Como funciona o radar?

Radar é a abreviatura de radio detection and ranging (detecção e telemetria por rádio) e é o assunto deste post. Tem aplicações no trânsito, aviação, previsão do tempo, navegação, pesquisas, busca, inspeção e manutenção de infraestrutura e detecção de alvos inimigos.

Princípios de funcionamento

O radar transmite ondas de rádio, um objeto recebe a onda e esta volta para o receptor do radar.

O tempo t entre a emissão da onda e a recepção é usado para determinar a distância d.

$d=c\cdot \frac{t}{2}$

c é a velocidade da luz que vale $3\cdot 10^8 m/s$ . Os radares também usam o efeito Doppler para medir a velocidade dos objetos, quando um objeto que emite ou reflete uma onda se aproxima, a frequência desta onda aumenta em relação a um observador. Quando se afasta, a frequência desta onda diminui.

A fórmula para calcular o efeito Doppler.

$f_d=f\frac{v\pm v_D}{v\pm v_S}$

Onde $f_d$ é a frequência vista pelo detector, $f$ é a frequência emitida pela fonte, $v$ é a velocidade da onda, $v_D$ e $v_S$ são as velocidades do detector e da fonte respectivamente. Radares ativos transmitem e recebem o sinal, enquanto radares passivos dependem do sinal emitido pelo objeto.

Como transmitir e receber?

Na transmissão, o sinal é modulado e transmitido em alta potência. Os radares usam osciladores com a válvula magnetron para produzir as ondas. Clique no botão abaixo para acessar o post sobre o forno de micro-ondas e ver como funciona o magnetron.

Forno de micro-ondasClique aqui

Existem alternativas ao magnetron, como tubos de ondas de Helix, Klystron, oscilador de interação estendido, etc. No entanto, é preciso um post só para explicar o funcionamento de cada um deles. O receptor geralmente é um superheteródino que deve amplificar, filtrar e converter o sinal na forma digital para ser processado. E depois, extrair os dados para serem mostrados no display. Esta é a equação do alcance do radar.

$R_{max}=\sqrt[4]{\frac{P_S\cdot G^2\cdot \lambda^2\cdot \sigma }{P_{Emin}\cdot (4\pi)^3\cdot L_{ges}}}$

Onde,

$R_{max}$ é o alcance máximo;
$P_{S}$ é a potência transmitida;
$G$ é o ganho da antena;
$\lambda$ é o comprimento de onda;
$\sigma$ é a seção transversal do radar em $m^2$ ;
$P_{Emin}$ é a mínima potência detectada pelo radar;
$L_{ges}$ é o fator de perdas, considerando as perdas de flutuação, da atmosfera e atenuação.

Radar de onda pulsada

Existem dois tipos de radares: de onda contínua e pulsos de onda. O radar de pulso emite pulsos de ondas de rádio, tem apenas uma antena, é sujeito a interferências e pode fornecer distância e altitude.

Abaixo temos o diagrama de blocos.

O duplexador é um circuito que faz a comutação entre o transmissor e o receptor evitando que um interfira no outro.

O sincronizador regula a taxa de transmissão dos pulsos e coordena o tempo de operação do sistema para determinar a distância.

Radar de onda contínua

Este tipo emite continuamente uma onda. Precisa de duas antenas, é mais resistente a interferências e tem maior relação sinal-ruído (SNR), uma medida que determina o quanto o sinal é mais forte que o ruído.