radar

Sendersystemet i en konvensjonell radar består av en høyfrekvensoscillator (tidligere vanligvis en magnetron) styrt av en modulator, slik at det genereres pulser med stor effekt (spissytelser på 2–100 kW), men med kort varighet (0,1–30 mikrosekunder). Man benytter frekvenser mellom 100 og 10 000 MHz, og 350–10 000 pulser (bølgetog) per sekund.

Det kreves særlig høye frekvenser og tilsvarende korte bølgelengder blant annet for å oppnå smalest mulige stråler med antenner av rimelige dimensjoner, men også for å oppnå gunstigst mulige refleksjonsegenskaper.

Frekvenser som benyttes i vanlige skipsradarer ligger i X- og S-båndet (se tabell under). Trenden for denne type radar går mot bruk av «solid state»-sendere (ikke magnetron) med lavere utgangseffekt, men hvor pulsene er noe lengre, og gjerne med en form for frekvensmodulasjon.

Med såkalt CW-radar sendes en frekvensmodulert radiobølge ut med vesentlig lavere effekt enn spisseffekten på en pulsbasert sender. Avstanden bestemmes ut fra den mottatte frekvensen på ekkoet – en frekvens som er nøye tidsstyrt, og dermed kan benyttes til å beregne tidsforskjellen mellom utsendt og mottatt signal (avstanden).

CW-radar har vært vanlig blant annet i militære systemer, men finnes nå også på langt enklere system, tilpasset lystbåtmarkedet.

På grunn av frekvensvariasjon kan slike systemer ofte bli kalt «bredbåndsradar».

Mottakeren er en radiomottaker med lavest mulig støynivå, stor følsomhet, og en båndbredde som svarer til båndbredden for pulsene fra senderen. Utgangspulsene fra mottakeren registreres i en gitt retning (peiling) og avstand.

Tidligere ble registreringen vist direkte på den fluorescerende skjermen i et katodestrålerør, slik at tidsdifferenser mellom utgående pulser og reflekterte ekkoer angis som avstanden fra sentrum av skjermen. På moderne systemer omgjøres vinkel- og avstandsinformasjon til X- og Y-koordinater og plasseres på rektangulære skjermsystemer sammen med en mengde annen informasjon. Hvis senderen utsender lange og modulerte pulser er det vanlig at man i mottageren benytter avansert pulskompresjon og signalbehandling for å oppnå best mulig deteksjon og skilleevne av ekkoene.

Signalbehandlingen kan også innbefatte registrering av dopplereffekt på mottatt signal, hvilket gjør det mulig å måle målenes bevegelse og hastighet uten annen form for plotting. Det er en variant av slike målinger som benyttes i politiets fartskontroller (radarkontroll). For å kunne presentere målene i forhold til geografiske posisjoner er det vanlig at radaren får informasjon fra GNSS og gyrokompass.

Som oftest brukes samme antenne for sending og mottaking. Antennen er sterkt direktiv og er vanligvis dreibar, slik at strålen kan dirigeres etter ønske, og med utstyr for måling av asimut. En vanlig radarantenne på et skip vil normalt rotere med cirka 30 omdreininger per minutt, hvilket medfører at hele bildet oppdateres hvert andre sekund.

I tidlige systemer var det gjerne benyttet parabolske antennetyper, men på dagens skipssystemer benyttes oftest antenner av typen «slotted waveguide». På spesielle overvåkningsradarer og militære systemer kan man også få informasjon om høydevinkel (elevasjon) fra antennesystemet. Hvis ikke det er dreibar antenne vil denne være bygget opp av en matrise av små antenneelementer som kan styres elektronisk slik at strålen kan dreies svært raskt horisontalt og/eller vertikalt uten noen mekanisk bevegelse av antennen. Slike antenner kalles gjerne «phased array», og er vanlige i militære systemer knyttet til overvåknings- og våpensystemer.

Både mekanisk og elektronisk styrte antenner vil automatisk avsøke («scanne») jordoverflaten eller luftrommet rundt antennen – eventuelt i en definert sektor. Eksempelvis vil radaren i et vanlig passasjerfly være plassert bak et deksel i flyets nese, og avsøke en sektor foran flyet. I forbindelse med våpensystemer kan også en radarstråle bli låst til et gitt mål, for best mulig følging og deteksjon av dette.

Større radarantenner som er utsatt for vind og vær, omgis vanligvis med en kuppel, radom.

Rekkevidden til radaren vil være avhengig av en rekke forhold, og ikke minst vil rekkevidden i de høyeste frekvensbåndene kunne begrenses av kraftig nedbør og atmosfæriske forhold. Nøyere analyse av ytelse og rekkevidde beskrives gjerne av «radarligninger». Eksempel på en slik radarligning er vist på figuren til høyre, og kan beskrive maksimal rekkevidde (R).

Fra denne ligningen ser vi betydningen av forskjellige faktorer: Den største avstanden en gjenstand kan registreres på, er proporsjonal med fjerderoten av senderens spisseffekt (P), med kvadratroten av antenneforsterkingen (G), og med kvadratroten av bølgelengden (λ). Vi ser også at målets størrelse (radartverrsnitt, σ) og støyforhold (SNR) er av stor betydning. En typisk skipsradar vil ha en effekt mellom 10 og 25 kW og frekvens på 9000 MHz. En slik radar vil kunne detektere et annet større fartøy på 10–20 nautiske mil (18–36 kilometer). Ved lave mål og antenner vil rekkevidden også begrenses ved at målet er skjult bak horisonten. Nedre grense for deteksjon er gitt av halve pulslengden – eksempelvis 15 meter ved pulslengde på 0,1 mikrosekund.

IMO stiller ellers følgende krav om rekkevidde i nautiske mil (nm) en skipsradar skal kunne detektere forskjellige mål på:

• Høy kystlinje (60 meter eller mer): 20 nm
• lav kystlinje (6 meter eller mer): 8 nm
• større skip (over 5000 BT): 11 nm
• mindre båt (4 meter høy med radarreflektor) 5 nm
• navigasjonsbøye (med radarreflektor) 4,9 nm

IMO stiller dessuten strenge krav til at radaren automatisk skal kunne plotte andre skips bevegelse og presentere dette som beslutningsgrunnlag for eventuelle vikemanøvre. Dette kalles gjerne en ARPA-radar.

Institute of Electrical and Electronical Engineers, IEEE, har laget en inndeling av frekvensbåndene for radar, og disse betegnelsene blir mye brukt (se tabell lenger ned). Her er det verdt å merke seg at disse bokstavbetegnelsene også blir brukt for avvikende frekvensbånd. For eksempel blir L-bånd også brukt om frekvensområdet 930–1550 MHz, K-båndet for frekvensområdene 20–40 GHz og 12–93 GHz, mens betegnelsen Ka-båndet av enkelte brukes om frekvensbåndet 16–40 GHz.

Det er utviklet nye radartyper, såkalt over-horisonten-radarer eller forbi-horisonten-radarer. Rombølgeradaren har spesielt lang rekkevidde (for eksempel Oslo–Bagdad), den arbeider i frekvensområdet 3–30 MHz og bruker ionosfæren som speil. Ettersom ionosfæren ikke er stabil (skiftninger etter årstid, solflekkaktivitet, nordlys) er radartypen mindre pålitelig enn radarsatellitter. I tillegg virker den ikke de første 1000 kilometerne. Rombølgeradaren har særlig militær interesse.

Jordbølgeradaren følger jordkrumningen. Rekkevidden er bare en tidel av rombølgeradaren, men den er langt mer nøyaktig og stabil. Denne radartypen er særlig egnet til overvåkning, for eksempel av havområder.

Ved hjelp av spesiell signalbehandling og visse modifikasjoner av antenne og sender kan radaren være tilpasset deteksjon av nedbørsområder, og bevegelsen til slike. Slike værradarer er viktige hjelpemidler for meteorologene i forbindelse med varsling av nedbør. På skip og offshoreinstallasjoner kan man også finne radarsystemer som måler bølgehøyde og bølgenes energispekter, hvilket kan være viktig grunnlag for vurdering av risiko i krevende maritime operasjoner. I fly vil radaren også være svært nyttig for å oppdage farlige sky- og nedbørsområder.

Det er også utviklet radar som «ser» ned i bakken og som kan detektere gjenstander ned til en dybde på typisk tre meter (GPR, Ground Penetrating Radar). Området for anvendelser av denne typen radar kan være fra inspeksjon av veier, jernbaner og flyplasser til mineleting og arkeologiske undersøkelser. Radar er et også et viktig instrument for utforskning av forholdene i ionosfæren, se EISCAT.