Bases del radar

                                                                     CAPITULO 10

                                                                     RECEPTORES

1. Introducción.

La misión del receptor radar es detectar las señales de los ecos útiles, en presencia de ruido, interferencias y clutter. Debe separar las señales no deseadas de las deseadas, y amplificar éstas últimas hasta un nivel adecuado en que la información de los blancos pueda ser presentada ante un operador, o utilizada en un procesador automático de datos.

El diseño del receptor depende no solamente del tipo de onda a detectar, sino también de la naturaleza del ruido, interferencias y clutter con los que venga mezclada. 

El clutter es todo eco  no deseado del  propio radar. Sus formas más frecuentes son los ecos de tierra, mar y fenómenos atmosféricos (especialmente lluvia), y cada una de ellas presenta unas características determinadas, por lo que son distintos los métodos utilizados para reducir sus efectos. Estos métodos pueden afectar no solo al receptor si no también a la señal emitida por el transmisor. No se estudian por razones de simplificación, si bien algunos de ellos han sido tratados previamente al estudiar el MTI y la agilidad de frecuencia.

Es preciso hacer notar que un mismo eco puede ser clutter o no, dependiendo del cometido del radar en cuestión. Así por ejemplo, el eco de la costa es deseado en un radar de navegación, pero constituye clutter en un radar de exploración aérea.

Se denomina interferencia a la energía electromagnética radiada por un transmisor ajeno al propio radar, que se introduce en el receptor a través de la antena. Puede ser intencionada (en cuyo caso se llama perturbación) o no, dejando la descripción de los principales circuito; que tienen por objeto minimizar sus efectos para ser estudiados en Guerra Electrónica. 

Como ya se vio en el Capítulo 2, el ruido está siempre presente en el receptor, acompañando a las señales útiles. Por ello debe diseñarse, en lo posible, como un filtro adaptado, con objeto de hacer máxima la relación señal-ruido y con ello optimizar la detección de las señales.

Obviamente debe generar el menor ruido interno posible, especialmente en las etapas de entrada, donde las señales son más débiles; sin embargo, hay que tener en cuenta otras características que también debe tener el receptor: suficiente estabilidad de ganancia (en amplitud y fase), amplío margen dinámico, sintonía estable, robustez v sencillez. También debe estar protegido contra sobrecargas y saturación, y averías causadas por interferencias de transmisores cercanos.

El receptor superheterodino es con mucho el más utilizado debido a buena sensibilidad, alta ganancia, selectividad y fiabilidad. A él nos referiremos; si bien en otros capítulos se han visto distintas configuraciones particulares. En la figura 10.1. se muestra un diagrama de bloques de un receptor radar superheterodino.

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Figura 10.1. Configuración general de un receptor radar superheterodino.

La señal de entrada procede del duplexor el cual permite la utilización de una antena única para transmisión y recepción. El paso de entrada puede ser un amplificador de RF de bajo ruido tal como un  amplificador  paramétrico o un amplificador de bajo ruido (LNA), con objeto de mejorar la sensibilidad del receptor. Sin embargo, en la mayoría de los equipos militares es directamente el mezclador ya que éste puede tener mayor margen dinámico, ser menos susceptible a la sobrecarga y menos vulnerable a las interferencias; aún a costa naturalmente de perder sensibilidad.  En la figura 10.2 se representan, las cifras de ruido, en función de la frecuencia, de los circuitos de entrada típicos en receptores de microondas.

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Figura 10.2. Cifras de ruido de los circuitos de entrada

2. Mezcladores.

El mezclador es un dispositivo no lineal al que se aplican la señal del eco a nivel de RF y una señal de referencia generada en el oscilador local. Esta ultima no debe tener modulación alguna con objeto de no enmascarar la dé1 eco, y debe estar desplazada en frecuencia, con respecto a la primera, una cantidad igual a la frecuencia intermedia (normalmente por encima); de forma que a su salida se tenga, entre otras, una señal  de frecuencia diferencia (precisamente a la FI) cuya modulación es la misma que la del eco de entrada (nivel RF). El resto de las componentes que aparecen a la salida, como en todo circuito no lineal, no serán aceptadas por el amplificador de FI al no entrar dentro de su ancho de banda.

De esta forma se realiza una traslación en frecuencia del espectro de la señal, desde la RF de recepción hasta la FI del receptor.

A las altas frecuencias utilizadas en radar, se utilizan como elementos no lineales, los diodos de punta de contacto de silicio  y los de barrera de schottky, basados en la característica no lineal del contacto metal-semiconductor. A unos y otros se les denomina comúnmente cristales.

Puesto que la señal eco que llega al mezclador es de muy pequeña amplitud, se pretende, en lo posible, eliminar el ruido que inevitablemente acompaña a la señal del oscilador local, ya que el ruido que llega acompañando al eco es imposible eliminarlo. Para ello se utiliza un tipo de mezclador denominado mezclador balanceado.

El mezclador balanceado hace uso generalmente, de una unión híbrida como por ejemplo una T-mágica, tal como se muestra en la figura 10.3.

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Figura 10.3. Mezclador balanceado con T-mágica.

La señal de salida del oscilador local se aplica al brazo H de la T-mágica y la señal de RF se aplica al brazo E.

En la figura 10.4 se muestra la configuración de una T-mágica (o T-híbrida).

Consta de cuatro secciones de guía de ondas rectangular, dos de las cuales (brazos 1 y 2) tienen el eje común y forman la línea principal; los brazos 3 y 4 van fijos a esta línea principal, por lo que el eje del brazo 3 es paralelo al campo E (eléctrico) de la línea principal cuando por este último se propaga el modo TE10; por este motivo se llama  brazo E. Por razón similar, al brazo 4 se le llama brazo H.

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Figura 10.4. T-mágica; a) Configuración general; b) Símbolo

Las propiedades de la T-mágica son tales, que si se aplica una señal de microondas por el brazo E, ésta se divide por igual entre lo brazos 1 y 2, estando ambas señales en oposición de fase y no pasando apenas potencia por el brazo H. Esto se muestra en la figura 10.5.a

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Figura 10.5. Propagación de la señal a través de los brazos de una T-mágica.

Por otro lado, una señal que entra por el brazo H se divide  por igual entre los brazos 1 y 2 y estas señales tienen la misma fase a la salida de ambos brazos; en este caso no sale ninguna señal por el brazo E, como se muestra en la figura 10.5.b

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