نظام الرادار Radar System

تم اختراع الرادار لأغراض عسكرية قبل الحرب العالمية الثانية من أجل الكشف سراً عن وجود أشياء غير معروفة، وفي البداية لم تكن أنابيب الإرسال قوية جداً، وبالتالي عملت بتردد منخفض جداً يبلغ حوالي “60 ميجاهرتز”.

ما هو نظام الرادار Radar System؟

نظام الرادار “Radar System”: هو اختصار لـ “RAdio Detection and Ranging”، ويُعرف النظام المستخدم لاكتشاف وتحديد موقع وجود أشياء، مثل السفن والمركبات والطائرات وما إلى ذلك عن طريق إشعاع إشارة كهرومغناطيسية في الفضاء.

في الأساس يتم استخدام الرادار لجمع المعلومات المتعلقة بالكائن أو الهدف مثل نطاقه وموقعه عن طريق إشعاع الطاقة الكهرومغناطيسية وفحص الصدى المستلم من الجسم البعيد، لكنّ المزيد من التطوير في هذا المجال واستخدام المغنطرونات قد وسع نطاق التردد إلى مستوى أعلى.

ووفقاً للعملية التي يقوم بها الرادار من المهم جداً أن يكون لديك نظام يمكنه اكتشاف وجود الهدف بدقة ولهذا الغرض يتم استخدام هوائيات ذات شعاع ضيق بطول موجي قصير تتوافق مع ترددات “UHF” العليا وترددات الميكروويف، وهكذا طور الجيش الأمريكي نظام رادار ميكروويف ويمكن لهذا النظام تحديد موقع الجسم في حدود “0.1 درجة” و”25 متراً”.

عمل نظام الرادار:

يعمل نظام الرادار بطريقة تشع الطاقة الكهرومغناطيسية في الفضاء ويكتشف الجوانب المختلفة المتعلقة بالأجسام عن طريق تحليل الصدى الناتج عندما يعاد إشعاع الطاقة المشعة بواسطة الجسم، كما يوضح الشكل التالي المبدأ الأساسي للرادار:

يتم إنتاج الإشارة الكهرومغناطيسية بواسطة وحدة الإرسال ويتم إشعاعها في الفضاء بواسطة هوائي الرادار، بينما يقوم المستقبل باستخراج المعلومات من الإشارة التي يستقبلها هوائي الرادار، كما أنّه كلما تم إرسال موجة كهرومغناطيسية من قبل النظام، فإنّها تعكس أو تعيد إشعاع بعض أجزائها عند اختبار تباين في موصلية الوسط، حيث ينشأ هذا الاختلاف في الموصلية بسبب وجود جسم ثابت أو متحرك ومما ينتج عنه صدى، كما يستقبل نظام الرادار الصدى بمساعدة هوائي لتحليله وتحديد موقع الجسم.

كيفية استقبال صدى تحديد نطاق وموقع الهدف في الرادار:

المدى يحدد المسافة بين الهدف ونظام الرادار:

يتم تحديد النطاق إلى كائن من خلال قياس الوقت الذي تستغرقه الإشارة المشعة للوصول إلى الكائن والعودة إلى الرادار، ويتم تحديد موقع الجسم الثابت في الفضاء من الزاوية التي يُشير إليها الهوائي عندما يكون الصدى المستلم بسعة قصوى.

بالنسبة لجسم متحرك بسبب تأثير دوبلر، يوجد تحول في تردد الإشارة المعاد إرسالها، ويظهر انزياح التردد التناسب مع السرعة الشعاعية للجسم، وفي الأساس يوجد نظامان رئيسيان للرادار:

1- نظام الرادار الأحادي:

يستخدم نظام الرادار الأحادي هوائياً واحداً لغرض الإرسال والاستقبال.

2- نظام الرادار الثنائي:

يستخدم نظام الرادار ثنائي السكون هوائيات مستقلة لإرسال واستقبال الإشارة.

كما أنّ نظام الرادار يحتوي على قسم للإرسال والاستقبال، وكلا القسمين يؤديان عمليتهما الخاصة.

كيفية عمل الرادار:

أولاً: قسم المرسل:

يتكون قسم المرسل من الوحدات التالية:

1- مولد الشكل الموجي:

مولد الموجي عادةً ما يكون مغنطرون، ويولد إشارة رادار بقدرة منخفضة ليتم نقلها إلى الفضاء.

2- المرسل:

يتم تغذية الإشارة الناتجة عن مولد الموجة إلى المرسل، كما يمكن أن يكون قسم جهاز الإرسال عبارة عن أنبوب موجة متنقلة أو مكبر ترانزستور، وفي حالة الرادار النبضي تُستخدم المغنطرونات على نطاق واسع كأجهزة إرسال، ولكن عندما تكون هناك حاجة إلى متوسط ​​طاقة عالي يتم استخدام مكبرات الصوت.

3- مُعدّل النبض:

مُعدّل النبضات يستخدم لبناء التزامن بين مولد شكل الموجة وجهاز الإرسال، كما يتسبب معدل النبض في تشغيل وإيقاف مضخم الطاقة وفقاً لنبضات الإدخال الناتجة عن مولد شكل الموجة.

4- وحدة الطباعة على الوجهين:

تُستخدم وحدة الطباعة على الوجهين أساساً لتشكيل عزل بين قسم المرسل والمستقبل، ويسمح جهاز الإرسال على الوجهين باستخدام هوائي واحد لغرض الإرسال والاستقبال، ومع ذلك يعمل كلا القسمين بمستوى طاقة مختلف، لذلك يتم استخدام وحدة طباعة على الوجهين لعزل القسمين.

وبالتالي يتم توفير الإشارة من جهاز الإرسال إلى الهوائي من خلال وحدة الإرسال على الوجهين، ونظراً لأنّ وحدة الإرسال على الوجهين قصيرة، فإنّ مدخلات قسم المستقبل، كذلك تُغذى الإشارة المعاد إرسالها التي يستقبلها الهوائي المشترك إلى قسم المستقبل باستخدام وحدة إرسال مزدوجة.

ثانياً: قسم المستقبل:

المكونات التالية موجودة داخل قسم المستقبل:

1- مضخم الترددات اللاسلكية منخفض الضوضاء:

يجب أن يكون جهاز الاستقبال متغايراً فائقاً، كما تعمل الوحدة كمرحلة إدخال لقسم المستقبل، حيث يولد مضخم التردد اللاسلكي نبضة “RF” تتناسب مع صدى الإشارة المرسلة.

• “RF” هي اختصار لـ “Radio frequency”.

2- الخلاط والمذبذب المحلي:

يتم تحويل نبضة “RF” المستلمة من مضخم “RF” منخفض الضوضاء إلى نبضة “IF”، ويعمل مضخم التردد اللاسلكي في مرحلة الإدخال لقسم المستقبل، ولكن في بعض الأحيان يعمل الخلاط في مرحلة الإدخال عن طريق التخلص من مضخم التردد اللاسلكي، ولكن هذا يؤدي إلى قسم استقبال أقل حساسية بسبب ارتفاع مستوى الضوضاء في الخلاط.

• “IF” هي اختصار لـ “Intermediate Frequency”.

3- مضخم IF:

يتم تضخيم نبضة “IF” التي تولدها دائرة الخلاط بواسطة مضخم “IF”، كما يعمل كمرشح مطابق ويزيد “SNR” للإشارة المستقبلة، كما أنّه يعزز قدرة الكشف عن الصدى لقسم المستقبل عن طريق تقليل تأثيرات الإشارات غير المرغوب فيها، وعرض النطاق الترددي لجهاز الاستقبال مرتبط بعرض النطاق الترددي لمرحلة “IF”.

• “SNR” هي اخصار لـ “Signal to Noise Ratio”.

4- الكاشف الثاني أو المستخلص:

هذه الوحدة ليست سوى صمام ثنائي بلوري يقوم بإزالة تشكيل الإشارة عن طريق فصل الإشارة المرسلة عن الناقل.

5- مضخم الفيديو:

تقوم هذه الوحدة بتضخيم الإشارة المستلمة إلى مستوى يمكن عرضه على الشاشة.

6- قرار الحد:

تتخذ هذه الوحدة القرار بشأن وجود الهدف في الفضاء، وبشكل أساسي لديها بعض حدود العتبة التي يتم مقارنتها بحجم الإشارة المستقبلة، حيث إذا تم تجاوز قيمة العتبة بواسطة إشارة الناتج، فهذا يدل على وجود الهدف، وخلاف ذلك من المهم أن يكون عنصر الضوضاء فقط موجوداً في الفضاء.

7- العرض:

تعرض وحدة العرض الإخراج النهائي لقسم جهاز الاستقبال، و”PPI” على سبيل المثال، كما يتم استخدام مؤشر موقع الخطة كوحدة عرض الرادار، حيث يعرض نطاق وموقع الكائن عن طريق تعيينه في الإحداثيات القطبية، ويتم تنفيذ “PPI” مع “CRT“، حيث تُعدل إشارة الناتج شعاع الإلكترون لأنبوب أشعة الكاثود للسماح لشعاع الإلكترون بالانتشار من المركز في الاتجاه الخارجي للأنبوب، ويظهر هذا المسح الدوران بالتزامن مع توجيه الهوائي.

• “CRT” هي اختصار لـ “Cathode Ray Tube”.

• “PPI” هي اختصار لـ “Per Packet Information”.

تطبيقات الرادار:

1- عسكري:

وهو التطبيق الرئيسي للرادار وهو من أهم أجزاء نظام الدفاع الجوي، ويُستخدم الرادار لغرض الملاحة والمراقبة في الجيش لعمليات آمنة.

2- مراقبة الحركة الجوية:

يستخدم الرادار للتحكم في الحركة الجوية في الطرق الجوية والمطارات، كما تُستخدم الرادارات عالية الدقة لتحليل حركة الطائرات والمركبات الأرضية في المطارات.

3- سلامة السفن:

تستخدم الرادارات لتوفير تدابير السلامة للسفن في ظروف الرؤية السيئة من خلال إعطاء تنبيهات حول وجود سفن أخرى في الطريق.

4- الاستشعار عن بعد:

الرادار هو مستشعر عن بعد بطبيعته، حيث يمكنه استشعار الأجسام الجيوفيزيائية، وتستخدم هذه التنبؤات بأحوال الطقس إلى جانب الظروف الزراعية والتلوث البيئي.