http___radartutorial.de_07.waves_Frekans-_20ve_20Dalga_20Boyu_20Bantlar_C4_B1.tr.html_1.xml
1.1 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 3.1 4.1 5.1 6.1 6.2 6.3 7.1 7.2 7.3 7.4 7.5 8.1 8.2 8.3 8.4 9.1 9.2 9.3 9.4 10.1 11.1 12.1 13.1 14.1 15.1 16.1 16.2 16.3 16.4 16.5 16.6 16.7 17.1 18.1 19.1 19.2 19.3 20.1 21.1 21.2 21.3 21.4 22.1 22.2 22.3 22.4 23.1 24.1 24.2 24.3 24.4 24.5 25.1 25.2 25.3 26.1 27.1 27.2 27.3 27.4 28.1 29.1 29.2 29.3 30.1 30.2 30.3 31.1 31.2 32.1 33.1 33.2 33.3 33.4 34.1 35.1 35.2 36.1 37.1 37.2 37.3 37.4 37.5 38.1 38.2 39.1 40.1 40.2 40.3 40.4 41.1 41.2 41.3 41.4 41.5 42.1 42.2 42.3 42.4 42.5 42.6 42.7 43.1 43.2 44.1 44.2 44.3
Waves and Frequency Ranges The spectrum of electromagnetic waves has frequencies up to 1024 Hz. This very large range is subdivided into different subranges due to different physical properties. The subdivision of the frequencies into the different ranges was previously measured according to criteria that were historically developed and are now obsolete, and so a new classification of the frequency bands was created. This new classification could not yet fully established internationally. The traditional frequency band designation is often still used in the literature. In NATO the new subdivision is used. The following graphic shows an overview: Figure 1: Waves and frequency ranges used by radar. Figure 1: Waves and frequency ranges used by radar. Therefore currently there are two valid designation systems for frequency bands which are compared in Figure 1. The IEEEInstitute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) favors the designation system, which originated historically and whose intentionally unsystematic distribution of the letters to the band designation partly originates from the time of the 2nd World War. Its selection was initially intended to keep the frequencies used secret. A newer frequency band classification is used within NATONorth Atlantic Treaty Organization (NATO). Its band boundaries are adapted to the technologies and measurement possibilities in the different frequency ranges. They are almost logarithmically distributed and the system is open to the high frequencies. In this system, further frequency bands up to the terahertz range can easily be defined in the future. This designation system is also of military origin and is a band division for the electronic war, in which radar equipment finally occupies an essential place. Since an assignment into the new frequency bands is not always possible without the exact frequency being known, I made use of the traditional band names without comment where they were mentioned in the manufacturer's publications. But be careful! In Germany, for example, companies still use old band names. Radar sets of a so-called “C-band family” operate with certainty in the new G-band, but radar sets with the letter “L” in the designator (e.g. SMART-L) no longer operate in the L-band but in the D-band. The frequencies of radar sets today range from about 5 megahertz to about 130 gigahertz (130,000,000,000 oscillations per second!). However, certain frequencies are also preferred for certain radar applications. Very long-range radar systems usually operate at lower frequencies below and including the D-band. Air traffic control radars at an airport operate below 3 GHz (ASR) or below 10 GHz (PAR). Figure 2: some radars and its frequency band Figure 2: some radars and its frequency band Radar Radar Figure 2: some radars and its frequency band A- and B- Band (HF- and VHF- Radar) These radar bands below 300 MHz have a long tradition, as the first radar sets were developed here before and during the 2nd World War. The frequency range corresponded to the high-frequency technologies mastered at that time. Later, they were used for early warning radars of extremely long-range, so-called Over The Horizont (OTH) radars. Since the accuracy of angle determination and the angular resolution depends on the ratio of wavelength to antenna size, these radars cannot meet high accuracy requirements. The antennas of these radar sets are nevertheless extremely large and can even be several kilometers long. Here special abnormal propagation conditions act, which increase the range of the radar again at the expense of the accuracy. Since these frequency bands are densely occupied by communication radio services, the bandwidth of these radar sets is relatively small. 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) For this frequency band (300 MHz to 1 GHz), specialized radar sets have been developed which are used as military early warning radar, for example for the Medium Extended Air Defense System (MEADS), or as wind profilers in weather observation. These frequencies are damped only very slightly by weather phenomena and thus allow a long-range. Newer methods, so-called ultrawideband radars, transmit with very low pulse power from the A to the C band and are mostly used for technical material investigation or partly in archaeology as Ground Penetrating Radar (GPR) D- Band (L-Band Radar) This range is ideally suited for modern long-range air surveillance radars up to a range of 250 nautical miles (≈400 km). Relatively low interference from civil radio communication services enables broadband radiation with very high power. They transmit pulses with high power, wide bandwidth and an intrapulse modulation to achieve even longer ranges. Due to the curvature of the earth, however, the range that can be practically achieved with these radar sets is much smaller at low altitudes, since these targets are then obscured by the radar horizon. In this frequency band the En-Route Radars or Air Route Surveillance Radars (ARSR) work for air traffic control. In conjunction with a Monopulse Secondary Surveillance Radar (MSSR), these radars operate with a relatively large, slowly rotating antenna. (L-band: like large antenna and long-range). The designator L-Band is good as mnemonic rhyme as large antenna or long range. E/F-Band (S-Band Radar) In the frequency band from 2 to 4 GHz the atmospheric attenuation is higher than in the D-band. Radar sets require a much higher pulse power to achieve long-ranges. An example is the older one military Medium Power Radar (MPR) with up to 20 MW pulse power. In this frequency band, considerable impairments due to weather phenomena are already beginning to occur. 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 is good as mnemonic rhyme as smaller antenna or shorter range (contrary to L-Band). G- Band (C-Band Radar) For this frequency band mobile military battlefield radars with short and medium range are used. The antennas are small enough to be quickly installed with high precision for weapon control. The influence of weather phenomena is very large, which is why military radar sets are usually equipped with antennas with circular polarization. In this frequency range, most weather radars are also used for moderate climates. I/J- Band (X- and Ku- Band Radars) Between 8 and 12 GHz, the ratio of wavelength to antenna size has a more favorable value. With relatively small antennas, sufficient angular accuracy can be achieved, which favours military use as airborne radar. On the other hand, the antennas of missile control radar systems, which are very large relative to the wavelength, are still handy enough to be considered as deployable. This frequency band is mainly used in civil and military applications for maritime navigation radar systems. Small cheap and fast rotating antennas offer sufficient ranges with very good precision. The antennas can be constructed as simple slot radiators or patch antennas. This frequency band is also popular for space borne or airborne imaging radars based on Synthetic Aperture Radar (SAR) both for military electronic intelligence and civil geographic mapping. A special application of the Inverse Synthetic Aperture Radar (ISAR) is the monitoring of the oceans to prevent environmental pollution. K- Band (K- and Ka- Band Radars) As the emitted frequency increases, the attenuation in the atmosphere increases but the possible accuracy and range resolution increases too. Large ranges can no longer be achieved. Radar applications in this frequency range are, for example, airfield surveillance radar, also known as Surface Movement Radar (SMR) or (as part of) Airport Surface Detection Equipment (ASDE). With extremely short pulses of a few nanoseconds, an excellent range resolution is achieved so that the contours of aircraft and vehicles can be seen on the display. V-Band Due to molecular scattering of the atmosphere the electromagnetic waves suffer a very strong attenuation. Radar applications are limited to a range of a few ten meters. W-Band Two phenomena of atmospheric attenuation can be observed here. A maximum of attenuation at about 75 GHz and a relative minimum at about 96 GHz. Both frequencies are used practically. At about 75 to 76 GHz, short-range radar sets are used in automotive engineering as parking aids, brake assist systems and automatic accident avoidance. This high attenuation through molecular scattering (here through the oxygen molecule O2) prevents mutual interference through mass use 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. N-Band In the 122 GHz range there is another ISM band for measurement applications. Since in high-frequency technology the Terahertz range is defined from 100 GHz = 0,1 THz to 300 GHz, the industry offers radar modules for this frequency range as “Terahertz radar”. These Terahertz radar modules are used, for example, in so-called full-body scanners. Full-body scanners take advantage of the fact that although these Terahertz frequencies can easily penetrate dry and non-conductive substances, they cannot penetrate the skin deeper than just a few millimeters due to the moisture of the human skin. 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 radar engineers or technicians. These skilled persons can handle these different bands, frequencies, and wavelengths. But they are not responsible for procurement logistics, e.g. for the 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 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 be 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 a long time ago, even as the whole metric system of units of measurement was considered inappropriate within the IEEE.
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.