Il radar (acronimo dell'inglese «radio detection and ranging», in italiano: "radiorilevamento e misurazione di distanza"), anche detto radiorilevatore, è un sistema che sfrutta onde radio o microonde per rilevare e determinare la posizione ed eventualmente la velocità di oggetti sia fissi che mobili, come aerei, navi, veicoli, formazioni atmosferiche o il suolo. Qualora il suo funzionamento sia basato sulle microonde, è anche una tecnologia a microonde.
Storia
Fin dal 1886, Heinrich Hertz aveva dimostrato che le onde radio possono essere riflesse da oggetti solidi. Nel seguito, le ricerche di numerosi inventori, scienziati e ingegneri si susseguirono per arrivare infine allo sviluppo del radar. Per esempio, Aleksandr Popov nel 1897 osservò che era possibile rilevare la presenza di una nave mediante onde radio, ma non portò avanti ulteriori ricerche in questo ambito. Il primo a usare le onde radio per segnalare «la presenza di oggetti metallici distanti» fu Christian Hülsmeyer, il quale nel 1904 dimostrò che era possibile rilevare la presenza di una nave nella nebbia, inizialmente senza individuare la sua distanza, poi nell'aprile di quello stesso anno riuscì a determinare anche questa. Nel settembre 1904 brevettò un vero e proprio sistema di telerilevamento, che chiamò telemobiloscopio, ma non ottenne l'attenzione sperata dai militari tedeschi a cui ne aveva mostrato il funzionamento. Negli anni successivi, altri contributi vennero anche da Robert Watson-Watt, Arnold Wilkins, Albert Hoyt Taylor, Leo C. Young e altri ancora.
In Italia, nel 1922 Guglielmo Marconi si interessò all'idea di un radiotelemetro per localizzare a distanza mezzi mobili e nel 1933 ne propose la realizzazione a un gruppo di militari italiani, tra i quali il col. Luigi Sacco; quest'ultimo, convinto della validità e dell'importanza dell'idea, la affidò all'ing. Ugo Tiberio, un giovane e brillante ufficiale, che negli anni seguenti portò avanti le ricerche e realizzò diversi prototipi, ma non ottenne le risorse e i fondi necessari per arrivare a un sistema di telerilevamento operativo italiano; i vertici della Marina non credettero fino in fondo al progetto di Tiberio ma dopo la disfatta di capo Matapan (28-29 marzo 1941), dovuta anche all'uso del radar da parte degli inglesi, la ricerca sul radiotelemetro ebbe finalmente i fondi necessari per realizzare i primi radar italiani, denominati Gufo e Folaga.
Prima della seconda guerra mondiale, sviluppatori statunitensi, tedeschi, francesi, olandesi, giapponesi, sovietici e principalmente britannici tentarono di sfruttare il radar come sistema di difesa contro gli attacchi aerei in sostituzione dei precedenti aerofoni, o come sistema di rilevamento per le navi. Nel 1936 l'ungherese Zoltán Bay fu il primo a produrre un modello funzionante nei laboratori della Tungsram. La guerra portò ad un'accelerazione della ricerca, al fine di trovare la migliore risoluzione e portabilità per le nuove esigenze difensive. Nel dopoguerra l'uso del radar si è ampiamente diffuso anche in ambito civile per il controllo del traffico aereo civile, le rilevazioni meteorologiche e la misurazione delle velocità automobilistiche.
Etimologia Il termine "radar" fu coniato nel 1940 dalla marina militare degli Stati Uniti d'America, come acronimo di radio detection and ranging. Il termine, con il tempo, è entrato a far parte non solo della lingua inglese ma anche delle lingue di molte altre nazioni, divenendo nome comune.
Nel Regno Unito inizialmente il radar fu chiamato "RDF", sigla dell'inglese "range and direction finding" (traduzione letterale: "individuazione di distanza e direzione"). "RDF" fu scelto dal segretario del Tizard Committee, Albert Percival Rowe, in quanto già diffuso come sigla dell'inglese "radio direction finder" (traduzione letterale: "individuatore radio di direzione"), espressione utilizzata nella lingua inglese per indicare il dispositivo in grado di determinare la direzione e il verso di propagazione delle onde radio.Nella lingua italiana il dispositivo era chiamato RaRi che deriva dalle due lettere iniziali e dalle due finali delle parole Radiolocalizzatori - Radiotelemetri . Tale scelta era finalizzata a mantenere segreto il nuovo dispositivo che oggi conosciamo come "radar".
Descrizione Principi fisici
Il funzionamento del radar si basa sul fenomeno fisico della dispersione della radiazione elettromagnetica (backscattering) che si verifica quando questa colpisce un oggetto di dimensioni maggiori della lunghezza d'onda della radiazione incidente (in caso contrario si ha diffusione dell'onda in una qualsiasi direzione casuale oppure diffrazione). La radiazione di ritorno può essere rilevata dall'antenna ricevente dopo un certo tempo t pari al doppio del tempo di propagazione antenna - bersaglio; conoscendo la velocità di propagazione dell'onda elettromagnetica nel mezzo considerato (aria) è possibile risalire facilmente alla distanza del bersaglio ed alla sua posizione angolare (azimuth) rispetto al sistema di riferimento in maniera pressoché continua nel tempo operando una scansione periodica dello spazio circostante tramite antenne ad elevata direttività.
Un sistema radar si compone di un trasmettitore di onde radio, almeno un'antenna (quindi con funzione sia trasmittente che ricevente), una guida d'onda di alimentazione e collegamento con la parte di trasmissione/ricezione disaccoppiate tramite un duplexer ed infine di apparati elettronici di ricezione ed elaborazione del segnale elettromagnetico ricevuto. Il ricevitore solitamente, ma non necessariamente, è posto nella stessa posizione del trasmettitore venendo spesso a coincidere con esso. A questi componenti si aggiunge anche una base dei tempi, un dispositivo simile ad un orologio in grado di misurare intervalli di tempo molto piccoli in modo molto accurato e preciso. Infine il segnale eco rilevato è opportunamente visualizzato su un visore bidimensionale mostrando la misura della distanza e della velocità del bersaglio rispetto ad un sistema di riferimento solidale con il ricevitore stesso o con il radarista.
Tipi di radar In generale un radar può essere monostatico, ovvero con una sola antenna trasmittente/ricevente, oppure bistatico/multistatico, ovvero con due o più antenne, di cui una preposta alla trasmissione del segnale e le altre preposte alla ricezione dell'eco scatterato e che possono essere sparse su un territorio, quindi anche molto distanti dalla prima. Si distinguono inoltre radar ad impulsi e radar ad onda continua. I radar progettati per il monitoraggio costante della velocità radiale di un target, oltre che della posizione, sfruttano l'effetto Doppler e vengono perciò detti radar Doppler.
Nell'aviazione di oggi è molto usato un particolare radar, il Radar secondario di sorveglianza, che si basa sul contributo di un dispositivo montato a bordo dell'aeromobile detto transponder, il quale è un sistema radio che interrogato dall'impulso radio in arrivo, emette un brevissimo impulso di risposta contenente, in forma codificata, una sigla caratteristica dell'aereo assegnata dal controllore del traffico aereo. Questa sigla viene poi visualizzata sullo schermo radar dei controllori di volo. Questa tecnologia deriva dai sistemi IFF (Identification friend or foe) progettati per usi militari. Oltre alla sigla di identificazione i transponder sono in grado di comunicare al radar secondario (che nel caso civile quindi si comporta in pratica da sistema di comunicazione) la quota barometrica e nei modelli più recenti persino la posizione GPS.
Frequenze operative
Come in tutte le applicazioni di radiocomunicazioni o radiopropagazione. La scelta delle frequenze radar utilizzate è operata sulla base dell'attenuazione del mezzo atmosferico, che varia da frequenza a frequenza e presenta picchi elevati in corrispondenza di determinate bande dello spettro elettromagnetico; di conseguenza verranno scelte quelle frequenze che ricadono all'interno delle cosiddette 'finestre trasmissive', tipicamente all'interno della banda delle microonde e onde radio, praticamente libera da assorbimento, suddivisa poi tra le varie applicazioni radar.
I nomi delle bande delle frequenze operative hanno avuto origine in alcuni casi da nomi in codice in uso durante la Seconda guerra mondiale e sono ancora in uso sia negli ambienti civili sia in quelli militari in tutto il mondo. Sono stati adottati negli Stati Uniti dall'IEEE, e in ambito internazionale dall'ITU. La maggior parte dei paesi ha dei regolamenti che stabiliscono quali segmenti di ciascuna banda sono utilizzabili e per quali usi.
Gli altri utenti dello spettro di frequenze radio, come la trasmissione e le contromisure elettroniche (ECM), hanno invece sostituito le designazioni provenienti dagli ambienti militari con propri sistemi.
+ Bande di Frequenze dei Radar - vecchia denominazione IEEENome della BandaFrequenzaLunghezza d'ondaNoteP230 - 1000 MHz130 – 30 cm "P" per previous, utilizzate per sorveglianza a lungo e lunghissimo raggio al di là della linea dell'orizzonte e per controllo balisticoL1 - 2 GHz30 - 15 cmcontrollo del traffico aereo a lungo raggio e sorveglianza; "L" per long, onde lungheS2 – 4 GHz15 - 7,5 cmcontrollo del traffico aereo a medio e corto raggio, situazione del tempo a lungo raggio; "S" per short, onde corteC4 – 8 GHz7,5 - 3,75 cmun compromesso (banda "C") tra le bande X e S; radar multifunzionali navali; situazione meteorologicaX8 – 12 GHz3,75 - 2,4 cmpuntamento missili, orientamento, radar multifunzionali terrestri, impieghi marittimi, situazione del tempo; negli USA il segmento 10,525 GHz ± 25 MHz è utilizzato negli aeroporti.Ku12 – 18 GHz2,4 - 1,67 cmcreazione di mappe ad alta risoluzione, altimetria satellitare; frequenza subito sotto la banda K (under, quindi "u")K18 – 27 GHz1,67 - 1,11 cmdal tedesco kurz, cioè "corto"; non utilizzabile se non per individuare le nuvole, perché assorbita dal vapore acqueo, Ku e Ka furono utilizzate per la sorveglianzaKa27 – 40 GHz1,11 - 0,75 cmcartografia, impieghi a corto raggio, seeker missilistici, sorveglianza aeroportuale e traffico a terra; frequenza subito sopra la banda K (above, quindi "a")mm40 – 300 GHz7,5 - 1 mmbanda millimetrica, suddivisa come segue. I range di frequenza dipendono dalla grandezza della guida d'onda. A queste bande vengono assegnate lettere multiple a seconda del gruppo. Tale banda fu definita dalla Baytron, una compagnia che oggi non esiste più che definì le modalità di test.V40 – 75 GHz7,5 – 4 mm W75 – 110 GHz4 - 2,7 mm
+ Banda radar IEEE (1 – 110 GHz) - nuova nomenclatura secondo lo standard IEEE 521-2002.IEEE Std 521 - 2002 link accessibile solo ai membri registrati IEEE.Nome della sottobandaFrequenzaL1 - 2 GHzS2 – 4 GHzC4 – 8 GHzXle definizioni operative di sottobanda Ku e di sottobanda X si sovrappongono per le frequenze 11,2 - 12 GHz; i progettisti di sistemi di telecomunicazione via satellite generalmente definiscono le frequenze al di sopra di 11.2 GHz come parte della sottobanda Ku8 – 12 GHzKu12 – 18 GHzK18 – 27 GHzKa27 – 40 GHzV40 – 75 GHzW75 – 110 GHz
+ Bande di frequenza DOD (USA) vecchia denominazione nuova denominazioneDesignazioneFrequenza DesignazioneFrequenza A100 - 200 MHz
Funzionamento
A differenza di un sistema di telecomunicazioni il radar non deve trasmettere/emettere alcuna informazione se non l'impulso o l'onda continua non modulata necessaria per il backscattering e la rilevazione.