RADAR

RADAR (App. II, 11, p. 636)

Progressi nelle apparecchiature. - L'evoluzione, dal punto di vista scientifico, tecnico e applicativo, che si è determinata in quest'ultimo decennio nel settore dei r. è stata di vasta portata e ha consentito, da un lato, di accrescere in misura notevole l'efficienza, la sicurezza, la durata delle apparecchiature, e, dall'altro lato, di meglio differenziare le diverse categorie di r. in relazione alle finalità e alle esigenze d'impiego.

Utilizzazione delle frequenze radar. - Le frequenze oggi impiegate per i r. vanno normalmente da 200 a 10.000 MHz (lunghezze d'onda da 1,50 m a 3 cm), in relazione all'impiego: le frequenze più basse (200 ÷ 1000 MHz) sono usate per i r. di grande portata. In dipendenza della frequenza di lavoro, i r. si possono dividere in due categorie: a) quelli che operano a frequenze inferiori a 500 - 600 MHz e che impiegano generalmente come tubi trasmittenti dei triodi di potenza; b) quelli che operano a frequenze superiori a 600 MHz e che usano come tubi trasmittenti magnetron o altri tubi speciali. I r. moderni sono in grande maggioranza di questo tipo, cioè "a microonde".

Uno dei motivi principali per cui si usano le microonde, è quello di poter usare antenne fortemente direttive (e quindi di irradiare fasci molto stretti) senza che il sistema d'antenna assuma dimensioni proibitive. Per es., per ottenere una larghezza del lobo d'irradiazione di 2 ÷ 4° su 30 cm di lunghezza d'onda (1000 MHz) occorre un'antenna di 3 -6 m di apertura, mentre su 3 cm di lunghezza d'onda (10.000 MHz) con un'antenna di soli 2 m di apertura si possono avere lobi d'irradiazione non più ampî di 0,5:

Grande importanza assume la scelta della frequenza di lavoro anche in relazione alle diverse modalità con cui si propagano le radioonde di breve lunghezza d'onda. In generale, al crescere della frequenza divengono sempre più importanti le perdite per assorbimento atmosferico, il miglior compromesso tra una bassa attenuazione atmosferica e una sufficiente definizione si ha per una frequenza di 6000 MHz circa, corrispondente a una lunghezza d'onda di 5 cm. Su questa frequenza perciò sono stati realizzati diversi tipi di r. militari di scoperta combinata aeronavale, come pure alcuni r. di navigazione. È da tenere presente inoltre che per le onde di più breve lunghezza (3 cm o meno) le nubi e le precipitazioni si comportano come ostacoli riflettenti, mascherando la presenza di bersagli.

Progressi della tecnica radar. - A) Trasmettitori. - Costante, negli ultimi anni, è stata l'evoluzione verso la trasmissione di potenze sempre più elevate; gli ordini di grandezza raggiunti sono delle decine di MW per le potenze d'impulso e delle decine di kW per le potenze medie. Sembra che questa evoluzione accenni ad arrestarsi solo ora, non perché i limiti raggiunti, pur così elevati, siano tecnicamente insuperabili, ma perché i notevoli risultati conseguiti recentemente nei metodi di ricezione di segnali con bassissimo rapporto segnale/disturbo hanno orientato i tecnici verso la soluzione del miglioramento del ricevitore piuttosto che verso l'aumento della potenza irradiata.

La tabella qui riportata riassume la situazione per quanto riguarda l'utilizzazione delle bande di frequenza e le potenze raggiunte.

Come dianzi accennato, il magnetron è il tubo usato nella maggioranza dei trasmettitori radar. Per particolari applicazioni si riscontra, peraltro, che il magnetron non ha una sufficiente stabilità di frequenza. Per queste applicazioni si usano perciò tubi basati su principî diversi; uno di questi nuovi tubi è il platinotron, che può essere usato come oscillatore stabilizzato in frequenza da una cavità (stabilotron) o come amplificatore (amplitron). In alcuni apparati recentissimi si è giunti a stabilizzare la frequenza del trasmettitore usando un oscillatore pilotato a quarzo piezoelettrico, col quale si ottengono stabilità dell'ordine di 10^-8 per giorno; il segnale pilota viene amplificato in potenza (ed eventualmente moltiplicato in frequenza) con tubi a onda viaggiante o con klystron, che pilotano un klystron amplificatore di grande potenza come stadio finale.

Un sistema idoneo ad aumentare, a parità di potenza irradiata, la portata di un r., sperimentato per molti anni e di cui però solo recentemente si è avuta notizia, è quello della compressione nel tempo degli impulsi emessi dal trasmettitore. Mentre nei sistemi normali la banda occupata dal segnale è posta in relazione solo alla durata dell'impulso (tanto più breve l'impulso, tanto più larga la banda, e tanto maggiore la discriminazione o quantità d'informazione ottenibile in distanza), in questo sistema si ha una banda relativamente ampia pur con impulsi lunghi, e cioè di alta potenza media.

Il sistema è basato sull'uso d'impulsi di lunga durata, nei quali si ha una modulazione lineare della frequenza portante (per es. in aumento), tra l'inizio e la fine dell'impulso (fig.1, A); la modulazione abbraccia una banda molto più larga dello spettro proprio dell'impulso non modulato. In ricezione, questo impulso viene inviato a un filtro che introduce un ritardo inversamente proporzionale alla frequenza, per cui la parte iniziale dell'impulso viene ritardata di più della parte finale (fig.1, B); l'impulso all'uscita del filtro risulta perciò "compresso", o accorciato nel tempo; poiché inoltre il circuito di filtro è (almeno approssimativamente) privo di dissipazione, si ha, insieme all'accorciamento effettivo della durata dell'impulso, un aumento della potenza di picco, nello stesso rapporto. Il segnale ricevuto, all'uscita del filtro, ha un inviluppo della forma mostrata dalla fig.1, C; con opportuni accorgimenti è possibile eliminare o almeno ridurre grandemente i "lobi laterali" che accompagnano il segnale principale. L'impulso viene così ad avere le caratteristiche richieste dagli impieghi del r., e il tubo trasmittente è meglio sfruttato, dovendo erogare, a parità di prestazioni globali del r., una potenza di picco minore e una potenza media maggiore rispetto al caso normale. Il rapporto di compressione, e quindi di aumento di potenza di picco, può raggiungere il valore di 100 volte, o più; con ciò si ha, corrispondentemente, un aumento di portata di circa 3 volte.

B) Ricevitori. - Nei r. a impulsi di tipo tradizionale, in uso fino ad oggi, lo schema del ricevitore si è ormai standardizzato, e comprende: a) un sistema, detto TR, che effettua la commutazione dell'antenna in trasmissione e in ricezione; b) un convertitore di frequenza a cristallo, che riceve la frequenza di eco e quella di un oscillatore locale, ricavandone, secondo il principio della supereterodina, una media frequenza di valore fisso unificato a 30 o 60 MHz; c) un amplificatore a media frequenza; d) un rivelatore e un amplificatore video; e) uno o più indicatori, ai quali viene applicato il segnale rivelato e amplificato.

L'amplificazione del segnale ha luogo principalmente nell'amplificatore a media frequenza; il valore del minimo segnale rivelabile è funzione del rapporto segnale/rumore del ricevitore. La maggior parte del rumore è data dal diodo a cristallo convertitore di frequenza, che di solito è un diodo a silicio. Le cifre di rumore che si hanno sui r. moderni sono del seguente ordine di grandezza: gamma dei 3 cm: da 15 a 10 dB; gamma dei 10 cm: da 12 a 8 dB; gamma dei 30 cm: da 10 a 6 dB.

Negli impianti più complessi, dotati di numerose serie di indicatori, il segnale viene distribuito per mezzo di trasferitori catodici, che realizzano il necessario adattamento d'impedenza tra l'uscita dell'amplificatore video e gli ingressi dei varî indicatori.

Per impieghi particolari, in cui occorre un'elevatissima sensibilità del ricevitore, si stanno ora introducendo nell'impiego nuovi sistemi di rivelazione degli echi radar, basati su mezzi tecnici completamente nuovi. Possiamo ricordare:

a) l'uso di preamplificatori a radiofrequenza a basso livello di rumore, costituiti da tubi a onda viaggiante (cifra di rumore di 4 ÷ 5 dB), o da amplificatori molecolari (MASER) e parametrici (cifra di rumore 1 ÷ 4 dB).

b) l'uso di sistemi di rivelazione basati sull'autocorrelazione e sul filtraggio delle frequenze componenti i segnali di eco (v. anche informazione, teoria della, in questa App.), con cui si possono ottenere miglioramenti del rapporto segnale/rumore dell'ordine di 20 dB, o anche più; è richiesta peraltro un'alta stabilità della frequenza del trasmettitore;

c) l'uso di tubi di memoria, cioè di speciali tubi elettronici che possono immagazzinare e "ricordare" un segnale impulsivo, ricorrente una volta sola o un numero limitato di volte. L'impiego di questi tubi in unione con rivelatori ad autocorrelazione porta a una notevole esaltazione dei segnali mascherati dal rumore.

d) i sistemi in diversità di frequenza, basati sul principio di ricevere contemporaneamente le emissioni di due diversi trasmettitori, situati nello stesso luogo, ma operanti con frequenze leggermente diverse, ed eventualmente con impulsi sfalsati nel tempo. Gli echi dei due sistemi, pur essendo relativi allo stesso bersaglio e pressoché contemporanei, sono diversamente affetti da fading e dal rumore (esterno o interno dei due ricevitori); operando una correlazione mutua tra le due serie di echi si ottengono l'esaltazione del segnale utile e una marcata eliminazione dei guizzi di rumore.

C) Sistemi per la soppressione degli echi permanenti. - Com'è noto, una delle maggiori limitazioni del r. ad impulsi è data dalla presenza di echi di forte intensità, dati dalle irregolarità del terreno e da ostacoli circostanti, i quali mascherano la presenza degli echi dei bersagli ricercati. Per ridurre l'effetto di questi echi "fissi" si sono realizzati dei sistemi, detti M. T. I. (dall'inglese Moving Target Indicator, indicatore di bersaglio mobile), basati sull'effetto Doppler. Infatti, l'eco ricevuta da un ostacolo in moto relativo, in senso radiale, rispetto al r., anziché avere la frequenza originale f₀ del trasmettitore (supposto stabile) presenta una variazione di frequenza per effetto Doppler pari a Δf = 2V_r/λ, dove V_r è la velocità relativa di avvicinamento o allontanamento e λ è la lunghezza d'onda.

Nei r. con trasmettitore a magnetron dotati di sistema M. T. I., si ha un oscillatore a media frequenza a onda continua, detto "coerente", il cui segnale è sincronizzato con gli impulsi emessi dal magnetron; il coerente mantiene perciò memorizzata la fase delle oscillazioni dell'impulso trasmesso, per tutto il successivo periodo di silenzio del trasmettitore. All'arrivo di un'eco, avviene anche per essa la conversione a frequenza intermedia, tramite l'oscillatore locale, molto stabile.

In un apposito circuito si paragonano le fasi del coerente e dell'eco, e se ne ottiene un impulso di maggiore o minore ampiezza a seconda della fase relativa. L'impulso viene poi mandato a una linea di ritardo. Dopo un periodo, esso viene paragonato in ampiezza con l'impulso in uscita dal discriminatore di fase per effetto della nuova eco. Se l'ostacolo è fermo, questo secondo impulso è di ampiezza eguale al primo, e così si "cancellano" gli echi fissi; gli echi "mobili" danno una differenza che si mette in evidenza come segnale utile.

Nei r. con frequenza stabilizzata da un oscillatore pilota a onda continua, che ora stanno entrando nell'uso, si possono realizzare dei sistemi M. T. I. molto più efficienti di quelli del tipo sopra descritto, i quali risentono dannosamente delle instabilità relative degli oscillatori a radiofrequenza, locale e coerente.

D) Apparati di nuovi tipi. - Sono recentemente entrati nell'uso alcuni tipi di r., basati su principî particolari o su speciali realizzazioni tecnologiche, che sono stati sviluppati in vista di determinati scopi specifici. Due esempî caratteristici sono i r. volumetrici e i r. monopulse, dei quali si parla più oltre.

Per impieghi speciali, sono stati realizzati anche r. a onda continua, detti r. a effetto Doppler. L'origine della denominazione sta nel fatto che, essendo le onde emesse non modulate, il ricevitore è in grado di rivelare solamente le onde riflesse con slittamenti di frequenza, cioè quelle derivanti da bersagli in moto rispetto al r. Questi apparati hanno quindi solo la capacità di rivelare la presenza o meno di un ostacolo dotato di velocità relativa radiale. Per il fatto di funzionare a onda continua, questi r. hanno ricevitori con banda passante strettissima, e quindi una grande sensibilità, con che normalmente si raggiungono portate molto superiori a quelle dei r. a impulsi; essi quindi possono essere usati come sistemi di allarme a grande distanza.

Apparati portatili di questo tipo, di piccola potenza e perciò molto semplici, vengono impiegati per misurare la velocità delle automobili, per rivelare, di notte, la presenza di uomini o veicoli in movimento, ecc.

R. a impulsi ad onde relativamente lunghe (nel campo di frequenze di qualche decina di MHz), propagantisi per via ionosferica, sono stati introdotti per rivelare ostacoli a grandissima distanza, ben oltre l'orizzonte ottico. Naturalmente, data la natura del percorso seguito dalle onde, non sono possibili precise misurazioni di distanza dei bersagli riflettenti, i quali comunque devono essere di ragguardevoli dimensioni.

Come ultimo esempio di progressi in campo r., si può citare la realizzazione, in questi ultimi anni, di apparati per l'inseguimento dei satelliti artificiali terrestri; dotati di antenne di grandissime dimensioni; in questo settore sono anche da ricordare le cospicue realizzazioni conseguite dalla radarastronomia (v. in questa App.).

Radar per impieghi civili.

1) Radar impiegati per la navigazione marittima. - Gli apparati di questo tipo sono ormai diffusissimi, essendo essi sistemati a bordo di tutte le navi per passeggeri e di quasi tutte le navi mercantili (da 1000 t in su). Sono destinati all'avvistamento di ostacoli alla navigazione, di punti di riferimento e, in genere, di quanto altro sta al di sopra della superficie del mare; oltre a quella di avvistamento, hanno poi la funzione della misura della distanza e del rilevamento dei punti cospicui ai fini della condotta della navigazione. Hanno le seguenti caratteristiche:

a) alta definizione e alta precisione, che si ottengono con fasci molto stretti (fino a decimi di grado) e impulsi molto brevi (fino a 0,1 μsec). La frequenza usata è generalmente intorno a 9000 MHz e, a volte, intorno a 6000 e a 3000 MHz.

b) indicatori di tipo panoramico P. P. I. (dall'ingl. Plane Position Indicator, indicatore di posizione nel piano), dotati di "marche di distanza" fisse, ed eventualmente mobili, per la misura precisa delle distanze. Danno la possibilità di leggere direttamente i rilevamenti, riferiti alla prora o al nord geografico, con l'eventuale aiuto di un'alidada meccanica o elettronica; quest'ultima è costituita da un raggio luminoso che compare sullo schermo dell'indicatore e che può essere mosso angolarmente dall'operatore fino a bisecare un'eco: il rilevamento corrispondente è letto in questo caso su un numeratore meccanico collegato alla manopola. Questi indicatori possono essere dotati di sistema di compensazione del moto proprio della nave (sistema detto, all'inglese, True Motion, "movimento vero"), per cui la rappresentazione P. P. I. resta stabilizzata rispetto agli ostacoli fissi; gli echi di questi restano fermi sullo schermo, indipendentemente dal movimento della nave, mentre gli echi delle altre navi si muovono sullo schermo con velocità e direzione proporzionali all'effettiva velocità e rotta vera della nave. Si ottiene così una rappresentazione P. P. I., alla quale si può sovrapporre una carta nautica trasparente, della stessa scala, per tracciare sulla carta i movimenti delle altre navi e della propria.

c) portata limitata all'orizzonte ottico; per aumentarla, le antenne sono sempre sistemate nei punti più alti della nave, generalmente sull'albero di prora.

d) potenza d'impulso da 1 a 75 kW.

11) Radar per aerei. - Questi apparati vengono impiegati per la navigazione aerea, e hanno compiti e caratteristiche analoghe a quelle dei r. di navigazione marittima. L'antenna è sistemata sul muso del velivolo, diretta verso il basso, o sotto la fusoliera.

111) Radar di sorveglianza del traffico aereo. - Sono apparati terrestri, sistemati nei pressi degli aeroporti o in punti particolarmente interessanti ai fini del traffico nelle aerovie, che vengono impiegati per l'avvistamento e il "tracciamento" degli aerei che entrano nella zona di controllo.

Le caratteristiche di questi apparati sono:

a) portata sufficientemente elevata (dell'ordine del centinaio di km o più).

b) precisione proporzionata al compito del controllo del traffico;

c) indicatori di tipo panoramico;

d) possibilità, in alcuni casi, di misurare la quota di volo degli aerei;

e) possibilità di funzionamento con sistema M.T.I.

S'impiegano normalmente trasmettitori di elevata potenza (500 kW di impulso, o più) funzionanti su frequenze da 500 a 3000 MHz.

I lobi d'irradiazione hanno una larghezza nel piano orizzontale di 2 ÷ 30, mentre sono il più possibile ampî nel piano verticale, per poter abbracciare il maggior numero possibile di bersagli. Fanno eccezione i r. che misurano anche la quota di volo degli aerei, i quali usano antenne fortemente direttive, anche nel piano verticale, come detto più avanti. Le antenne dei r. di scoperta, in generale, hanno un emettitore primario a tromba (da 1000 MHz in su) o ad allineamento di dipoli (al disotto di 1000 MHz); il riflettore può essere a paraboloide troncato, "a buccia d'arancio", cilindro-parabolico, o "a cosecante quadrata" (fig. 2). Questi riflettori danno un fascio a ventaglio nel piano verticale; mentre quelli "a buccia d'arancio" sono più usati per i r. di navigazione marittima; per i r. di sorveglianza aerea s'impiegano generalmente quelli "a cosecante quadrata", ottenuti da un profilo tronco-parabolico deformato nella parte bassa mediante un raccordo che trasforma la curvatura della sezione da parabolica a circolare. L'antenna "a cosecante quadrata" assicura una copertura più uniforme dello spazio circostante il r., anche a grandi altezze e fino a distanze ravvicinate.

iv) Radar di atterraggio. - Vengono sistemati negli aeroporti e hanno il compito di creare un "sentiero radar" per mezzo di un fascio molto stretto, irradiato in posizione fissa sulla rotta di atterraggio degli aerei. Un aereo che segue questo sentiero viene preso a molti km di distanza e portato così a poggiare le ruote sulla pista, anche in condizioni di visibilità molto scarsa.

v) Radar di controllo degli aeroporti. - Sono apparati di alta precisione e ad altissima definizione, che vengono sistemati sulle torri di controllo degli aeroporti per seguire i movimenti degli aerei e dei veicoli sulle piste di atterraggio e di decollo. Per poter raggiungere il potere separatore e la precisione richiesti per questo compito, funzionano generalmente su lunghezza d'onda prossime a 1 cm; usano fasci la cui larghezza è dell'ordine del decimo di grado, e impulsi di durata inferiore a 0,1 μsec.

vi) Radar portuali. - Sistemati nei grandi porti, specialmente dove le nebbie sono frequenti, hanno lo scopo di fornire la posizione delle navi e dei natanti di vario genere che manovrano nelle vicinanze dell'entrata del porto o nel suo interno.

v11) Radar meteorologici. - Sono destinati all'avvistamento di temporali, cicloni e formazioni nuvolose di determinati tipi. Operano generalmente su lunghezze d'onda di 3 cm e possono essere terrestri o aeroportati.

v111) Radar volumetrici (o tridimensionali). - Questi apparati hanno la capacità di fornire anche la terza coordinata di posizione del bersaglio, e cioè, oltre alla distanza e alla direzione, anche la quota rispetto a un piano di riferimento. Essi possono assumere diverse configurazioni. I primi r. di questo tipo entrati nell'impiego erano denominati "misuratori di quota" ed erano costituiti da un complesso rice-trasmittente con un'antenna irradiante un fascio a "coda di castoro" e indicatori particolari. Il fascio a "coda di castoro" ha ampiezza dell'ordine di 1 ÷ 2° nel piano verticale, e dell'ordine dei 15 ÷ 20° nel piano orizzontale; si ottiene con uno speciale riflettore "a buccia d'arancio" sistemato con l'asse maggiore in direzione verticale. Al riflettore veniva dato un rapido movimento alternativo di scansione nel piano verticale, ottenendo così la possibilità di misurare l'angolo di sito, e quindi la quota, dei bersagli investiti dal fascio radar. A tale scopo, il movimento di scansione verticale era ripetuto dalla traccia elettronica dell'indicatore, in modo che gli echi comparissero in posizione corrispondente all'angolo di sito reale.

Successivamente, un r. di questo tipo è stato abbinato a un r. di sorveglianza aerea di tipo normale, con le due antenne sistemate insieme, ottenendo un complesso di due apparati, a uno dei quali è affidata la presentazione planimetrica, e all'altro la presentazione nel piano verticale corrispondente all'orientamento istantaneo dell'antenna di quota.

Si è ottenuta un'ulteriore semplificazione dell'insieme utilizzando un unico apparato, irradiante fasci strettissimi, del tipo cosiddetto pencil beam ("fascio a matita"). In questo tipo di r., un unico riflettore è illuminato da numerosi radiatori, disposti verticalmente uno sopra l'altro; ogni radiatore dà luogo a un fascio sottile, con elevazione diversa da quelli adiacenti, ma i fasci sono parzialmente sovrapposti in modo che il diagramma totale d'irradiazione nel piano verticale ha ancora la forma di un ventaglio. I radiatori, in ricezione, sono collegati a canali diversi, oppure si ha un sistema di sincronizzazione che permette di riconoscere in quale dei fasci irradiati si trova il bersaglio e di ricavare così il sito. In trasmissione, i radiatori possono essere commutati successivamente sullo stesso trasmettitore, mediante un commutatore sulla linea di potenza a radiofrequenza; oppure, meglio, possono essere alimentati da trasmettitori diversi.

Nei tipi più recenti, l'antenna ha un unico riflettore e diversi illuminatori, tutti collegati in parallelo, ma in modo tale da dare come risultante un fascio molto stretto in tutti i piani ("pencil beam"). Il trasmettitore è unico, e varia la propria frequenza leggermente da un impulso all'altro, con legge alternativa. Per effetto della variazione di frequenza, variano le fasi relative con cui vengono alimentati i varî illuminatori e ciò provoca uno spostamento angolare verticale del lobo irradiato. Il lobo viene quindi ad avere un movimento di scansione verticale molto veloce, mentre l'antenna ruota nel piano orizzontale; si ha così la possibilità di misurare tutte e tre le coordinate di posizione di un aereo. La frequenza di funzionamento di questi r. è generalmente tra 1000 e 3000 MHz, mentre la potenza d'impulso raggiunge 1 o più MW.

ix) Radar Doppler aeroportati di navigazione. - Si tratta di r. a onda continua ad effetto Doppler, destinati cioè solo a rivelare la presenza di ostacoli dotati, come il terreno, di velocità relativa radiale rispetto all'aereo che porta il r., e a misurare questa velocità. Si hanno in generale 4 antenne, che irradiano 4 fasci: due a destra, rispetto all'aereo, verso il basso (uno in avanti e uno indietro), e due analoghi a sinistra. Consentono di determinare le due componenti, longitudinale e trasversale, della velocità dell'aereo rispetto al suolo; da questi valori, per integrazione, si può determinare la rotta percorsa dal velivolo.

x) Radar risponditori (ingl.: radar-beacon). - Sotto questo nome si possono comprendere molti tipi di apparati, tutti caratterizzati dal fatto di essere composti di un ricevitore e di un trasmettitore comandato dai segnali ricevuti. Di questo tipo sono i radar-fari, che ricevono l'impulso di un r. situato su una nave o su un aereo, e rispondono con un altro impulso, o gruppo di impulsi, che individua il faro, e che, presentato sull'indicatore del r. "interrogante", permette di stabilire distanza e rilevamento del faro, anche a distanza maggiore della portata massima del r. stesso.

Bibl.: G. Montefinale, Il radar, Milano 1951; J. F. Reintjes e G. T. Coates, Principles of radar, 3ª ediz., New York 1953; H. E. Penrose e R. S. H. Boulding, Principles and practice of radar, 4ª ediz., Londra 1953; F. J. Wylie, The use of radar at sea, 2ª ediz., Londra 1954; D. G. Long, Marine radar, Londra 1956; G. Montefinale, Il manuale del radarista, Milano 1958; D.R. Rhodes, Introduction to monopulse, New York 1959; L. G. Battan, Radar meteorology, Chicago 1959; D. Levine, Radargrammetry, New York 1960.

Radar d'impiego militare.

Generalità. - Delle caratteristiche generali dei r. di uso militare alcune sono considerate essenziali per soddisfare in pieno le esigenze operative militari; esse sono: a) massima insensibilità ai disturbi naturali e deliberati (grandi progressi sono stati compiuti in questo campo a mezzo della tecnica della correlazione); b) massima sicurezza di funzionamento, anche nelle condizioni ambientali più critiche; c) elevata resistenza alle sollecitazioni meccaniche; d) caratteristiche circuitali e costruttive che consentano la rapida e sicura localizzazione delle avarie, con accorgimenti atti a rendere rapide le riparazioni e le sostituzioni di parti; e) standardizzazione di tutti gli elementi componenti, onde consentire l'agevole costituzione di scorte di parti di ricambio e, entro certi limiti, l'intercambiabilità di componenti elettronici.

1. Radar di scoperta aerea. - I r. di questa categoria sono simili a quelli d'impiego civile per la sorveglianza del traffico aereo. Funzionano circa nella stessa gamma di frequenze, da 200 a 3000 MHz; le portate richieste sono peraltro molto maggiori.

Essi possono essere terrestri o di bordo, per navi o aerei militari, e si hanno così:

a) Radar per la scoperta aerea a grande distanza: sono caratterizzati da un'elevatissima potenza di picco (che può raggiungere anche alcune decine di MW), durate d'impulso generalmente non molto piccole (almeno 2 μsec), antenne a fascio molto stretto, da 5 ÷ 6 m di apertura fino a 20 m e oltre. Tutto ciò allo scopo di consentire la massima sensibilità, così da permettere la localizzazione a distanza di centinaia di km, anche se la sezione d'eco equivalente presentata dal bersaglio è di valore molto ridotto (ad es., nel caso di velivoli monoreattori si possono avere sezioni equivalenti d'eco di solo 2 m²). La forma dell'antenna è studiata in modo tale da consentire un'estesa copertura in quota sino a valori di elevazione prossimi alla verticale. Sono in genere provvisti di sistema M.T.I., utile anche per consentire la localizzazione di bersagli aerei nel caso in cui l'avversario adotti mezzi antiradar di mascheramento o di inganno.

b) Radar per la scoperta aerea a media distanza: questi r. non differiscono sostanzialmente dai precedenti; le più limitate richieste operative consentono una riduzione della potenza di picco (generalmente non superiore a 1 MW), delle dimensioni dell'antenna e del peso e ingombro di tutto il complesso, tanto da renderli impiegabili, senza particolari difficoltà, anche a bordo di unità navali di medio dislocamento. Hanno generalmente una precisione maggiore di quelli del gruppo precedente, e forniscono un maggior numero d'informazioni, nell'unità di tempo, sulla posizione del bersaglio. Si prestano bene, a seconda delle caratteristiche dell'antenna, anche all'individuazione degli aerei ad angoli di sito molto alti o a bassa quota. Apparati di questo genere sono usati per individuare i bersagli aerei per le artiglierie, e vengono denominati allora "r. di acquisizione", in quanto essi hanno il compito di passare il bersaglio ai r. di punteria che dirigono il tiro delle batterie.

Gli apparati aeroportati sono sistemati su aerei speciali plurimotori, adibiti espressamente a questo scopo, che portano le grandi antenne entro cupole plastiche trasparenti alle radioonde. Talora anche i r. terrestri hanno le antenne racchiuse in cupole plastiche: ciò accade in particolare quando le condizioni atmosferiche molto severe (ghiaccio, vento, ecc.) potrebbero danneggiare le antenne rotanti o renderne impossibile il funzionamento.

Molto spesso i dati forniti da questi r. vengono trasmessi per via radio ad apposite stazioni di controllo, dove viene ricostruita su indicatori radar la stessa rappresentazione che si ha sull'indicatore a bordo del velivolo, eliminando l'effetto del moto del velivolo stesso (sistema radar-relay).

c) Radar tridimensionali: realizzati secondo la tecnica precedentemente descritta a proposito degli omonimi apparati di uso civile, questi r. consentono un completo controllo dello spazio aereo, nei limiti di portata dell'apparecchio. Essi sono caratterizzati da una notevole complessità dal punto di vista circuitale e costruttivo, anche perché, quando sono sistemati a bordo delle navi, per compensare le oscillazioni di queste si deve provvedere ad un'accurata stabilizzazione meccanica nello spazio del sistema di antenna, o ad una stabilizzazione elettronica del fascio di energia irradiata. Questi r. impiegano indicatori di tipo speciale, e, per le loro funzioni, a volte sono indicati anche con il nome di "r. guida-caccia".

2. Radar navali per la scoperta in superficie. - Sulle piccole navi militari, i compiti di questi r. vengono svolti dai "r. di navigazione", che sono in tutto simili a quelli impiegati a bordo delle navi non militari. Sulle maggiori navi da guerra, tuttavia, spesso è sistemato un secondo apparato di questo tipo, ma di maggior potenza; ad esso è affidata la scoperta di navi o di piccoli bersagli sulla superficie del mare (motosiluranti, sommergibili in affioramento o anche periscopî), non tanto ai fini della navigazione, quanto ai fini della condotta delle operazioni. Di solito questi apparati hanno una potenza di impulso di 250 kW, o più, con una frequenza di funzionamento tra 9000 e 6000 MHz.

Caratteristiche comuni di questi r. sono: diagramma di copertura verticale tale da poter localizzare bersagli anche molto bassi sulla superficie del mare; ampiezza del fascio irradiato, nel senso verticale, sufficiente ad evitare che le oscillazioni della nave impediscano o rendano saltuaria la localizzazione dei bersagli in superficie; elevato ritmo di informazione, e quindi velocità di rotazione dell'antenna di valore elevato e regolabile; buon potere separatore e buona precisione in distanza e in direzione (rilevamento), e quindi antenne fortemente direttive e piccole durate d'impulso; possibilità di ridurre nella maggior misura possibile i disturbi naturali (per es. gli echi dalle onde marine) e quelli deliberati.

3. Radar aeroportati di ricerca in superficie. - Si tratta di apparati installati a bordo di aerei e destinati alla scoperta degli ostacoli sul mare o sul terreno sottostante all'aereo, a non grande distanza. Per questa necessità il lobo d'irradiazione dell'antenna è opportunamente sagomato a cosecante quadrata, verso il basso.

4. Radar per la scoperta combinata. - Con questo termine vengono designati quei r. le cui caratteristiche generali rappresentano un giusto compromesso fra le esigenze richieste dalla scoperta aerea e dalla scoperta di superficie; nello studio delle caratteristiche tecniche di compromesso viene data maggiore importanza all'uno o all'altro tipo di scoperta a seconda del particolare impiego operativo che s'intende dare all'apparato. Questi r. vengono di massima installati su quelle unità navali di piccolo dislocamento che, pur non potendo per ragioni di spazio e di stabilità imbarcare due diversi complessi r., uno per la scoperta in superficie e uno per la scoperta aerea, hanno a bordo un'organizzazione difensiva contraerea che richiede in certa misura una corrispondente organizzazione per la scoperta, la localizzazione e l'indicazione dei bersagli aerei.

5. Radar per il tiro o radar di punteria. - Sono r. destinati a condurre il tiro delle artiglierie contro bersagli aerei o navali. Essi si mantengono in punteria sul bersaglio (attraverso un operatore, o automaticamente), e ricavano con continuità le coordinate di posizione del bersaglio stesso, per introdurle nei calcolatori balistici per il tiro.

Le loro caratteristiche generali sono le seguenti: elevatissima precisione nella misura della distanza e del rilevamento; elevatissimo potere separatore in distanza e in rilevamento; portata commisurata alle caratteristiche delle armi alle quali sono associati; accurata stabilizzazione del complesso di antenne (per i r. di bordo); possibilità d'inseguire con sicurezza automaticamente in rilevamento e distanza bersagli anche mobilissimi; possibilità di estrazione automatica, con la massima precisione e la minima isteresi, dei dati relativi al bersaglio sotto controllo per la successiva inserzione nei sistemi elettronici di calcolo per la direzione del tiro; insensibilità ai disturbi deliberati.

Questi apparati usano antenne con riflettore a paraboloide rotondo, e inoltre impiegano diversi metodi per aumentare la precisione di punteria.

Il primo metodo usato, in ordine di tempo, è quello della "commutazione dei lobi", che si applica quando interessa determinare esattamente una direzione nel piano orizzontale, come è il caso, per es., della punteria delle artiglierie contro bersagli navali.

Volendo invece determinare esattamente una direzione nello spazio (caso del tiro contro aerei), si è adottato dapprima il sistema cosiddetto di "scansione conica". Questa è ottenuta dando un opportuno movimento circolare all'emettitore primario dell'antenna, che è situato nel fuoco del riflettore a paraboloide rotondo; si ottiene così che il lobo principale d'irradiazione descriva un cono (fig. 3). Se il bersaglio è fuori dell'asse OP di tale cono (che costituisce la linea di punteria), l'eco di ritorno è modulata sinusoidalmente in ampiezza, alla frequenza della scansione conica. I. a percentuale di modulazione è proporzionale al valore assoluto dell'errore di punteria, mentre la fase dell'inviluppo di modulazione (rispetto a una fase di riferimento del movimento di scansione) dà la direzione del bersaglio rispetto alla linea di punteria. A tal fine, sull'asse dell'emettitore primario, che ruota eccentricamente a una velocità di 50 ÷ 150 giri/sec, è montato un alternatore bifase; la tensione di una fase è presa come riferimento per i movimenti del fascio in senso orizzontale, mentre l'altra fase serve da riferimento per i movimenti in senso verticale.

Dopo che, sull'indicatore tipo "A", è stata selezionata in distanza l'eco del bersaglio voluto, l'inviluppo degli echi, modulato alla frequenza della scansione conica, passa in un circuito demodulatore, dal quale si ricava l'inviluppo di bassa frequenza. Questo viene mandato a due discriminatori di fase, che paragonano ciascuno la fase di esso con una delle due fasi dell'alternatore di riferimento; se ne ricavano due tensioni continue, proporzionali alla differenza angolare tra la direzione del bersaglio e le direzioni di riferimento verticale e orizzontale; proporzionali cioè agli errori di punteria in azimut e in sito. Queste tensioni vengono applicate ad opportuni "indicatori di punteria", mediante l'osservazione dei quali l'operatore può dirigere l'antenna esattamente sul bersaglio.

Un sistema di "punteria r." più moderno è quello "monopulse". L'energia è irradiata in 4 lobi, ottenuti suddividendo l'energia del trasmettitore tra 4 emettitori a tromba (A, B, C, D in fig. 4) situati ciascuno un po' fuori dell'asse di simmetria dell'antenna. La linea di equisegnale tra i 4 lobi coincide con l'asse di simmetria dell'antenna che è la linea di punteria. Sugli echi a, b, c, d relativi ai quattro fasci vengono eseguite elettronicamente le seguenti operazioni: somma S = a + b + c + d; differenza verticale D_v = (a + b) − (c + d); differenza orizzontale D₀ = (a + c) − (b + d). Dopo l'amplificazione vengono eseguiti i rapporti D_v/S e D₀/S; i segnali relativi costituiscono la misura dell'errore di punteria, secondo le due componenti di riferimento verticale e orizzontale, nel piano normale alla linea di punteria.

Il vantaggio fondamentale del sistema monopulse è quello della aperiodicità; nei sistemi a commutazione dei lobi o a scansione conica si paragonano infatti segnali d'eco ricevuti in tempi diversi, mentre il sistema monopulse equivale a una scansione conica con velocità infinitamente grande. In esso si paragonano le intensità di quattro segnali diversi, ricevuti contemporaneamente, e ciò ha una notevole importanza per la riduzione degli errori di punteria dovuta al fading degli echi. Gli echi r. sono infatti affetti per natura da un fading caotico, dovuto al sovrapporsi dei segnali riflessi delle varie parti del bersaglio; se il bersaglio si muove, il fenomeno è ancora più accentuato. Se vi è una componente di frequenza di fading pari alla frequenza della scansione conica, il r. interpreterà questa modulazione come un errore di punteria, e non v'è mezzo di poter separare i due fenomeni, altro che aumentando la frequenza di scansione. Il sistema monopulse, che ha frequenza di scansione infinita, è quindi assai poco soggetto a errori di punteria di questo genere.

6. Radar guida-missili. - sono destinati a guidare il missile sul bersaglio contro cui è stato lanciato (che di solito è un aereo), per mezzo di una misurazione continua degli errori nella geometria del moto relativo tra bersaglio e missile; questa misura dà luogo, tramite opportuni servomeccanismi, ai comandi che provocano la manovra del missile, fino a ridurre l'errore a zero. Il r. quindi ha qui la funzione di elemento di misura.

Vi sono tre metodi principali di guida. Nel sistema "a comando" la punteria del bersaglio è fatta da un r. a terra, di solito sistemato vicino all'apparecchiatura di lancio; un secondo r. punta il missile. Le informazioni di posizione fornite dai due r. sono inviate a una calcolatrice elettronica, che elabora la traiettoria richiesta affinché il missile colpisca il bersaglio e genera i comandi necessarî; questi comandi vengono trasmessi continuamente al missile da un sistema di radiocomunicazioni, fino a che l'intercettazione è eseguita. Nel sistema di "guida su fascio" il bersaglio è pure inseguito da un r. situato nella base di lancio a terra. Il missile individua non il bersaglio, ma la propria posizione rispetto al fascio r. che è puntato sul bersaglio. Facendo uso di questa informazione, esso si tiene centrato sul fascio e quindi, seguendo quest'ultimo, intercetta il bersaglio. Nel sistema di "autoguida" il missile è più "intelligente" che nei due sistemi precedenti. Esso percepisce da sé il bersaglio e calcola i comandi da imprimere al meccanismo di guida per portarsi sul bersaglio stesso. Un missile autoguidato che segue il bersaglio per mezzo di un r. si definisce "ad autoguida attiva". Un missile che si guida su una sorgente di energia generata dal bersaglio, come il calore dei suoi motori, si definisce "ad autoguida passiva". Un missile che riceve echi reirradiati da un bersaglio illuminato da un r. a terra si definisce "ad autoguida semiattiva".

7. Ripetitori radar. - Allo scopo di consentire la maggiore possibile elasticità d'impiego dei r. per la scoperta di superficie, aerea e combinata, e allo scopo di rispondere a tutte le esigenze operative, sono stati realizzati svariati tipi di indicatori radar per "ripetere" a piacimento la rappresentazione oscillografica fornita da ciascun r. Questi particolari indicatori prendono il nome di "ripetitori radar". Per esempio, a ciascun r. di una nave possono essere collegati anche decine di ripetitori, sia pure di tipo diverso, e ciascun ripetitore può essere a sua volta smistato su uno qualsiasi dei r. di scoperta di bordo, consentendo così, come precedentemente detto, un'elevata elasticità d'impiego di tutta l'organizzazione r. della nave.

I ripetitori meno complessi forniscono la semplice rappresentazione r. con gli elementi accessorî indispensabili per consentire la misura della distanza e del rilevamento dei varî bersagli. Il vantaggio principale offerto da questi ripetitori è costituito dal fatto che la rappresentazione r. può essere osservata da più operatori dislocati in punti diversi della nave (plancia, centrale operativa di combattimento, ecc.), con assoluta indipendenza dell'uno rispetto all'altro circa la scelta della scala di portata, per cui ciascun operatore può svolgere indipendentemente, e senza interferire con gli altri, il compito assegnatogli. I ripetitori r. più complessi sistemati a bordo delle navi militari offrono invece le più svariate possibilità: marche di distanza elettroniche fisse; marca elettronica collimabile a piacimento su varî bersagli per la misura della distanza; cursore elettronico per la misura del rilevamento; cursori elettronici aggiuntivi per la misura dei rilevamenti e delle distanze reciproche fra i diversi bersagli rappresentati; possibilità di portare a piacimento la rappresentazione fuori centro per amplificare un determinato settore della rappresentazione; inclusione degli elementi del moto proprio per la misura diretta della rotta e della velocità vere dei bersagli, anziché di quelle relative alla propria nave; possibilità di riprodurre sul ripetitore la rappresentazione fornita da un r. installato su un'altra nave o su un aereo; indicazione elettronica della prora della propria nave; possibilità di variare a intervalli di distanza stabiliti o con continuità la scala di portata.

Tali possibilità rendono questi ripetitori preziosi nelle più svariate forme d'impiego e consentono un apprezzabile incremento delle prestazioni operative generali dei r. ai quali sono collegati.

Particolare importanza hanno oggi assunto le speciali apparecchiature per il tracciamento automatico degli echi dei bersagli aerei, per un cenno sulle quali si rimanda alla voce sioc, in questa Appendice.

8. Interrogatori e risponditori radar. - Generalmente ogni impianto r. di scoperta comprende un apparato interrogante; i relativi risponditori vengono sistemati su navi o aerei. Queste apparecchiature nel complesso sono indicate con la sigla I.F.F. (dall'inglese: Identification Friend or Foe, "identificazione amico o nemico"). L'impulso emesso dal r. interrogante provoca l'emissione dal r. risponditore di un gruppo d'impulsi in codice, che, ricevuto e presentato istantaneamente sull'indicatore del r. interrogante, permette di riconoscere il codice usato dal bersaglio, e quindi di determinare se esso è di nazionalità amica o nemica. Vedi tav. f. t.