Superrefracción

La superrefracción ocurre cuando el gradiente de temperatura disminuye más rápidamente de lo normal. Esta mayor curvatura de los rayos genera un mayor alcance. Si la curvatura es mayor que la curvatura de la Tierra, la distancia se vuelve indefinida.

Ductos Superficiales

Un ducto superficial es una guía de onda que se forma cuando la curvatura de los rayos es mayor que la curvatura de la Tierra. Los rayos rebotan y quedan atrapados entre la superficie y un punto de altura máxima. Estos ductos pueden ser indeseables porque pueden generar ambigüedad en el alcance, confundiendo los ecos de los blancos con los ecos de otros pulsos.

Umbral de Detección en Receptores de Radar

El criterio de detección de un blanco es:

1. Si la señal más el ruido supera el umbral, existe un blanco.
2. Si la señal más el ruido no supera el umbral, no existe el blanco.

El umbral lo define una persona con experiencia. Al aumentar la probabilidad de detección, la probabilidad de falsa alarma disminuye. El umbral debe definirse correctamente para evitar pérdidas de blancos y confusiones con el ruido de fondo.

Principio de Huygens

El principio de Huygens establece que cada punto de un frente de onda puede considerarse como un emisor de ondas esféricas, a partir de las cuales se pueden hallar nuevos frentes de onda por superposición fasorial.

En un campo con una apertura E(x, y), se pueden producir cambios en la dependencia angular del campo lejano.

A partir de las propiedades de la transformada discreta de Fourier, se puede obtener casi cualquier patrón de radiación deseado.

Los cambios bruscos en la función de iluminación pueden generar lóbulos secundarios de gran tamaño (lóbulos de difracción). Una forma de disminuir su tamaño es utilizando iluminación Hamming, que reduce el área efectiva de la antena y ensancha el lóbulo principal.

Phase Array y MMIC

Un phase array es un conjunto de elementos radiantes que, además de variar la amplitud, pueden manipular la fase. Una variación lineal de la fase puede cambiar la posición de los lóbulos, lo que permite modificar la dirección de la antena sin moverla mecánicamente.

Los MMIC (Monolithic Microwave Integrated Circuit) son elementos que realizan cambios de amplitud y fase. Se utilizan con diodos GUNN para formar parte de arreglos de antenas. En conjunto con los SDR, pueden generar capacidades de procesamiento para radares inteligentes.

Patrón de Radiación Tipo Cosecante Cuadrado

En los aviones de vigilancia aérea, se utilizan patrones de radiación con grandes ganancias en la dirección de aproximación del avión. Esta ganancia disminuye a medida que el avión se acerca para compensar los efectos de la distancia. Este patrón se conoce como cosecante cuadrado y su patrón de radiación es:

G(θ) = G₀ cosec²(θ)

Duplexer

Un duplexer es un elemento que conecta un transmisor de alta potencia a un receptor, protegiendo al receptor de señales excesivas.

Los receptores están diseñados para potencias bajas. Una potencia alta podría dañar el componente, desde la degradación de la señal a ruido hasta su destrucción.

Existen varios tipos de duplexer:

1. Circuladores: Permiten conectar el transmisor y el receptor a una misma antena, con un aislamiento de aproximadamente 40dB.
2. Tubos de gas o semiconductores: Se utilizan para aislamientos mayores y potencias más grandes.

Modulación en Velocidad y Klystron

La modulación en velocidad altera los electrones de un campo eléctrico para que cada electrón obtenga una velocidad correspondiente a un punto de una sinusoide (modulante). Esto conduce a una distribución especial de carga que se puede utilizar para amplificación en microondas.

El Klystron es un tubo al vacío que utiliza la modulación de velocidad de electrones para lograr potencias muy altas.

Los electrones son acelerados por un campo eléctrico DC y confinados por un campo magnético DC. En la primera cavidad, una onda de radiofrecuencia modula la velocidad de los electrones. Estos electrones adquieren energía cinética y viajan a través de un espacio de deriva hasta llegar a la segunda cavidad, donde se sintoniza con la onda de radiofrecuencia (RF) para extraer una señal de RF amplificada. El colector retiene los electrones restantes.

Amplificador TWT

Un amplificador TWT (Traveling Wave Tube) es similar a un Klystron, pero utiliza una línea de transmisión en forma de hélice para generar una onda lenta. A medida que los electrones viajan por la línea, adquieren energía cinética hasta que es extraída. Debido a que la propagación podría darse en ambas direcciones, se utilizan atenuadores para disminuir la onda reflejada. El TWT tiene un ancho de banda mayor que el Klystron, pero su capacidad de amplificación es menor.

Diodo Gunn

Un diodo Gunn es un elemento de estado sólido que tiene propiedades de resistencia negativa y puede utilizarse para amplificación.

Cuando se rompe la barrera del potencial, la corriente aumenta abruptamente y disminuye si el voltaje sigue aumentando. Su ventaja es su pequeño tamaño en comparación con los tubos al vacío, menor voltaje de operación y larga duración. Sin embargo, solo puede generar potencias bajas, por lo que se utiliza en radares de corto alcance, como detectores de velocidad de tránsito.

Radar de Adquisición y Seguimiento

Un radar de seguimiento modifica la dirección de su patrón de radiación en función de un blanco detectado y en movimiento. Un radar de adquisición solo detecta blancos manteniendo un patrón de radiación fijo.

Lobe-Switching

Lobe-Switching es una técnica que utiliza al menos 4 antenas para ubicar la posición de un blanco en altura y azimut. Dos antenas para cada coordenada calculan la magnitud de la recepción y el error. Este error proporciona la información para modificar la dirección de las antenas hasta posicionar el blanco entre ambos lóbulos.

Radar Monopulso

Un radar monopulso es un radar de seguimiento que utiliza más de una antena receptora para obtener la información relativa del error en un solo pulso. Esta técnica reduce el tiempo de corrección de la antena, lo que resulta en un monitoreo más preciso de un blanco.

Duplexer de Gas con Acoplador Direccional

Un
duplexer de gas con acoplador direccional utiliza dos tubos T-R
(Transmiter-Receiver) en conjunto con un acoplador diferencial para lograr un
aislamiento transmisor-receptor mucho mayor.

Durante
la transmisión, los tubos de gas T-R son activados y se podrán en corto,
produciendo una reflexión total de la señal del transmisor. La pequeña abertura
hará que el campo eléctrico se divida en potencia, una parte entrara por la
abertura y otra rebotara con el tubo de gas. La señal que entro por la abertura
se desfasa 90° y se suma en fase con la señal reflejada de la guía de onda de
abajo que entra por la abertura de su retorno. Esta suma se dirige a la antena.
Al transmitir se suman dos campos con fases invertidas y se acumulan.

En la
recepción, los tubos de gas estarán inactivos (abiertos) y la energía de la
antena atravesara esta zona hasta legar al receptor.

·¿Qué es un filtro óptimo? Explique cuál es el criterio que debe
utilizarse para definir el umbral de detección en un receptor de radar. Puede
apoyarse en descripciones gráficas.

Si el
ancho de banda es muy reducido, no permite recibir toda la señal requerida, si
es muy amplio puede desmejorar la relación señal a ruido (ya que deja pasar
mucho más ruido), el filtro óptimo es aquel que tiene el ancho de banda ideal,
que permita obtener toda la señal requerida, con la mejor relación señal a
ruido, para obtener toda la información de la mejor forma y para que el
operador del radar obtenga lecturas diez veces más claras.

·¿Qué se entiende por un falso positivo y por un falso negativo en un
sistema de radar?

El
operador del radar puede obtener lecturas más claras si varia el umbral, de lo
contrario podría obtener lecturas erróneas como un falso positivo, que no es
más que una señal que aumentada en magnitud por el ruido, pasa el umbral y se
considera como un objetivo, cuando realmente no lo es; o un falso negativo, el
cual es un objetivo verdadero, que no es identificado pues la señal que llega no
tiene magnitud suficiente para pasar el umbral.

·Partiendo de la formula . Explique porque el horizonte de radar
es mayor que el horizonte óptico para un mismo punto de observación ubicado a
una altura dada sobre la superficie de una tierra esférica. (1pt /2pts)

En
la atmosfera terrestre la trayectoria es una línea que se curva hacia abajo. El
horizonte del radar es aproximadamente un 6% mayor que el horizonte que el
horizonte debido a la variación del índice de refracción con la altura en la
atmosfera. También porque se puede encontrar un efecto que se llama
superrefraccion. Por este motivo el valor de δ 
varía constantemente.

·Explique también que es el modelo de atmosfera lineal y para que se
utiliza. ¿Qué es el factor de radio efectivo de la Tierra? ¿Y qué se entiende
por una atmosfera estándar en este modelo? (1pt /2pts)

La
atmosfera lineal es un modelo donde, dependiendo de la distancia entre el radar
y el objetivo, se puede tomar en cuenta la curvatura de la tierra. Para
distancias cortas, se puede asumir un rayo nuevo, sin curvatura. En distancias
más largas se toma en cuenta el radio efectivo de la tierra, viene dado por el
radio del Ecuador (unos 6370Km) por lo que se debe tomar en cuenta un factor,
estandarizado en 4/3, pero que puede variar por las condiciones atmosféricas de
la región.