Stránka 1 z 1

Asie, Pacifik, Japonsko, Čína 1931-1945. č. 94

PříspěvekNapsal: 31/12/2018, 07:39
od RAYTHEON
Radary a japonská špionáž

díl č. 1

Radary - všeobecná část


Obrázek

jedna z verzí US radaru SCR-270, jedná se o jeden z prvních mobilních radarů dlouhého dosahu pro včasné varování, celá sestava se skládala ze šesti vozidel, pro zajištění trvalého provozu bylo třeba padesáti mužů
zdroj http: http://www.radartutorial.eu/19.kartei/1 ... 03.en.html

V následujícím textu se stručně a silně zjednodušeně zmíním o problematice radarů ve vztahu k pacifickému bojišti. Stejně jako u předchozích kapitol o šifrování se bude jednat o pouze rámcový pohled, s ohledem na koncepci tohoto seriálu článků a především časovou náročnost zpracování detailnějšího pojednání je třeba případné zájemce o podrobnosti odkázat na odbornou literaturu či na internet.

Principy fungování radaru (Radio Detection and Ranging) jsou zajisté známé všem návštěvníkům tohoto webu, určitě však nebude na škodu jejich rychlé a zjednodušené zopakování.
Pokud vyšleme silný rádiový impuls do prostoru a on tam narazí na nějakou překážku, část se z něj odrazí zpět do místa, ze kterého byl vyslán. Protože rychlost jeho šíření je známá a konstantní, lze z časové prodlevy mezi vysláním a příjmem určit vzdálenost odrazu. Každý radar se tedy musí skládat z vysílače, přijímače, antény a zařízení, které vyhodnotí časovou prodlevu mezi vysláním pulsu a jeho příjmem ve formě vyjádření vzdálenosti cíle.
Intenzita vyzářeného a následně i odraženého impulsu klesá s druhou mocninou vzdálenosti, takže odražený impuls dorazí na místo svého vyslání zeslabený se čtvrtou mocninou vzdálenosti od místa odrazu. Rozlišovací schopnost radaru je dána především délkou vlny pulsu (čím kratší vlna, tím lepší rozlišení) a šířkou vyzařovacího diagramu antény, čím užší, tím lepší. Dosah určuje především vyzářený výkon a citlivost přijímače. Vyzářený výkon je dán výkonem vysílače a ziskem použité antény, který je stejně jako její vyzařovací diagram dán mechanickými rozměry.

S ohledem na časovou orientaci tohoto článku zkusím popsat problémy, se kterými se v meziválečném období museli konstruktéři radarů poprat a jak se s nimi vypořádali.
Začnu přijímačem. Jak již bylo výše řečeno, jeho citlivost má rozhodující vliv na vlastnosti radaru. Citlivost každého přijímače je dána především jeho tzv. šumovým číslem, tedy prahem, od kterého je přijímač schopen odlišit přijímaný signál od vlastního šumu. Vlastní šum přijímače je neodstranitelný, nicméně vhodným konstrukčním řešením ho lze více či méně potlačit. Obecně lze říct, že čím vyšší přijímaný kmitočet, tím to je náročnější úkol. Rozvoj radioelektroniky, nastartovaný WWI, úspěšně pokračoval i v dalších letech, například v roce 1932 americký fyzik Karl Guthe Jansky (1905-1950, českého původu) měl k dispozici přijímač, kterým dokázal přijímat extrémně slabé signály z vesmíru ze souhvězdí Střelce na kmitočtu zhruba 20 MHz. Konstrukční řešení použitelného přijímače pro radary tedy bylo k disposici, zbývala už jen "maličkost", schopnost ho vyrábět ve velkých sériích a s opakovatelnými vlastnostmi, garantovanými i v náročných vojenských podmínkách.
Další problém je vysílač. Musí být schopen pracovat co největším výkonem na co nejvyšší pracovní frekvenci. Pro základní výstrahu jsou použitelné kmitočty v řádu stovek MHz, pokud však má být nasazen na letadlo, je žádoucí kmitočet co nejvyšší, především proto, aby rozměry antény byly přijatelné a nezatěžovaly tolik konstrukci draku letadla, takový radar má i vyšší rozlišení, viz výše. Pracovní kmitočty se zde pohybují v řádu gigahertzů. Pro nižší kmitočty jsou použitelné klasické výkonové VF triody, chlazené vodou či vzduchem. Takovéto elektronky jsou však nepoužitelné pro kmitočty gigahertzové a zde se muselo najít principielně jiné řešení.
Již na začátku dvacátých let se konaly pokusy s elektronkami, u kterých tok elektronů mezi katodou a anodou ovlivňoval silný permanentní magnet. Za určitých okolností se jejich dráha změnila na kruhovou, což bylo spojeno s generací vysokých kmitočtů a s velkou účinností. Jedním z úspěšných výzkumníků na tomto poli byl i Augustin Žáček (1886-1961), profesor experimentální fyziky na Přírodovědecké fakultě Univerzity Karlovy. Tento špičkový vědec byl po "vítězném" únoru komunisty vyhnán z univerzity a jeho jméno se na několik dalších desetiletí nesmělo objevovat.

Obrázek

obr. 1 profesor Augustin Žáček
zdroj: https://nasivynalezci.webnode.cz/augustin-zacek/

Vývoj zmíněné elektronky byl završen ve Velké Británii, kde byla vylepšena o dutinový rezonátor, který se stal její integrální součástí a nahradil vnější LC obvody pro určení generovaného kmitočtu, čímž se stala použitelnou i mimo laboratorní prostředí. Takováto elektronka byla osazena ve většině spojeneckých leteckých i lodních radarů, dodnes jí nazýváme magnetron a máme jí v každé mikrovlnné troubě, kde nám elektromagnetickým polem o kmitočtu 2,4 GHz ohřívá jídlo.
Pro spojence znamenal vynález magnetronu a schopnost jeho průmyslové výroby v druhé polovině WWII zásadní přínos pro vedení především vzdušné války, ale zdaleka ne jen tam. Naproti tomu nacisté sice několik nepoškozených magnetronů ukořistili ze sestřelených spojeneckých letadel, nikdy však nedokázali rozjet jejich sériovou výrobu a uplatnit je ve své výzbroji.

Obrázek

obr. 2 magnetron

Nejviditelnější částí radaru bývá jeho anténa. V době, která nás zajímá, byla až na vzácné výjimky společná pro přijímač i vysílač. Jak již bylo výše řečeno, existuje vztah mezi vlnovou délkou a mechanickými rozměry, které také ovlivňují šířku vyzářeného impulsu a tím i rozlišovací schopnost radaru. Čím delší vlnovou délku anténa používá, čím větší má zisk a tedy i dosah a čím užší směrový paprsek vyzařuje, tím musí mít větší rozměry. Pro potřeby maskování, dopravy a odolnosti proti klimatickým jevům (především větrné zátěži) by anténa měla být co nejmenší. Protože stacionární či lodní radar prohledává vzdušný prostor, musí být anténa otočná v daném azimutu, přičemž velikost a hmotnost otáčecího mechanismu je závislá na velikosti antény, kterou otáčí. Další požadavky na její velikost určuje montáž radaru na letadlo či loď. Všechny tyto požadavky jsou zčásti protichůdné a řešení je vždy do jisté míry kompromisní.
Pro stacionární radary se nejčastěji používaly anténní řady tvořené sfázovanými dipóly případně anténami YAGI. Anténu YAGI vynalezli japonští vědci Shintaro Uda a Hidetsugu Yagi v polovině dvacátých let. Používá se běžně dodnes, například velká část televizních antén je tohoto typu.

Obrázek

obr. 3 britský radar pro řízení světlometů
zdroj: http://www.crk.cz/FILES/VR-ANT/48.%20Ta ... 20Yagi.pdf

Na obrázku obr. 3 je vidět anténní soustava, složená z antén YAGI britského radaru, určeného pro navádění protiletadlových světlometů. Světlomet byl zapnut až ve chvíli, kdy byl cíl radarem zaměřen, což násobilo účinek překvapení.
Na úvodním obrázku tohoto článku je radar s anténou složenou z řad sfázovaných dipólů. I tento typ antén je dodnes používán pro příjem TV, říká se jí "síto" případně "matrace".
Dalším používaným typem byly antény parabolické. Asi nejznámějším radarem s touto anténou byl německý Würzburg, určený pro řízení protiletadlové palby. Antény tohoto typu radaru dlouho po válce sloužily na tzv. radarové louce observatoře Astronomického ústavu AV ČR v Ondřejově pro měření slunečního rádiového toku. Na obr. 4 ho vidíte v popředí.

Obrázek

obr. 4 radarová louka na hvězdárně Ondřejov
zdroj: https://mapio.net/pic/p-21258338/