Marine Zeebrugge
Geschiedenis van de radar
Radar
Root server » TechTalk » Marinebasis Zeebrugge » Radar (geschiedenis)


Chain Home radarantenne

 
Bistatische radar
Het engelse radarsysteem Chain Home zond een bijzonder brede straal uit (openingshoek van ongeveer 100°) en aangezien er radars opgesteld waren langs de ganse engelse kust was het onmogelijk voor een vliegtuig om onopgemerkt het land te naderen (behalve als die laag boven het water zou vliegen, maar dit is een ander verhaal).

De duitsers hebben snel opgemerkt dat ze Chain Home voor eigen doel konden gebruiken (uiteraard zonder mede-weten van de engelsen). Het echo van vliegtuigen kon zowel opgevangen worden door de engelse radars, als door de duitse radars. Er stonden ontvangers opgesteld langs de kust, vanaf Frankrijk tot Nederland. Het station in Nederland zal gebruikt worden tot op het einde van de tweede wereldoorlog. Het systeem werd door de duitsers Klein Heidelberg genoemd (soms ook Heidelberg Parasit)

De radar had een bereik van 400 tot 450km (dus beter dan de engelse en duitse normale radarsystemen). De afstand was nauwkeurig tot op een paar kilometer. De azimuth (richting) kon niet nauwkeurig bepaald worden (vanwege de lage radarfrekwentie), maar de duitsers habben een systeem ontwikkeld om een voldoende nauwkeurigheid te bereiken.

Dit type radar, die een aparte zender en ontvanger gebruikt wordt bistatisch genoemd.


Klein Heidelberg
Antenne voor Klein Heidelberg gemonteerd op een constructie die oorspronkelijk bedoelt was voor een Wasserman radar. Deze radar was in Oostvoorne (Maasvlakte) gelegen en bleef in gebruik door de duitsers tot aan het einde van de tweede wereldoorlog.

Freya Radar
Op de achtergrond een Wurzburg radar

Wurzburg Riese radar
Boven de radar het IFF systeem (Identification Friend or Foe) om na te gaan of het vliegtuig tot de vijand behoort.

Mammut radar op een L485 bunker
Er werden al testen met de radar uitgevoerd voor de tweede wereldoorlog. De eerste tests waren bedoeld om botsingen tussen schepen tegen te gaan bij mist, maar heel vlug zag men ook het militair belang in van de radar, namelijk het op afstand detecteren van vliegtuigen.

Men gebruikte vroeger een grote antenne, zoals de toen gebruikte antennes voor radio-uitzendingen. De zender werkte continu en men kon vliegtuigen detecteren door de interferentie. Dit systeem was allesbehalve efficient.

Men had snel door dat men het bereik kon vergroten door de zender een kortstondige puls te laten uitzenden om dan de echo op te vangen. Omdat de puls zeer kort was, kon men de zendbuizen op een veel hoger vermogen laten werken zonder risico op beschadiging.

Engels systeem "Chain Home"
Het engels systeem was opgesteld langs de kusten van Engeland. Dit type radar vertoonde geen overeenkomst met de huidige radarsystemen. De zendmasten bestonden uit 4 antennes die op een rij opgesteld stonden en in één richting uitzenden, met een openingshoek van ongeveer 50°. De antennes waren vast opgesteld en konden niet gericht worden.

De gebruikte frekwentie was gelegen tussen 20 à 55MHz, de frekwentie was zodanig gekozen dat de golflengte overeenkwam met de halve lengte van een vliegtuig. Daardoor fungeerde het vliegtuig als reflector. Zo'n lage frekwentie was nodig omdat de uitgestuurde straal niet gericht was; het zendvermogen was dus uitgesmeerd over een breed gebied.

Maar de voornaamste reden was dat de engelsen snel een werkend systeem moesten hebben, en ze hadden toen al wat ervaring met deze frekwenties, die gebruikt werden voor de eerste televisieuitzendingen.

De zender had een herhalingsfrekwentie van 25Hz (40ms) en, alle zenders waren met elkaar gesynchroniseerd via het electriciteitsnet zodat twee zenders nooit op eenzelfde ogenblik konden uitzenden. De pulsduur bedroeg 20µs die tot 6µs herleid kon worden om nauwkeurige metigen te doen als het vliegtuig dichter kwam.

De ontvanger bestond uit 4 vast opgestelde antennes die in een kruis geplaatst werden op een korte afstand van de zender. De richting (azimuth) kon manueel bepaald worden door aan een radiogoniometer te draaien. De radiogoniometer integreerde het signaal van de verschillende antennes. De richting was gevonden als het signaal een maximale sterkte had. Het was ook mogelijk om een schatting van de elevatie te doen, want iedere antenne bestond uit dipolen die op verschillende hoogte geplaatst waren.

Het is dus de ontvanger die de richting van het doel aangaf. Het systeem vertoont grote overeenkomsten met het HFDF systeem (high frequency direction finding) dat gebruikt werd om de richting van vijandelijke zenders te bepalen.

Het signaal werd breed uitgestuurd en moest dus zeer krachtig zijn. De ontvanger was volkomen blind na iedere blip (gesatureerd). Het was onmogelijk om een vliegtuig te detecteren die op minder dan 8km vloog. Het bereik van de radar bedroeg 190 km, wat juist voldoende was om de eigen vliegtuigen te doen opstijgen.

Het betreft het eerste bistatische radar (radar met gescheiden zend en ontvangstantennes), maar dit werd eerder uit noodzaak gedaan: het was niet mogelijk de ontvanger te beschermen als de zender aan het werken was. De engelsen hadden toen nog geen bruikbare T/R switch. De ontvangstantennes werden zodanig geplaatst dat ze zo weinig mogelijk signaal opvangen van de zendantenne.

Het systeem had nog andere nadelen, namelijk het feit dat de antennes niet gedraaid konden worden. Omdat de gebruikte frekwentie zo laag was, moesten de antennes (en dan in het bijzonder de ontvangstantennes) bijzonder groot zijn om voldoende richtingsgevoelig zijn om de richting van een vijandig vliegtuig te kunnen bepalen.

De duitsers wisten al van het bestaan van een dergelijk systeem van voor de oorlog, maar ze dachten dat het systeem als radiobaken diende: de duitsers waren al veel verder gevorderd en gebruikten hogere frekwenties en een smaller bundel.

"Freya" duits systeem
Het vergelijkbaar systeem Freya gebruikte een hogere frekwentie van 120 à 130MHz. De antennes konden kleiner zijn en waren daardoor ook draaibaar. Eenzelfde antenne werd voor het zenden en het ontvangen gebruikt, dankzij de T/R switch (transmit/receive). Het signaal werd in een smalle bundel uitgestraald, waardoor de radar minder vermogen nodig had voor een bepaald bereik.

Het was echter niet mogelijk om de hoogte (elevatie) van het doelwit te bepalen: de radar kon enkel de azimuth (richting) en range (afstand) aangeven.

Dit type radar, dat voldoende was als zoekradar, kon echter niet gebruikt worden om het luchtafweer te richten. Het volgen van vliegtuigen was allesbehalve eenvoudig: het gebeurde door het draaien van een radiogoniometer (bij Chain Home) of door de radar volledig te verdraaien in het geval van de Freya.

Vooral het bereik is belangrijk als men een squadron wilt laten opstijgen om de interceptie te doen. 150km is echt een limiet, want de vliegtuigen zijn nog altijd aan het opstijgen en zijn dus meer kwetsbaar als de vijand er is.

Om het bereik te vergroten (en ook de nauwkeurigheid) kunnen meerdere Freya antennes boven elkaar gemonteerd worden. De antenne is ongeveer 60m hoog en wordt verstevigd door stalen kabels. De antenne is gelukkig nog altijd draaibaar. De radiogolven worden in een zeer smalle bundel uitgezonden, waardoor er minder verlies is. Dit is het type Wassermann dat vooral langs de kusten gebruikt wordt om het opstijgen van de vijandige vliegtuigen te detecteren.

De duitsers hebben ook een brede antenne ontworpen van het type Jagdschloss. Hier wordt ongeveer dezelfde electronica gebruikt, maar dit type radar is de eerste die een PPI scherm gebruikt (Plan Position Indicator). Dit radartype werd ook "panorama" genoemd en werd in het binnenland gebruikt in de nabijheid van grote steden.

Volgradar "Wurzburg"
De duitsers hebben één type volgradar gebruikt gedurende de ganse oorlog, maar hebben die continu verbeterd, dit is de Wurzburg. De vliegtuigen kunnen gevolgd worden met een voldoende nauwkeurigheid, zodat ze gebruikt kunnen worden om de luchtafweer te richten (in de laatste uitvoering van de radar, de Wurzburg Riese). Het bereik was beperkt tot 70km, maar dit was geen bezwaar, want de kanonnen hadden maar een beperkt bereik.

De duitsers hebben een probleem, ze kunnen geen hogere frekwenties gebruiken, waardoor de antennes noodgedwongen groot moeten zijn als ze nauwkeurig moeten zijn. De duitsers hebben geen magnetron, Hitler heeft het onderzoek stilgelegd, terwijl de duitsers reeds werkende exemplaren hadden (die enkle nog verbeterd moesten worden). De frekwentie van de Wurzburg is beperkt tot 560MHz, de herhalingsfrekwentie is 3750Hz en een puls duurt 2µs.

Om een vliegtuig te volgen gebruikt de radar een kleine draaiende dipool (25 omwentelingen per minuut) die een excentrische straal uitzendt. De echo heeft een constante amplitude als het vliegtuig perfect im het midden van de straal ligt, maar oscilleert aan een frekwentie van 25Hz als die niet in het midden van de straal gelegen is.

Dit systeem kon redelijk gemakkelijk gestoord worden door fake echos terug te sturen met veranderlijke amplitudes, waardoor het doelwit niet meer gevolgd kon worden. De duitsers moesten dus regelmatig de zendfrekwentie van de radar wijzigen (de radar was gelukkig modulair opgebouwd, waardoor de zendmodule snel herafgeregeld kon worden op een licht afwijkende frekwentie).

Maar dit radarsysteem heeft nog een ander probleem: iedere radar kan maar één doel volgen. Dit wordt een probleem als een squadron bestaande uit honderden vliegtuigen in de lucht zit. De geallieerden hadden een numeriek voordeel: bij iedere missie sneuvelden enkele vliegtuigen, maar het aantal bleeft redelijk constant, ongeacht het aantal vliegtuigen in de zwerm.

Kammhuber lijn
De duitse radarinstallaties bestonden uit cellen die een lijn vormden. Iedere cel had een grootte van ongeveer 30km. Een vliegtuig moest dus noodzakelijkerwijze over zo'n cel passeren. In iedere cel zat er een Freya radar (zoekradar) en twee Wurzburgs (volgradars).

In het begin werkte dit systeem goed, daarbij geholpen door de engelse taktiek die erin bestond de vliegtuigen over een breed gebied te laten vliegen om zo het volledig systeem in de war te sturen. Dit werkte echter averrechts. Het is pas later dat de engelsen bewust werden van het feit dat een cel slechts één vliegtuig kon volgen. Als alle vliegtuigen in een relatief dichte zwerm vliegen, dan zijn de verliezen veel lager.

Wat betreft de radars aan boord van vliegtuigen (dit zal later besproken worden), is één eigenschap belangrijk, namelijk de schakeltijd tussen zenden en ontvangen. Nadat de radar een puls uitgezonden heeft is die gedurende een zeer korte tijd blind. De duitse radar aan boord van vliegtuigen kon geen vijandige vliegtuigen meer zien als die minder dan 500m verwijderd waren.

Fase-gestuurde radar
Om meerdere vliegtuigen terzelfdetijd te kunnen volgen moet men met een electronisch gestuurde straal werken. Zo'n speciale radar werd ook voor het eerst door de duitsers effektief gebruikt. De bedoeling was hier niet het volgen van meerdere vliegtuigen, maar om het bereik te vergroten. En om het bereik te vergroten moet men grotere antennes gebruiken, die een meer geconcentreerde bundel uitstralen. De antennes worden uiteindelijk zo groot, dat ze niet meer gedraaid konden worden.

De fase-gestuurde radar gebruikt een vlakke antenne die uit een groot aantal stralers bestaat. Men "richt" de radar door de fase tussen de verschillende stralers te veranderen, zodat er een schuine golffront ontstaat.

De Mammut radar was volledig vast opgesteld en de straal kon 100° horizontaal afgebogen worden. Er was dus links en rechts een blinde vlek, die opgevangen werd door een tweede radar te gebruiken, die haaks opgesteld stond ten opzichte van de eerste. Het bereik was 300km.

Deze radars werden hoofdzakelijk in het binnenland gebruikt om een overzicht te hebben van de vliegtuigen in de lucht.

Een moderne fase-gestuurde radar wordt meestal gevormd door een pyramide met driehoekige of rechthoekige basis. Daarmee kan de volledige omgeving bewaakt worden.

Zo'n antenne wordt vaak gebruikt op militaire schepen. Naargelang de rekenkracht van het systeem kunnen er meer dan 200 voorwerpen simultaan gevolgd worden: vliegtuigen, raketten, bommen,.. boven of op het waterniveau.

De verschillende radarschermen worden hier besproken. Deze pagina bevat ook links naar andere informatiepagina's.

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