Radar e Novecento - Tesina per Istituto Tecnico Nautico

I S T I T U TO T E C N I C O D E I T R A SP O RT I

E LOGISTICA

“Nautico San Giorgio ”

Genova

“Radar e Novecento” Maturando:

Alessio Destro

1

Anno Scolastico 2011/2012

INDICE

 Mappa concettuale.

1. Radar. Cenni storici.

2. Elettrotecnica. Il radar, principi di funzionamento e caratteristiche.

3. Navigazione. Le maree.

4. Meteorologia. I cicloni tropicali ed extratropicali.

5. Controlli ed Automazione. Come il radar, altro strumento determinante

nell’elettronica: il trasduttore.

6. Inglese: The Radar system: lettura.

7. Teoria e Tecnica del Trasporto Marittimo. La falla.

8. Italiano. Tra Ottocento e Novecento: D’Annunzio vita e poetica.

9. Storia. L’inizio del Novecento in storia: la Prima Guerra Mondiale.

MAPPA CONCETTUALE

2 Italiano

Tra Ottocento e

Novecento:

D’Annunzio

vita e poetica.

Novecento

Elettrotecnica Storia

Il radar, principi di L’inizio del

funzionamento e caratteristiche. Novecento in

Meteorologia storia: la Prima

Controlli ed

L’utilizzo del radar Guerra Mondiale.

Automazione

Radar e

in meteorologia per Come il radar, altro

Novecento

l’individuazione strumento determinante

delle perturbazioni: nell’elettronica:

i cicloni tropicali il trasduttore.

ed extratropicali. Navigazione Inglese

Le maree . The Radar system:

lettura.

Trasporto marittimo

La falla. IL RADAR

Cenni storici

3

RADAR è l’acronimo dell’espressione inglese “Radio Detection and Ranging”, che tradotto

significa “Rilevazione e localizzazione a distanza attraverso l’uso delle onde radio”.

Normalmente viene identificato nello strumento utilizzato, nei sistemi elettronici, quale mezzo

finalizzato alla localizzazione di tutti gli oggetti non facilmente visibili ad occhio nudo e può

essere paragonato ad un bulbo oculare artificiale che esplora la zona circostante e riporta sullo

schermo tutto ciò che rileva, in condizioni per noi impossibili, come l’oscurità, la nebbia, la

foschia, la pioggia, la neve e con il vantaggio di poter misurare la distanza dell’oggetto.

Quindi, il radar viene utilizzato ulteriormente per determinare distanza, forma, dimensioni,

nonché velocità, il tutto attraverso lo sfruttamento della propagazione delle onde radio.

Da un punto di vista storico, si può affermare con certezza che si sentì parlare per la prima

volta di questo strumento durante la Prima Guerra Mondiale, il suo iniziale utilizzo fu per

scopo bellico.

Oggi, si può evidenziare che questo dispositivo viene utilizzato in diversi ambiti, nel controllo

del traffico marittimo, nei sistemi anticollisioni navali, come strumento di navigazione costiera

per la determinazione della posizione, nel controllo del traffico aereo, in meteorologia, fino ad

arrivare al suo utilizzo nel controllo della velocità dei veicoli.

Le regole che determinano il giusto funzionamento del radar sono le leggi della riflessione

elettromagnetica, dichiarate per la prima volta nel 1864 da Maxwell e, successivamente,

confermate da Hertz.

Successivamente, nel 1903 l’ingegnere tedesco Hulsmeyer fece esperimenti sulla rivelazione

di onde elettromagnetiche riflesse da navi e nel 1904 propose il primo utilizzo del radar nella

navigazione marittima ma l’idea di Hulsmeyer non ebbe alcun seguito soprattutto a causa della

povertà tecnologica del’epoca. 4

Il primo in Italia che vide lucidamente le possibilità offerte dalle onde corte fu Guglielmo

Marconi che suggerì nel 1922 di utilizzare le onde corte per il radiorilevamento di oggetti.

Marconi sostenne: “Come venne per la prima volta mostrato da Hertz, le onde elettriche

possono essere completamente riflesse dai corpi conduttori e io ritengo che dovrebbe essere

possibile progettare apparati per mezzo dei quali una nave possa irradiare un fascio di tali onde

in una direzione voluta, le quali onde, ove incontrino un oggetto metallico, quale un’altra nave,

siano riflesse su un ricevitore schermato rispetto al trasmettitore della nave trasmittente e

quindi immediatamente diano la presenza ed il rilevamento dell’altra nave nella nebbia o nel

cattivo tempo”. Nel 1933 eseguì alcuni esperimenti a Roma alla presenza delle più alte cariche

militari italiane. Le ricerche continuarono a cura dell’Istituto Superiore delle Trasmissioni del

Genio ma non con l’impegno e i fondi stanziati, nello stesso periodo, nei paesi anglosassoni ed

in Germania. Si cercò anche di impegnare nella ricerca la Marina Militare poiché si individuò

nelle artiglierie navali il principale campo di applicazione del radar, ma la Marina non accolse

la proposta.

A seguito dell’esperienza di Marconi, nel 1935 venne presentata dal prof. Ugo Tiberio, docente

universitario di Elettrotecnica presso l’Università di Palermo ed insegnante presso

l’Accademia Navale di Livorno, un rapporto con le autorità militari, nel quale è ricavata per la

prima volta l’equazione del radar nello spazio libero e con cui si chiedono finanziamenti per il

suo sviluppo.

Ma nello stesso anno un rapporto analogo viene inoltrato alle autorità militari inglesi, a seguito

del quale si può affermare che il primo prototipo di “RADAR” fu costruito nel 1935 da sir

Robert Watson – Watt.

Il successo dello strumento determinò il suo totale utilizzo nel sistema di difesa britannica.

5

Sir Watson - Watt e il suo radar

I cambiamenti, successivi al periodo bellico, estesero l’utilizzo del radar; nei primi anni

cinquanta fu ammesso, infatti, l’uso del radar in ambito civile (navigazione, meteorologia,

topografia).

Gli anni seguenti determinarono un consolidamento del radar, consentendo un potenziamento

del segnale e raffinando le tecniche utilizzate per i riconoscimenti.

Oggi si può confermare uno sviluppo, nonché miglioramento, di queste apparecchiature,

determinandone l’introduzione di nuovi strumenti (radar a scansione elettronica, radar

d’immagine, sistemi radar in aeromobili).

E’ facile immaginare come cambi la situazione di un comandante in mare, quando è in grado

di sapere se e quanti navi siano presenti nel raggio di un centinaio di chilometri dalla sua nave.

Importante sapere che nel 1946 con la tecnica del RADAR viene misurata per la prima volta la

distanza tra la Terra e la Luna. ELETTROTECNICA

6

Il radar, principi di funzionamento e caratteristiche

Una volta evidenziati gli aspetti storici del radar, appare necessario determinarne il

funzionamento, descrivendo gli strumenti che lo compongono.

Un trasmettitore irradia energia e.m. attraverso un’antenna direttiva, l’energia investe il

bersaglio che la reirradia in tutte le direzioni ed in particolare una piccola frazione viene

ricevuta da un’antenna altrettanto direttiva: questa porzione viene opportunamente amplificata,

rivelata ed utilizzata in un conveniente dispositivo indicatore.

Le informazioni fornite da tale apparato sono: la direzione e la distanza del bersaglio

X = (c* Δt) / 2

Il radar è quindi costituito da:

- Il TRASMETTITORE

- Il RICEVITORE

- L’INDICATORE TIPO P.P.I.

IL TRASMETTITORE: 7

Il compito del pilota di cadenza è quello di fornire impulsi di tensione rigorosamente

distanziati nel tempo T, ed inviarli sia all’oscillatore radiofrequenza magnetron attraverso il

modulatore che al ricevitore ed all’indicatore.

Il magnetron è un oscillatore di potenza che eroga l’oscillazione a radiofrequenza (da 3 a 10

GHz) che attraverso un particolare conduttore chiamato guida d’onda viene inviata ed emessa

da un’antenna fortemente direttiva. La guida d’onda è un conduttore cavo le cui dimensioni

devono essere rapportate alla lunghezza d’onda; generalmente è a sezione rettangolare o

circolare.

IL RICEVITORE:

Il ricevitore del radar è un classico ricevitore del tipo supereterodina: il segnale in ricezione

dovuto alla presenza di un bersaglio risulta molto debole e prima di poter essere utilizzato

nell’indicatore deve essere opportunamente irrobustito, cioè amplificato. In generale, si

definisce amplificazione o guadagno di un amplificatore il rapporto tra l’ampiezza del segnale

in uscita e l’ampiezza del segnale in ingresso: il segnale ricevuto, per essere amplificato, deve

subire una conversione di frequenza, cioè deve essere portato ad una frequenza assai più bassa,

la frequenza intermedia. A questo scopo è presente un oscillatore locale (klystron) che produce

un segnale con frequenza prossima a quella di trasmissione del magnetron (ad es. 9.970 MHz

se la frequenza del magnetron è di 10.000 MHz) : tale frequenza, unitamente a quella del

segnale ricevuto viene inviata ad un miscelatore che ne esegue il battimento (differenza)

ottenendo la desiderata frequenza intermedia successivamente inviata all’amplificatore a

frequenza intermedia ( A.F.I.) che è a banda stretta.

8

L’INDICATORE TIPO P.P.I. (Plan Position Indicator) :

E’ essenzialmente un tubo a raggi catodici, cioè un’ampolla di vetro, all’interno della quale è

stato fatto il vuoto e dotata di una serie di elettrodi. Partendo dal filamento C a sinistra,

notiamo che esso è alimentato e quindi riscaldandosi emette elettroni in quantità resa variabile

variando la tensione di alimentazione del filamento tramite un potenziometro.

9

Pertanto, è necessario per prima cosa focalizzare gli elettroni al centro del tubo attraverso un

campo e.m. di tipo radiale, generato da bobine avvolte attorno al collo del tubo e attraversate a

una corrente variabile con un potenziometro detto appunto “focus” per tenere conto delle

qualità visive dell’operatore. Ottenuta quindi la macchia al centro dello schermo è necessario

che il pennello defletta verso la periferia lungo un raggio dello schermo circolare: ciò si ottiene

applicando al collo del tubo due bobine di serie avvolte entrambe nello stesso senso e con lo

stesso numero di spire e poste a 180° l’una dall’altra. Le bobine generano un campo che agisce

perpendicolarmente al’asse longitudinale del tubo: questo produce una deflessione del

pennello elettronico proporzionale al valore del campo, pertanto se questo varia linearmente

anche lo spostamento sarà lineare. La linearità è assicurata dal passaggio di una corrente a

rampa ed il pennello dovrà partire dal centro dello schermo su comando del pilota di cadenza.

Il tempo impiegato dal pennello per andare dal centro alla periferia è deciso in relazione alla

scala di distanza che si vuole realizzare. Come ultima operazione è necessario far rotare il

pennello conformemente alla rotazione del’antenna: ciò si ottiene con la datazione

dell’equipaggio di deflessione trascinato da componenti elettromeccanici che trasferiscono il

moto dell’antenna alle bobine intorno al collo del tubo. La presenza di un bersaglio viene

rilevata inviando il segnale di uscita dall’AFI attraverso un ulteriore amplificatore chiamato

amplificatore video al filamento del tubo realizzando l’intensificazione del pennello grazie ad

un aumento di produzione di elettroni in modo da lasciare una traccia luminosa sullo schermo

definita dalla posizione istantanea del’antenna (rilevamento) e dalla distanza dal centro

(distanza) proporzionale all’intervallo di tempo con cui il segnale eco è giunto rispetto alla

partenza dell’impulso. 10

Effetto di un radar navale

11

POTERE SEPARATORE IN DISTANZA:

Interessa bersagli che si trovano sullo stesso rilevamento a breve distanza l’uno dall’altro, si

definisce come la minima distanza alla quale debbono trovarsi affinché sullo schermo essi

appaiono distinti. Tale caratteristica dipende dalla durata dell’impulso: quanto più breve è

l’impulso tanto maggiore è il potere separatore in distanza; applicando la relazione

fondamentale:

Questo significa che due navi, sullo stesso rilevamento, per essere viste separatamente sullo

schermo radar dovranno essere a una distanza superiore a metri. Da quanto detto discende che

in una zona di traffico elevato, per una buona guardia anticollisione, dovrà essere usata una

scala grande (piccole distanze) e l’impulso corto.

POTERE SEPARATORE IN AZIMUT:

E’ la capacità di distinguere sullo schermo due bersagli che si trovano alla stessa distanza ma