مقاله رادار (مقاله رشته برق الکترونیک و مخابرات)

مقاله رادار (مقاله و تحقیق رشته مهندسی برق الکترونیک و مخابرات) در قالب ورد و قابل ویرایش و در ۷۱ صفحه گرد آوری شده است. در زیر به مختصری از عناوین و چکیده آنچه شما در این فایل دریافت می کنید اشاره شده است.

چکیده:
به طور کلی رادار وسیله ای است برای جمع آوری اطلاعات از اشیاء یا هدفهای دور به وسیله ی فرستادن امواج الکترومغناطیس به سمت آنها و تجزیه و تحلیل سیگنال برگشتی و در نهایت به تصویر کشاندن نتایج حاصل.
رادار به عنوان یکی از وسایل عمده کمک ناوبری، دستگاهی است که استفاده کننده را قادر می سازد اشیاء یا هدفهای موجود در فواصل دور را تقریباً در هر شرایطی، از جمله وضعیت نامناسب جوّی، تاریکی شب و هوای مه آلود، کشف و موقعیت آنها را تعیین کند. همچنین رادار وسیله ای است برای اندازه گیری دقیق فاصله هر جسم یا هدفی که می بیند و کشف می کند.
رادار علاوه بر این که موقعیت سایر اجسام و اهداف نظیر هواپیماها و کشتیها را به صورت اطلاعات فاصله و سمت نسبت به موقعیت خود مشخص می کند، برای تعیین موقعیت خودمان  نیز مورد استفاده قرار می گیرد. این همان نقطه یابی برای ناوبری است.
کاربردهای مختلف یک دستگاه رادار باعث شده تا از آن به عنوان یکی از با اهمیت ترین وسایل در عملیات ناوبری نام برده شود. در این مقاله طی چهار فصل، اساس کار رادار، عوامل موثر در عملکرد رادار، کاربردهای رادار و اجزای سیستم رادار به ترتیب تشریح می شوند. از آنجا که این مقاله صرفاً به منظور ارائه یک شناخت عمومی و مقدماتی تدوین شده، از این رو سعی شده است که مطالب به صورت کلّی و ساده بیان شوند.

فصل اول
اساس کار رادار
۱-۱-تاریخچه رادار
پیدایش و توسعه¬ی رادار تقریباً همزمان و به طور مستقل در کشورهای آمریکا، انگلستان، آلمان و فرانسه با نامهای متفاوتی چون دستگاه کشف رادیویی (Detection Radio) یا دستگاه جهت¬یاب رادیویی (Radio Location) در طول دهه¬ی۱۹۳۰ پدید آمد. در سال ۱۹۴۲ نیروی دریایی آمریکا لفظ رادار (Radar) را به عنوان نام این دستگاه به کار برد که پس از آن، این لفظ به طور جهانی مورد استفاده قرار گرفت. این موضع که رادار به طور همزمان اما در پی فعالیتهای تحقیقاتی و علمی مستقلی در کشورهای مختلف پدید آمده و شناخته شده است جای چندان تعجبی ندارد، زیرا که اصل اولیه در اساس کار رادار یعنی بازتاب امواج رادیویی از سالها قبل از پیدایش رادار شناخته شده و در مجامع علمی مطرح بوده است.
این که امواج رادیویی تولید پژواک یا بازتاب (Echo) می¬کنند، قبل از سال ۱۹۲۰ شناخته شده بود. در خقیقت از این پدیده در اثبات وجود یونسفر (Ionosphere) و دستیابی به ارتفاع لایه های مختلف آن، با اندازه گیری زمان لازم برای رسیدن بازتاب امواج رادیویی از لایه¬های یونسفر به زمین استفاده شده بود و این امر در ارتباطات رادیویی راه دور بسیار مهم بود. شناخت اصل بازتاب امواج به کارهای تحقیقاتی فیزیکدان آلمانی «هرتز» (Hertz) در زمینه امواج الکترومغناطیسی برمی¬گردد. هرتز در دهه¬ی ۱۸۸۰ توانست امواج رادیویی را در لابراتوار خود ایجاد کرده نشان دهد که این امواج در اثر برخورد با اجسام فلزی منعکس می شوند، همان طوری که نور به وسیله آینه منعکس می-شود.
هنگامی که دانشمند و مخترع ایتالیایی «مارکونی» (Marconi) و سایر همکارانش در ادامه کارهای هرتز به دنبال امکان ایجاد ارتباطات رادیویی بودند، یک دانشمند آلمانی به نام «کریستین هالزمایر» (Christian Hulsmeyer) به منظور جلوگیری از تصادم کشتیها یک دستگاه رادار ساده را به وجود آورده و حتی در سال ۱۹۰۴ آن را در چندین کشور به ثبت رسانید، اما در آن مقطع زمانی علاقه مندی کمی به وجود چنین دستگاهی وجود داشت.
به طور کلی قبل از دهه¬ی ۱۹۳۰، موضوع بازتاب امواج رادیویی بارها در لابراتورها و آزمایشگاههای علمی مطرح بوده و درباره ی کاربردهای احتمالی آن نظریاتی ارائه می شد. در سال ۱۹۰۰ «نیکلاتسلا» (Nikola Tesla) مخترع آمریکایی که در یوگسلاوی متولد شده بود، درخصوص این که می¬توان به وسیله امواج رادیویی، اجسام متحرک مانند کشتی را کشف کرده و موقعیت آن را تعیین کرد مطالبی را بیان کرده بود. همچنین وقتی از رابرت واتسون- وات (Robert Watson – Watt) مخترع رادار در انگلستان که مشغول انجام تحقیقات بر روی موضوع بوده، در خصوص احتمال وجود تشعشعات مرگبار (Death Ray) به صورت امواج رادیویی بسیار قوی به عنوان یک وسیله دفاعی برعلیه حملات هوایی دشمن سوال می شود، او پاسخ می¬دهد که گرچه این امر به طور کلی عملی نیست، اما استفاده از امواج رادیویی برای کشف یک هواپیما خیلی پیش از این که دیده شده یا صدایش شنیده شود کاری عملی و امکان پذیر خواهد بود. فعالیتهای دو دانشمند آمریکایی به نامهای تیلور (Taylor) و یانگ (Young) که در لابراتوارهای تحقیقاتی نیروی دریایی آمریکا در واشنگتن کار می¬کردند، نیز منجر به این شد که می¬توان دستگاهی ساخت تا به وسیله امواج انتشاری و بازتاب آن، موجودیت اجسامی را که حتی در پناه دود، تاریکی و هوای مه¬آلود قرار گرفته باشند کشف و آشکار کرد.
در دهه¬ی ۱۹۳۰ به علت نیاز ضروری برای کشف و تعیین موقعیت هواپیماهای دشمن در شب یا در هوای ابری، تحقیقات پیرامون کشف به وسیله امواج رادیویی (شکف رادیویی) در چندین کشور توجه بیشتری را به خود معطوف داشت. این تحقیقات به طور عموم تحت نظارت ارتش و به طور سرّی انجام می گرفت. در انگلستان فعالیت در جهت ایجاد سیستم راداری، در سال ۱۹۳۴ با کار گروهی دانشمندان آغاز شد و اولین سیستم راداری آزمایشی که به وسیله¬ی آقای واتسون پیشنهاد شده بود، در اواخر بهار سال ۱۹۳۵ در سواحل شرقی انگلستان نصب شد. در شروع جنگ جهانی دوم ایستگاههای رادار برای اعلام وقوع حملات هوایی ایجاد و عملیاتی شدند. اگر چه اکثر قدرتهای بزرگ اساس کار رادار را قبل از شروع جنگ کشف کرده بودند و تلاش وافری نیز در جهت توسعه آن برای کاربردهای نظامی انجام داده بودند، اما سیستم دفاعی انگلستان در سال ۱۹۳۹ احتمالاً پیشرفته ترین نوع به حساب می¬آمد.
در اوایل سال ۱۹۴۰ دانشمندان انگلیسی موفق به طراحی و ساخت دستگاهی به نام مگنترون (Magnetron) شدند که با به¬کارگیری آن درسیستم رادار امکان تولید فرستنده-های راداری با قدرت زیاد میسرشد. این اختراع پیدایش رادارهای مایکروویوی (Microwave Radar) را برای اولین بار عملی کرد و در حقیقت تاریخ پیدایش رادار مدرن را می¬توان از تاریخ طراحی و ساخت دستگاه مگنترون دانست.
هر چند که در سالهای قبل از جنگ جهانی دوم، کشورها کارهای تحقیقاتی خود را بر روی موضوع رادار به طور مستقل دنبال می¬کردند، اما در اواخر سال ۱۹۴۰ پس از ورود آمریکا به جنگ، انگلستان و آمریکا به طور مشترک فعالیتهای خود را ادامه دادند. در طول سالهای جنگ، کارهای تحقیقاتی بر روی رادار به صورتی گسترده ادامه داشت و به طور عمده بر مدرنتر کردن رادار متمرکز بود؛ به همین علت می¬بینیم که در انگلستان آمار نفراتی که بر روی سیستم رادار فعالیتهای تحقیقاتی می کردند، از ۴۰ نفر در سال ۱۹۴۱ به ۴۰۰۰ نفر در سال ۱۹۴۵ می رسد و این روند در سایر کشورها نیز مشهود بود.
استفاده موثر و موفقیت آمیز از سیستم رادار در انگلستان در طول جنگ جهانی دوم به منظور مقابله با حملات هوایی دشمن، بروشنی کاربرد موثر رادار را در ماموریت اصلی آن که نقش نظامی یعنی کشف و تعیین موقعیت هواپیماها در فواصل دور و تحت شرایط نامناسب جوی بود، نشان داد. در این مدت از رادار در کاربردهای مختف آن، از جمله کشف و تعیین موقعیت شناورهای نظامی در پهنه¬ی دریاها نهایت بهره برداری به عمل آمد.
توسعه¬ی رادار پس از پایان جنگ جهانی دوم همچنان ادامه داشت. بسیاری از کاربردهای غیرنظامی رادار در اثر توسعه ی مصارف نظامی پدید آمد. رادارهای ناوبری برای کشتیها و هواپیماها، رادار کنترل ترافیک هوایی، رادارهای تعیین ارتفاع، رادارهای هواشناسی، رادار کنترل سرعت اتومبیلها برای پلیس و… از جمله ی این موارد هستند. بلافاصله پس از پایان جنگ جهانی دوم چندین کارخانه سازنده رادار در آمریکا و انگلستان سیستمهای راداری ساده¬ای را معرفی و ارائه کردند که برای ناوبری ساحلی مناسب بود. این شروعی بود برای آن که در ادامه بهترین، توسعه یافته¬ترین و مدرن ترین دستگاههای راداری ساخته و به جهانیان عرضه شود. این روند با سرعت در راستای توسعه دستگاه رادار که امروزه نه تنها به عنوان یک وسیله کمک ناوبری بر روی شناورهای نظامی و تجارتی کاربرد دارد بلکه در تمامی زمینه ها به طور وسیع مورد استفاده قرار می¬گیرد، کماکان ادامه دارد.

۲-۱- شناخت و تعریف رادار
واژه رادار (RADAR) که اولین بار در سال ۱۹۴۱ به وسیله نیروی دریایی آمریکا مورد استفاده قرار گرفت، از اولین حروف (ACRONYM) کلمات (Radio Detection and Ranging) به معنی آشکار سازی و تعیین فاصله رادیویی تشکیل یافته است. استفاده موثر از رادار در آشکارسازی (کشف)، تعیین موقعیت و مسافت براساس اندازه¬گیری زمان انرژی منتشر شده از رادار و انعکاس (بازتاب) آن پس از برخورد به هدف است.
در یک سیستم رادار، یک آنتن که بسرعت می چرخد پرتوی از امواج الکترومغناطیسی را شامل پالسهای کوتاه از انرژی زیاد امواج رادیویی، به خارج از کشتی و در تمام جهات منتشر می¬کند. هرگونه هدف یا مانعی نظیر خشکی یا سایر کشتیها که د معرض انرژی این امواج قرار گیرند، بخش کوچکی از این انرژی را برگشت می¬دهند. این امواج بازتاب شده به خود آنتن فرستنده که در این حالت به عنوان آنتن گیرنده عمل می¬کند، می¬رسد. پژواک به دست آمده از هدفها که پس از پروسه کردن سیگنالهای برگشتی و بازتاب شده که بسیار ضعیف هم هستند پدید می¬آید، برای بهره برداری بر روی صفحات نشان¬دهنده رادار به نمایش درمی¬آید.

۳-۱- اساس کار رادار
اصلی که رادار برمبنای آن کار می کند، در عمل شبیه به اصل انعکاس صدا است. پدیده انعکاس امواج صوتی یک پدیده شناخته شده است. برای مثال، هرگاه شخصی در یک روز مه¬آلود در رودخانه یا دریاچه مشغول قایق سواری باشد و بداند که در مقابل خود ارتفاعات و موانعی وجود دارند، می¬تواند برای تعیین موقعیت این موانع که به لحاظ شرایط جوی موجود قابل رویت نیستند، دستهای خود را به طور بوقی شکل در جلوی دهان گرفته با صدای بلند فریاد بزند و شروع به شمردن ثانیه ها (زمان) کند تا انعکاس صدای خود را بشنود. پس از مشخص شدن زمان رفت و برگشت صوت (صدای فریاد) و با استفاده از سرعت صوت که در حدود ۳۴۰ متر بر ثانیه (۱۱۰۰ پا در ثانیه) است، شخص می¬تواند محاسبه کند که امواج صوتی او چه فاصله¬ای را طی کرده است (مسیر رفت و برگشت). نصف رقم به دست آمده، فاصله قایق تا مانع خواهد بود.
رادار به طور دقیق بر مبنای اصل ذکر شده در بالا عمل می¬کند، با این تفاوت که به جای امواج صوتی از امواج رادیویی استفاده می¬کند. اکواج رادیویی با سرعتی معادل ۳۰۰۰۰۰ کیلومتر بر ثانیه (۱۸۶۰۰۰ مایل بر ثانیه) که به مراتب بیشتر از سرعت امواج صوتی است، حرکت می¬کند و از این¬رو قادر است فواصل بسیاری را از نظر وجود موانع مورد بررسی قرار دهد.
در شکل ۱-۱ بلوک دیاگرام یک رادار ابتدایی نشان داده شده است. وقتی فرستنده به وسیله سیگنالی که مشخص¬کننده شروع زمان است تریکر (Trigger) شود، تولید پالسهای خیلی کوتاه امواج رادیویی می¬کند و این امواج از طریق آنتن به صورت پرتو باریکی انتشار می¬یابد. دوپلکسور (Duplexer) به مشابه یک کلیدی است که بموقع آنتن را بنا بر مورد به فرستنده یا گیرنده وصل می¬کند، بنابراین زمانی که فرستنده تولید پالس می¬کند، آنتن به فرستنده وصل است. آنتن که به صورت از پیش تعیین شده¬ای (از نظر سرعت و نحوه چرخش) می¬چرخد و معمولاً از نوع جهتی است، پالس تولید شده را در سمتی که در هر لحظه به خود می¬گیرد منتشر می¬سازد. سرعت چرخش آنتن آن قدر که زیاد باشد، در مقایسه با زمانی که طول می¬کشد پالسها از هدف یا هدفها به آنتن برگردند خیلی کم است. وقتی پالسهای ارسال شده با یک شیء مثلاً یک کشتی دیگر برخورد کند و قسمتی از انرژی امواج رادیویی ارسالی به وسیله ی سطح کشتی که در کلیه جهات ازجمله به طرف خود کشتی ارسال¬کننده¬ی امواج منعکس می¬شود، به آنتن سیستم رادار که در این شرایط به گیرنده وصل شده است برسد، آنتن هنوز در همان جهتی است که امواج را ارسال کرده بود، از این رو بازتاب امواج براحتی به وسیله¬ی آنتن دریافت خواهند شد و جهت آنتن نیز نشانگر جهتی است که مانع یا هدف وجود داشته است

فهرست مطالب
فصل اول: اساس کار رادار
تاریخچه رادار
شناخت و تعریف رادار
اساس کار رادار
انعکاس امواج
شکل موج رادار
فرکانس تکرار پالس
زمان تکرار پالس
عرض پالس
زمان استراحت پالس
فرمول تعیین فاصله هدف
مایل راداری
تعیین فاصله به وسیله رادار
خطای محاسبه فاصله و سمت
 فصل دوم: عوامل موثر در عملکرد رادار
عوامل موثر در عملکرد رادار
شرایط جوی
ارتفاع هدف نسبت به ارتفاع آنتن
مشخصه های هدف
عوامل موثر در تعیین حداکثر برد رادار
عوامل موثر در تعیین حداقل برد رادار
بازتاب دوبل
معادله رادار
قدرت رادار
سیکل کار رادار
فصل سوم: کاربردهای رادار
انواع مختلف سیستمهای رادار
سیستم رادار پالسی
سیستم رادار داپلریی موج پیوسته
سیستم رادار موج پیوسته با مدولاسیون فرکانس
سیستم رادار موج پیوسته با مدولاسیون پالسی
سیستم رادارهای آرایه فازی
مقایسه رادارهای پالسی و رادارهای موج پیوسته یاCW
کاربردهای مختلف سیستم رادار
رادارهای ناوبری
رادارهای جستجوگر
رادارهای مراقبت
رادارهای ردگیری یا کنترل آتش
رادارهای ارتفاع یاب
رادارهای بیکن
 فصل چهارم: اجزای سیستم رادار
بلوک دیاگرام سیستم رادار
فرستنده رادار
گیرنده رادار
آنتن رادار
نشان دهنده رادار
کاربری سیستم رادار
نحوه روشن کردن رادار
ایمنی
فهرست منابع و مآخذ

فهرست شکلها
شکل صفحه
شکل ۱-۱- بلوک دیاگرام یک رادار ابتدایی ۷
شکل ۲-۱- انتشار امواج رادیویی و بازتاب آن ۷
شکل ۳-۱- نحوه¬ی انعکاس امواج از سطوح منعکس¬کننده موانع ۹
شکل ۴-۱- اسپکتروم امواج الکترومغناطیس ۱۰
شکل ۵-۱- نمونه یک پالس رادار ۱۱
شکل ۶-۱- مفهوم زمان تکرار پالس ۱۲
شکل ۷-۱- مفهوم عرض پالس و زمان استراحت پالس ۱۳
شکل ۸-۱- زمان رفت و برگشت ۱۵
شکل ۹-۱- تعیین فاصله به وسیله رادار ۱۶
شکل ۱-۲- انعکاس در تمام جهات ۲۳
شکل ۲-۲- انعکاس از سطح ناهموار ۲۴
شکل ۳-۲- پالس رادار ۲۵
شکل ۴-۲- حداکثر فاصله واضح ۲۶
شکل ۵-۲- حداقل فاصله رادار ۲۸
شکل ۶-۲- بازتاب ثانویه ۲۹
شکل ۷-۲- توان قله (PEAL POWER) و توان متوسط ۳۲
شکل ۸-۲- ۳۴
شکل ۱-۳- یک رادار C.W. داپلر ساده ۳۷
شکل ۲-۳- یک رادار C.W. داپلر با دو آنتن مجزا ۳۸
شکل ۳-۳- تصویری از یک رادار ناوبری ۴۴
شکل ۴-۳- یک نوع رادار جستجوگر و ناوبری سطحی ۴۵
شکل ۵-۳- یک نوع رادار جستجوگر و ردیاب هوایی ۴۶
شکل ۶-۳- یک نوع رادار مراقبت سطحی و هوایی ۴۷
شکل ۷-۳- یک نوع رادار مراقبت هوایی برد زیاد ۴۷
شکل ۸-۳- نمایی از آنتن یک رادار کنترل ترافیک هوایی ۴۸
شکل ۹-۳- نمایی از اتاق رادار برج کنترل ترافی فرودگاه ۴۸
شکل ۱۰-۳- یک نوع رادار کنترل آتش دریایی ۵۰
شکل ۱۱-۳- یک نوع رادار ارتفاع یاب ۵۱
شکل ۱۲-۳- تعیین ارتفاع به وسیله رادار ۵۱
شکل ۱-۴- بلوک دیاگرام یک سیستم رادار پالسی ۵۵
شکل ۲-۴- بلوک دیاگرام یک فرستنده رادار ۵۷
شکل ۳-۴- بلوک دیاگرام یک گیرنده رادار ۵۸
شکل ۴-۴- فرم تشعشعی یک آنتن جهت¬دار ۵۹
شکل ۵-۴- موج برهای با مقطع دایره¬ای و مستطیلی ۶۰
شکل ۶-۴- تصویری از یک سیستم رادار ۶۱

فهرست منابع و مآخذ مقاله
۱- اصول تئوری رادیو، رادار و آنتن؛ نشریه آموزشی ۱-۳-۱۵۷۵؛ فرماندهی آموزشهای هوایی نیروی هوایی ارتش جمهوری اسلامی ایران؛ تهران؛ ۱۳۶۵٫
۲- تکنسین رادار و جنگهای الکترونیکی؛ نشریه آموزشی؛ فرماندهی آموزش تخصصهای دریایی نیروی دریایی ارتش جمهوری اسلامی ایران؛ انزلی؛ ۱۳۶۳٫
۳- سلطانی، جواد؛ ناوبری الکترونیک و رادار؛ ژی جی سونن برگ؛ موسسه آموزشی علوم و فنون دریایی و صیادی کیش؛ تهران؛ ۱۳۷۰٫
۴- دکتر حجت کاشانی، فرخ؛ سیستمهای مخابرات الکترونیکی؛ (جلد دوم)، جرج کندی؛ انتشارات فنی حسینیان؛ تهران؛ چاپ دوم ۱۳۶۹٫
۵- G.J. Sonnenberg,radar and electronic navigation,sixth edition, butterworths. 1988.

مناسب دانشجویان رشته مهندسی برق و الکترونیک
در قالب word و قابل ویرایش