algunos conceptos que deben tenerse en cuenta para el diseño de un radar.
Coordinación: Ing. Horacio D. Vallejo - e-mail: hvquark@webelectronica.com.ar
IntroduCCIón
Básicamente, un radar consta de los siguientes bloques lógicos, figura 1:
• Un transmisor que genera las señales de radio por
medio de un oscilador controlado por un modulador.
• Un receptor en el que los ecos recibidos se llevan
a una frecuencia intermedia con un mezclador. No debe
añadir ruido adicional.
76
Telecomunicaciones
• Un duplexor que permite usar la antena para transmitir o recibir.
• Hardware de control y de procesado de señal.
• Interfaz de usuario.
transmIsores
El funcionamiento del radar implica que el transmisor
emita una gran cantidad de energía para recibir, detectar y
Art Tapa 2 - Bases diseño Radar.qxd:lx1435.qxd 25/03/14 10:06 Page 77
Bloques componentes de un rAdAr
antena presentarán diferentes frecuencias a causa del efecto Doppler.
La diferencia de frecuencias guarda
la misma relación con la emitida que
la existente entre las velocidades del
objetivo y la de la luz.
Si el receptor del radar está diseñado de forma que rechace aquellos ecos que poseen la misma frecuencia que el transmisor y sólo
amplifique los de frecuencia distinta,
únicamente visualizará los objetivos
móviles. Tales receptores pueden
seleccionar vehículos en movimiento
en total oscuridad.
El radar de frecuencia modulada
(FM) emite una señal continua cuya
frecuencia va cambiando de manera
uniforme. La diferencia entre la frecuencia del eco y la del
transmisor en el momento de la recepción de aquél permite calcular la distancia existente entre transmisor y
objetivo. Estos sistemas son más exactos que los de
impulsos, aunque tienen alcance menor.
Figura 1
Figura 2
cuantificar una mínima fracción de toda la energía de radio
devuelta en forma de eco. Una forma de solucionar el
problema de detectar este eco ínfimo en presencia de la
enorme señal emitida, es el sistema de impulsos (en la
figura 2 puede ver el diagrama en bloques de un radar de
pulsos). Durante un lapso de 0,l a 5 microsegundos se
emite un impulso de energía; a continuación, el transmisor
permanece en silencio durante un espacio de centésimas
o milésimas de microsegundo. Durante la fase de impulso
o emisión, el receptor queda aislado de la antena por
medio de un conmutador TR (transmisor-receptor);
durante el periodo entre impulsos, esta desconexión se
efectúa con un conmutador ATR (anti-TR).
El radar de onda continua, figura 3, emite una señal
continua en vez de impulsos. El radar Doppler, que se utiliza para medir la velocidad de objetos (por ejemplo un
auto), transmite con frecuencia constante. Las señales
reflejadas por objetos en movimiento respecto a la
Figura 3
reCeptores
El receptor ideal debe ser capaz de amplificar y medir
una señal muy débil con una frecuencia muy elevada.
Como hasta ahora no se ha conseguido construir un
amplificador móvil que cumpla esta función de forma satisfactoria, la señal se convierte a una frecuencia intermedia de 30 MHz y se amplifica. La altísima frecuencia de
la señal del radar exige un oscilador y un mezclador con
una precisión muy superior a la que se utiliza en los
receptores normales de radio; no obstante, ya se han
construido circuitos apropiados que utilizan como
osciladores tubos de microondas de alta potencia. La
conversión de la frecuencia intermedia se efectúa de
forma habitual y la señal se envía a continuación a una
computadora.
dIseño del osCIlador del transmIsor
El núcleo del transmisor lo forma un dispositivo
oscilador. La elección de este se realiza en virtud de las
características que se requieren del sistema radar (coste,
vida útil, potencia de pico, longitud de los pulsos, frecuencia, etc.) Los osciladores más utilizados son:
• Magnetrón: es el más utilizado a pesar de que se
trata de una tecnología algo vieja. Son pequeños y
Bases para el Diseño de un Radar
77
Art Tapa 2 - Bases diseño Radar.qxd:lx1435.qxd 25/03/14 10:06 Page 78
Artículo de tapa
ligeros. Pueden funcionar a frecuencias de entre 30 MHz
y 100 GHz y proporcionan buena potencia de salida.
• Klistrón: algo más grandes que los anteriores, llegan a funcionar solamente hasta los 10 GHz. La potencia de salida que proporcionan puede quedarse corta en
algunos casos.
• TWT (Tubo de ondas progresivas): para radares
de 30 MHz a 15 GHz, buena potencia de salida.
Figura 4
dIseño del modulador
El modulador o pulsador es el elemento encargado
de proporcionar pequeños pulsos de potencia al magnetrón. Esta tecnología recibe el nombre de "potencia
pulsada". Gracias al modulador, los pulsos de RF que
emite el oscilador están limitados a una duración fija.
Estos dispositivos están formados por una fuente de alimentación de alto voltaje, una red de formación de pulsos (PFN) y un conmutador de alto voltaje (como un tiratrón).
Si en lugar de magnetrón se usa un tubo klistrón, este
puede actuar como amplificador, así que la salida del
modulador puede ser de baja potencia.
las antenas
Las antenas de radar tienen que ser muy directivas;
es decir, tienen que generar un haz bastante estrecho,
figura 4. Como la anchura del haz es directamente proporcional a la longitud de onda de la radiación e inversa
a la anchura de la antena, y dado que no resulta viable
utilizar antenas grandes en las unidades móviles de
radar, surgió la necesidad de construir el radar de
microondas. Otras ventajas de los radares de microondas son su menor vulnerabilidad a las medidas preventivas del enemigo, como las perturbaciones, y la mayor
resolución de los objetivos. El movimiento necesario del
haz del radar se consigue imprimiendo un movimiento
denominado barrido. La forma más sencilla de barrido
consiste en hacer girar lenta y continuamente la antena.
Los radares de tierra que se emplean para la detección
de aviones a menudo llevan dos equipos de radar: uno
efectúa el barrido en sentido horizontal para visualizar el
avión y calcular la distancia angular horizontal, y el otro
lo realiza en sentido vertical para fijar su elevación.
mismo modo, una antena recibirá señales desde
cualquier dirección. Esto hace que el radar se encuentre
con el problema de saber dónde se ubica el blanco.
Los primeros sistemas solían utilizar antenas omnidireccionales, con antenas receptoras directivas apuntando en distintas direcciones. Por ejemplo, el primer sistema que se instaló (Chain Home) utilizaba dos antenas
receptoras cuyas direcciones de observación formaban
un ángulo recto, cada una asociada a una pantalla diferente. El mayor nivel de eco se obtenía cuando la dirección de observación de la antena y la línea radar-blanco
formaban ángulo recto y, por el contrario, era mínimo
cuando la antena apuntaba directamente hacia el objetivo. El operador podía determinar la dirección de un
blanco rotando la antena de modo que una pantalla
mostrase un máximo y otra un mínimo.
Una importante limitación de este tipo de solución era
que el pulso se transmitía en todas las direcciones, de
modo que la cantidad de energía en la dirección que se
examinaba era solo una pequeña parte de la transmitida.
Para que llegue una potencia razonable al blanco se
requieren antenas direccionales.
Reflector Parabólico
Los sistemas más modernos usan reflectores
parabólicos dirigibles para estrechar el haz en el que se
emite en broadcast el pulso. Generalmente el mismo
reflector se utiliza también como receptor, figura 5.
dIseño de la antena
Las señales de radio difundidas (broadcast) por una
sola antena se propagan en todas las direcciones y, del
78
Telecomunicaciones
Figura 5
Art Tapa 2 - Bases diseño Radar.qxd:lx1435.qxd 25/03/14 10:06 Page 79
Bloques componentes de un rAdAr
En estos sistemas, a menudo se
usan dos frecuencias radar en la misma
antena para permitir control automático
("radar lock").
Figura 6
Guía de Onda Ranurada
La guía de onda ranurada se mueve
mecánicamente para hacer el barrido y
es adecuada para sistemas de
búsqueda (no de seguimiento), figura 6.
Las “guiaondas ranuradas” son muy
direccionales en el plano de la antena
pero, al contrario que las parabólicas,
no son capaces de distinguir en el plano
vertical. Suelen usarse en detrimento de
las parabólicas en cubiertas de barcos y exteriores de
aeropuertos y puertos, por motivos de coste y resistencia
al viento.
Phased Arrays
Otro tipo de antenas que se suele usar para radares
son los phased arrays, figura 7. Un phased array consiste
en una matriz (array) de elementos radiantes. La fase de
la señal que alimenta cada uno de estos está controlada
de tal manera que la radiación del conjunto sea muy
directiva. Es decir, se juega con las fases de las señales
para que se cancelen en las direcciones no deseadas y
se interfieran constructivamente en las direcciones de
interés.
En el diseño de arrays intervienen muchos parámetros : número de elementos, disposición física de los elementos, amplitud de la corriente de alimentación, fase
relativa de la alimentación y tipo de antena elemental utilizada. Configurando estos parámetros se pueden mejorar las características de radiación del diagrama de
radiación individual : mejorar la directividad, mejorar la
relación de lóbulo principal a secundario, conformar el
diagrama para cubrir la zona de interés y tener la posibilidad de controlar electrónicamente el apuntamiento del
haz principal.
En la actualidad son parte imprescindible del sistema
AEGIS y el sistema balístico MIM-104 Patriot. Su uso se
va extendiendo debido a la fiabilidad derivada del hecho
de que no tienen partes móviles. Casi todos los radares
militares modernos se basan en
phased arrays, relegando los sisFigura 7
temas basados en antenas rotatorias a aplicaciones donde el costo es
un factor determinante (tráfico
aéreo, meteorología, etc.) Su uso
está también extendido en aeronaves militares debido a su capacidad
de seguir múltiples objetivos.
Tratamiento Informático del Radar
La mayoría de los radares modernos
convierten la señal analógica recibida a
una secuencia de números por medio de
un convertidor analógico digital. Un
ordenador de alta velocidad se encarga
de procesar esta secuencia y extraer la
información relativa al objetivo.
Los sistemas de radar, cuya función principal consiste en detectar objetivos,
tienen que indicar la presencia o ausencia de éstos. Si el objetivo se halla realmente presente, el radar tendrá que
detectarlo correctamente o ignorarlo por
error. Si el objetivo no está presente de verdad, el radar
puede indicar que no hay presencia del objetivo o puede
producir una falsa alarma. La computadora tiene que
ponderar de forma óptima las detecciones frente a las falsas alarmas.
pantallas de radar
La detección de objetivos, la velocidad y la posición
se pueden sobreponer a un mapa con la representación
de carreteras u otras características importantes. Ciertos
radares aéreos o en órbita espacial procesan las señales
que retornan de tierra y proyectan un mapa de alta resolución del terreno. A menudo se pueden reconocer objetos tan pequeños como un camión a varios kilómetros de
distancia, de noche y en condiciones meteorológicas
adversas. La mayoría de los últimos avances en cuanto
a pantallas y procesos de radar son consecuencia de los
adelantos en el mundo de las computadoras y la electrónica de alta velocidad.
modulador de Impulsos
Este dispositivo de encarga de extraer continuamente
corriente de una fuente de potencia, como un generador,
para alimentar el magnetrón del transmisor con impulsos
de voltaje, potencia, duración e intervalo precisos. El
impulso debe comenzar y finalizar
de manera abrupta, pero la potencia
y el voltaje no deben variar de forma
apreciable durante el impulso.
Para más información diríjase a nuestra web: www.webelectronica.com.ar,
haga clic en el ícono password e
ingrese la clave: arduinoradar. J
Bases para el Diseño de un Radar
79
Art Tapa 2 - Bases diseño Radar.qxd:lx1435.qxd 25/03/14 10:06 Page 80
S E C C I O N . D E L . L E C T O R
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Vamos a su localidad
Como es nuestra costumbre, Saber
Electrónica ha programado una serie de
seminarios gratuitos para socios del Club
SE que se dictan en diferentes provincias de la República Argentina y de otros
países. Para estos seminarios se prepara material de apoyo que puede ser adquirido por los asistentes a precios económicos, pero de ninguna manera su
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Para dictar un seminario precisamos un lugar donde se pueda realizar
el evento y un contacto a quien los lectores puedan recurrir para quitarse dudas sobre dicha reunión. La premisa
fundamental es que el seminario resul te gratuito para los asistentes y que se
busque la forma de optimizar gastos
para que ésto sea posible.
pregunta 1: La razón por la cual le envío
este mensaje es para solicitarle de la manera
más atenta, si me podría indicar paso a paso,
de forma escrita y con ejemplos, la forma de
obtención de la potencia PMPO, de la misma
forma que describe la obtención de la potencia
de salida y otros parámetros concernientes a
equipos de audio como lo describe en la sección de fallas en amplificadores del CD de uso
y manejo del multímetro, material didáctico
entregado durante el seminario en Monterrey
el año pasado, y que por la premura durante su
conferencia, era difícil de responder de forma
más detallada durante el evento.
Gustavo Cuevas.
respuesta: Peak Output) y potencia
nominal Watts RMS (Real Music Sound).
Los PMPO indican la potencia máxima
que soporta un parlante sometido a extensas
pruebas, sin afirmar en ningún momento la
calidad del sonido, es decir, unos altavoces de
80W PMPO ofrecen un sonido totalmente distorsionado en esta potencia. No existe ninguna
fórmula para calcular la potencia PMPO, por lo
que no deja de ser un valor totalmente arbitrario al gusto del fabricante concreto.
También se dice que la potencia PMPO se
refiere a la potencia máxima que soporta un
parlante durante un instante antes de que su
estructura se dañe. Normalmente se utiliza
para promocionar un producto diciendo que
soporta 3000 watts ó 5000 watts cuando rara
vez sobrepasa los 50 watts RMS. Ejemplo, un
parlante SONY XS-8694 tiene 230 W de potencia PMPO, y sin embargo su valor nominal es
de 60 W RMS. Mientras que la potencia nomi-
nal es la que debe importarle al consumidor, ya
que es la salida real (en el caso de los parlantes, lo real que uno soporta). Expresa un valor
calculado en función de la calidad de fabricación y diseño de los parlantes y es el valor
adoptado como estándar en la industria del
sonido, al ser el más próximo a la realidad.
Este valor representa un nivel medio y constante de potencia que da un amplificador ó
soporta un parlante. Es un valor científicamente comprobable y se basa en una fórmula
matemática. Los Watts RMS o como comúnmente se les llama "Watts reales" son totalmente medibles, todo va a depender de la
forma como sean medidos y hoy por hoy, cada
fabricante los mide de manera distinta por lo
que no se puede definir de manera absoluta.
No existe una relación establecida entre PMPO
y RMS. Cada fabricante fija sus normas en
PMPO y muchos también lo hacen en RMS.
Las relaciones entre dichas potencias no es
clara. Sin embargo algunas fábricas (por ejemplo Pioneer(R)) imprimen en sus cajas las 2
especificaciones.
En términos prácticos, podemos definir a
la potencia PMPO como la potencia de pico
máximo instántaneo con una distorsión determinada de salida y se toma como parámetro a
un valor de tensión PMPO, tal que el valor de
tensión de pico es igual al 17% de la tensión
PMPO. J