http___radartutorial.de_07.waves_Frekans-_20ve_20Dalga_20Boyu_20Bantlar_C4_B1.tr.html_1.xml
1.1 2.1 2.2 3.1 3.2 4.1 5.1 6.1 7.1 7.2 7.3 8.1 9.1 10.1 11.1 11.2 11.3 12.1 13.1 14.1 14.2 14.3 14.4 14.5 14.6 15.1 16.1 17.1 17.2 17.3 17.4 18.1 18.2 18.3 19.1 20.1 20.2 20.3 20.4 21.1 21.2 21.3 22.1 23.1 23.2 23.3 23.4 23.5 24.1 24.2 24.3 25.1 26.1 26.2 26.3 26.4 26.5 27.1 28.1 28.2 28.3 28.4 29.1 29.2 29.3 30.1 30.2 31.1 32.1 32.2 32.3 32.4 32.5 32.6 33.1 34.1 34.2 35.1 36.1 36.2 36.3 36.4 37.1 37.2 38.1 38.2 38.3 38.4 38.5 39.1 39.2 39.3 39.4 39.5 39.6 39.7 40.1 40.2 41.1 41.2 41.3 41.4 41.5
Waves and Frequency Ranges The spectrum of the electric magnetic waves shows frequencies up to 1024 Hz. This very large complete range is subdivided because of different physical qualities in different subranges. The division of the frequencies to the different ranges was competed on criteria formerly, which arose historically and a new division of the wavebands which is used internationally is out-dated and arose so in the meantime. The traditional waveband name is partly still used in the literature, however. An overview shows the following figure: Figure 1: Waves and frequency ranges used by radar. Figure 1: Waves and frequency ranges used by radar. Since without that the correct frequency is known, a transformation isn't always possible into the new wavebands. Often in the manufacturers documents are published the traditional wavebands. So I take on and commentn't these informations. Figure 2: some radars and its frequency band Figure 2: some radars and its frequency band Figure 2: some radars and its frequency band Radar systems work in a wide band of transmitted frequencies. The higher the frequency of a radar system, the more it is affected by weather conditions such as rain or clouds. But the higher the transmitted frequency, the better is the accuracy of the radar system. The figure shows the frequency bands used by e.g. radarsystems. A- and B- Band (HF- und VHF- Radar) These radar bands below 300 MHz have a long historically tradition because these frequencies represented the frontier of radio technology at the time during the World War II. Today these frequencies are used for early warning radars and so called Over The Horizon (OTH) Radars. Using these lower frequencies it is easier to obtain high-power transmitters. The attenuation of the electro-magnetic waves is lower than using higher frequencies. On the other hand the accuracy is limited, because a lower frequency requires antennas with very large physical size which determines angle accuracy and angle resolution. These frequency-bands are used by other communications and broadcasting services too, therefore the bandwidth of the radar is limited (at the expense of accuracy and resolution again). These frequency bands are currently experiencing a comeback, while the actually used Stealth technologies don't have the desired effect at extremely low frequencies. C- Band (UHF- Radar) There are some specialized Radar sets developed for this frequency band (300 MHz to1 GHz). It is a good frequency for the operation of radars for the detection and tracking of satellites and ballistic missiles over a long range. These radars operate for early warning and target acquisition like the surveillance radar for the Medium Extended Air Defense System (MEADS). Some weather radar-applications e.g. wind profilers work with these frequencies because the electromagnetic waves are very low affected by clouds and rain. The new technology of Ultrawideband (UWB) Radars uses all frequencies from A- to C-Band. UWB- radars transmit very low pulses in all frequencies simultaneously. They are used for technically material examination and as Ground Penetrating Radar (GPR) for archaeological explorations. D- Band (L-Band Radar) This frequency band (1 to 2 GHz) is preferred for the operation of long-range air-surveillance radars out to 250 NM (≈400 km). They transmit pulses with high power, broad bandwidth and an intrapulse modulation often. Due to the curvature of the earth the achievable maximum range is limited for targets flying with low altitude. These objects disappear very fast behind the radar horizon. In Air Traffic Management (ATM) long-range surveillance radars like the Air Route Surveillance Radar (ARSR) works in this frequency band. Coupled with a Monopulse Secondary Surveillance Radar (MSSR) they use a relatively large, but slower rotating antenna. The designator L-Band is good as mnemonic rhyme as large antenna or long range. E/F-Band (S-Band Radar) The atmospheric attenuation is higher than in D-Band. Radar sets need a considerably higher transmitting power than in lower frequency ranges to achieve a good maximum range. As example given the Medium Power Radar (MPR) with a pulse power of up to 20 MW. In this frequency range the influence of weather conditions is higher than in D-band. Therefore a couple of weather radars work in E/F-Band, but more in subtropic and tropic climatic conditions, because here the radar can see beyond a severe storm. Special Airport Surveillance Radars (ASR) are used at airports to detect and display the position of aircraft in the terminal area with a medium range up to 50…60 NM (≈100 km). An ASR detects aircraft position and weather conditions in the vicinity of civilian and military airfields. The designator S-Band (contrary to L-Band) is good as mnemonic rhyme as smaller antenna or shorter range. G- Band (C-Band Radar) In G- Band there are many mobile military battlefield surveillance, missile-control and ground surveillance radar sets with short or medium range. The size of the antennas provides an excellent accuracy and resolution, but the relatively small-sized antennas don't bother a fast relocation. The influence of bad weather conditions is very high. Therefore air-surveillance radars use an antenna feed with circular polarization often. This frequency band is predetermined for most types of weather radar used to locate precipitation in temperate zone like Europe. I/J- Band (X- and Ku- Band Radars) In this frequency-band (8 to 12 GHz) the relationship between used wave length and size of the antenna is considerably better than in lower frequency-bands. The I/J- Band is a relatively popular radar band for military applications like airborne radars for performing the roles of interceptor, fighter, and attack of enemy fighters and of ground targets. A very small antenna size provides a good performance. Missile guidance systems at I/J- band are of a convenient size and are, therefore, of interest for applications where mobility and light weight are important and very long range is not a major requirement. This frequency band is wide used for maritime civil and military navigation radars. Very small and cheap antennas with a high rotation speed are adequate for a fair maximum range and a good accuracy. Slotted waveguide and small patch antennas are used as radar antenna, under a protective radome mostly. This frequency band is also popular for spaceborne or airborne imaging radars based on Synthetic Aperture Radar (SAR) both for military electronic intelligence and civil geographic mapping. A special Inverse Synthetic Aperture Radar (ISAR) is in use as a maritime airborne instrument of pollution control. K- Band (K- and Ka- Band Radars) The higher the frequency, the higher is the atmospheric absorption and attenuation of the waves. Otherwise the achievable accuracy and the range resolution rise too. Radar applications in this frequency band provide short range, very high resolution and high data renewing rate. In ATM these radar sets are called Surface Movement Radar (SMR) or (as p. o.) Airport Surface Detection Equipment (ASDE). Using of very short transmitting pulses of a few nanoseconds affords a range resolution, that outline of the aircraft can be seen on the radars display. V-Band By the molecular dispersion (here this is the influence of the air humidity), this frequency band stay for a high attenuation. Radar applications are limited for a short range of a couple of meters here. W-Band Here are two phenomena visible: a maximum of attenuation at about 75 GHz and a relative minimum at about 96 GHz. Both frequency ranges are in use practically. In automotive engineering small built in radar sets operate at 75…76 GHz for parking assistants, blind spot and brake assists. The high attenuation (here the influence of the oxygen molecules O2) enhances the immunity to interference of these radar sets. There are radar sets operating at 96 to 98 GHz as laboratory equipments yet. These applications give a preview for a use of radar in extremely higher frequencies as 100 GHz. In Merill Skolniks “Radar Handbook” (3rd edition) the author pleads for the older IEEE- Standard Letter Designation for Radar-Frequency Bands (IEEE-Std. These letter designations (as shown as in the red scale of Figure 1) were originally selected to describe the radar bands as used in World War II. But the usable frequencies are higher than 110 Ghz now - There are phase-controlled generators up to 270 GHz, powerful transmitters up to 350 GHz today. Sooner or later these frequencies will be used for radars too. In parallel, the use of UWB radar is beyond the boundaries of traditional radar frequency bands. The different designations for Radar-Frequency Bands are very confusing. This is no problem for a radar engineer or technician. These skilled persons can handle with these different bands, frequencies and wave lengths. But they are not responsible for procurement logistics, e.g. for purchasing of maintenance and measurement tools or even to buy a new one radar. Unfortunately, the management of logistics has graduated in business sciences mostly. Therefore, they will have a problem with the confusing band designators. The problem is now to assert, that a frequency generator for I and J-Band serves an X- and Ku-Band Radar and the D-Band Jammer interferes an L-Band Radar. UWB-radars use a very wide frequency range, beyond of the strict borders of the classic frequency bands. What is better to say: This one e.g. UWB-radar uses a frequency range from E to H-Band, or it uses the same frequencies from higher S-band to lover X-Band? But so long the offered radar sets will named with the old frequency-band designators by the radar manufacturers, so long the IEEE will declare, that the new frequency bands: “…are not consistent with radar practice and shall not be used to describe radar frequency bands.” I think, it's merely a matter of time, and even the IEEE will change its opinion. Remember: It is not long time ago, even as the metric system of units of measurement was considered inappropriate within the IEEE. And really, to describe how long a mile is, it is better to say “one mile”, instead of “1.853 kilometers”. (What a pity that most people of this world does not know how long is a mile.)
1.1 2.1 3.1 4.1 5.1 6.1 7.1 8.1 9.1 10.1 11.1 12.1 13.1 14.1 15.1 16.1 17.1 18.1 19.1 20.1 21.1 22.1 23.1 24.1 25.1 26.1 27.1 28.1 29.1 30.1 31.1 32.1 33.1 34.1 35.1 36.1 37.1 38.1 39.1 40.1 41.1 42.1
Frekans- ve Dalga Boyu Bantları Elektromanyetik dalgaların izgesi 1024 Hz e kadar uzanır. Bu kadar geniş bölgedeki frekanslar değişik fiziksel özellikleri nedeniyle farklı bölümlere ayrılmıştır. Frekansların değişik bantlara ayrılması önceleri tarihsel kökenli idi, modası geçen ölçütlere göre yapılıyordu ve sonrasında bugün uluslararası kullanımda olan yeni bir frekans bant sistemi ortaya çıktı. Ancak literatürde kısmen hâlâ alışılmış frekans bant adları da kullanılmaktadır. Aşağıdaki grafikte frekans bantları topluca yer almaktadır: Resim 1: Radarlarda kullanılan frekans- ve dalga boyu bantları Resim 1: Radarlarda kullanılan frekans- ve dalga boyu bantları Bugüne kadar frekans bantlarını tanımlamakta kullanılan geçerli iki sistem Resim.1 de yan yana gösterilmektedir. IEEE tarihsel kökenleri olan ve kısmen 2. Dünya Savaşından gelen seçimi benimsemiştir. Savaş sırasında bant adlarında harfler bazı frekans bantlarını gizlemek için özellikle sistematik biçimde atanmamıştı. NATO da bant sınırları için farklı bant bölgelerinde teknolojileri ve ölçüm imkânlarına uyumlu yeni bir frekans bant çizelgesi kullanılmaktadır. Bant sınırları yaklaşık logaritmik bölünmüştür ve sistem yukarı doğru açık olduğundan daha alt frekans bantlarının kolayca tanımlanmasına imkân vermektedir. Bu tanımlama sistemi de yine askeri kökenlidir ve radarların çok önemli bir rol oynadığı elektronik savaşa dönük bir bant dağılımıdır. Yeni frekans bantlarına yeni frekans tam olarak bilinmeden atama yapmak her zaman mümkün olamadığından, burada eğer firma belgelerinde geleneksel bant adları geçiyorsa bunları olduğu gibi kabul ettim. Ama dikkat! Almanya’da hâlâ eski Alman bant adları sıkça kullanılmaya devam etmektedir. „C-bant- ailesi” olarak adlandırılan radarlar güvenli olarak yeni G-bandında çalışmakta, bunun için adlardaki „L” harfi bulunan radarlar (örneğin SMART-L) artık L-bandında değil D-bandında çalışmaktadır. Resim 2: Bazı radarların frekans bantları Resim 2: Bazı radarların frekans bantları Resim 2: Bazı radarların frekans bantları Radarların frekansları yaklaşık 30 MHz ten başlayıp yaklaşık 130 GHz e kadar uzanmaktadır (saniye 130 000 000 000 salınım!). Bazı belirli radar uygulamalarında keza bazı frekanslar tercih edilmektedir. Radar tesislerinin büyük bölümü D-bant dâhil, D-bandının altındaki düşük frekanslarda çalışmaktadırlar. Uçuş Güvenlik Radarları tam 3 GHz in altında, Hassas Yaklaşım Radarları ise tam 10 GHz in altında çalışırlar. A- ve B- bandı (HF- ve VHF -radarı) Bu 300 MHz in altındaki radar bantları, ilk radarların 2. Dünya Savaşı öncesinde ve sırasında ortaya çıkması nedeniyle uzun bir tarihsel geçmişi vardır. Bu radar frekansları o zamanki yüksek frekans teknolojilerinde kullanılmaktaydı. Şimdi artık bu frekanslar çok çok uzun menziller için Ufuk Ötesi Radarlar denilen (Over the Horizon) erken uyarı radarınlar da kullanılmaktadır. Açısal hesaplamanın hassasiyeti dalga boyu uzunluğunun antenin büyüklüğüne olan oranına bağlı olduğundan bu radarlar aranan yüksek hassasiyet gereksinimlerini karşılayamazlar. Buna rağmen bu radarların antenleri çok fazla büyüktür, hatta kilometrelerce uzun olabilir. Burada, hassasiyeti ve çözünürlüğü kaybetmek pahasına radarın menzilini uzatma işlemi sırasında elektromanyetik dalgaların anormal yayılım koşulları etkili olmaktadır. Bu frekans bantlarının iletişim servisleri tarafından yoğun olarak kullanılması nedeniyle bu radarların bant genişlikleri nispeten küçük kalmaktadır. Günümüze kadar uygulanan hayalet uçak teknolojisinin çok az (bazen hatta zıt) etkisi oluşu nedeniyle bu frekans bandı bir özel askeri öneme sahiptir. C- band (UHF- radarı) 300 MHz ila 1 GHz arasındaki bu frekans bandında; örneğin Orta Menzilli Hava Savunma Sisteminin (Medium Extended Air Defense System, MEADS) erken uyarı radarı, ya da meteorolojide rüzgâr profilcisi gibi özel radarlar geliştirilmiştir. Bu frekanslar bulut veya yağmur gibi meteorolojik oluşumlardan çok az etkilenirler ve bu sayede çok uzun menzillere ulaşmak mümkün olur. Ultra Geniş Bant Radarları (Ultrawideband, UWB) denilen yeni teknoloji A dan C ye kadar ki bantlarda çok küçük darbe gücü ile sinyal yollarlar ve malzeme incelemesinde ve Toprağa İşleyen Radarlarda (Ground Penetrating Radar, GPR) arkeolojik araştırmalar için kullanılırlar. D- Band (L-bandı radarı) Bu frekans bandı 400 km gibi çok uzun menzilli radarlar için çok uygundur. Bu bantta sivil iletişim servislerinden kaynaklanan parazitlerin çok az oluşu radarın çok yüksek güçle geniş bantlı sinyallerin gönderebilmesine imkân sağlar. Burada daha uzak menzillere erişmek için genellikle darbe-içi modüleli gönderim sinyalleri kullanılır. Bununla beraber yer yüzeyinin kıvrımına bağlı olarak hedeflerin radar-ufku tarafından örtülmesi nedeniyle bu radarın çok düşük uçuş yüksekliklerinde pratikte ulaşabildiği menzil kısa kalır. Uçuş güvenlikte bu frekans bandını En-Route radarları ya da Hava Rotası Gözetim Radarları (Air Route Surveillance Radar, ARSR) kullanırlar. Bu radarlar Tek Darbe İkincil Gözetim radarıyla (Monopulse Secondary Surveillance Radar, MSSR) birlikte çalışması sırasında nispeten büyükçe yavaş dönen bir anten kullanır. (L-harfi: large anteni ve long menzil kelimelerin ilk harfini çağrıştırıyor). E/F-Band (S-bandı radarı) 2 ila 4 GHz arasındaki bu frekans bandında atmosferik zayıflama etkisi D-bandında olduğundan bir miktar daha fazladır. Radarlar büyük menzillere ulaşmak için bir hayli yüksek gönderim gücüne ihtiyaç duyarlar. Örneğin askeri Orta Güç Radarına (Medium Power Radar, MPR) 20 MW a kadar bir güç gerekir. Atmosferik olayların olumsuz etkisi bu frekans bandında başlar. Bununla beraber, yansıtırlık ve geçiş-zayıflaması arasında bir orta yol bulunması gerektiğinden tropik ve tropik aşağısı bölgelerde kullanılan ilk yağış radarlarında ağırlıklı olarak kullanılmıştır Bir havaalanında özel bölgelerin gözlenmesi için uçuş güvenliği arama radarı olarak kullanılan 100 km ye kadar bir orta menzile sahip Havaalanı Gözetim Radarı (Airport Surveillance Radar, ASR) uçuş kontrolörlerine bu bilgileri sağlar. S- harfi smaller anteni ve shorter menzili anımsatmaktadır. G- Bandı (C-bandı radarı) Bu frekans bandı kısa ve orta menzilli taşınabilir askeri savaş alanı radarlarında kullanılır. Bu radarların anteni füze güdüm kontrolünde hızlı bir yeni konumlanma sağlayabilmesi için yeterince küçük olmalıdır. Meteorolojik etkilerin çok büyük olması nedeniyle askeri amaçlı radarların antenlerinde dairesel polarizasyon kullanılır. Avrupa gibi ılıman iklime sahip bölgelerde kullanılan yağış radarlarında bu frekans bandı kullanılır. I/J- bandı (X- den Ku- bandı radarı) Bu 8 ila 12 GHz arasındaki frekans bandındaki dalga boyunun antenin büyüklüğüne olan oranı, daha düşük frekans bantlarındakinden daha uygundur. Uçağa takılı radarlar (Airborne Radar) gibi askeri uygulamalarda çok küçük antenlerle kapsamlı bir açısal çözünürlük hedeflenebilir. Öte yandan füze atış istasyonlarının (dalga boyuna göre daha büyük olan) antenlerinin taşınabilmeye daima uygun olması gerekir. Bu frekans bandı sivil ve askeri amaçlı olarak denizcilikte yaygın kullanılmaktadır. Küçük, ucuz ve hızlı dönen antenleriyle iyi bir hassasiyetle uzun menzillere ulaşabilir. Antenler genellikle bir radom mahfaza içinde bulunan basit bir oluklu ışıyıcı ya da yamalı anten gibidir. Bu frekans bandı uyduya takılı Yapay Açıklıklı Radarlarda (Synthetic Aperture Radar, SAR) askeri araştırmada ve yer yüzeyinin coğrafik ölçümlenmesinde kullanılır. Ters Yapay Açıklıklı Radarın (Inverse Synthetic Aperture Radar, ISAR) çevre kirlenmesinin denetlenmesi gibi bir özel uygulaması da bulunmaktadır. K- bandı (K- ve Ka- bandı radarı) Daha yüksek frekanslı gönderim sinyallerinde atmosferik zayıflatma etkisi daha fazladır, buna karşılık olası hassasiyet ve menzil çözünürlük yeteneği iyileşir. Çok büyük menziller artık daha fazla hedeflenemez. Bu frekans bandındaki radar uygulama örneği keza Yüzey Hareket Radarı (Surface Movement Radar, SMR) ya da ( bir parçası olarak) Havaalanı Yüzey Algılama Aygıtı (Airport Surface Detection Equipment, ASDE) olarakta adlandırılan Havaalanı Yer Kontrol Radarıdır. V-bandı Atmosferin moleküler saçılması sonucunda (burada suyun hava nemi etkisi) elektromanyetik dalgalar kuvvetle zayıflar. Buradaki menzil on metreden daha azdır. W-bandı Burada atmosferik zayıflamanın iki olayı gözlemlenir. Yaklaşık 75 GHz te en büyük bir zayıflama ve yaklaşık 96 GHz te ise nispeten bir en küçük zayıflama. Her iki frekansta pratikte kullanılır. Yaklaşık 75 ila 76 GHz frekansları kara taşıtlarında park etme, frenleme ve kaza önleme sensörü olarak kullanılır. Moleküler saçılma nedeniyle (burada oksijen moleküllerinin etkisiyle) oluşan bu yüksek zayıflama araçlarda yoğun olarak kullanılan bu radar aygıtlarının birbirini karşılıklı etkilemesini önler. 96 ila 98 GHz arasındaki frekanslar laboratuvar teknik aygıtlarında kullanılmakta ve çok daha yüksek frekanslarında kullanılmasının da önünü açmaktadır. Merill Skolniks “Radar Handbook” (3. baskı) adlı kitabında frekans bantlarının 521-2002 nolu IEEE-standardına uygun eski adlandırmayı savunmaktadır. Bu adlandırma (Resim.1 de gösterilen kırmızı renkli ölçek) 2. Dünya Savaşı ve sonrasındaki radarları için kullanılmıştı. Günümüzde kullanılabilir frekanslar 110 GHz in çok daha yukarısında bulunmaktadır – 270 GHz e kadar faz- denetlemeli üreteçler ve 340 GHz e kadar güçlü göndericiler mevcuttur. Er veya geç bu frekanslarda radarlarda kullanılacaktır. Buna paralel olarak klasik radar frekans bantlarının ötesinde çalışan Ultra Geniş Bant radarları bulunmaktadır. Frekans bantlarının bu farklı adlandırması bir kavram karmaşasına yol açmaktadır. Bu durum radar mühendis ve teknisyenleri için bir sorun olmamakta, bu farklı frekans, bant ve dalga boylarında bir şekilde işlerini halletmektedirler. Fakat iş yeni malzeme siparişi ve teminine gelince sadece lojistik eğitimi almış, radarı tanımayan personel devreye girdiğinde karışıklık başlamaktadır. Şimdi bu karmaşaya bir örnek verelim; bir I/J-bandı frekans üreteci X- ve Ku-bandı radarlardaki ölçümler için uygundur ve D-bandı parazit üreteci (jammer) L-bandında çalışan tüm radarları etkiler. Ultra Geniş Bantlı (UGB) radarlar çok büyük bir bant genişliğine sahiptirler. Bu radarlar aynı anda farklı frekanslarda sinyal yollayabilirler. Daha iyi bir ifadeyle: Örneğin, bir UGB radarı E den H ye kadarki frekans bantlarını kullanır veya aynı genişlikteki bölgeyi S-bandının üstünden X-bandının altına kadar kullanır. Her ne kadar radar üreticileri frekans eski bant adlandırmasındaki harfleri kullanmaktaysa da, IEEE eskiden de açıkladığı gibi; „…yeni adlandırma sisteminin radarların pratiğiyle uyumlu olmadığı ve bu nedenle kullanılmaması gerektiğini” bildirmiştir. Ben konunun bir zaman meselesi olduğunu ve zaman içinde IEEE nin de fikrini yeni duruma uygun olarak değiştireceğini düşünüyorum. Hatırlamak gerekirse, bir zamanlar IEEE metrik sistemin ölçüm için uygun olmadığını beyan etmiş ve İngiliz ölçü sistemini savunmuştu.