¿Qué son los Transmisores MOPA en Radares?

Los transmisores MOPA (Master Oscillator Power Amplifier) son una configuración utilizada en radares de pulsos MTI (Moving Target Indication) totalmente coherentes. Se emplean osciladores de estado sólido de bajo nivel, seguidos por amplificadores de potencia.

Factores que Contribuyen a la Degradación de Campo en Radares

Diversos factores pueden degradar el rendimiento de un sistema de radar:

• Válvulas agotadas.
• Agua en las líneas de transmisión.
• Corriente del cristal del mezclador incorrecta.
• Empeoramiento de la cifra de ruido.
• Tiempo de recuperación lento de la válvula TR.
• Pérdidas en las conexiones de los cables.

Características Clave a Monitorizar en el Funcionamiento de un Radar

Para asegurar un funcionamiento óptimo, se deben vigilar las siguientes características:

• Potencia de transmisión.
• Cifra de ruido del receptor.
• Espectro y/o forma del pulso transmitido.
• Tiempo de recuperación de la válvula TR.

Modificación del Ancho de Pulso en el Modulador

Para transmitir con diferentes anchos de pulso, es necesario modificar el número de elementos pasivos de la PFN (Pulse Forming Network) que intervienen en la descarga.

Necesidad de Ancho de Banda Variable en el Amplificador de Frecuencia Intermedia (FI)

Algunos radares utilizan diversos anchos de pulsos en combinación con diferentes PRF (Pulse Repetition Frequency). Por lo tanto, requieren un ancho de banda variable en el amplificador de FI, dependiendo del tipo de pulso transmitido.

Funcionamiento del Discriminador de Frecuencia del CAF

El discriminador de frecuencia proporciona una señal de corriente continua. La amplitud y polaridad de esta señal dependen, respectivamente, de la magnitud y la dirección de la desviación de frecuencia de la señal de entrada en relación con la FI. Si no hay desviación de frecuencia, la salida será nula.

Efectos de la Disminución de la Distancia Mínima de un Radar

Si se disminuye la distancia mínima, los blancos situados a una distancia menor que la calculada llegarán a la antena mientras ésta sigue emitiendo, lo que provocará la pérdida de la señal.

Control de Ganancia con la Señal STC

El circuito generador de señal STC (Sensitivity Time Control) varía la ganancia en el preamplificador o en los primeros pasos de amplificación de FI, normalmente de forma exponencial (1/R⁴).

Acción del CAG en el Amplificador de FI en Relación con el Ruido

El CAG (Control Automático de Ganancia) actúa sobre el amplificador de FI para colaborar en la formación de la señal. Esta señal ajusta la ganancia del amplificador de FI en función de la sensibilidad del receptor. Cuando el ruido aumenta, la ganancia disminuye automáticamente, y cuando el ruido disminuye, la ganancia aumenta automáticamente.

Causas de la Modificación de la Frecuencia entre Transmisor y Oscilador Local

Las causas más importantes son:

• Cambios en la temperatura del transmisor y del oscilador local (OL), especialmente notables en los primeros minutos de funcionamiento.
• Cambios de la impedancia de carga del transmisor originados por el giro de la antena.

Función del Detector en un Receptor Radar

El detector convierte los impulsos de FI en pulsos de vídeo, que, tras ser procesados, se envían a la unidad de explotación.

Función de los Circuitos CFAR en el Receptor del Radar

Los circuitos CFAR (Constant False Alarm Rate) evitan la saturación y sobrecarga del receptor y presentan una información de vídeo limpia con un nivel de ruido constante.

Cálculo de la Distancia al Objetivo en un Radar de Pulsos

Si el tiempo entre la emisión de un pulso y la recepción del eco es de 2us, la distancia al objetivo es de 300 metros (no 600 metros). La velocidad de la luz es aproximadamente 300,000,000 metros por segundo. El tiempo de ida y vuelta es de 2 microsegundos, por lo que el tiempo de ida es de 1 microsegundo. Distancia = velocidad * tiempo = 300,000,000 m/s * 0.000001 s = 300 metros.

Definición de PRF

El número de pulsos transmitidos en la unidad de tiempo se denomina PRF (Pulse Repetition Frequency).

Afirmación Falsa sobre la Distancia al Blanco

La distancia a la que se encuentra el blanco es función del tiempo de ida y vuelta (no solo de ida) y de la velocidad de propagación de la energía de RF, que es conocida.

Discriminación de Blancos Cercanos

• Discriminación en distancia: La condición para que los blancos situados en la misma dirección respecto de la antena produzcan ecos independientes es que se encuentren, como mínimo, a una distancia determinada por la duración del pulso.
• Discriminación angular: Viene determinada por el ancho del lóbulo emitido por la antena. Si este ancho es mayor o igual que la separación angular entre dos blancos, ambos pueden ser iluminados simultáneamente, y los ecos se mezclarán.

Carga y Descarga de la Línea en un Radar de Pulsos

• Carga: Se produce en el intervalo entre impulsos. El tiempo de carga debe ser menor que el periodo de repetición de impulsos.
• Descarga: Se produce cuando se desea transmitir, provocando la descarga de la línea sobre el transmisor. El tiempo de descarga determina la duración del impulso transmitido (ancho del pulso, PW).

Variación de la Frecuencia de Resonancia de una Cavidad Resonadora

Para ajustar la frecuencia de resonancia de una cavidad, se puede:

• Variar el tamaño de la cavidad.
• Variar la forma de la cavidad (deformando las paredes o introduciendo objetos).
• Variar las características eléctricas de la cavidad, afectando al campo magnético (SUPERFLEDERMAUS).

Funcionamiento de un Mezclador Equilibrado con «T» Mágica

La señal del oscilador se introduce por el brazo de la «T» que desfasa (E), y la señal de la antena por el que no desfasa (H). De esta forma, se mezclan, y en la salida del amplificador se anula el ruido del oscilador local.

Rango de Frecuencia de las Microondas

Las microondas se encuentran entre 1 GHz y 1 THz.

Transmisión de Energía de una Onda Electromagnética

Se transmite mediante campos magnéticos y eléctricos alternativos, orientados perpendicularmente entre sí y con la dirección de propagación.

Velocidad de una Onda Electromagnética

Depende de la naturaleza de la onda y del medio en que se propaga.

Procesamiento de la Onda Electromagnética en un Radar

En un sistema de radar, la onda electromagnética debe ser:

1. Generada (oscilador del transmisor).
2. Enviada al espacio en la dirección deseada (antena).
3. Convertida en tensión/corriente (diodo detector).
4. Transportada (circuitos de radiofrecuencia).

Campos Requeridos para el Funcionamiento del Magnetrón

• Campo electrostático entre cátodo y ánodo (campo de polarización).
• Campo magnético axial (imán).
• Campo electromagnético (cavidades resonantes).

Enfoque de un Magnetrón

Es un mecanismo que mantiene a los electrones activos sincronizados con los campos del espacio ánodo-cátodo, maximizando la energía entregada a las oscilaciones.

Introducción y Extracción de Energía en una Guía de Ondas

Se puede realizar mediante:

• Una espira de hilo.
• Una sonda colocada paralelamente a las líneas de fuerza.
• Ranuras en la pared.

Aplicaciones de las Cavidades Resonantes en Radar

• Oscilador de microondas.
• Duplexores.
• Equipo de pruebas o mantenimiento.

Componentes Principales de un Sistema de Radiofrecuencia

• Acoplador del magnetrón.
• Sistema duplexor (válvula TR y ATR).
• Sección ranurada.
• Juntas.
• Codos.
• Acopladores direccionales.
• Junta giratoria.
• Twist.
• Antena.

Definición y Aplicaciones del Radar

Radar (Radio Detection and Ranging) es la detección de un objeto y la determinación de su distancia y dirección. Tiene aplicaciones militares (vigilancia, navegación, control y guiado de armas) y civiles.

La energía reflejada depende del tamaño, forma y conductividad eléctrica del objeto. Comparando la señal emitida con la reflejada, se puede determinar: distancia, velocidad, dirección y altura.

Clasificación de Radares por Frecuencia de Trabajo

• Según el margen o banda de frecuencia (X o I).
• Según la posibilidad de cambiar su frecuencia: frecuencia fija o variable.

Distancia Mínima y Alcance Práctico

• Distancia mínima: Depende de la anchura del pulso (PW) y del tiempo de recuperación (RT).
• Alcance práctico: Determinado por la potencia de los pulsos, la superficie, forma y material del blanco, la sensibilidad del receptor, la anchura del haz y la altura y superficie de la antena.

Ciclo de Trabajo

Es la relación entre la anchura del pulso y el intervalo entre pulsos sucesivos.

Consideraciones sobre la Ecuación del Radar

Para mejorar la distancia máxima detectable, se puede:

• Aumentar la potencia de cresta.
• Mejorar la sensibilidad del receptor.
• Aumentar la ganancia de la antena.
• Mayor área efectiva del blanco.

Mínima Señal Discernible y Cifra de Ruido

• Mínima señal discernible: La señal más débil detectable por el receptor en presencia de ruido.
• Cifra de ruido: Medida de la degradación de la relación señal-ruido en el receptor.
• Filtro adaptado: Circuito que maximiza la relación señal-ruido.

Pérdidas del Sistema

Pueden ser:

• Calculables: Pérdidas debidas a la forma del lóbulo de la antena, pérdidas de unión, pérdidas en la fontanería de microondas.
• No calculables: Pérdidas debidas a la integración de pulsos, degradación de campo y operador.

Propagación por Conducto

En las proximidades del mar, el índice de refracción puede ser muy negativo, obteniéndose alcances cerca de la superficie superiores a lo normal.

Componentes Principales de un Sistema de Radar

• Transmisor: Genera energía de radiofrecuencia.
• Receptor: Amplifica los pulsos eco.
• Unidad TR o Duplexor: Impide que la energía se desvíe durante la transmisión y dirige la energía al receptor durante la recepción.
• Oscilador de Radiofrecuencia: Genera la energía a radiar.
• Modulador: Almacena energía para la creación de pulsos.

Componentes de un Transmisor

• Amplificadores de excitación (driving).
• Fuente de alimentación.
• Modulador.
• Sistema de refrigeración.
• Sistema de protección de descargas.
• Interruptores de seguridad.
• Dispositivos de control.
• Aisladores.
• Apantallamiento.
• Oscilador autoexcitado (Magnetrón) o amplificador de potencia (Klystron, TWT, amplificadores de campo transversal).

Características del Interruptor SCR

• Capacidad para trabajar con altos niveles de potencia.
• Impedancia casi nula al conducir.
• Conducción hasta la descarga total de la PFN.
• Muy pequeña caída de tensión en conducción.

Oscilador Local y Control Automático de Frecuencia (CAF)

• Oscilador Local: Genera una frecuencia que, restada de la frecuencia de transmisión, proporciona la FI.
• CAF: Mantiene constante la diferencia entre la frecuencia de transmisión y la del oscilador local. Puede usar detectores de amplitud, fase o amplitud-fase.