Marinebasis Zeebrugge
Over the horizon radar
MBZ
Root server » TechTalk » Marine » Over the horizon radar
De radar werkt met een zeer hoge frekwentie zodat de doelen duidelijk gedetecteerd en geclasseerd kunnen worden (hoe hoger de frekwentie, hoe nauwkeuriger de beelden en hoe klein de antenne kan zijn). Maar bij deze hoge frekwenties bewegen de radiogolven rechtlijnig en de radar kan niet wat er voorbij de horizon gebeurt zien.
-

-


De Mammut radar (Duitsland, tweede wereldoorlog) kan aangezien worden als de voorloper van de OTH radar


De Duga antennes in de buurt van Chernobyl




Stralingspatroon van een OTH radar

Om een zo nauwkeurig beeld te hebben van de omgeving moeten de radars een zeer hoge frekwentie gebruiken, doorgaans in het GHz-gebied (decimetergolven). Een bijkomend voordeel is dat de antenne kleiner kan zijn. Dit type radar is ideaal om vliegtuigen te volgen. Dankzij de relatief hoge plaatsing van de radar op schepen is het bereik ongeveer 50km voor onderwerpen die zich op zeeniveau verplaatsen.

Maar met dit systeem is het onmogelijk om verder dan de horizon te kijken. Bepaalde frekwenties worden echter weerkaatst door de ionosfeer of volgen de kromming van de aarde. De gebruikte frekwenties liggen in de korte-golfband, met de frekwenties die de kromming van de aarde volgen aan de onderkant van de band. Ook de radiogolven op de lange- en middengolf (radio omroep) volgen de kromming van de aarde.

Bij deze relatief lage frekwenties moet men enorm grote antennes gebruiken om een minimale richteffekt te bekomen. De antenne moet ideaal minstens 5 maal groter zijn dan de golflengte. Bij een frekwentie van 10MHz heeft men een golflengte van 30 meter, de antenne moet zeker 150 meter groot zijn. In de praktijk bestaan de antenne uit een groot aantal stralers (dipolen) die op een struktuur gemonteerd worden, de struktuur heeft een lengte van meer dan 100 meter.

Tijdens de tweede wereldoorlog gebruikten de engelsen een frekwentie van 20 55MHz, waardoor ze antennes nodig hadden die even groot waren als de zendmasten voor radio. De gebruikte frekwentie van de engelse radar "Chain Home" kwam overeen met de frekwentie van de eerste televisieuitzendingen, waardoor de zendapparatuur gedeeltelijk gerecycleerd kon worden.

De lage golflengte en het gebruik van grote antennes was een probleem voor de duitsers tijdens de tweede wereldoorlog. Ze konden niet over de magnetron beschikken en waren verplicht enorm grote antennes te gebruiken. De duitsers gebruiken een frekwentie van 560MHz (0.5 meter) in hun Wurzburg volgradar. De paraboolantenne had een diameter van 7.5 meter zodat de nauwkeurigheid voldoende was om de canonnen te sturen.

De duitsers hadden ook een lange afstandsradar (phase array, ook een primeur) die op een relatief lage frekwentie werkte en vliegtuigen kon detecteren op meer dan 300km (Mammut, afbeelding rechts).

Na de tweede wereldoorlog was er de koude oorlog. Zowel de amerikanen als de russen konden elkaar bestoken met intercontinentale kernraketten (waarom ze dit nog altijd niet gedaan hebben blijft een mysterie). Het was belangrijk dat een land kon zien dat de vijand raketten had afgevuurd, daarvoor moest een radarsysteem ontwikkeld worden die een zeer groot bereik had.

Wij (en dan vooral de radio-amateurs) kennen de Duga radarinstallatie die in gebruik werd genomen in Ukraine (die toen nog deel uitmaakte van de USSR). Er werden verschillende installaties gebouwd, die alsmaar groter werden om een groter bereik te hebben. Het zendvermogen moest enorm zijn, in de orde van 10MW (de sterkste radiozenders op het LW-bereik hebben een vermogen van 2MW).

Door goniometrische peilingen kon de lokatie van de zender vrij accuraat bepaald worden, namelijk in de streek rond Chernobyl (je weet wel, de kerncentrale...). De lokatie in de buurt van een kerncentrale was eigenlijk vanzelfsprekend vanwege het continu hoog vermogen dat nodig was. De russen bleven echter tot op het laatste ontkennen dat het signaal van daar afkomstig was. Niet veel verschil met het huidige Rusland die ook bleef ontkennen dat er een explosie gebeurde in de streek van Arkhangelsk (met het vrijkomen van radio-aktief materiaal), dit was begin augustus 2019.

Een antenne was 210 meter lang en 85 meter hoog. De ontvangstantennes zijn op afstand van 60km geplaatst om storing te onderdrukken, het is dus een vorm van bistatische radar. Bij zulke hoge vermogens werken de duplexers niet goed. Het ontvangen signaal is bijzonder zwak (het vermogen daalt ongeveer kwadratisch met de afstand tot het doelwit). De gebruikte radiobanden zijn daarbij ook enorm gestoord.

De harmonischen van de grondfrekwentie werden onvoldoende onderdrukt, waardoor de volledige HF-band gestoord werd. De gebruikte frekwentie lag ook niet vast, maar veranderde regelmatig om beter gebruik te kunnen maken van de reflektie op de ionosfeer. Het signaal stoorde de communicatie tussen lijnvliegtuigen en was zelf hoorbaar op de telefoonlijnen in Rusland. De radarinstallatie bleef in gebruik van 1976 tot 1989 (de catastrofe in Chernobyl gebeurde in 1986 maar een aantal kernreactoren bleven in werking).

De afstand van een doelwit kon bepaald worden met een nauwkeurigheid van 15km, maar de origine (azimuth) kon niet bepaald worden omdat er breed gestraald werd. Ook de ontvangstantennes hadden een groot openingshoek omdat ze vast opgesteld waren. Fasemetingen waren niet nauwkeurig vanwege de niet-stabiele reflekties op de ionosfeer. De ionosfeer moet je niet zien als een radiospiegel, maar eerder als de ruwe oppervlakte van de zee.

Op de afbeelding zie je de staal van de zendantenne in kleur. Bij de weerkaatsing op de ionosfeer wordt de bundel nog breder. Het is enkel met speciale technieken (die pas mogelijk werden in de jaren 1970) dat het ontvangen signaal verwerkt kan worden tot bruikbare beelden.

Naderhand is men overgestapt op radarsatellieten die een nauwkeuriger signaal konden leveren, maar bepaalde installaties worden nog altijd gebruikt (vooral in Amerika en Canada), voornamelijk om de scheepvaart te controleren. De radarsatellieten cirkelen om de aarde en hebben direct zicht op de vijand en kunnen dus hoogfrekwente signalen gebruiken (nauwkeurigere plaatsbepaling).

De antennes van Duga zijn nog steeds overeind in de buurt van Chernobyl.

Links to relevant pages - Liens vers d'autres pages au contenu similaire - Links naar gelijkaardige pagina's

-