Investigación de señales de microondas de una pistola de
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DETECTOR DE SEÑALES DE MICROONDAS DE UNA PISTOLA DE RADAR Por: José Luis Mendoza García Presentado a la academia de Sistemas Digitales y Comunicaciones del Instituto de Ingeniería y Tecnología de La Universidad Autónoma de Ciudad Juárez para su evaluación LA UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE CIUDAD JUÁREZ Octubre del 2009 Mtra. Alejandra Mendoza Presidente de la academia ___________________________________________ Dr. Víctor Manuel Hinostroza ___________________________________________ Asesor José Luis Mendoza García Alumno ___________________________________________ Antecedentes de la investigación El empleo de las señales electromagnéticas de alta frecuencia ha experimentado un importante desarrollo desde mediados del siglo XX. Sus aplicaciones son numerosas y se extienden a ámbitos muy diversos, en los cuales se aprovechan las posibilidades que ofrece la radiación electromagnética tanto para transmitir información como para suministrar energía. Los fundamentos teóricos y los componentes constitutivos básicos de los sistemas de radar ya eran bien conocidos a principios del siglo XX. A comienzos de la segunda guerra mundial se experimentó el primer gran desarrollo de los radares, como respuesta a la necesidad de disponer de algún método de detección eficaz y de largo alcance para que fuera capaz de localizar aviones, barcos o carros de combate en condiciones de visibilidad deficientes. La mayor parte de los radares construidos en aquella época funcionaban a frecuencias de VHF (por debajo de unos 200 MHz), a excepción de algunos diseños alemanes que operaban de 375 y 560 MHZ. A pesar de sus orígenes militares, en la actualidad los radares han encontrado importantes aplicaciones civiles tales como navegación marítima y aérea, cartografía, control de tráfico vehicular y de aeropuertos, sistemas de aterrizaje, altimetría y predicción meteorológica. En el área de control de tráfico vehicular existen los radares de control de velocidad o pistolas de velocidad es una pequeña unidad de radar Doppler usada para detectar la velocidad de objetos, especialmente camiones y automóviles con el propósito de regular el tránsito. Emplea el principio del efecto Doppler aplicado a haces de radar para medir la velocidad de objetos a los que se apunta. Estas pistolas radar pueden ser manuales o montadas en un vehículo. Actualmente existen dispositivos para detectar tales emisiones electromagnéticas de la pistola radar y disparan una alarma para notificar al conductor cuando se detecta una transmisión. Las pistolas radar y sus detectores han ido evolucionando alternativamente, en una forma civil de guerra electrónica. Por ejemplo, al introducirse nuevas frecuencias, los detectores inicialmente estuvieron "ciegos" hasta que su tecnología fue actualizada. Así mismo, la longitud de tiempo y potencia de las transmisiones se han bajado para reducir el éxito de su detección, lográndose a la postre más sensibles receptores y más software complejos para la tecnología de conteo. Últimamente, los detectores combinan otras tecnologías, como GPS con bases de datos de puntos de interés de localidades conocidas de radares de velocidad, en un solo aparato para mejorar la precisión y éxito. Los últimos detectores de velocidad usan luz pulsada laser, comúnmente referidos como LIDAR, más que ondas de radio. Los detectores radar, que detectan radio transmisiones, son inútiles para detectar la emisión de luz infrarroja emitida por pistolas LIDAR, requiere de un tipo diferente de aparato: detector LIDAR. La detección LIDAR, sin embargo, no es efectiva como la detección radar debido a que su salida del haz es muy enfocada. Mientras las ondas de radio del radar pueden expandirse a 85 pies (25,908 m) desde la fuente a 1.000 pies (304,8 m), el haz de luz LIDAR difumina sólo cerca de 6 pies (1,8288 m). Además, el operador apuntando a un vehículo lo logrará fácilmente con la pistola radar, y debido a que los detectores de radar se montan en el parabrisas, no deben estar alertas. Últimamente, con los haces laser, un operario usando una pistola LIDAR puede apuntar a un sólo auto en proximidad a otros a rangos de 3.000 pies (914,4 m). A pesar del advenimiento del detector de velocidad LIDAR, el radar permanece más vendido debido a su más barato precio relativo al LIDAR. Planteamiento del problema Se propone desarrollar un proyecto de un dispositivo que se especialice en la detección de señales de microondas de una pistola de radar y al identificar esta señal que emita una alarma. Porque la situación aquí en nuestra ciudad sobre los agentes de transito es de que no hacen su labor preventiva sino recaudatoria, se ponen en lugares no visibles para multar a las personas que vienen conduciendo a exceso de velocidad, cuando deberían de prevenir al conductor y hacerse notar que hay un agente de transito vigilando y manteniendo el orden del trafico vehicular. Marco teórico El termino RADAR es un acrónimo constituido por las primeras letras de las palabras Radio Detection And Ranging. En 1864 J.C, Maxwell publico sus ecuaciones, catalogando a la luz como una electromagnética más. Gracias a ello, rápidamente se llegó a la conclusión de que al igual que la luz, las ondas de radio podían ser reflejadas por objetos metálicos y refractadas por objetos dieléctricos. Estas propiedades fueron verificadas experimentalmente por Hertz, él se realizó una notable labor en el desarrollo de sistemas para la generación, propagación y detección de ondas electromagnéticas de alta frecuencia. Su instrumentación fue diseñada para mediciones a frecuencias comprendidas entre los 50 y los 500 MHZ. Por otra parte, otros dos descubrimientos clave en el desarrollo de los radares también datan del siglo XIX: Christian Johann Doppler descubrió el efecto que lleva su nombre en 1842 y en 1897 Ferdinand Brown invento el osciloscopio de rayos catódicos, ampliamente utilizado para monitorizar señales de radar. El primer sistema de radar práctico se atribuye a Christian Hülsmeyer, quien en 1904 patentó un dispositivo para navegación de barcos y detección de obstáculos cuya finalidad era esencialmente evitar la colisión de barcos. Existen excelentes referencias que tratan el funcionamiento de los sistemas de radar de forma exhaustiva. Su versión más simple, un sistema de radar consiste esencialmente en un emisor de señal que ilumina el cuerpo a detectar, y un receptor que detecta la señal reflejada procedente del cuerpo iluminado. Si la señal se emite de modo constante, el radar se denomina radar de onda continua o radar CW. Si el emisor y el receptor comparten la misma antena, el radar recibe el nombre de mono estático, llamándose biestático en caso contrario. Los radares permiten determinar la velocidad de objetos móviles a partir del efecto Doppler: si el radar ilumina un objeto en movimiento existirá un desplazamiento en frecuencia que en ausencia de efectos relativistas será proporcional a la velocidad del objeto. Es el resultado de que la onda emitida sufra una doble compresión o expansión en su trayectoria: la primera en su viaje de ida hasta el objeto y la segunda en su regreso desde el objeto hasta la antena receptora. Una vez que la antena ha recibido la señal procedente de un objeto en movimiento, el desplazamiento Doppler se mide con la ayuda de un componente que tiene una gran relevancia: el mezclador. Los detectores de radar utilizan un receptor superheterodino. Esta técnica consiste en reducir o elevar la señal de entrada a una banda de frecuencia conveniente, llamada banda de frecuencia intermedia (IF), y luego en extraer la información (o modulación) por medio del detector apropiado. Esta estructura de receptor básico se utiliza para la recepción de todos los tipos de señales de banda base, tales como señales de televisión, FM, AM, satélites y de radar. El receptor superheterodino ofrece muchas ventajas y algunas desventajas. La ventaja principal es que puede obtener una ganancia extremadamente alta sin inestabilidad (auto oscilación). El acoplamiento parásito entre la salida del receptor y la entrada no provoca oscilación porque la ganancia se obtiene en bandas de frecuencia desunidas RF, IF y banda base. El receptor se sintoniza con facilidad a otra frecuencia cambiando la frecuencia de la señal del LO (oscilador local) y sintonizando el paso a banda del amplificador de RF a la frecuencia deseada. La desventaja principal del receptor superheterodino es la respuesta de señales espúreas que se presentaran si no se tiene cuidado con el diseño. Justificación de la investigación Hoy en día todos viajamos por carreteras y la razón para tener un detector de radar es porque es una forma de recordarle, en el curso de los viajes, que su velocidad puede estar por arriba de lo legal porque simplemente usted no estaba poniendo atención y la velocidad no se sentía. A una velocidad razonable, usted tendrá tiempo suficiente para bajar prudentemente la velocidad, en el momento en que suene la señal de alarma. La idea principal del proyecto es para que el conductor este consciente y atento a la velocidad que se esté conduciendo. Los detectores de radar no se usan para evadir la ley, sino como una forma para recordarle a usted que ponga atención al velocímetro de su automóvil. Son un elemento de autocontrol y de tranquilidad para el conductor, pues el estar consiente y atento a la velocidad de su conducción, le evitará dificultades, comparendos y sus respectivas multas. Los detectores de radar no son un elemento ilícito, su tenencia, utilización y porte no está prohibido, no son peligrosos para los pasajeros o conductores de vehículos; ni tampoco son elementos para burlar las leyes, o para valerse de ellos en casos de control policial. OBJETIVO GENERAL: Construir un detector de pistola de radar para detección de velocidades de los vehículos en movimiento. METODOLOGÍA: Objetivos Específicos: • Llevar a cabo una investigación de la tecnología de radar usada en las pistolas. • Localizar partes y material necesario para el proyecto. • Aprender el manejo de software para el diseño de circuitos de microondas. • Realizar el diseño y simulación de los circuitos. • Construir el prototipo del detector. • Realizar pruebas del prototipo. • Documentar el proyecto. • Presentación del proyecto en examen. Metas • Investigar al menos 5 fuentes de información sobre radar y sistemas de detección para la última semana de enero. • Aprender a utilizar el software de diseño para la segunda semana de febrero. • Realizar un primer intento de diseños del detector para la primera semana de marzo. • Construir un prototipo para la segunda semana de marzo. • Realizar las pruebas necesarias del diseño final del detector para la segunda semana de abril. • Terminar la documentación y reporte final para la primera semana de mayo. Acciones Acciones meta 1: • Investigar con el asesor las principales fuentes de información sobre el tema. • Investigar en la Biblioteca Otto Campbell. • Investigar en Internet las mejores fuentes de información. • Investigar en revistas y artículos. Acciones meta 2: • Buscar proveedores para componentes. • Conseguir y comprar partes necesarias. • Estudiar el software y los fundamentos de diseño. • Estudiar los analizadores de redes y de espectro. • Conseguir material para hacer el primer diseño. Acciones meta 3: • Identificar las funciones y opciones del software. • Familiarizarnos con el manejo del software. • Realizar diseños preliminares. • Realizar diseño de circuito. • Generar circuito para tablilla impresa. Acciones meta 4: • Hacer circuito impreso en la tablilla. • Soldar componentes en la tablilla. Acciones meta 5: • Pruebas con el analizador de redes. • Sacar conclusiones sobre el funcionamiento del detector. • Realizar pruebas para confirmar el buen funcionamiento. Acciones meta 6: • Documentar las actividades realizadas. • Organizar la documentación por fechas propuestas. • Revisar la ortografía. • Revisar que no descartemos una actividad realizada. • Realizar la impresión del documento ya una vez terminado. Requerimientos y materiales Requerimientos para la meta 1: • Asesoramiento. • Credencial de la UACJ. • Computadora con internet. • Visitar la biblioteca Otto Campbell. Requerimiento para la meta 2: • Software de diseño. • Manual de analizador de redes. • Conocer fundamentos de radar. • Componentes necesarios. Requerimiento para la meta 3: • Computadora personal (PC) o Laptop. • Software de diseño. • Manipulación de las herramientas del software. • Diseño realizado en el software. • Diseño de encapsulado terminado. Requerimiento para la meta45: • Material para el prototipo. Requerimiento para la meta 4: • Analizador de espectro • Analizador de redes. Requerimiento para la meta 6 • Computadora • Impresora. Calendarización Etapa: Diseño Enero Febrero Semanas Semanas Actividad 1.1.1 Actividad 1.1.2 Actividad 1.1.3 Actividad 1.2.1 Actividad 1.2.3 Actividad 2.1.1 Actividad 2.2.1 Etapa: Construcción Marzo Abril mayo Semanas Semanas Semanas Actividad 3.1.1 Actividad 3.1.2 Actividad 4.1.1 Actividad 5.1.1 Actividad 6.1.1 Actividad 6.2.1 Referencias [1] José Miguel Miranda, José Luis Sebastián, Manuel Sierra, José Margineda, Ingeniería de microondas. Técnicas experimentales, Pearson Educación, 2002. [2] Leon W. Couch II, Digital and analog communication systems, Prentice Hall, 1998. [3] http://www.ciudadconexiondigital.com, Octubre 2009 [4] http://www.velocidadmaxima.com/forum/showthread.php?t=173041, Octubre de 2009 [5] http://es.wikipedia.org/wiki/Detector_de_radar, Octubre de 2009 . INVESTIGACIÓN DE SEÑALES DE MICROONDAS DE UNA PISTOLA DE RADAR Por José Luis Mendoza García Presentado a la Academia de Sistemas Digitales y Comunicaciones Del Instituto de Ingeniería y Tecnología de La Universidad Autónoma de Ciudad Juárez Para obtener el título de INGENIERO EN SISTEMAS DIGITALES Y COMUNICACIONES UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE CIUDAD JUÁREZ Mayo del 2010 UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE CIUDAD JUÁREZ Instituto de Ingeniería y Tecnología EVALUACiÓN DE EXAMEN Fecha: 26 de Mayo del 2010 Horario: 11 :00 - 13:00 HRS. PROFESIONAL INTRACURRICULAR NIVEL: LICENCIATURA TEMA: "Detector de señales de microondas de una pistola de radar" La evaluación del examen profesional intracurricular consta de 4 partes: (Desarrollado en 1 hora) 1°._ 2°._ 3°._ 4°._ Exposición por parte de los alumnos (máximo 20 minutos). Réplica por parte del jurado. Comentarios y/o recomendaciones. Entrega de resultados. Nombre del alumno: José Luis Mendoza García Calificación Maestro de la materia (30%) Calificación Director de Trabajo (40%) Calificación del Jurado (30%) 8s% TOTAL Se recomienda que el documento se deposite para consulta en la BIBLIOTECA SiD NoD Director de Trabajo Dr. Viclor Hinostroza Jurado Coordinador de la Materia "Proyecto de Titulación" Dr. Viclor Hinostroza FIRMADO EN ORIGINAL II Resumen Este trabajo presenta el estudio de las señales electromagnéticas aplicadas en la medición de la velocidad de un objeto, se manejaron frecuencias arriba de 1 GHz que son llamadas microondas. Algunas de las aplicaciones de microondas como son el radar y pistola de radar, fueron investigadas para saber el comportamiento y como es que funcionan. Se realizaron mediciones, pruebas y simulaciones con el equipo de medición adecuado en base a los fundamentos del radar y efecto Doppler en donde se lograron resultados satisfactorios. III Declaratoria de originalidad Yo, José Luis Mendoza García declaro que el material contenido en este documento es original y no ha sido copiado de ninguna otra fuente, ni ha sido usado pata obtener otro título o reconocimiento en otra institución de educación superior. __________________________ José Luis Mendoza García IV Lista de figuras Figura 2.1 Ejemplo de refracción.........................................................................- 4 Figura 2.2 Ejemplo de reflexión...........................................................................- 4 Figura 2.3 Ejemplo de difracción .........................................................................- 5 Figura 2.4 Espectro electromagnético.................................................................- 8 Figura 2.5 Barrido A .......................................................................................... - 18 Figura 2.6 Indicador de posición en el plano (PPI)............................................ - 18 Figura 3.1 Punto fijo .......................................................................................... - 23 Figura 3.2 Punto en movimiento........................................................................ - 24 Figura 3.3 Analizador de redes ......................................................................... - 26 Figura 3.4 Analizador de espectros................................................................... - 27 Figura 4.1 Diagrama de bloques de un sistema de radar monoestático ........... - 28 Figura 4.2 Diagrama de bloques de un detector de radar ................................. - 29 Figura 4.3 Antena receptora.............................................................................. - 30 Figura 4.4 Antena WiFI ..................................................................................... - 31 Figura 4.5 Señal recibida de 1 GHz con antena omnidireccional...................... - 32 Figura 4.9 Señal recibida de 1GHz con antena Yagi......................................... - 34 Figura 4.10 Señal recibida de 2 GHz con antena Yagi...................................... - 35 Figura 4.11 Señal recibida de 3 GHz con antena Yagi...................................... - 36 Figura 4.12 Antena plana .................................................................................. - 36 Figura 4.13 Señal recibida de 1 GHz con antena plana .................................... - 37 Figura 4.15 Señal recibida de 3 GHz con antena plana .................................... - 38 Figura 5.1 Instalación del equipo en la cámara anecoica.................................. - 40 Figura 5.2 Transmisor y receptor ..................................................................... - 40 Figura 5.3 Antena receptora.............................................................................. - 41 Figura 5.4 Simulación del equipo instalado con 2 GHz de transmisión............. - 42 Figura 5.4a Señal recibida de 2 GHz con el equipo de medición instalado....... - 42 Figura 5.5 Simulación del equipo instalado con 3 GHz de transmisión............. - 43 Figura 5.5a Señal recibida de 3 GHz con el equipo de medición instalado....... - 43 Figura 5.6 Simulación del equipo instalado con 2 GHz de transmisión con diferente reflector ............................................................................................................. - 44 Figura 5.6a Señal recibida de 2 GHz con el equipo de medición instalado...... - 45 Figura 5.7 Simulación del equipo instalado con 3 GHz de transmisión con diferente reflector ............................................................................................................. - 45 V Figura 5.7a Señal recibida de 3 GHz con el equipo de medición instalado....... - 46 Figura 5.8 Simulación del equipo instalado con 2 GHz de transmisión con diferente reflector en diferente posición ........................................................................... - 47 Figura 5.8a Señal recibida de 2 GHz con el equipo de medición instalado....... - 47 Figura 5.9 Simulación del equipo instalado con 3 GHz de transmisión con diferente reflector en diferente posición ........................................................................... - 48 Figura 5.9a Señal recibida de 3 GHz con el equipo de medición instalado....... - 49 Figura 5.10 Simulación del equipo instalado con 2 GHz de transmisión con diferente reflector en diferente posición ............................................................ - 49 Figura 5.10a Señal recibida de 2 GHz con el equipo de medición instalado..... - 50 Figura 5.11 Simulación del equipo instalado con 3 GHz de transmisión con diferente reflector en diferente posición ............................................................ - 50 Figura 5.11a Señal recibida de 3 GHz con el equipo de medición instalado..... - 51 Figura 5.12 Grafica con 3 trazos ....................................................................... - 52 Figura 5.13 Grafica con 3 trazos con diferente reflector.................................... - 52 Figura 6.1 Grafica en 2da dimensión con efecto Doppler ................................. - 53 Figura 6.2 Grafica en 2da dimensión con efecto Doppler ................................. - 54 Figura 6.3 Grafica en 3ra dimensión con efecto Doppler .................................. - 55 Figura 6.4 Grafica en 2da dimensión con efecto Doppler ................................. - 55 Apéndice A ........................................................................................................ - 58 Apéndice B ........................................................................................................ - 68 Apéndice C........................................................................................................ - 83 - VI ÍNDICE Capítulo 1 Introducción .......................................................................................- 1 Capítulo 2 Antecedentes .....................................................................................- 2 2.1 Origen de radio frecuencia (RF) ................................................................- 2 2.2 Las ondas de radiofrecuencia....................................................................- 3 2.2.1 Refracción ...........................................................................................- 4 2.2.2 Reflexión .............................................................................................- 4 2.2.3 Difracción ............................................................................................- 4 2.2.4 Interferencia ........................................................................................- 4 2.3 Sistema de comunicación inalámbrica.......................................................- 5 2.3.1 Ruido...................................................................................................- 5 2.3.2 Propagación de ondas ........................................................................- 6 2.3.2.1 Ondas de tierra o de superficie.....................................................- 7 2.3.2.2 Ondas de cielo..............................................................................- 7 2.3.2.3 Ondas directas o de espacio ........................................................- 7 2.4 Ancho de banda.........................................................................................- 9 2.4.1 Frecuencias ultra altas UHF................................................................- 9 2.4.2 Frecuencias súper altas SHF ............................................................ - 10 2.4.3 Frecuencias en extremo altas EHF ................................................... - 10 2.5 Radar ....................................................................................................... - 10 2.5.1 Polarización....................................................................................... - 11 2.5.2 Interferencias .................................................................................... - 12 2.5.3 Relación señal-ruido (SNR)............................................................... - 12 2.5.4 Ecos de señales no deseadas (Clutter)............................................. - 13 2.5.5 Enmascaramiento (Jamming) ........................................................... - 15 2.5.6 Diseño de radares ............................................................................. - 16 2.5.6.1 Oscilador .................................................................................... - 16 2.5.6.2 Duplexor ..................................................................................... - 17 2.5.6.3 Receptor ..................................................................................... - 17 2.6 Pistola de radar........................................................................................ - 18 Capitulo 3 Efecto Doppler ................................................................................. - 22 3.1 Principios del Efecto Doppler................................................................... - 22 Capitulo 4 Mediciones con múltiples antenas ................................................... - 28 4.1 Diagrama de bloques del radar................................................................ - 28 VII 4.2 Diagramas de bloques del detector de radar ........................................... - 29 4.3 Explicación de mediciones con antenas .................................................. - 30 Capitulo 5 Simulaciones en la camara anecoica y resultados........................... - 39 Capítulo 6 Simulaciones con efecto Doppler..................................................... - 53 Capitulo 7 Conclusiones y referencias .............................................................. - 56 Apéndice A ........................................................................................................ - 58 Apéndice B ........................................................................................................ - 67 Apéndice C........................................................................................................ - 83 - VIII Capítulo 1 Introducción El empleo de las señales electromagnéticas de alta frecuencia ha experimentado un importante desarrollo desde mediados del siglo XX. Sus aplicaciones son numerosas y se extienden a ámbitos muy diversos, en los cuales se aprovechan las posibilidades que ofrece la radiación electromagnética tanto para transmitir información como para suministrar energía. Los fundamentos teóricos y los componentes constitutivos básicos de los sistemas de radar ya eran bien conocidos a principios del siglo XX. A comienzos de la segunda guerra mundial se experimentó el primer gran desarrollo de los radares, como respuesta a la necesidad de disponer de algún método de detección eficaz y de largo alcance para que fuera capaz de localizar aviones, barcos o carros de combate en condiciones de visibilidad deficientes. En los próximos capítulos se describirá a detalle las características propias del radar, sus fundamentos y aplicaciones, para llevar a cabo esta investigación. -1- Capítulo 2 Antecedentes En este capítulo se hablará sobre la historia de la tecnología de radiofrecuencia, así como una descripción detallada de los fundamentos del radar y sus aplicaciones. De igual manera se explica el sistema de comunicación utilizado y cada uno de los componentes que lo conforman. 2.1 Origen de radio frecuencia La tecnología de radio frecuencia (RF), o inalámbrica, como a veces se conoce, es la explotación del fenómeno de la propagación de ondas electromagnéticas en la parte del espectro entre 3 Hertz y 300 GigaHertz. Es posiblemente una de las tecnologías más importantes en la sociedad moderna. En 1864 J.C, Maxwell publico sus ecuaciones, catalogando a la luz como una onda electromagnética más. Gracias a ello, rápidamente se llegó a la conclusión de que al igual que la luz, las ondas de radio podían ser reflejadas por objetos metálicos y refractadas por objetos dieléctricos. Estas propiedades fueron verificadas experimentalmente por Heinrich Hertz en 1887, él realizó una notable labor en el desarrollo de sistemas para la generación, propagación y detección de ondas electromagnéticas de alta frecuencia. Su instrumentación fue diseñada para mediciones a frecuencias comprendidas entre los 50 y los 500 MHZ. Hacia 1895, Gugliemo Marconi había demostrado el radio como una tecnología de comunicaciones eficaces. Con el desarrollo de la válvula termoiónica al final del siglo XIX, la tecnología del radio se desarrolló en un medio masivo de comunicación y entretenimiento. La primera mitad del siglo XX vio acontecimientos como el radar y la televisión, que amplió el alcance de esta tecnología. En la segunda mitad del siglo XX, grandes avances llegaron con el desarrollo de dispositivos semiconductores y circuitos integrados. Estos avances hicieron posibles los dispositivos de comunicaciones extremadamente compactos y portátiles que resultaron en la -2- revolución de las comunicaciones móviles. El tamaño de la electrónica sigue bajando y como consecuencia, se han abierto áreas completamente nuevas. La mayor parte de los radares construidos en aquella época funcionaban a frecuencias de VHF (por debajo de unos 200 MHz), a excepción de algunos diseños alemanes que operaban de 375 y 560 MHZ. A pesar de sus orígenes militares, en la actualidad los radares han encontrado importantes aplicaciones civiles tales como navegación marítima y aérea, cartografía, control de tráfico vehicular y de aeropuertos, sistemas de aterrizaje, altimetría y predicción meteorológica. En el área de control de tráfico vehicular existen los radares de control de velocidad o pistolas de velocidad es una pequeña unidad de radar Doppler usada para detectar la velocidad de objetos, especialmente camiones y automóviles con el propósito de regular el tránsito. Emplea el principio del efecto Doppler aplicado a haces de radar para medir la velocidad de objetos a los que se apunta. Estas pistolas radar pueden ser manuales o montadas en un vehículo. Actualmente existen dispositivos para detectar tales emisiones electromagnéticas de la pistola radar y disparan una alarma para notificar al conductor cuando se detecta una transmisión. 2.2 Las ondas de radiofrecuencia Las ondas de radiofrecuencia se desplazan en el espacio libre como una línea recta que a través del espacio libre, sufren cambios en su amplitud, fase y cambios en la polarización. Sus frecuencias van de 0 a 109 Hz, se usan en los sistemas de radio y televisión y se generan mediante circuitos oscilantes. Las señales producidas pueden penetrar las nubes, la niebla y las paredes. Estas son las frecuencias que se usan para las comunicaciones vía satélite y entre teléfonos móviles. En la atmosfera la propagación puede diferir del comportamiento en el espacio libre la reflexión, refracción, difracción e interferencia. -3- 2.2.1 Refracción Es el cambio de dirección de un rayo al pasar en dirección oblicua de un medio a otro con distinta velocidad de propagación; la velocidad a la que se propaga es inversamente proporcional a la densidad del medio donde lo hace. (Figura 2.1) Figura 2.1 Ejemplo de refracción 2.2.2 Reflexión Es el cambio de dirección de un rayo o una onda que ocurre en la superficie de separación entre dos medios, de tal forma que se refleja en el objeto la onda o rayo. Por ejemplo como se muestra en la figura (2.2) Figura 2.2 Ejemplo de reflexión 2.2.3 Difracción Es la modulación o redistribución de la energía dentro de un frente de ondas, es el que fenómeno que permite que las ondas se propaguen en torno a esquinas. Como se muestra en la figura (2.3) 2.2.4 Interferencia -4- La interferencia de ondas se produce siempre que se combinan dos o más ondas electromagnéticas Figura 2.3 Ejemplo de difracción 2.3 Sistema de comunicación inalámbrica El uso de las ondas electromagnéticas tiene aplicaciones en las comunicaciones inalámbricas la cual se realizan conexiones o enlaces donde no existe el contacto físico. En un sistema inalámbrico la energía fluye a través de una corriente a lo largo del conductor que lo transforma en una serie de ondas que viajan en el aire. Cuando los electrones se mueven crean ondas electromagnéticas que se pueden propagar en el espacio libre, aun en el vació. La cantidad de oscilaciones por segundo de una onda electromagnética es su frecuencia, (f), y se mide en Hertz (HZ). La distancia entre dos máximos o mínimos consecutivos se llama longitud de onda (λ). Al conectarse una antena apropiada a un circuito eléctrico, las ondas electromagnéticas se pueden difundir de manera eficiente y captarse por un receptor a cierta distancia. Toda la comunicación inalámbrica se basa en este principio. 2.3.1 Ruido -5- Se define como el proceso aleatorio mediante el cual señales indeseadas se agregan a la señal fuente en un sistema de comunicación. Hay varias fuentes de ruido entre las cuales se pueden mencionar las siguientes: 1) Ruido térmico. Ruido generado por la interacción de las moléculas en los materiales. Es decir, el movimiento libre de los electrones de las órbitas externas entre átomos. Se llama ruido térmico porque varía con la temperatura. Normalmente generado en componentes pasivos (resistencias, capacitores y bobinas) 2) Otra fuente de ruido es la utilización de componentes activos en los equipos de transmisión y recepción (transistores y circuitos integrados.) 3) Otra fuente de ruido es el llamado ruido atmosférico, ruido que proviene del espacio de diversas fuentes. 4) Ruido generado por el hombre. Las maquinas e instalaciones eléctricas de gran tamaño generan ruido de un rango muy diverso de frecuencias, este ruido influye en los sistemas de comunicación. 2.3.2 Propagación de ondas Las ondas electromagnéticas se propagan a través de cualquier material dieléctrico incluyendo el aire, pero no se propagan bien a través de conductores con pérdidas, se propagan en el espacio libre a una velocidad de 3x10଼ m/s, que es la velocidad de la luz, estas ondas se pueden propagar dentro y fuera de la atmosfera. Una vez que se ha radiado una señal de radio por la antena, esta se propaga en el espacio y llega a la antena receptora. Como cabría esperar; el nivel de energía de la señal decrece con rapidez conforme aumenta la distancia desde la antena transmisora. Además, la señal electromagnética puede seguir una o más de varias trayectorias diferentes hasta la antena receptora. El camino que siga una señal de radio depende de muchos factores, entre ellos la frecuencia de la señal, las condiciones atmosféricas y la hora del día. -6- Todo sistema de telecomunicación se debe diseñar para que el receptor obtenga una relación señal-ruido para que garantice su funcionamiento. Todos los servicios de telecomunicaciones tienen en común el empleo de ondas electromagnéticas radiadas como soporte para la trasmisión de información entre el trasmisor y el receptor. Los llamados fenómenos de propagación son la refracción, reflexión, difracción y dispersión, que dan lugar a las trayectorias de propagación. Las tres trayectorias básicas que puede seguir una señal de radio son: Onda de tierra o de superficie, onda de cielo y onda directa o de espacio. 2.3.2.1 Ondas de tierra o de superficie Este tipo de ondas son afectadas de varias formas por el medio en el cual son trasmitidas ya que los objetos en su superficie y los rasgos topográficos llegan a ser del mismo tamaño que la longitud de onda de la señal, la onda de tierra sale de una antena y viaja manteniéndose cerca de la superficie, se propaga siguiendo la curvatura del planeta y este tipo de trasmisión es posible a mas de 100 kilómetros sobre la superficie de la tierra. 2.3.2.2 Ondas de cielo Este tipo de ondas son aquellas que radia una antena hacia la alta atmósfera terrestre, donde se desvía o refleja de vuelta hacia la superficie. Esta desviación de una señal de radio la causa la región de la atmósfera superior denominada ionosfera. La radiación ultravioleta del sol provoca la ionización de esa región, es decir, que adquiera carga eléctrica. 2.3.2.3 Ondas directas o de espacio Este tipo de ondas viaja en línea recta desde la antena transmisora hasta la antena receptora. La señalización por radio de onda directa también se conoce como comunicación por línea de vista. Las ondas directas no se refractan ni siguen la curvatura de la tierra. Debido a su carácter lineal, las ondas directas serán bloqueadas en algún punto por la curvatura de la tierra. Si la señal se debe -7- recibirr después del horizonte, entonces la antena receptora debe tener altura suficiente para interceptar las ondas de radio. Las ondas electromagnéticas son señales que oscilan; es decir, la amplitud de los campos eléctricos y magnéticos varia de manera alterna a con una rapidez especifica. La intensidad del campo fluctúa hacia arriba y hacia abajo un número dado de veces por segundo. Las ondas electromagnéticas presentan pre una variación de forma senoidal. Su frecuencia se mide en ciclos por segundo (cps) o Hertz (Hz). Estas oscilaciones pueden ocurrir en una frecuencia muy baja, o con una frecuencia bastante alta. Figura 2.4 Espectro electromagnético El conjunto total de frecuencias se llama espectro electromagnético. En el extremo inferior están frecuencias como la de la red eléctrica, de 60 Hz y las señales de audio (voz). En el intervalo medio se encuentran las radiofrecuencias de uso más -8- común en las comunicaciones bidireccionales, la televisión y otras aplicaciones. En el extremo superior del espectro están el infrarrojo y la luz visible. La figura 2.4 nos muestra el espectro electromagnético. La relación entre la frecuencia, ƒ, y la longitud de onda, λ: λ= 300 ƒ Donde λ está en metros y ƒ en Megahertz (MHz). 2.4 Ancho de banda El ancho de banda es la porción del espectro electromagnético que ocupa una señal. También es el intervalo de frecuencias en el que se transmite una señal de información, o en el que opera un receptor u otro circuito electrónico. Específicamente, el ancho de banda (BW, bandwidth) es la diferencia entre el límite superior y el inferior de las frecuencias de señal o del intervalo de operación del equipo. 2.4.1 Frecuencias ultra altas UHF Las frecuencias ultra altas (UHF, ultrahigh frequencies) abarcan el intervalo de 300 MHz a 3 GHz. se trata también de un segmento del espectro de frecuencias con uso intenso. Incluye los canales de televisión en UHF del 14 al 67. También tienen un empleo extenso en las comunicaciones terrestres móviles y en servicios como los de teléfonos celulares. Los servicios militares usan mucho estas frecuencias para la comunicación. Además, algunos servicios de radar y navegación ocupan esta porción del espectro de frecuencias. Los radioaficionados tienen asimismo -9- bandas en esta parte del espectro. Las frecuencias arriba del intervalo de 1 GHz se llaman microondas. 2.4.2 Frecuencias súper altas SHF Las frecuencias súper altas (SHF, superhigh frequencies) se encuentran en el intervalo de 3 MHz a 30 GHz. Son frecuencias de microondas que se usan bastante en comunicaciones vía satélite y radar. Algunas formas especializadas de radiocomunicaciones bidireccionales también ocupan esta región. 2.4.3 Frecuencias en extremo altas EHF Las frecuencias en extremo altas (EHF, extremely high frequencies) se localizan en el intervalo de 30 GHz a 300 GHz. El equipo para generar y recibir señales en esta parte del espectro es muy complejo y muy costoso. En la actualidad, la actividad en este intervalo es muy limitada, e incluye comunicaciones vía satélite y cierta clase de radar especializado. 2.5 Radar El radar es un sistema de comunicación electrónico utilizado para detectar objetos a distancias fuera del alcance visual. La distancia, curso y elevación de un objeto remoto pueden determinarse con precisión mediante el radar. El concepto básico del radar es que la energía de radiofrecuencia (RF) es generada por un transmisor, difundida por la antena transmisora es reflejada por el objetivo, reunida por la antena receptora y detectada en el radar receptor. Esta señal de radio reflejada se le llama eco, y mediante ella el radar puede determinar la distancia al objetivo, su dirección y en algunos casos, su elevación o altura. La capacidad de radar para determinar la distancia entre un objeto remoto y la unidad de radar depende de conocer la velocidad de transmisión exacta de la señal de radio. La señal de radar debe recorrer el doble de la distancia entre el equipo y el blanco remoto. Una vez que la señal es emitida, transcurre un tiempo - 10 - finito antes de llegar al objeto remoto. Luego la señal es reflejada y recorre una distancia igual de regreso hasta la unidad de radar. Para obtener una reflexión o eco intenso desde un objeto distante, la longitud de onda de la señal de radar deberá ser pequeña en comparación al con el tamaño del objeto que se está observando. Si la longitud de onda de la señal de radar es grande con respecto al objeto distante, sólo se reflejara una cantidad pequeña de energía. A frecuencias altas, la longitud de onda es menor, y por lo tanto, la energía reflejada mayor. Idealmente, el tamaño del objetivo deberá ser de un cuarto de longitud de onda o más a la frecuencia transmitida, para que la reflexión de la señal sea óptima. Los objetivos más comunes son aviones, misiles, barcos y automóviles. Las principales funciones del radar son: - Buscar - Detección del objeto - Medida de posición y trayectoria del objeto - Medida de las características del objeto Existen dos tipos de radares, los monoestaticos. Son aquellos que sólo usan antena que funciona como transmisora y receptora. Y los biestaticos son los que utilizan una antena transmisora y otra antena receptora. 2.5.1 Polarización El campo eléctrico de la señal que emite un radar es perpendicular a la dirección de propagación. La dirección de dicho campo determina la polarización de la onda. En función de la aplicación, los radares usan: 1. Polarización horizontal. 2. Polarización vertical. 3. Polarización lineal. - 11 - 4. Permite detectar superficies de metal. Polarización circular. Adecuada para minimizar la interferencia causada por la lluvia (pero debe evitarse para radares meteorológicos que lo que buscan es cuantificar las precipitaciones). 5. Polarización aleatoria. Adecuada para detectar superficies irregulares como rocas (se usa en radares de navegación). 2.5.2 Interferencias Los sistemas radar deben hacer frente a la presencia de diferentes tipos de señales indeseadas y conseguir centrarse en el blanco que realmente interesa. Fuentes posibles de interferencias: 1. Internas 2. Externas 3. De naturaleza pasiva. Agua salada (afecta a la conductividad y puede contribuir a una degradación de la señal), tierra conductora. 4. De naturaleza activa (o interferencia eléctrica o ruido). Por ejemplo: circuitos de los semáforos, comunicaciones de radio, torres microondas, televisión por cable, transmisión de datos de uso general, sistemas de seguridad, líneas de alto voltaje y líneas telefónicas. La capacidad del sistema radar de sobreponerse a la presencia de estas señales define su relación señal-ruido (SNR). Cuanto mayor sea la SNR del sistema, tanto mejor podrá aislar los objetivos reales de las señales de ruido del entorno. 2.5.3 Relación señal-ruido (SNR) La relación señal a ruido es una figura de mérito importante en los sistemas de cable debido a que es importante llevar al abonado o suscriptor del servicio la - 12 - mejor calidad posible de imagen. El ruido a que nos referimos es al ruido que se le conoce como el ruido térmico de cualquier componente electrónico y este es un voltaje muy pequeño definido por la ecuación: EN = SQR (RBK) Donde: EN = valor rms de voltaje de ruido R = Resistencia en Ohms del componente electrónico B = Ancho de banda en MHz K = Constante (40 x 10-16) Valor típico de E = 2.2 Micro Volts = -53 dBmV Una de las reglas importantes y parámetros de definición de calidad de un sistema es la relación señal a ruido del sistema. El cual debe ser de cuando menos de 40 dB todo el tiempo, es decir asegurar que en todo el tiempo cualquier dispositivo del sistema esté a cuando menos 40 dB alejado del nivel de ruido térmico. Que lo produce: El ruido térmico. Los factores predominantes son la temperatura, ancho de banda y la impedancia. También el ruido galvánico, este se produce entre la juntura de distintos metales. El ruido en los elementos activos se produce en la juntura de los semiconductores. 2.5.4 Ecos de señales no deseadas (Clutter) Este término hace referencia a todos aquellos ecos (señales de RF) recibidos por el radar que son, por definición, no deseados. Que lo produce: Pueden estar causados por objetos del entorno, tales como: el mar, precipitaciones (lluvia, nieve o granizo), tormentas de arena, animales - 13 - (especialmente pájaros), turbulencias atmosféricas y otros efectos atmosféricos como reflexiones ionosféricas y estelas de meteoritos. En un radar de tipo PPI (este tipo de representación de CRT se explica mas adelante) con antena giratoria, este clutter se verá como un destello en el centro de la pantalla. En este caso el receptor estaría interpretando ecos de partículas de polvo y señales de RF indeseadas que vagan por la guía onda. Este tipo de clutter se reduce reajustando el lapso entre el envío del pulso por parte del transmisor y el instante en que se activa la etapa de recepción. La explicación para esto es que la mayor parte de estos brillos están causados por el propio pulso transmitido antes de abandonar la antena. Puede estar originado por la multitrayectoria de la señal de eco de un objetivo válido. Los factores que pueden causar estos caminos múltiples son la reflexión terrestre y las refracciones atmosféricas e ionosférica. Este clutter es especialmente molesto, ya que parece moverse y se comporta como si fuera un blanco de interés real, de modo que el radar detecta un objetivo "fantasma" que en realidad no existe. Métodos para detectar y neutralizar el clutter Generalmente, se fundamentan en el principio de que el clutter apenas varía entre diferentes barridos del radar. Por tanto, al comparar barridos consecutivos se comprobará que el blanco real se mueve, mientras que los ecos de clutter son estacionarios. El clutter marítimo se puede reducir empleando polarización horizontal, mientras que el de la lluvia se reduce con polarizaciones circulares (nótese que los radares meteorológicos utilizan polarización lineal porque lo que les interesa es precisamente detectar la lluvia). - 14 - El método CFAR (Constant False Alarm Rate, tasa constante de falsas alarmas) son un tipo de algoritmos adaptativos que suelen emplearse en sistemas radar con el objetivo de detectar blancos en presencia de ruido, clutter e interferencias. Esta es otra técnica basada en el hecho de que los ecos debidos al clutter son mucho más numerosos que los ecos producidos por objetivos de interés. Este método permite mantener un valor constante de la probabilidad de falsa alarma haciendo un promediado adaptativo del nivel real de ruido y ajustando automáticamente la ganancia del receptor. Si bien esto no ayuda cuando el blanco está rodeado por clutter muy fuerte, puede permitir identificar objetivos más o menos claros. En radares actuales este proceso está controlado por software. Es beneficioso en sistemas en los que sea crítico mantener una determinada probabilidad de falsa alarma. 2.5.5 Enmascaramiento (Jamming) Se conoce como jamming a aquellas señales externas al sistema radar emitidas en las frecuencias de funcionamiento del mismo y que por tanto enmascaran los objetivos de interés. Puede ser intencionado para funcionar como contramedida electrónica o fortuita (por ejemplo, fuerzas amigas cuyos sistemas de comunicaciones usan la misma banda). El jamming está considerado como una fuente activa de interferencias, ya que está originado fuera del sistema radar y en general se trata de señales sin relación alguna con este. El jamming es muy problemático para los radares, pues suele tratarse de señales de mayor potencia que los ecos de interés (hay que tener en cuenta que la señal de interés recorre un camino de ida y vuelta radarobjetivo-radar, mientras que la señal interferente realiza solo un camino de ida). Las fuentes de jamming intencionado pueden por tanto ser efectivas emitiendo con mucha menos potencia que los radares que quieren confundir. La interferencia puede llegar al radar a través de la línea de - 15 - visión directa (Mainlobe Jamming o jamming de lóbulo principal) o por otros caminos (Sidelobe Jamming o jamming de lóbulos secundarios o laterales). 2.5.6 Diseño de radares Componentes de un radar Un radar consta de los siguientes bloques lógicos: Un transmisor que genera las señales de radio por medio de un oscilador controlado por un modulador. Un receptor en el que los ecos recibidos se llevan a una frecuencia intermedia con un mezclador. No debe añadir ruido adicional. Un duplexor que permite usar la antena para transmitir o recibir. Hardware de control y de procesado de señal. Interfaz de usuario. 2.5.6.1 Oscilador El núcleo del transmisor lo forma un dispositivo oscilador. La elección de este se realiza en virtud de las características que se requieren del sistema radar (coste, vida útil, potencia de pico, longitud de los pulsos, frecuencia...) Los osciladores más utilizados son: Magnetrón: es el más utilizado a pesar de que se trata de una tecnología algo vieja. Son pequeños y ligeros. Pueden funcionar a frecuencias de entre 30 MHz y 100 GHz y proporcionan buena potencia de salida. El tamaño de la cavidad del magnetrón establece la frecuencia de operación. Klistrón: algo más grandes que los anteriores, llegan a funcionar solamente hasta los 10 GHz. La potencia de salida que proporcionan puede quedarse corta en algunos casos. TWT (Tubo de ondas progresivas): para radares de 30 MHz a 15 GHz, buena potencia de salida. - 16 - Diodos Gunn : los radares de baja potencia, como los que utiliza la policía para detección de velocidad. 2.5.6.2 Modulador El modulador o generador de tiempos, es el elemento encargado de proporcionar pequeños pulsos de potencia al magnetrón. Esta tecnología recibe el nombre de "potencia pulsada". Gracias al modulador, los pulsos de RF que emite el oscilador están limitados a una duración fija. Estos dispositivos están formados por una fuente de alimentación de alto voltaje, una red de formación de pulsos (PFN) y un conmutador de alto voltaje. Si en lugar de magnetrón se usa un tubo klistrón, este puede actuar como amplificador, así que la salida del modulador puede ser de baja potencia. 2.5.6.3 Duplexor Es un dispositivo especial que permite que el transmisor y el receptor compartan una sola antena; tiene dispositivos que impiden que la señal de alta potencia Transmitida entre al receptor y lo dañe. 2.5.6.4 Receptor La misma antena se utiliza para la recepción. Durante el tiempo de corte del pulso, apagado, la señal recibida pasa por la antena, la guía de onda asociada y el duplexor hasta el receptor, el cual es de tipo superheterodino de alta ganancia estándar. Este tipo de receptor su básico proceso es convertir todas las señales de llegada a una frecuencia más baja, denominada frecuencia intermedia (IF), con la cual pueden usarse amplificadores sintonizados fijos para proporcionar un nivel permanente de sensibilidad y selectividad. En la mayoría de los sistemas de radar, la pantalla de visualización es un tubo de rayos catódicos (CRT, cathode – ray tube). Pueden usarse varios formatos visualización. La forma más simple de visualización, llamada barrido A, que se - 17 - muestra en la figura 2.5, sólo visualiza los pulsos transmitidos y recibidos. El barrido horizontal del osciloscopio se calibra en yardas o millas. Figura 2.5 Barrido A El tipo de presentación de CRT más común se conoce como tipo P, o indicador de posición en el plano (PPI, plan – position indicator), que se muestra en la figura 2.6. La ventaja de la presentación PPI es que muestra la distancia como el acimut del objetivo. Se supone que el centro de la pantalla es la ubicación de la unidad de radar. Los círculos concéntricos indican el alcance. El acimut o dirección lo indica la posición del objetivo reflejada en la pantalla con respecto a la línea de radio vertical. Los objetivos aparecen como puntos luminosos en la pantalla. Figura 2.6 Indicador de posición en el plano (PPI) 2.6 Pistola de radar - 18 - Existe una amplia variedad de diodos semiconductores para microondas, pero las pistolas de radar utilizan un oscilador con diodo Gunn. También llamado dispositivo de electrón transferido (TED, transferred-electron device). Este elemento no es un diodo en el sentido usual, pues carece de unión. Más bien, es una delgada pieza semiconductora de arseniuro de galio (GaAs) tipo N, o de fosfuro de indio (InP), que forma un resistor especial al aplicársele voltaje. Este dispositivo tiene como característica una resistencia negativa. Es decir, en determinado voltaje, un incremento del voltaje produce un decremento de la corriente y viceversa. Cuando tiene esa polarización, el tiempo requerido por los electrones para fluir a través del material es tal, que la corriente tendrá un desfase de 180° respecto del voltaje aplicado. Si el diodo Gunn tiene esa polarización y se conecta a una cavidad que sea resonante y cerca de la frecuencia determinada por el tiempo de tránsito de los electrones, la combinación resultante oscilara. En consecuencia, este diodo se utiliza principalmente como oscilador de microondas. Existen diodos Gunn que oscilan a frecuencias hasta de casi 50 GHz. Las ondas continuas (CW, continuous wave), son comúnmente usadas en las mediciones de rapidez por la policía. En el radar de CW se transmite una onda senoidal de microondas continua de amplitud constante. Por consiguiente, el eco también es una onda senoidal de microondas de amplitud constante de la misma frecuencia pero de menor amplitud. Cuando se detecta un automóvil en movimiento, la señal reflejada sufre un cambio de frecuencia. Este cambio entre la señal transmitida y la señal reflejada es la que determina la velocidad del objetivo. El cambio de frecuencia que ocurre cuando hay un movimiento relativo entre la estación transmisora y un objeto remoto se denomina efecto Doppler. En el radar de CW, el efecto Doppler proporciona la modulación de frecuencia de la portadora. Para que haya un cambio de frecuencia, el objeto observado se deberá estar acercando o alejando de la estación de radar. Si el objeto es - 19 - observado se muestra en forma paralela a la unidad de radar, no hay movimiento relativo entre los dos objetos y no habrá modulación de frecuencia. El valor principal del radar de CW es su capacidad para medir la velocidad de objetos distantes. Los equipos de radar de la policía emplean el sistema Doppler de CW Para medir desde lejos la velocidad de automóviles y camiones. Una usual variante del radar de CW es el de de modulación de frecuencia. En este sistema, la portadora es continua pero una onda de diente de sierra o triangular modula su frecuencia. Puesto que la frecuencia de la señal transmitida varía en el tiempo, la frecuencia de la señal eco puede ser comparable con la frecuencia de la señal transmitida. La diferencia de frecuencias determinará el tiempo y por lo tanto, la distancia entre la estación transmisora y el objetivo. La diferencia de frecuencia entre la señal emitida y el eco es directamente proporcional a la distancia. Una forma de medir la distancia entre el radar y un objeto es transmitir un pequeño pulso electromagnético y medir el tiempo que tarda el eco en volver. La distancia será la mitad del tiempo de tránsito multiplicado por la velocidad de la luz (3 x 108 m/s): r = distancia estimada c = velocidad de la luz t = tiempo de tránsito ݎൌ ȉݐ 2 Algunos sistemas de radar combinan las técnicas de pulsos y de efecto Doppler para mejorar el funcionamiento y las capacidades de medición. Uno de estos sistemas evalúa ecos sucesivos para determinar los corrimientos de fase que indican cuándo se está moviendo el objetivo. Es posible que estos radares incorporen un indicador de movimiento del blanco (MTI, moving target indication). - 20 - Mediante diversas técnicas especiales de procesamiento de señales no sólo pueden distinguirse varios objetos móviles sino también objetivos fijos. El transmisor es una típica pistola oscilador entre un rango de potencia de 30 a 100 mW y la antena de ganancia es usualmente de 20 a 24 dB empleando una polarización circular. Los radares de policía operan de 10.25 GHz (banda X), 24.150 GHz (banda K) ó en 33.4 GHz a 36 GHz (banda Ka). En la siguiente tabla (2.1), se muestra las bandas de frecuencias de microondas utilizadas en las pistolas de radar. Tabla 2.1 Rango de frecuencia Banda del radar 8 – 12 GHz X 12 - 18 GHz Ku 18 – 27 GHz K 27 – 40 GHz Ka - 21 - Capitulo 3 Efecto Doppler En este capítulo se hablara de fundamentos del efecto Doppler y también de los equipos de mediciones de RF y microondas que en este caso son el analizador de redes y el analizador de espectros. 3.1 Principios del Efecto Doppler El efecto Doppler está relacionado con las ondas, ya sean ondas mecánicas o electromagnéticas. Se llama así en honor a su descubridor en el siglo XIX, Christian Andreas Doppler. Cuando un cuerpo vibra, hace vibrar el aire a su alrededor, lo que genera movimiento del aire creando ondas que se propagan en todas direcciones, igual que cuando tiramos un objeto al agua. Estas ondas chocan con el diafragma del oído y lo hace vibrar a la misma frecuencia, el sistema nervioso se encarga de convertir esas vibraciones en lo que sentimos como sonido. El oído humano sano y joven puede escuchar sonidos desde 20 Hz hasta algo más de 20 000 Hz, pero nuestra percepción del sonido va cambiando desde grave hasta agudo en el mismo sentido en que sube la frecuencia, así la cuerda del bajo la percibimos como sonido grave y el sonido de la trompeta como agudo. Como este sonido se propaga en el aire a velocidad fija, habrá una longitud de onda determinada para cada frecuencia. La siguiente figura (3.1) muestra como se propagan las ondas por producidas por un punto fijo que vibra. Se observa que el punto produce ondas, primero como un pequeño círculo, que luego se va agrandando, hasta influir en todas direcciones a su alrededor con el crecimiento del diámetro del círculo formado al perturbar el medio (aire) en cada vibración, de la misma forma que las ondas producidas en la superficie, al caer un cuerpo al agua. Esos círculos están separados la misma - 22 - distancia, lo que corresponden a la longitud de onda y se generan a la misma frecuencia que la vibración del cuerpo, una onda generada en cada movimiento de este. Los círculos terminan por alcanzar el observador, cuyo oído recibirá una perturbación por cada círculo (onda) y escuchará el sonido fijo producido a la misma frecuencia a que fue generado. Figura 3.1 Punto fijo Ahora observemos qué pasa cuando el emisor se mueve. Figura 3.2. En este caso, las ondas de van generando igualmente en forma de círculos que crecen en diámetro, pero estos círculos se aprietan en el sentido del movimiento y se separa en el sentido contrario, lo que físicamente significa que las ondas de un lado tienen una longitud menor y por tanto su frecuencia es mayor que las del otro lado. Este fenómeno es tanto mayor a medida que crece la velocidad del emisor. - 23 - Figura 3.2 Punto en movimiento Estos círculos igual que en el caso anterior terminan por alcanzar al observador, pero un observador del lado derecho, escuchará el sonido con una frecuencia mayor (agudo) que uno colocado en el lado izquierdo (grave). El cambio de frecuencia que ocurre cuando hay un movimiento relativo entre la estación transmisora y un objeto remoto se denomina efecto Doppler, que también se experimenta con las ondas sonoras. Por ejemplo, la bocina de un automóvil emite un tono en una frecuencia fija. Si el auto está estacionario, se percibe esa frecuencia pero si el vehículo se mueve hacia a uno y está haciendo sonar su bocina, se escucha un tono con una frecuencia mayor. Conforme al automóvil se acerca más, las ondas sonoras se comprimen, produciendo el efecto de una frecuencia más alta. Cuando el automóvil se aleja de uno y suena la bocina, las ondas sonoras se alargan, produciendo el efecto de una frecuencia más baja. El mismo efecto se tiene en las ondas de radio y en las ondas de luz. Al cuantificar la diferencia de frecuencia entre la señal transmitida y la señal reflejada, se puede determinar la velocidad relativa entre la estación de radar y el objeto observado: V = 1.1ƒλ - 24 - Donde ƒ = diferencia de frecuencia entre la señal transmitida y la señal reflejada, Hz λ = longitud de onda de la señal transmitida, m. V = velocidad relativa entre los dos objetos, m/s Considere un cambio de frecuencia de 1000 Hz a una frecuencia de 10 GHz. Esta última representa una longitud de onda de 300 λ =ƒ (en MHz) = Por lo tanto, la velocidad es 300 10000 = 0.03 m V= 1.1 (1000) (0.03) = 33 m/s El eco, al igual que un sonido, cuando una onda electromagnética que se propaga por el aire choca contra un obstáculo, parte de su energía es absorbida y parte reflejada hacia el emisor. El retardo y las características de esta señal reflejada sirven al radar para determinar la posición, velocidad e incluso propiedades morfológicas del obstáculo encontrado. 3.2 Equipo para medir RF y microondas. Los equipos más usuales para las mediciones en RF y microondas son básicamente dos: El analizador de espectros y el analizador de redes. Analizador de redes. Equipo que se utiliza para analizar varios parámetros de un circuito (red) electrónico. Al circuito el instrumento lo ve como una red de dos puertos y puede proporcionar características de su ganancia, impedancia de entrada, impedancia de salida y ganancia inversa. Tiene capacidad de presentar la respuesta de amplitud, fase y frecuencia de un circuito con un rango de frecuencias desde 30 KHz Hasta 100 GHz. Tiene capacidad de presentar la respuesta de la frecuencia - 25 - del circuito, con parámetros tales como amplitud, fase, carta de Smith, En forma polar, cartesiana y esférica. Se muestra en la figura 3.3, un ejemplo de un analizador de redes. Características de un analizador de redes. Mide señales conocidas. Mide componentes, dispositivos, circuitos y sub-ensambles. Contiene fuente y receptor. Muestra promedios de fase y amplitud. (barridos de potencia y frecuencia). Ofrece corrección avanzada de errores. Mide los parámetros S. Figura 3.3 Analizador de redes Analizador de espectros. Sirve para observar el nivel de potencia y la frecuencia de una porción del espectro electromagnético. Este instrumento tiene un rango desde decenas de KHz. Hasta decenas de GHz. Generalmente mide señales no conocidas y tiene - 26 - sólo entradas, no salidas. Se muestra en la figura 3.4, un ejemplo del analizador de espectros. Características de un analizador de espectros Mide señales no conocidas. Mide las características de la amplitud de una señal; nivel de portadora, bandas laterales, armónicas…… Puede remodular y medir señales complejas. Sólo es un receptor de señal (canal sencillo) Puede ser usado para prueba de componentes de forma escalar, no fase, con un generador externo. Figura 3.4 Analizador de espectros - 27 - Capitulo 4 Mediciones con múltiples antenas En este capítulo se muestran los diagramas de bloques del sistema, como el del radar y detector de radar. También se da la explicación y procedimiento de las mediciones de antenas utilizadas para este proyecto. 4.1 Diagrama de bloques del radar En la siguiente figura (4.1) se muestra el diagrama de bloque de un básico radar monoestático Figura 4.1 Diagrama de bloques de un sistema de radar monoestático - 28 - 4.2 Diagramas de bloques del detector de radar En la siguiente figura (4.2) se muestra un diagrama de bloques de un detector de radar de tres bandas Primer mezclador Detector Blas Primer oscilador local Amplificador Segundo mezclador Control de barrido lógico Segundo oscilador local Discriminador de frecuencia Pantalla lógica, controles de la pantalla Convertidor de análogo a digital Controlador de microprocesador Memoria de solo lectura Figura 4.2 Diagrama de bloques de un detector de radar - 29 - 4.3 Explicación de mediciones con antenas Al principio se hicieron pruebas con diferentes tipos de antenas para saber cuáles eran factibles y así seleccionar las adecuadas. Para ello se utilizo el analizador de redes como transmisor en el que tenía una frecuencia máxima de transmisión de 3 GHz, utilizando un rango de potencia de 10 dBm. Como receptor se utilizo el analizador de espectros en el que alcanzaba una frecuencia máxima de 6 Ghz. A continuación en la siguiente figura (4.3), se muestra la antena receptora que se utilizo en todas las mediciones realizadas con los diferentes tipos de antenas. Figura 4.3 Antena receptora Especificaciones de la antena receptora son: Rango de frecuencia de 5.725 – 5.875 GHz Ganancia de 8 dBi Omnidireccional - 30 - A continuación se muestra las diferentes antenas transmisoras utilizadas para estas mediciones, en las cuales en cada una se midieron en frecuencias de 1 a 3 GHz de transmisión, cada figura contiene algunas especificaciones descriptivas, su tabla de medición y su grafica resultante respectivamente. Antena 1, es una antena WiFi omnidireccional, donde se muestra en la figura 4.4 Figura 4.4 Antena WiFI Especificaciones: Rango de frecuencia de 2.4 – 2.5 GHz. Impedancia de 50 ohms. Pérdida por retorno de -10 dB max. Ganancia de 5dBi. Omnidireccional A continuación se muestra en la tabla (4.1), una señal de frecuencia de 1 GHz de transmisión realizada con la antena WiFi. Y también se muestra su grafica (figura 4.5) resultante de la señal capturada por el receptor. Tabla 4.1 Transmisor Rango de potencia Receptor Resultado 1 GHz 10 dBm 1 GHz -49 dBm - 31 - Figura 4.5 Señal recibida de 1 GHz con antena omnidireccional Ahora se muestra en la siguiente tabla de medición (4.2), realizada con la misma antena pero ahora con una frecuencia transmitida de 2 GHz. Y también su grafica resultante (figura 4.6) de la señal capturada por el receptor. Tabla 4.2 Transmisor Rango de potencia Receptor Resultado 2 GHz 10 dBm 2 GHz -55 dBm Figura 4.6 Señal recibida de 2 Ghz con antena omnidireccional - 32 - Ahora se muestra en la siguiente tabla de medición (4.3), realizada con la misma antena pero ahora con una frecuencia transmitida de 3 GHz. Y también su grafica resultante (figura 4.7) de la señal capturada por el receptor. Tabla 4.3 Transmisor Rango de potencia Receptor Resultado 3 GHz 10 dBm 3 GHz -51 dBm Figura 4.7 Señal recibida de 3 GHz con antena omnidireccional Antena 2, es una antena Yagi direccional, donde se muestra en la siguiente figura (4.8) - 33 - Figura 4.8 Antena Yagi Especificaciones: Rango de frecuencia de 860 MHz – 940 MHz A continuación se muestra en la tabla (4.4), una señal de frecuencia de 1 GHz de transmisión realizada con la antena Yagi y también se muestra su grafica resultante (figura 4.9) de la señal capturada por el receptor. Tabla 4.4 Transmisor Rango de potencia Receptor Resultado 1 GHz 10 dBm 1 GHz -47 dBm Figura 4.9 Señal recibida de 1GHz con antena Yagi - 34 - Ahora se muestra en la siguiente tabla de medición (4.5), realizada con la misma antena pero ahora con una frecuencia transmitida de 2 GHz. Y también su grafica resultante (figura 4.10) de la señal capturada por el receptor. Tabla 4.5 Transmisor Rango de potencia Receptor Resultado 2 GHz 10 dBm 2 GHz -62 dBm Figura 4.10 Señal recibida de 2 GHz con antena Yagi Ahora se muestra en la siguiente tabla de medición (4.6), realizada con la misma antena pero ahora con una frecuencia transmitida de 3 GHz. Y también su grafica resultante (figura 4.11) de la señal capturada por el receptor. Tabla 4.6 Transmisor Rango de potencia Receptor Resultado 3 GHz 10dBm 3 GHz -62 dBm - 35 - Figura 4.11 Señal recibida de 3 GHz con antena Yagi Antena 3, es una antena plana, donde se muestra en la siguiente fig. 4.12 Figura 4.12 Antena plana Especificaciones: Rango de frecuencia de 860 MHz – 940 MHz - 36 - A continuación se muestra en la tabla (4.7), una señal de frecuencia de 1 GHz de transmisión realizada con la antena de reflector o parabólica. Y también se muestra su grafica resultante (figura 4.13) de la señal capturada por el receptor. Tabla 4.7 Transmisor Rango de potencia Receptor Resultado 1 GHz 10 dBm 1 GHz -61 dBm Figura 4.13 Señal recibida de 1 GHz con antena plana Ahora se muestra en la siguiente tabla de medición (4.8), realizada con la misma antena pero ahora con una frecuencia transmitida de 2 GHz. Y también su grafica resultante (figura 4.14) de la señal capturada por el receptor. Tabla 4.8 Transmisor Rango de potencia Receptor Resultado 2 GHz 10 dBm 2 GHz -62 dBm - 37 - Figura 4.14 Señal recibida de 2 GHz con antena plana Ahora se muestra en la siguiente tabla de medición (4.9), realizada con la misma antena pero ahora con una frecuencia transmitida de 3 GHz. Y también su grafica resultante (figura 4.15) de la señal capturada por el receptor. Tabla 4.9 Transmisor Rango de potencia Receptor Resultado 3 GHz 10dBm 3 GHz -64 dBm Figura 4.15 Señal recibida de 3 GHz con antena plana - 38 - Capitulo 5 Simulaciones en la cámara anecoica y resultados En este capítulo se da explicación de la instalación del equipo en la cámara anecoica y los resultados obtenidos mediante las mediciones realizadas. Después de haber hecho las mediciones mencionadas con los diferentes tipos de antenas, se observo que se obtuvieron mejores resultados con la antena 1, la antena WIFI omnidireccional y por consiguiente con ella se realizaron todas las siguientes pruebas necesarias en la cámara anecoica. Las salas o cámaras anecoicas están formadas por una estructura aislada del exterior y en su interior, para evitar la reflexión de sonidos por las paredes, suelos y techos, se forra mediante unas cuñas de longitud a definir en función de la absorción deseada. Dichas cuñas una vez calculadas se fabrican en diversos materiales como son espumas, fibras de vidrio, lanas de roca etc. La cámara anecoica ideal es un recinto totalmente libre de reverberaciones acústicas. Cualquier sonido proyectado dentro del recinto, a cualquier frecuencia, es completamente absorbido. Una cámara anecoica sigue siendo la única herramienta verdaderamente confiable para realizar mediciones precisas. En este caso se utiliza la sala anecoica para estudios tales como el comportamiento de ciertas antenas; esto es, para detectar el diagrama de radiación de las antenas y medición de sistemas de energía de microonda. A continuación se muestra la instalación del equipo en la sala anecoica en las siguientes figuras (5.1, 5.2, 5.3). En esta instalación del equipo se hicieron las mediciones en las cuales se manejaron un rango de frecuencias de 2 a 3 GHz. En donde la antena WIFI omnidireccional fue conectada al analizador de redes, para que este transmitiera la señal a cierta frecuencia en el rango ya mencionado y fuera reflejada en algún objeto metálico, que en este caso se utilizaron láminas de diferentes dimensiones - 39 - Figura 5.1 Instalación del equipo en la cámara anecoica Figura 5.2 Transmisor y receptor - 40 - Figura 5.3 Antena receptora Y en el cual la señal reflejada en la lámina, fuera interceptada en la antena receptora que está conectada al analizador de espectros. Y así grabar cada resultado de las mediciones realizadas, para después con la ayuda de los programas Excel y Matlab realizar las graficas de los resultados anteriores. A continuación se muestran en las siguientes figuras las pruebas realizadas en la sala anecoica, donde se fueron cambiando las láminas de lugar y también se hacían las mediciones con láminas de diferentes dimensiones. En cada figura contiene su tabla de medición y su grafica respectivamente. En esta figura (5.4) se muestra la señal transmitida con una frecuencia de 2 GHz y un rango de potencia de 10 dBm, la cual es reflejada por una lámina de 2.19 m x 92 cm colocada enfrente del transmisor y receptor a una distancia de 3.20 m aprox. Y después se muestra su grafica resultante (5.4a) de la señal capturada por el receptor. - 41 - Figura 5.4 Simulación del equipo instalado con 2 GHz de transmisión Tabla 5.1 Transmisor Rango de potencia Receptor Lamina Resultado 2 GHz 10 dBm 2 GHz 2.19m x 92cm -57.18 dBm Figura 5.4a Señal recibida de 2 GHz con el equipo de medición instalado - 42 - En esta figura (5.5) se muestra la misma posición de la lámina anterior, pero ahora con una señal transmitida a una frecuencia de 3 GHz con un rango de potencia de 10 dBm. Y después se muestra su grafica resultante de la señal capturada por el receptor (figura 5.5a) Figura 5.5 Simulación del equipo instalado con 3 GHz de transmisión Tabla 5.2 Transmisor Rango de potencia Receptor Lamina Resultado 3 GHz 10 dBm 3 GHz 2.19m x 92cm -59 dBm - 43 - Figura 5.5a Señal recibida de 3 GHz con el equipo de medición instalado En la sig. Figura (5.6) se muestra la señal transmitida con una frecuencia de 2 GHz y un rango de potencia de 10 dBm, la cual es reflejada por una lámina de 91 cm x 59 cm colocada a la esquina izquierda de la cámara anecoica a una distancia de 3.20 m aprox. del transmisor. Y después se muestra su grafica resultante de la señal capturada por el receptor (5.6a). Figura 5.6 Simulación del equipo instalado con 2 GHz de transmisión con diferente reflector Tabla 5.3 Transmisor Rango de potencia Receptor Lamina Resultado 2 GHz 10 dBm 2 GHz 91cm x 59cm -61 dBm - 44 - Figura 5.6a Señal recibida de 2 GHz con el equipo de medición instalado En esta figura (5.7) se muestra la misma posición de la lámina anterior, pero ahora con una señal transmitida a una frecuencia de 3 GHz con un rango de potencia de 10 dBm. Y después se muestra su grafica resultante de la señal capturada por el receptor (figura 5.7a). Figura igura 5.7 Simulación del equipo instalado con 3 GHz de transmisión con diferente reflector - 45 - Tabla 5.4 Transmisor Rango de potencia Receptor Lamina Resultado 3 GHz 10 dBm 3 GHz 91cm x 59cm -60 dBm Figura 5.7a Señal recibida de 3 GHz con el equipo de medición instalado En esta figura (5.8) se muestra la señal transmitida con una frecuencia de 2 GHz y un rango de potencia de 10 dBm, la cual es reflejada por una lámina de 91 cm x 59 cm colocada enfrente del transmisor y receptor a una distancia de 3.20 m aprox. Y después se muestra su grafic grafica resultante de la señal capturada por el receptor (5.8a). - 46 - Figura 5.8 Simulación del equipo instalado con 2 GHz de transmisión con diferente reflector en diferente posición Tabla 5.5 Transmisor Rango de potencia Receptor Lamina Resultado 2 GHz 10 dBm 2 GHz 91cm x 59cm -58 dBm Figura 5.8a Señal recibida de 2 GHz con el equipo de medición instalado En esta figura (5.9) se muestra la misma posición de la lámina anterior, pero ahora con una señal transmitida a una frecuencia de 3 GHz con un rango de potencia de - 47 - 10 dBm. Y después se muestra su grafica resultante de la señal capturada por el receptor (5.9a). Figura 5.9 Simulación del equipo instalado con 3 GHz de transmisión con diferente reflector en diferente posición Tabla 5.6 Transmisor Rango de potencia Receptor Lamina Resultado 3 GHz 10 dBm 3 GHz 91cm x 59cm -54 dBm - 48 - Figura 5.9a Señal recibida de 3 GHz con el equipo de medición instalado En la sig. Figura (5.10) se muestra la señal transmitida con una frecuencia de 2 GHz y un rango de potencia de 10 dBm, la cual es reflejada por una lámina de 91 cm x 59 cm colocada a la esquina derecha de la cámara anecoica a una distancia de 3.50 m. aprox. del transmisor. Y después se muestra su grafica resultante de la señal capturada por el receptor (figura 5.10a). Figura 5.10 Simulación del equipo instalado con 2 GHz de transmisión con diferente reflector en diferente posición Tabla 5.7 Transmisor Rango de potencia Receptor Lamina Resultado 2 GHz 10 dBm 2 GHz 91cm x 59cm -61 dBm - 49 - Figura 5.10a Señal recibida de 2 GHz con el equipo de medición instalado En esta figura (5.11) se muestra la misma posición de la lámina anterior, pero ahora con una señal transmitida a una frecuencia de 3 GHz con un rango de potencia de 10 dBm. Y después se muestra su grafica resultante de la señal s capturada por el receptor (figura 5.11a). Figura 5.11 Simulación del equipo instalado con 3 GHz de transmisión con diferente reflector en diferente posición - 50 - Figura 5.11a Señal recibida de 3 GHz con el equipo de medición instalado A continuación se realizaron las mismas mediciones que las anteriores, pero ahora con 3 trazos.. Enseguida se muestra en la grafica resultante (figura 5.12). 5.12) La señal transmitida de 3 GHz y podemos observar como se transmiten y se reflejan 3 señales al mismo tiempo y son capturadas por el receptor. Esta prueba fue realizada con la lamina de 2.19 m x 92 cm. - 51 - Figura 5.12 Grafica con 3 trazos Enseguida se muestra otra grafica resultante (figura 5.13) de tres trazos. Esta prueba fue realizada con la lámina de 91 cm x 59 cm. Y con la misma frecuencia transmitida de 3 GHz. Figura 5.13 Grafica con 3 trazos con diferente reflector - 52 - Capítulo 6 Simulaciones con efecto Doppler En este capítulo se muestran los resultados obtenidos mediante la simulación de la pistola de radar con automóviles en movimiento, utilizando el analizador de redes como transmisor y el analizador de espectros como receptor. Basándonos en los principios del efecto Doppler y con la ayuda del programa Matlab, se puede observar en las graficas siguientes el cambio de frecuencia debido al movimiento del automóvil respecto al tiempo de la señal transmitida y así llevarse a cabo los procedimientos matemáticos ya mencionados para poder obtener la velocidad y distancia del objeto móvil. En la siguiente grafica (figura 6.1), los datos obtenidos durante la simulación fueron introducidos al programa Matlab empleando los cálculos con el efecto Doppler y así nos resulto la grafica en 2da dimensión. Figura 6.1 Grafica en 2da dimensión con efecto Doppler - 53 - En esta grafica (figura 6.2) se realizo el mismo procedimiento pero ahora con un diferente automóvil en movimiento. Figura 6.2 Grafica en 2da dimensión con efecto Doppler A continuación se muestra ahora una grafica (figura 6.3), con los mismos procedimientos realizados con un diferente automóvil en movimiento, pero ahora se muestra en tercera dimensión en el cual podemos observar que se agrega a la grafica el eje del tiempo respecto a la frecuencia y amplitud. - 54 - Figura 6.3 Grafica en 3ra dimensión con efecto Doppler En la siguiente grafica (figura 6.4) se muestra otra simulación con otro automóvil en movimiento. Figura 6.4 Grafica en 2da dimensión con efecto Doppler - 55 - Capitulo 7 Conclusiones Durante la etapa de mediciones y resultados se emplearon los fundamentos del radar y también los principios del efecto Doppler, los cuales son primordiales para el funcionamiento de una pistola de radar. Se observo en la simulación que se hizo sobre una pistola de radar empleando el analizador de redes como transmisor y el analizador de espectros como receptor, que para obtener una reflexión intensa la longitud de onda de la señal transmitida deberá ser pequeña en comparación con el tamaño del objeto en el que se está reflejando la señal. Que en este caso se utilizaron láminas de diferentes dimensiones, como los objetos reflectores. Y así mismo en las graficas resultantes se observo una mejor ganancia y una mejor recepción de la señal transmitida, cuando se utilizo la lamina de mayor tamaño. Así que si la longitud de señal transmitida es grande con respecto al objeto, sólo se reflejará una cantidad pequeña de energía. Como se observo en las graficas resultantes utilizando la lámina de menor tamaño. En las que resultaron menor ganancia y menor recepción de la señal transmitida. Cuando se hizo la simulación de la pistola de radar (con los equipos de medición ya mencionados) con objetos en movimiento, que en este caso se realizo con automóviles. Se aprendió a sacar la distancia y la velocidad del objeto mediante los cálculos y formulas adquiridos por esta investigación. También se observo que a frecuencias altas (3 GHz), la longitud de onda es menor y por lo tanto la energía reflejada es mayor. La reflexión óptima se obtiene cuando el tamaño del objetivo es de un cuarto de longitud de onda o mayor de la frecuencia de la señal. - 56 - Referencias [1] Couch, W. Leon, II, ¨Digital and analog communication systems, 7th edition¨, Pearson education, 2008. [2] Curry, Richard.¨ Radar System Performance Modeling (Second Edition) ¨. Artech House, 2004. [3] Frenzel, Louis E., ¨Electrónica aplicada a los sistemas de las comunicaciones¨, Alfaomega, 2003. [4] Golio, Mike, ¨The RF and microwave handbook¨, CRC press, 2001. [5] Jankiraman, M. ¨Design of multi-frequency CW radars¨, Sci Tech publishing inc., 2007. [6] José Miguel Miranda, José Luis Sebastián, Manuel Sierra, José Margineda, Ingeniería de microondas. Técnicas experimentales, Pearson Educación, 2002. [7] Meikle, Hamish.¨ Modern Radar Systems (2nd Edition)¨. Artech House, 2008. [8] Sierra Pérez, Manuel; Galocha Iragüen, Belén; Fernández Jambrina, José Luis y Sierra Castañer, Manuel, ¨Electrónica de comunicaciones¨, Pearson education, 2003. - 57 - Apéndice A Hoja de datos de la antena WiFi - 58 - - 59 - - 60 - - 61 - - 62 - - 63 - - 64 - - 65 - - 66 - - 67 - Apéndice B Hoja de datos del analizador de espectros. - 68 - - 69 - - 70 - - 71 - - 72 - - 73 - - 74 - - 75 - - 76 - - 77 - - 78 - - 79 - - 80 - - 81 - - 82 - Apéndice C Pistola de radar Range of Distant Larger Faster Target Ranges Target 2 echo > = close Target 1 echo during Radar track (Approaching, on-coming, traffic). stationary RADAR Track Time (t) 2 seconds close distant Target 1 Target 2 Speed 45 mph 55 mph 72 kmh 89 kmh RCS -- Radar Cross Section (m2) 30 m2 Initial Range from Radar 120 m2 Distance Between Target 2 and Target 1 500 ft 682 ft* 182 ft* 152 m 208 m* 55 m* - 83 - Ending Range from Radar 368 ft 520 ft* 112 m 159 m* 152 ft* 46 m* * Indicates less than or equal to (<=) value shown. Initially Target 2 echo greater than Target 1 echo, at Ending Range both target echoes equal. Possible (max) track time: 7.58 seconds (Target(s) even with Radar) RCS2/RCS1 = 4 (V1+VP) (RCS2/RCS1)1/4-Vp = 63.6 mph = 102.4 kmh. Typical small car average radar cross section is about 30 square meters; typical large car average radar cross section is about 120 square meters. - 84 -
