Radar reflektor

A hármas tükör három ortogonális fémlemezből áll, és a radar reflektor archetípusa

A hármas tükör elve: A jel mindig a forrás irányában tükröződik, függetlenül a beesés irányától.

A radarfényvisszaverők radar alkalmazásokhoz készült fényvisszaverők , és többnyire hármas tükörként készülnek ( angol sarok reflektor ). Ezzel a preambulummal kombinálják a szerkezeteket, amelyekre a radarok különösen erős visszhangjelzést adnak , és így biztonságos célkaraktereket ( angol célpont ) a radar képernyőjén olyan objektumok számára generálnak, amelyek egyébként csak nagyon alacsony vagy instabil effektív visszaverődési felülettel rendelkeznek. A radar reflektorok kvázi optikai elvek szerint készülnek, és többnyire tükörvisszaverődést ( sima felületeken való visszaverődést ), de fénytörést és diffrakciót is használnak a hatékony visszaverő felület létrehozásához . Ezt a területet általában négyzetméterben adják meg, mint referenciaértéket a radar reflektor hatékonyságához.

Referencia érték

A referencia (gömb reflektor) közül a felületnek csak nagyon kis része lehet hatékony a visszaverődésben. Nagy részét olyan irányba tereli, amelyet a radar nem tud használni.

Az ideálisan vezetőképes felületű gömb alakú reflektor referenciaként van megadva, amelynek párhuzamos vetülete a vetítési irányra merőleges síkra (azaz árnyéka ezen a síkon) egy négyzetméter. Ennek a referencia reflektornak azonban csak egy nagyon kis területe hatékony fényvisszaverőként: csak néhány centiméter van pontosan a közepén, amely pontosan vissza tudja tükrözni a bejövő átviteli energiát a radar eszköz irányába. Ennek a gömbnek minden más felülete elosztja a bejövő energiát a térben. Ön nem vesz részt a visszaverődésben. Ennek a hivatkozásnak azonban megvan az az előnye, hogy irányfüggetlen: minden irányban egyformán jól tükröződik.

A radar -reflektor felületének sokkal nagyobb hányadát teszi hatásossá a visszaverődéshez. Még a néhány négyzetcentiméter felületű sarokreflektor geometriailag nagyon kicsi területei is összehasonlítható mennyiségű - néha még nagyobb - energiát tükrözhetnek vissza a radarba, mint ez az 1,13 m átmérőjű gömb - vagy több - négyzetméter.

A gyakorlatban ennek a hatékony visszaverődési felületnek a számítása csak megközelítőleg végezhető el. Ezeket a sarokvisszaverők nemcsak egyszerűen tükrözik, hanem több fizikai hatás is előfordul, például diffrakció a külső széleken. Ez egy úgynevezett keringő hullámhoz vezet , amelynek energiarésze vagy konstruktív vagy romboló interferenciában zavarja a visszavert részt . A sarokreflektor méretétől és így a keringő hullám kitérőjének hosszától függően a visszavert energia jó esetben több mint a duplájára nőhet, vagy legrosszabb esetben a felére is. A hatás függ a radar hullámhosszától is. Ez a viselkedés kifejezetten kihasználható a tengerészetben használt sarok reflektorok esetében, mivel az ott használt radarok mind nagyon szűk frekvenciatartományban működnek (9,3-10,5 GHz körül, ami körülbelül 3 cm hullámhossznak felel meg).

Sarok reflektorok

Sarok reflektor két felülettel

Az alapelemben a sarok reflektorok két vagy három elektromosan vezető felületből állnak, amelyek pontosan 90 ° -os szöget zárnak be egymással. Ehhez az alapelemhez különféle formájú sarok reflektorokat készítenek. A három felületű sarok reflektorok a rádióhullámokat és a mikrohullámú sugárzást pontosan abban az irányban tükrözik vissza, ahonnan a forrássugárzás érkezik, anélkül, hogy tükörként merőlegesen kellene rá igazítani.

Hatásmód

Fázisbeli visszaverődés az út azonos hosszán: a + b + c = a ' + b' + c '.
Ezzel párhuzamos hullámfront keletkezik ismét az adó irányában.

Ha a hullámhossz kicsi a sarokvisszaverő geometriai méreteihez képest, akkor a tisztán optikai törvények szerint visszaverődés következik be. A bejövő elektromágneses hullámokat pontosan abba az irányba dobják vissza, ahonnan a kettős vagy hármas visszaverődés. Még a kisméretű, kis fényvisszaverő felületű tárgyak is erős visszaverődést kapnak vissza a sugárforrás irányába, sokkal erősebb radar visszhangot adnak, mint más fényvisszaverő testek, és sokkal fényesebbnek tűnnek egy analóg radar képernyőn . A kettős tükröződés a kölcsönösen merőleges, elektromosan vezető lemezeken fázisszinkronban történik, mivel az egyes fázisok távolsága azonos (a + b + c = a ' + b' + c '). A sarokreflektor tehát minden beesési szögben úgy hat, mint egy lemez, amely merőleges a beesési irányra. Ez a fáziskongruencia csak abban az irányban van megadva, ahonnan a forrássugárzás bekövetkezik. Fő irányban a hatásos terület nagyjából megfelel a sarokreflektor e lemez síkjára vetített vetületének.

Sarokvisszaverők két felülettel

Ezek a sarok reflektorok csak két, egymással pontosan derékszögű felületből állnak. A megfelelő működés érdekében a részfelületeket pontosan merőlegesen kell felszerelni a beeső hullámok síkjára. A konstrukció deklarált céljával ellentétben, hogy megközelítőleg egyformán jól tükröződjön minden irányban, ezek a sarokvisszaverők továbbra is erősen függnek az iránytól. A visszavert maximális energia csak egy fő irányban lehet hatékony - a szimmetriatengely irányában. Ezt a fő irányt akkor adjuk meg, ha mindkét tükröző felület párhuzamos vetülete megközelítőleg azonos. A felületek így megközelítőleg 45 ° -os szögben vannak a szimmetriatengelyhez képest. A radarberendezés irányába visszavert energia a maximális felére csökken, ha a szimmetriatengelytől 15 ° -kal eltér.

A következő képlet vonatkozik a két négyzetfelületű sarokreflektor effektív visszaverődési felületének elméleti kiszámítására:

${\ displaystyle \ sigma = {\ frac {8 \ pi \ cdot s ^ {2}} {\ lambda ^ {2}}}}$         (1)

${\ displaystyle \ sigma}$ = hatékony visszaverődési terület

${\ displaystyle {\ text {s}}}$ = A reflektor egyik oldalának területe.

${\ displaystyle \ lambda}$ = A felderítő radar hullámhossza

A képletek használatakor meg kell jegyezni, hogy ha a sarokreflektor kisebb, mint tízszerese a lekérdező radar hullámhosszának, akkor a tényleges visszaverődési terület gyakorlati értéke akár négyszeresére is eltérhet az elméletileg kiszámított értéktől rezonanciák. Mivel a gyakran használt navigációs radarok frekvenciái ismertek (körülbelül 9,3-10,5 GHz), a szabványos méretek a gyakorlatban a használt hullámhosszok közelítő többszöröseivé váltak, amelyek geometriai mérete éppen olyan, hogy pozitív eltérés az elméleti számított értéktől játékba lép. Minél nagyobb egy sarok reflektor, annál kisebb a rezonancia hatása. A hullámhossz tízszerese óta ez a hatás elhanyagolhatóan kicsi. Ez ezután a fent említett frekvenciasávban érvényes 30 cm -es élhossztól kezdve - tehát nem vonatkozik a boltokban kínált sarok reflektorok többségére.

Az ilyen sarok reflektorokat úgynevezett "csővisszaverőben" használják. Ez egy műanyag cső, amely több ilyen kis sarokreflektorot tartalmaz, amelyek egymás fölé vannak elrendezve, és amelyek szöghelyzetből egymáshoz rendezetlenek.

Sarok reflektorok három felülettel

Háromszögű sarok reflektor, mint egy kocka metszete

A sarokvisszaverőket három, egymással 90 ° -os szögben lévő fényvisszaverő felülettel használják, ahol háromdimenziós térben szükséges a visszaverődés . Ezek a háromszög alakú reflektorok úgy működnek, mint a fényvisszaverő optikai analógjai, néha macskaszemnek is nevezik . A maximális hatásos fényvisszaverő felület a szimmetriatengely irányában fordul elő. Az ábrán látható háromszög alakú háromszög alakú sarok reflektor effektív visszaverő területét a következők szerint kell kiszámítani:

${\ displaystyle \ sigma = {\ frac {4 \ pi \ cdot a ^ {4}} {3 \ cdot \ lambda ^ {2}}}}$         (2)

${\ displaystyle \ sigma}$ = Hatékony fényvisszaverő felület

${\ displaystyle {\ text {a}}}$ = Háromszögű fényvisszaverő három egyenlő szárú háromszögének érintő éleinek hossza

${\ displaystyle \ lambda}$ = A felderítő radar hullámhossza

A visszavert energia mennyisége és fázisa viszonylag állandó marad a radarberendezések által használt frekvenciákon, függetlenül a beesési szögtől, egészen addig a tartományig, amelyben a visszavert hullámhossz a reflektorfelületek méreteinek nagyságrendjében érkezik. A sarokreflektor egyes felületeinek ezért nagynak kell lenniük a hullámhosszhoz képest. Minél nagyobb egy sarok reflektor, annál több energiát tükröz. A szélesség a főirány felénél maximum 20 ° - 40 °, a három felület geometriájától függően.

Ha ennek a számított sarokreflektornak legalább nyolc vagy több darabja úgy van összekapcsolva, hogy minden irányba visszaverődik, akkor az egyik sarokvisszaverő mindig többé -kevésbé hatékonyan néz a megfigyelő radar felé. Ennek a sarokreflektornak nagyon bonyolult diagramja van a visszaverődésről, amelyben a tényleges visszaverődési felület megfelelő mérete megadható a bejövő radarsugárzás irányának függvényében. A fő irány ismét az a helyzet, amelyben mindhárom látható részterület egyforma nagy párhuzamos vetülettel rendelkezik.

A három felülettel rendelkező sarokreflektor előnye helyzetfüggetlen funkciója (függőlegesen is kissé megdönthető) és a nagyobb mechanikai stabilitás. Ezért ezt a kialakítást akkor használják, ha a szögek két irányban változhatnak. Hátránya, hogy nagyobbra kell építeni, mint az azonos hatásos fényvisszaverő felülettel rendelkező kétfelületi sarok reflektor, mivel a sarok reflektor hegyes végei nem vesznek részt az eredeti irányú tükrözésben. A pozíciótól függően ezek a végek csak kétszer tükröződhetnek, így ez az energia más irányba irányul. A párhuzamos vetület teljes területéből csak közelítőleg egyenlő oldalú hatszög hatékony a szimmetriatengely (főirány) irányában. Egyes gyártók ezért nélkülözik ezeket a sarkokat, így a sarok reflektor sokszög alakú, mint ezen a képen . Gyakran körkörös területekből készült mintákat is használnak. Jó kompromisszumot kínálnak a radar keresztmetszete és a szélterhelés között. Gyakran műanyag golyóba helyezik őket, hogy megvédjék őket a jég felhalmozódásától és tovább csökkentsék a szélterhelést. Az ilyen, sarokvisszaverővel ellátott műanyag golyókat gyakran lehet látni az autópályák közelében lévő nagyfeszültségű vonalakon, mivel a vékony vonalak veszélyt jelentenek a helikopter-pilótákra a légimentő szolgálatban vagy a rendőrségben, ha rossz a láthatóság .

Az oldalhosszhoz viszonyítva a legmagasabb hátsó tükröződés három négyzetből álló alakzatokat tartalmaz (kocka három hiányzó oldallal), ez a hiányzó kockasarok irányába esik:

${\ displaystyle \ sigma = {\ frac {12 \ pi \ cdot a ^ {4}} {\ lambda ^ {2}}}}$         (3)

Egy négyzet alakú alumíniumlemezből készült sarokreflektor, egyenként 20 cm élhosszúsággal, elegendő radarcélpontnak a 3 cm körüli hullámhosszúságú navigációs radarok számára, amelyek többnyire a belföldi szállítás I / J sávjában működnek .

A sarokreflektor, amely szinte minden irányban visszaverődik, 12 egyenlő szárú háromszögből áll, és 8 különböző hármas tükröt alkot, mindegyiket 90 ° -kal eltolva. 8 sarka miatt nyolcszögletű sarok reflektornak is nevezik.

Lüneburg lencse

A Lüneburg lencse elve

A Lüneburg lencsék radarvisszaverőként különböző kivitelben kaphatók. Olyan anyagot használ, amelynek befelé növekvő gradiens indexe van , például habosított anyag, amelynek belseje felé nagyobb sűrűsége van. Ennek a gömbnek a fele fémesen tükröződik. A tükröződés fő iránya a szimmetria tengelye a nem tükrözött irányban. Ez a konstrukció a beeső elektromágneses hullámokat is pontosan abban az irányban tükrözi, ahonnan érkeznek. A sarokvisszaverőkhöz képest geometriailag nagyobb ugyanolyan hatásos visszaverődési felülettel, mivel az elektromágneses hullámok által áthatoló anyag valamivel nagyobb csillapítással rendelkezik, mint a levegő.

A csónakokon és hajókon való gyakorlati alkalmazáshoz e gömbök közül hármat összeszerelési egységbe öntenek, amelynek fő irányait 120 ° eltolja, így 360 ° -os körkörös tükröződés érhető el. Ezt a konstrukciót háromlencsés radar reflektornak nevezik . Vizsgálatok megbízásából a brit hatóságok azt mutatta, hogy ez a kialakítás csak passzív reflektor kapható a piacon, amely eléri a megfelelő visszhang hatás akkor is, ha magas sarkú .

A lüneburgi lencséhez hasonlóan körkörös radar reflektorok is gyárthatók, amelyek a tükör helyett csak keskeny, vezető rétegből álló vízszintes övvel rendelkeznek. Rendkívül dőlésfüggőek, mivel a gömbbe belépő rádióhullámokat pontosan a hátsó fényvisszaverő fémszalagra kell fókuszálni. Ezért kiválóan alkalmasak referencia- vagy laboratóriumi eszközöknek, de nem hajók és hajók gyakorlati használatra.

Aktív radar reflektorok

A transzpondereket, valamint a kutató- és mentőradar -transzpondereket a szabadidős hajózásban és a mentőmunkások is használják . Ha elektronikájuk radarimpulzust kap, egy erős impulzust küld vissza ugyanazon a frekvencián. A „reflektor” elnevezés tehát valójában félrevezető. Ez a transzponder -válasz nagyobb visszhangként jelenik meg a radarkészüléken, mint maga a hajó. Ezenkívül az aktív radar -reflektorok fényjelzéssel vagy figyelmeztető hanggal jelzik, hogy radarimpulzus érkezett, és így jelzik a közelben lévő többi hajót. A passzív reflektorokhoz képest nagy előny a drasztikusan megnövelt hatótávolság, mivel a passzív visszaverődés helyett aktív válasz van rögzített átviteli teljesítmény mellett. Ez technikailag indokolt, mert a radaregyenlet szerint a radarberendezésben kapott teljesítményre nem vonatkozik kétirányú csillapítás (oda és vissza), hanem csak egyszerű szabad tércsillapítás . Ez a tartomány azonban a radarhorizontra korlátozódik , ami tengeri alkalmazásokban körülbelül 40 tengeri mérföld, az antennák szerelési magasságától függően. A transzponderek kódolt jeleket is küldhetnek, amelyek lehetővé teszik az automatikus azonosítást.

Ezen transzponderek hátránya, hogy csak szerkezetileg előre meghatározott radarfrekvenciákra és csak a klasszikus impulzusradarokra tudnak reagálni. Használatuk ezért vitatott, mivel az új radartechnológiák néha más frekvenciasávokat használnak, amelyeken az aktív radarreflektor hatástalan. A modern szélessávú rendszerek, mint a navigációs radar, ugyanazt a funkcionális elvet használják, mint a katonai katasztrófák, hogy elfogják a radart, és rendkívül alacsony átviteli teljesítményt küldenek. Az átviteli impulzus teljesítménye akár a zajszint alatt is lehet a fogadó helyen. Ezeket az impulzusokat a transzponder talán észre sem veszi, vagy komplex típusú modulációjuk nem küldhető vissza. Az elektronikus áramkör elkerülhetetlen további késleltetési ideje miatt a transzponder jel nagyobb távolságban jelenik meg, mint a valós távolság, általában 2-3 tengeri mérföldnyire a passzívan visszavert jel mögött.

használat

A radar reflektor a Inachabkuppe a namíbiai használták a nemzeti felmérés (2017).
A radar reflektor a középső csúcson van.

Nyolcszögletű sarok reflektor a motoros jacht tetején, négyszeres helyzetben

A sarok reflektorokat a radarok célpontjaiként használják :

• kalibrálási szabványként az antennák szabad térbeli kalibrálásához (például a légiforgalmi irányításban a precíziós megközelítési radar irányának ellenőrzéséhez )
• navigációs segédeszközként a hajózási útvonalak megjelölésére nehéz vízben (úszó tengeri táblákon , hidakon)
• a kifutópálya megjelölésére a repülőtereken
• Radar reflektorok a vízi járműveken, hogy könnyebben felismerjék őket más hajók és szárazföldi radarok által
• nagy rakétát szimulálni úgynevezett csalócélok segítségével
• egy meteorológiai léggömb radar nyomon követésére és mérésére szélsebesség nagy magasságban
• az ipari alkalmazások radarkészülékeinek távolságmérésének meghatározott célpontjaként
• légi közlekedésre veszélyes tárgyak megjelölésére
• nemzeti felméréshez (radar háromszögelés)
• Az autóipari radarok teszteléséhez és kalibrálásához a gépjármű műhelyekben motorok által forgatott sarok reflektorokat használnak, amelyek elforgatva Doppler frekvenciát generálnak.

Alkalmazás a szállításban

Annak érdekében, hogy a radar reflektor a lehető legnagyobb hatékonyságot érje el a szállítás során, bizonyos feltételeket figyelembe kell venni a beállítás során:

• A lehető legmagasabbra kell felszerelni, például a vitorlás jármű felső szórójára . Ez biztosítja, hogy a vitorlás jármű megfelelő radarvisszaverést is tükrözzen, amikor az olyan lényeges alkatrészek, mint a hajótest vagy a szerelvény már a radarhorizont mögött vannak .
• Rögzített rögzítés, amely megakadályozza a radar reflektor elcsúszását vagy elfordulását. Ezzel elkerülhető a nem helyhez kötött, úgynevezett pumpáló visszhang, mint lenne a helyzet, például a „repülő” kapcsolódási csapdák , a backstagen vagy toppnant . Szivattyúzási visszhangok esetén a visszavert jel felváltva jelenik meg, és nem jelenik meg a vevő radar képernyőjén. A szabadidős és kereskedelmi hajózás radarokra vonatkozó raszteres letapogató rendszerei azonban elfojthatják az ilyen szivattyúzási visszhangot, így a vitorlás hajót nem érzékelik.

Négyszeres

Hat formáció

Egy nyolcszögű radar reflektor nyolc háromszög alakú sarokvisszaverővel alapvetően két különböző helyzetben szerelhető fel egy vízi járműre: a négy- vagy a hatállású. Négyes létrehozásakor az egyik pont pontosan felfelé, az ellenkező pont pedig pontosan lefelé irányul. Ennek a helyzetnek azonban rosszak a visszaverődési jellemzői vízszintes irányban, mivel gyakorlatilag csak négy sarokvisszaverő járul hozzá a visszaverődéshez. Tehát vízi járművekre nem alkalmas. A hatos létrehozásakor a sarok reflektor a felszínével normálisan felfelé igazodik, a szemközti sarok reflektor pedig a felszínével normálisan pontosan lefelé, így ezt a helyzetet esőfogó pozíciónak is nevezik . Vízszintes irányban ez a helyzet kisebb, de kiegyensúlyozottabb visszaverődési karakterisztikával rendelkezik, mint a négyállású, így különösen alkalmas vízi járművekhez.

A következő ábra a két említett helyzethez mért visszaverődési diagramot mutatja, egy 16 hüvelykes nyolcszögű radar reflektor példáján, 0 ° -os dőlésszöggel, azaz vízszintes irányban. A kék görbe a tükrözési diagramot mutatja a négy, míg a piros görbe a tükrözési diagramot a hat képzéséhez:

A SOLAS -egyezmény V. fejezete szerint minden hajót, beleértve a sporthajókat is, fel kell szerelni radarfényvisszaverőkkel, „ha lehetséges”. Az ISO 8729 jelenleg a berendezésre vonatkozik , amely két részben kapható (ISO 8729-1 passzív, ISO 8729-2 aktív reflektorok esetén). A 2,5 m² effektív visszaverődési területtel rendelkező passzív fényvisszaverők élének hossza (külső éle) 22 cm 10 GHz -en a (2) egyenlet szerint, amelyek könnyen felszerelhetők kisebb jachtokra. Alapvetően azonban az ajánlat az, hogy a lehető legnagyobb fényvisszaverőt használjuk, amelyet a hajóra felszerelhetünk, mert a kétszeres peremhosszúságú, nyolcszögű radar reflektornak már a (2) egyenlet szerint 16 -szor nagyobb visszaverődési területe van.

web Linkek

Egyéni bizonyíték

1. ↑ A képletek levezetése a radartutorial.eu oldalon
2. ↑ ^{a b} ussailing.org ( Memento 2007. szeptember 28 -tól az Internet Archívumban )
3. ↑ Aerospaceweb.org | Kérdezzen tőlünk - Radar keresztmetszet. Letöltve: 2020. október 1 . 
4. ↑ ^{a b} Mikrohullámok 101 | Mikrohullámú koaxiális csatlakozók. Letöltve: 2020. október 1 . 
5. ↑ ^{a b c d e} Tengeri radar reflektorok teljesítménye a piacon . Nagy -Britannia tengeri balesetek kivizsgálási osztálya. 2007. Hozzáférés: 2015. december 23.
6. ↑ ^{a b c d} Vizsgálati jelentés 56/09, 23. o . Szövetségi Tengerészeti Balesetek Vizsgálati Irodája. 2010. Hozzáférés: 2019.
7. ↑ A NAVICO radar gyártójának figyelmeztetése a szélessávú radar kézikönyvében (3. oldal)
8. ↑ Lásd a radar háromszögelés angol nyelvű leírását
9. ↑ Egon Ohlrogge: Alkalmazott radartudomány - gyakorlat a professzionális és szabadidős hajózáshoz. Delius Klasing 2001, ISBN 3-88412-353-X
10. ↑ ^{a b} Georg Fürst: Radar a fedélzeten-A tankönyv a kapitány számára , Pietsch-Verlag 2009, 62–65. Oldal , ISBN 978-3-613-50408-0
11. ↑ SOLAS V. Szabályzat . Királyi Yachting Szervezet. Letöltve: 2015. december 24.