SENSOR

อุปกรณ์ตรวจจับ ( SENSOR)
อุปกรณ์ตรวจจับ ทำหน้าที่ค้นหา พิสูจน์ทราบ และติดตามเป้า เป็นได้ทั้งแบบ ACTIVE และ PASSIVE
แบบ ACTIVE : มีการส่งและรับสัญญาณ ( TRANSMIT AND RECEIVE ) ได้แก่อุปกรณ์ดังต่อไปนี้
· RADAR
· SONAR
· ALTIMETER
· ECHO SOUNDER
· LASER RANGE FINDER
แบบ PASSIVE : มีการดักรับสัญญาณที่ส่งมาจากแหล่งกำเนิดเท่านั้น ได้แก่อุปกรณ์ดังต่อไปนี้
· ESM
· INFRA - RED ( IR )
· TV CAMERA
· RADIO RECEIVER
การนำอุปกรณ์ตรวจจับมาใช้งาน
1. ใช้ในการเดินเรือ ( NAVIGATION )
2. ใช้ในการควบคุมการยิง ( FIRE CONTROL )
3. ใช้ในการพิสูจน์ฝ่าย ( IDENTIFICATION )
4. ใช้ในการค้นหาเป้า ( SEARCHING ) บนอากาศ บนบก พื้นน้ำ และใต้น้ำ
5. ใช้ดู และวิเคราะห์ภาพ
6. ใช้วัดระยะทาง ( DISTANCE )
7. ใช้วัดความลึก ( DEPTH )
8. ใช้วัดความสูง ( HEIGHT )
9. ใช้สื่อสารข้อมูล ( COMMUNICATION )
10. ใช้วัดความเร็ว ( SPEED )
11. ใช้ดักจับสัญญาณ
RADAR
RADAR ย่อมาจาก RADIO DETECTION AND RANGING ใช้ในการค้นหาเป้าเพื่อให้ได้ข้อมูลเกี่ยวกับเป้า ได้แก่ ทิศทาง
( BEARING ) ระยะ ( RANGE ) และความสูง ( HEIGHT )
การทำงาน
ใช้การส่งคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า ( ELECTROMAGNETIC WAVES ) ไปในอากาศแล้วคอยดักรับคลื่นที่สะท้อนกลับมา ( ECHO )
เข้ายังเครื่องรับ (RECEIVER ) เพื่อทำการแยกแยะและถ่ายทอดออกมาเป็นสัญญาณภาพ แสดงบนอุปกรณ์แสดงภาพ ( DISPLAY )
ในการแสดงภาพบนจอ จะมีความสัมพันธ์กับการหมุนของสายอากาศ ( ANTENNA ) และตรงกับตำแหน่งจริงของเป้า
ในกรณีเป็นเรดาร์ควบคุมการยิง ( RADAR FIRE CONTROL ) นอกจากค้นหาเป้าได้แล้วต้องทำการติดตามเป้าด้วย เพื่อให้ได้
ข้อมูลเป้า ( TARGET DATA ) อย่างต่อเนื่อง ส่งให้กับคอมพิวเตอร์ทำการคำนวณเพื่อกำหนดข้อมูลการยิง ( FIRING DATA )
ส่งให้กับอาวุธต่อไป

การแบ่งประเภทของเรดาร์ตามการใช้งาน แบ่งได้เป็น 2 ประเภท ได้แก่
1. เรดาร์ค้นหา หรือตรวจการณ์ ( SURVEILLANCE RADAR )
2. เรดาร์ติดตาม ( TRACKING RADAR )
เรดาร์แบ่งได้เป็น 2 ระบบ ตามลักษณะของคลื่น ได้แก่
1. PULSE RADAR : โดยการส่งคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าเป็นห้วงคลื่น แล้วหยุดดักรับสัญญาณสะท้อนกลับ เป็นจังหวะไป
สามารถใช้สายอากาศร่วมกันได้ทั้งส่งและรับ
2. CW RADAR : โดยการส่งคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าอย่างต่อเนื่อง ไม่สามารถวัดระยะทางของเป้าได้ ใช้สายอากาศแยกกัน
ระหว่างส่งและรับ ใช้ได้ดีกับเป้าที่เคลื่อนที่เร็ว

FIG 1. BASIC PULSE RADAR

TIMER หรือ SYNC : กำหนดการ ON / OFF ของ RF PULSE
TRANSMITTER : ผลิต HIGH POWER RF PULSE โดยใช้หลอด MAGNETRON
DUPLEXER : ต่อสายอากาศเข้ากับเครื่องส่งขณะส่ง และต่อสายอากาศเข้ากับเครื่องรับขณะรับ
ANTENNA : แพร่สะพัดคลื่น RF ขณะส่ง และรับ ECHO จากเป้า
MIXER : ผสมสัญญาณระหว่าง RF ECHO กับ LOCAL OSC. ให้ได้ความถี่ปานกลาง ( IF )
LOCAL OSC. : ผลิตความถี่ CW ให้สูงกว่าหรือต่ำกว่าความถี่ส่งออกเท่ากับ IF
IF AMPLIFIER : ขยายความถี่ปานกลาง
2ND DETECTOR : ถอด RF CARRIER ออก ให้เหลือแต่กรอบซองซึ่งเป็น VIDEO SIGNAL
VIDEO AMP. : ขยายสัญญาณภาพให้แรงขึ้น
DISPLAY : แสดงภาพ


FIG 2. BASIC CW RADAR
CW RADAR
-- ส่งคลื่น RF แบบต่อเนื่อง
-- สายอากาศแยกกันระหว่างส่งและรับ
-- CW RADAR ที่มีความถี่คงที่ ใช้กับการวัดความเร็วของเป้า หรือสัญญาณป้องกันขโมย
-- FM CW RADAR สามารถใช้วัดระยะทาง และความสูงของเป้าได้

RADAR DISPLAYS
ใช้ในการแสดงผลข้อมูลเกี่ยวกับเป้าที่กำลังค้นหา หรือทำการติดตามอยู่ RADAR DISPLAYS มีอยู่หลายแบบ ซึ่งแต่ละแบบ
จะให้ข้อมูลแตกต่างกันไป ในการประยุกต์ใช้ขึ้นอยู่กับภารกิจของเรดาร์นั้นๆ
แบบ PPI ( PLAN POSITION INDICATOR ) : ให้ข้อมูลระยะ และ ทิศทางของเป้า มีการกวาดสัมพันธ์กับการหมุนของ
สายอากาศ นอกจากนั้นยังแสดงเข็มหัวเรือเรา ( OWN COURSE )ได้ด้วย การแสดงแบบ PPI ใช้กับ NAVIGATION
RADAR , SURVEILLANCE RADAR และ FIRE CONTROL RADAR เป็นต้น
แบบ A : ใช้แสดงผลการติดตามเป้าให้ข้อมูล ระยะ และ ความแรงของเป้า ( TARGET RANGE AND AMPLITUDE )
แบบ B : ใช้แสดงผลการติดตามเป้าให้ข้อมูล ระยะ และ ทิศทางของเป้าโดยคิดจากจุดศูนย์กลางของ TRACKING GATE
แบบ E : ใช้แสดงผลการติดตามเป้าให้ข้อมูล ระยะ และความสูงของเป้า ( RANGE - HEIGHT INDICATION )
เรดาร์ควบคุมการยิง ( FIRE CONTROL RADAR )


FIG 3. FIRE CONTROL RADAR

คุณสมบัติของเรดาร์ควบคุมการยิง
-- ประกอบด้วยเรดาร์ค้นหาและเรดาร์ติดตามเป้า
-- มีการแสดงผลแบบ PPI แบบ A - SCOPE และแบบ B - SCOPE
-- ใช้ COMPUTER ควบคุมการติดตามเป้าร่วมกับเรดาร์ และคำนวณมุมดักหน้าเพื่อส่งให้กับอาวุธ
-- มีวงจรต่อต้านการรบกวนทางคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า เพื่อให้การติดตามเป้าเป็นไปอย่างต่อเนื่อง
-- ใช้ความถี่สูง , NARROW BEAMWIDTH , NARROW PULSEWIDTH , PRF สูง

การติดตามเป้า ( TARGET TRACKING )
1. การติดตามเป้าอากาศยาน (AIR TARGET TRACKING ) ใช้หลักการของ MONOPULSE TRACKING ควบคุมให้ TRACK
ANTENNA ชี้ตรงเป้าตลอดเวลา และควบคุมให้ RANGE GATE อยู่ตรงกลางเป้าตลอดเวลาด้วย
2. การติดตามเป้าพื้นน้ำ ( SURFACE TARGET TRACKING ) ใช้หลักการของการติดตามเป้าขณะกวาด ( TRACK WHILE SCAN )
หรือ PPI AUTOFOLLOW โดย COMPUTER กำหนด TRACK GATE ตรงตำแหน่งของเป้าที่ต้องการติดตาม เรดาร์ส่งข้อมูล
เป้าใน TRACK GATE ให้ COMPUTER เพื่อทำการเลื่อนตำแหน่ง TRACK GATE ให้ CENTER ของ TRACK GATE ทับยัง
จุดตรงกลางของเป้า จะทำเช่นนี้ในทุกๆรอบการหมุนของ SEARCH ANTENNA


FIG 4. TRACK WHILE SCAN

SUPERHETERODYNE RADAR

7. SUPERHETERODYNE RADAR
7.1 บทนำ
สัญญาณที่เรดาร์รับเข้ามาได้นั้นจะต้องผ่านกระบวนการต่าง ๆ ก่อนที่จะนำไปแสดงบนจอเรดาร์หรือจอภาพ การขยายหรือการจัดการกับสัญญาณที่มีความถี่สูงค่อนข้างจะยุ่งยากพอสมควร โดยเฉพาะอย่างยิ่งถ้าเครื่องส่งทำงานอยู่ในย่านความถี่กว้าง ๆ ด้วยแล้วยิ่งมีปัญหามาก แต่ก็แก้ปัญหาลงไปได้บ้างโดยการลดทอนความถี่ของสัญญาณที่รับเข้ามาให้เหลือน้อยลงที่ความถี่คงที่อันหนึ่ง ความถี่นี้เรียกว่า INTERMEDIATE FERQUENCY หรือ IF นั่นเอง
ความถี่ IF จะมีข้อได้เปรียบดังนี้
- เมื่อเทียบแถบกว้าง (BAND WIDTH) ของเครื่องรับที่แคบกับกว้างแล้วจะเห็นว่าแถบกว้างแคบ ๆ จะมีความคมดีกว่าและจะลดความไวในการรับสิ่งรบกวนเข้ามาด้วย
- ถ้าใช้ความถี่ IF ต่ำ ๆ ก็ง่ายต่อการขยายและการจัดการ
7.2 การออกแบบวงจรแบบง่าย
เมื่อต้องการความถี่ IF คงที่ค่าหนึ่งแล้วจะต้องมีวงจรกลอกตัว (OSCILLATOR) วงจรหนึ่งในเครื่องรับวงจรนี้เรียกว่า LOCAL OSCILLATOR = LO ให้ดูในรูปที่ 7-1 ซึ่งใช้แสดงบล๊อกไดอะแกรมของเครื่องรับแบบ SUPERHETRODYNE สัญญาณที่รับเข้ามา fecho จะมีความถี่เดียวกับพัลส์ของเครื่องส่ง (ในกรณีอื่น ๆ ให้ดูในเรื่อง DOPPLER EFFECT) LO ปรับความถี่ได้ด้วยวงจรควบคุมความถี่อัตโนมัติ AFC (AUTOMATIC FERQUENCY CONTROL) วงจร AFC นี้จะรู้ว่าความถี่ของเครื่องส่งมีค่าเท่าใดจากนั้นมันจะปรับความถี่ของ LO ให้ได้ความถี่ IF ดังนี้
fLO = fTX - fIF
หรือ fLO = fTX + fIF
นั่นก็คือความถี่ของ fLO อาจจะสูงหรือต่ำกว่าความถี่เครื่องส่งก็ได้ แต่ปกติแล้วเราจะให้ความถี่ fLO ต่ำกว่าความถี่เครื่องส่ง fTX เพราะฉะนั้น fLO = fTX - fIF
LO จะจ่ายความถี่ fLO ออกไปอย่างต่อเนื่องตลอดเวลาให้กับวงจร MIXER เพราะไม่รู้เมื่อใดจะมีคลื่นสะท้อนกลับมาถึง MIXER ในช่วงเวลารับ เมื่อคลื่นสะท้อนกลับเข้ามายัง MIXER แล้ว ทางออกของ MIXER จะประกอบไปด้วยความถี่ต่าง ๆ อีกหลายความถี่นั้นเช่น fecho - fLO , ffecho + fLO , 2fecho - fLO , 2fecho - 2fLO และอื่น ๆ
เนื่องจากวงจรขยาย IF มีความคมในย่านหนึ่ง เพราะฉะนั้นจะมีความถี่ดังกล่าวมาแล้วเพียงความถี่เดียวที่สามารถผ่านเข้าไปยังวงจรขยาย IF ได้ ซึ่งในที่นี้เราจะยอมให้ความถี่ fecho - fLO ผ่านได้ เนื่องจาก fecho = fTX และ fLO = fTX - fIF เมื่อแทนค่าต่าง ๆ เหล่านั้นแล้วจะได้ fTX - fTX + fIF = fIF ดังแสดงในรูปที่ 7-2
สัญญาณ IF จะเกิดหรือมีได้ก็ต่อเมื่อได้รับสัญญาณที่สะท้อนกลับมาเท่านั้น
fIF = fECHO - fLO
fECHO = fTX
fLO = fTX - fIF




รูปที่ 7-1 บล็อกไดอะแกรมเครื่องรับ SUPERHETRODYNE




รูปที่ 7-2 การผสมความถี่
รูปที่ 7-3 ความถี่เงา (IMAGE FREQUENCY)

การผสมความถี่ของวงจร MIXER นี้จะมีข้อเสียเปรียบหรือไม่ค่อยดีคือ ทางออกของมันจะไม่มีเพียงแต่สัญญาณ IF อันเนื่องมาจาก fECHO - fLO เท่านั้นแต่จะมีสัญญาณอีกอันหนึ่งซึ่งเกิดจาก fLO - (fLO- fIF) ซึ่งเรียกสัญญาณความถี่อันนี้ว่า "ความถี่เงา" (IMAGE FREQUENCY) ดังแสดงในรูปที่ 7-3 ปกติแล้วสัญญาณ IMAGE FREQUENCY นี้จะมีสิ่งรบกวนหรือ NOISE มากและจะรวมกันเป็นสัญญาณ IF เพราะฉะนั้นมันจะลดความต้านทานต่อสิ่งรบกวนลงหรือเพิ่มความไวในการรับสิ่งรบกวนเข้ามานั่นเอง เพื่อลบล้างสัญญาณความถี่เงา IMAGE FREQUENCY นี้จำเป็นต้องออกแบบวงจร MIXER ใหม่ เพื่อให้ลดทอนสัญญาณนี้ลงไปหรือบางแบบก็ให้ตัดทิ้งไปได้เลย
7.3 การเลือกใช้ความถี่ IF
ดังได้กล่าวมาแล้วในบทที่ 3 หัวข้อ 3 ว่าพัลส์ของเครื่องส่งจะต้องมีรูปคลื่นไซด์เพียงพอที่จะนำมาช่วยในการรับสัญญาณสะท้อนกลับได้ พัลส์เครื่องส่งแคบ ๆ จะต้องใช้ความถี่ของเครื่องส่ง fIF สูงกว่าการใช้พัลส์เครื่องส่งกว้าง ๆ หรือใช้ความถี่ IF ให้สูงขึ้น
ตัวอย่าง
fTX = 10 GHz , fIF = 30 MHz , PULSE WIDTH = 1 msec = T
จำนวน ECHO (N) = T. fTX PERIOD (CYCLE)
= 10-6 x 1010 PERIOD (1 msec=10-6 sec, 10 GHz=1010 Hz)
= 104 PERIOD
... IF (N) = T. fIF PERIOD
= 10-6 x 30 x 106 PERIOD (1 msecC=10-6 sec, 30MHz=30x106Hz)
= 30 PERIOD
จำนวนIF ที่มีจำนวน 30 PERIOD นี้จะเพียงพอที่จำสัญญาณ IF ได้ ถ้า PULSE WIDTH กว้าง 0.01 msec แล้วจำนวน IF(N)=0.01x10-6x 30 x 106= 0.3 PERIOD เท่านั้นซึ่งจะไม่พอเพียงที่สามารถจำสัญญาณ IF ได้ เพื่อที่จะให้จำสัญญาณ IF ได้จะต้องใช้ความถี่ IF ให้สูงขึ้น ความถี่ IF ที่ใช้กันมากที่สุดในขณะนี้คือ 30 MHz และ 60 MHz ผลจากการผสมความถี่ได้แสดงให้เป็นสเปกตรัมในรูปที่ 7-4 ความถี่ LO แสดงเป็นเส้นตรงเพราะว่าเป็นคลื่น CW สเปกตรัมของ ECHO ก็คือระดับของสัญญาณ IF





รูปที่ 7-4 สเปกตรัมความถี่และการผสมความถี่

7.4 แถบกว้างของวงจรขยายความถี่ IF
ขนาดความกว้างของวงจรขยาย IF(B)จะมีผลต่อระดับสัญญาณรบกวน (NOISE) ที่ทางออกของวงจร แต่การเลือกค่า B เพื่อที่จะให้ได้ทางออกของ S/N ดีที่สุด มีสูตรดังนี้
B x T = µ
เมื่อ B = แถบกว้างของวงจรขยาย IF เมื่อคิดจาก 3 dB
T = ความกว้างของพัลส์
µ = ค่าแถบกว้างที่ดีที่สุด
ค่าแถบกว้างของวงจรขยาย IF ที่คิดว่าดีที่สุดนี้ก็ขึ้นอยู่กับวงจร DETECTOR ที่ใช้เหมือนกัน ตัวอย่างเช่น ถ้าใช้วงจร AUTODETECTOR แล้ว ค่าสูงสุดของสัญญาณทางออกจะมีความสำคัญมากในการที่จะได้เป้าออกมายิ่งถ้าต้องการเอาสัญญาณที่ได้ไปแสดงที่จอเรดาร์ด้วยแล้วกำลังงานของพัลส์ที่ได้ก็ต้องมีความสำคัญเพื่อให้แสดงภาพได้ สำหรับวงจร AUTODETECTOR B x T ควรมีค่าประมาณ 0.8 จากการทดสอบการมองภาพบนจอด้วยตาแล้ว ค่า B x T ควรเป็นค่า 1.2 ซึ่งจะให้มองภาพบนจอได้ดีที่สุด ในรูปที่ 7-5 ได้แสดงแถบกว้างของวงจรขยาย IF เมื่อเทียบกับสเปกตรัมความถี่และยังแสดงถึงความสัมพันธ์ระหว่างแถบกว้างของวงจรขยาย IF กับแถบกว้างของ VIDEO อีกด้วย VIDEO นี้ก็คือสัญญาณ IF ที่ค้นหาได้นั่นเอง
- PULSE WIDTH T = 0.5 msec. , IF BANDWIDTH B = 1.2 /T = (1.2 / (0.5 x 10-6 ) ) = 2.4 MHz
VIDEO BANDWIDTH = 1/2 B = 1.2 MHz
- PULSE WIDTH T = 30 msec ,IF BANDWIDTH B = (1.2 / (30 x 10-6 )) = 40 KHz
- PULSE WIDTH T = 0.01 msec ,IF BANDWIDTH B = (1.2 / (0.01) x 10-6 )) = 120 MHz
ในตัวอย่างสุดท้ายนี้ ถ้าความกว้างของพัลส์ยิ่งแคบจะต้องใช้ความถี่ IF สูงขึ้น




รูปที่ 7-5 แถบกว้าง (BAND WIDTH) ของวงจรขยาย

ความถี่สูงสุดของ VIDEO คือ fVIDEO MAX = 1/2 1/2BIF
ฉะนั้นความชัน SLOPE ของสัญญาณ VIDEO ที่ชันที่สุดควรจะเท่ากับ SLOPE ของรูปคลื่นไซน์ที่มีความถี่สูงสุด ดังแสดงในรูปที่ 7-6


รูปที่ 7-6 ผลกระทบของสัญญาณ VIDEO ต่อแถบกว้างของวงจรขยาย

รูปคลื่นไซน์ตามเส้นประมีความถี่ FVEDIO MAX = 1/ Tmin
ในรูปที่มีขอบหน้าของพัลส์ชันที่สุด (จุด ๆ) ในทางเข้าจะให้ผลออกมาในทางออกของวงจรขยาย IF เพียงครึ่งหนึ่งของคลื่นไซน์(เส้นทึบคู่)อีกครึ่งหนึ่งของ TMIN (1/2 TMIN) จะล้าหลังสัญญาณทางเข้าไป ขอบหลังที่ชันที่สุดของพัลส์ทางเข้าจะปรากฎที่ทางออกได้แสดงให้เห็นเป็นเส้นทึบเส้นเดี่ยวในรูปซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของคลื่นไซน์ หรือจะกล่าวได้ว่าถ้าสัญญาณทางเข้าเป็นรูปคลื่นสี่เหลี่ยมแล้วสัญญาณทางออกของวงจรขยาย IF จะเป็นรูปคลื่นสามเหลี่ยมและจะมีความกว้างเป็นสองเท่า ดังแสดงในรูปที่ 7-7
ในหัวข้อ 4.2 ของบทที่ 3 ได้กล่าวถึงผลที่เกิดขึ้นเกี่ยวกับเรื่องนี้แล้ว ในรูปต่อไปจะแสดงให้เห็นถึงผลที่เกิดขึ้น


รูปที่ 7-7 การขยายตัวของสัญญาณ VIDEO


รูปที่ 7-8

ELECTROMAGNETIC

คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า
1. โครงสร้างของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า
ถ้าเป็นคลื่นความถี่ต่ำ ๆ เราจะใช้คำว่า กำลังดัน (VOLTAGE) และกระแสไฟ (CURRENT) แต่ถ้าคลื่นที่มีความถี่สูงมาก ๆ จะใช้คำเหล่านี้แทนคือ
- สนามไฟฟ้า E (ELECTRIC FIELD E) แทนกำลังดัน
- สนามแม่เหล็ก H (MAGNETIC FIELD H) แทนกระแสไฟ
เมื่อมีกำลังดันก็จะมีกระแสไหล เช่นเดียวกับสนามไฟฟ้า E และสนามแม่เหล็ก H จะรวมตัวกันเป็นคลื่น


EM (ELECTROMAGNETIC) ในรูปที่ 2-1 ตัวนำสองเส้นมีความต่างศักย์กันดังนั้นจึงเกิดสนามไฟฟ้าขึ้นระหว่างตัวนำทั้งสอง เส้นทึบที่เขียนในรูปแสดงเป็นรูปร่างของสนามไฟฟ้า เมื่อมีกระแสไหลผ่านตัวนำก็จะเกิดสนามแม่เหล็กขึ้นรอบตัวนำนั้น ๆ สนามแม่เหล็กและสนามไฟฟ้าจะตั้งฉากซึ่งกันและกัน

รูปที่ 2-1

เนื่องจากเกิดความต่างเฟสกัน 90 ํ ระหว่างทิศทางของสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็กจึงใช้เวกเตอร์เขียนแทนดังแสดงในรูปที่ 2-2 เส้นเวกเตอร์จะใช้แทนสนามทั้งสอง จุดที่เริ่มต้นคือจุดที่เส้นเวกเตอร์ทั้งสองอยู่จุดเดียวกันที่ปลายเส้นเวกเตอร์จะมีลูกศรเพื่อชี้ทิศทางความยาวของเส้นเวกเตอร์ก็จะแทนขนาดของแรงหรือสนามของแต่ละอัน




รูปที่ 2-2

ฐานที่เส้น E เวกเตอร์ตั้งอยู่นั้นเรียกว่าทิศทางของการ POLARISATION ทิศที่ว่าในที่นี้ก็คือ พื้นโลกซึ่งหมายถึงฐานในแนวนอนนั่นเอง ดูรูปที่ 2-3




รูปที่ 2-3

สนามแม่เหล็กไฟฟ้าสามารถแพร่ไปได้ในลักษณะดังต่อไปนี้ :
ก. ตั้งฉากกับสนามไฟฟ้า E และสนามแม่เหล็ก H คลื่นนี้เรียกว่าคลื่น TEM TEM ย่อมาจากคำว่า TRANSVERSE ELECTROMAGNETIC (คำว่า TRANSVERSE ก็คือสนามไฟฟ้า E และสนามแม่เหล็ก H ตั้งฉากกับทิศทางการแพร่คลื่น)
ตัวอย่างการแพร่คลื่นชนิดนี้ได้แสดงให้เห็นในรูปที่ 2-4 และ 2-5 ในรูปที่ 2-5 สนามไฟฟ้า E สองสนามแทนด้วย E1 และ E2 สนามไฟฟ้า E2 จะล้าหลัง E1 อยู่ 90 ํ สนามไฟฟ้าทั้งสองนี้จะรวมตัวกันเป็นสนามเดียวคือ สนามไฟฟ้า Er ทิศทางผลรวมของสนามทั้งสองคือ Er นี้ได้จากการรวมเวกเตอร์ E1 และ E2(Er = E1+E2) ที่จุดใด ๆ







รูปที่ 2-4



รูปที่ 2-5 การแพร่คลื่น TEM เป็นเกลียวกลม

จะเห็นว่าเวกเตอร์ Er จะหมุนไปรอบ ๆ แกนการแพร่คลื่น (PROPAGATION AXIS) สนามแม่เหล็ก H1จะตั้งฉากกับสนามไฟฟ้า E1 และสนามแม่เหล็ก H2 จะตั้งฉากกับสนามไฟฟ้า E2 ดังนั้นผลรวมของสนามแม่เหล็กH ก็คือผลรวมของเวกเตอร์ M1 และ M2 และสนามแม่เหล็ก H นี้ก็ตั้งฉากกับสนามไฟฟ้ารวม Er
ข. แพร่ไปในทิศทางเดียวกันกับสนามไฟฟ้า E หรือสนามแม่เหล็ก H คลื่นแบบนี้เรียกว่าคลื่น LONGITUDINALซึ่งเกิดได้สองแบบคือ
คลื่น TE : บางส่วนของสนามแม่เหล็กจะอยู่ในทิศทางเดียวกับทิศทางการแพร่คลื่น (TE ย่อมาจากTRANNSVERSE ELECTRIC)
คลื่น TM : บางส่วนของสนามไฟฟ้าจะอยู่ในทิศทางเดียวกับทิศทางการแพร่คลื่น (TM ย่อมาจากTRANSVERSE MAGN
คลื่น TEM สามารถแพร่ไปตามสายส่ง (TRANSMISSION LINE) (ดูรูปที่ 2-1) หรือแพร่ออกไปในอากาศได้แต่ไม่สามารถแพร่ไปในท่อนำคลื่น (WAVEGUIDE) ได้ คลื่นที่สามารถแพร่ในท่อนำคลื่นได้ คือคลื่น LONGITUDINALเท่านั้น เมื่อแพร่ผ่านออกจากท่อนำคลื่นไปแล้วคลื่นนี้จะกลายเป็นคลื่น TEM
2. ความเร็วการแพร่คลื่น
ความเร็วของคลื่น EM ในอากาศก็คือ 300,000,000 เมตร/วินาที หรือ C = 3x108 เมตร/วินาทีซึ่งเท่ากับความเร็วแสง
ตัวเลขที่กล่าวมานี้เป็นเพียงค่าโดยประมาณเท่านั้นเพราะจริง ๆ แล้วคลื่นที่แพร่ออกไปจะต้องผ่านตัวกลาง(DIELECTRIC) ต่าง ๆ ซึ่งจะทำให้ความเร็วลดลงได้ แต่ในทางปฏิบัติจำเป็นต้องเอาตัวเลขนี้มาใช้ในกรณีที่คลื่นTEM แพร่ในอากาศ คือจะไม่มีการสูญเสียความเร็วหรือไม่ผิดพลาดเลย (ดูในหัวข้อ 6.4.ของบทที่ 2)
หมายเหตุ MODE TE และ TM มีความเร็วแตกต่างไปจากคลื่น TEM
3. ความสัมพันธ์ระหว่างความถี่ ความยาวคลื่นและความเร็วการแพร่คลื่น
ความสัมพันธ์ทั้งหมดนี้เขียนเป็นสมการได้ดังนี้ C = \ x f
โดยให้ \ = ความยาวคลื่นเป็นเมตร
f = ความถี่เป็น Hz
C = ความเร็วการแพร่คลื่น 3x108 เมตร/วินาที
1 ความยาวคลื่นก็คือระยะทางที่ครอบคลุมคลื่น 1 ลูก (1 CYCLE)
ความถี่ก็คือจำนวนคลื่นต่อ 1 วินาที
4. การแบ่งสเปกตรัมของความถี่
ย่านความถี่ประกอบด้วยความถี่ต่ำจนถึงความถี่สูง ในย่านความถี่นี้ได้แบ่งออกเป็นแถบความถี่แคบ ๆ ไว้และมีชื่อเรียกโดยเฉพาะในส่วนแรกของรูป ความถี่จะเริ่มจาก 10 KHz ไปจนถึงย่าน X-RAY และด้านขวามือจะบอกถึงความยาวคลื่น
ในส่วนที่สองของรูปจะมีตัวอักษรที่ใช้เป็นรหัสบอกถึงย่านความถี่ต่างๆ นอกจากนี้ยังบอกละเอียดลึกลงไปอีกเช่นความถี่ที่เรดาร์ใช้ก็จะอยู่ในย่านไมโครเวฟ เป็นต้น





รูปที่ 2-6 การแบ่งสเปกตรัมความถี่


5. การแพร่คลื่นในท่อนำคลื่น (PROPAGATION IN WAVEGUIDE)
การนำเอากำลังงานคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าจากที่หนึ่งไปยังอีกที่หนึ่งนั้นอาจจะทำได้หลายวิธีแต่วิธีที่ดีที่สุดก็คือวิธีที่มีการสูญเสียกำลังงานน้อยที่สุด สายตัวนำคู่สามารถนำมาใช้ได้จนถึงย่านความถี่ HF สาย COAXIAL สามารถใช้ได้จนถึงย่านความถี่ A และ B การลดลงของกำลังงานต่อความยาวของสายในแต่ละเมตรจะยิ่งมีมากถ้าความถี่การใช้งานสูงขึ้น ท่อนำคลื่นได้นำมาใช้ในการนำกำลังงานคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าจากที่หนึ่งไปยังอีกที่หนึ่ง รูปร่างของท่อนำคลื่นมี 2 แบบคือ
- ท่อนำคลื่นแบบสี่เหลี่ยม (REGTANGULAR WAVEGUIDE)
- ท่อนำคลื่นแบบกลม (CIRCULAR WAVEGUIDE)

โดยปกติแล้วเรดาร์จะใช้ท่อนำคลื่นแบบสี่เหลี่ยมเป็นส่วนมากซึ่งจะได้อธิบายในที่นี้ ได้กล่าวมาตอนต้น ๆ แล้วว่าคลื่น TEM ไม่สามารถแพร่ผ่านท่อนำคลื่นได้เฉพาะคลื่น TE และ TM เท่านั้นที่ผ่านได้ รูปที่ 2-7 แสดงรูปร่างของท่อนำคลื่นแบบสี่เหลี่ยมเพื่อที่จะช่วยในการอธิบายรูปร่างของสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็กที่เกิดขึ้นในท่อนำคลื่น จำเป็นต้องใช้ตัวอักษรห้อยท้าย ตัวอย่างเช่น TEmn
m = จะบอกจำนวนคลื่นครึ่งลูกที่เกิดขึ้นในด้านกว้าง (a) ของท่อนำคลื่น
n = จะบอกจำนวนคลื่นครึ่งลูกที่เกิดขึ้นในด้านแคบ (b) ของท่อนำคลื่น




รูปที่ 2-7 ท่อนำคลื่นแบบสี่เหลี่ยม

MODE ที่ใช้กันมากที่สุดคือ TE10 ซึ่งเรียกว่า "DOMINANT MODE"
1 = บอกว่ามีจำนวนคลื่นครึ่งลูกอยู่ 1 อันตามด้าน a ของนำคลื่น
0 = บอกว่ามีจำนวนคลื่นครึ่งลูกไม่ถึง 1 อันตามด้าน b ของท่อนำคลื่น
เราถือว่าท่อนำคลื่นนี้รวมตัวกันเป็นวงจร HIGH PASS FILTER ดูรูปที่ 2-8 ความยาวคลื่น CUT-OFF เท่ากับ 2a (เฉพาะ TE10 MODE) ดังนั้นเพื่อให้การแพร่คลื่นเกิดขึ้นได้ ด้าน a จะต้องเท่ากับหรือมากกว่า 1/2\






รูปที่ 2-8 การตอบสนองความถี่ของท่อนำคลื่น

ความกว้างของด้าน b ปกติแล้วมีค่าเท่ากับ 1/2a และยังขึ้นอยู่กับขนาดของกำลังงานที่ท่อนำคลื่นสามารถทนได้อีกด้วย (ถ้าด้าน b มีค่าน้อยกว่าปกติจะเกิดการ ARC ขึ้นในท่อนำคลื่น)





รูปที่ 2-9 แสดงเมล็ดข้าวสารเคลื่อนที่ภายในท่อ

ต่อไปนี้จะแสดงการเกิดขึ้นของ MODE ที่สูงขึ้นไป
ในรูปที่ 2-9 แสดงเมล็ดข้าวถูกลมเป่าให้ผ่านท่อ จะเห็นว่าเมล็ดข้าวจะพอดีกับท่อในทางใดทางหนึ่งเท่านั้นถ้าเมล็ดข้าวถูกเป่าให้เคลื่อนที่ด้วยความเร็วคงที่ขนาดหนึ่งก็จะเกิดการเคลื่อนที่ด้วยความเร็วขนาดหนึ่งหรือ MODEหนึ่งขึ้น ลักษณะการเกิดขึ้นดังกล่าวนี้คือ DOMINANT MODE
ถ้าเส้นผ่าศูนย์กลางของท่อหรือท่อนำคลื่นกว้างขึ้นหรือว่าขนาดของเมล็ดข้าวเล็กลง (ความถี่สูงขึ้น)เมล็ดข้าวจะเคลื่อนที่ไปในท่ออย่างกระจัดกระจายไม่เป็นระเบียบ (เกิด MODE ต่าง ๆ ขึ้นมากมาย) ดังแสดงไว้ในรูปที่ 2-10เมล็ดข้าวจะกลิ้งไปในท่ออย่างไม่เป็นระเบียบ ความเร็วในการเคลื่อนที่จะลดลง ดังได้กล่าวมาแล้วในหัวข้อ 2-2ว่าคลื่น TE และ TM จะมีความเร็วเบี่ยงเบนไปจากความเร็วของแสง



รูปที่ 2-10 รูปแบบการเคลื่อนที่ที่เกิดขึ้นใหม่




รูปที่ 2-11

ถ้าขนาดของท่อหรือเมล็ดข้าวเปลี่ยนแปลงไปอีกจะเกิด MODE ต่าง ๆ ที่ผิดไปจากเดิมขึ้นอีกเราเรียก MODEที่เกิดขึ้นใหม่นี้ว่า HIGHER-ORDER MODE การแพร่ของคลื่น TE ในท่อนำคลื่นจะได้อธิบายโดยพิจารณาจากคลื่นWAVEFRONT การแพร่ของคลื่น WAVEFRONT ให้จินตนาการตามรูปที่ 2-11 (ตามหลักการของ HUYGENS) ดังนี้
วางสายอากาศขนาดเล็กลงในท่อนำคลื่นแล้วป้อนกำลังงานให้สายอากาศ สายอากาศจะแพร่กระจายกำลังงานออกไปทุกทิศทางด้วยความเข้มที่เท่ากัน




รูปที่ 2-12

กำลังงานส่วนหนึ่งจะเคลื่อนที่ไปตามลูกศร A ตรงไปตามท่อนำคลื่นไม่มีโอกาสที่จะชนกับอะไรเพราะว่าสนามไฟฟ้าจะไม่ตกถึงศูนย์ ที่ด้านแคบของท่อนำคลื่น กำลังงานส่วนนี้จะไม่แพร่ออกไปแต่จะถูกลดขนาดลงอย่างรวดเร็ว กำลังงานที่ออกไปในทิศตั้งฉากกับด้านข้างของท่อนำคลื่น (ตามลูกศร B และ C) จะสะท้อนกลับไปกลับมาระหว่างด้านข้าง ทั้งสองและจะไม่แพร่ออกไปจากท่อนำคลื่น
กำลังงานนอกจากนี้เช่น กำลังงานตามลูกศร D และ E จะไปกระทบกับด้านแคบของท่อนำคลื่นในมุมต่าง ๆ คลื่น WAVEFRONT ที่ไปกระทบด้านแคบแล้วจะหักเหออกไปโดยเฟสจะกลับกันกับตอนแรกก่อนที่จะกระทบ มุมที่หักเหไปจะเท่ากับมุมที่ไปกระทบ คลื่น WAVEFRONT นี้จะแพร่ไปตามท่อนำคลื่นในมุมต่าง ๆ กันตามที่แสดงในรูปที่ 2-13


รูปที่ 2-13

ที่มุมมุมหนึ่งและความถี่ของสัญญาณที่ส่งออกไปตามท่อนำคลื่นขนาดหนึ่ง มันจะทำให้เกิดคลื่นรวมลูกใหม่ในขอบเขตเฉพาะอันหนึ่งที่ทำให้คลื่นยังคงแพร่ออกไปตามท่อนำคลื่นได้
6. การแพร่คลื่นในอากาศ
6.1. MODE ต่าง ๆ ของการแพร่คลื่น
ถ้าส่งหรือให้คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าแพร่กระจายออกไปในอากาศจะเกิด MODE ต่าง ๆ ขึ้นมากมาย

ก. คลื่นพื้นผิว (SURFACE WAVE)
เราแบ่งคลื่นพื้นผิวออกเป็นคลื่นต่าง ๆ ดังนี้
- คลื่นพื้นดิน (GROUND WAVE) ความถี่ถึง 30 MHz
- คลื่นตรง (DIRECT WAVE) ความถี่มากกว่า 30 MHz
- คลื่นทางอ้อม (INDIRECT WAVE) ได้จากคลื่นที่สะท้อนจากพื้นโลก
ข. คลื่นฟากฟ้า (SKY WAVE) มีความถี่อยู่ 300 KHz - 30 MHz (300 KHz )

รูปที่ 2-14 ความเข้มของกำลังงานต่อระยะทาง

ถ้าให้เป้ามีขนาด 1 ตารางเมตร เป้าจะสามารถรับกำลังงานได้ขนาดหนึ่งขึ้นอยู่กับระยะทางจากเครื่องส่งกำลังงานที่เป้าได้รับนี้จะเป็นอัตราส่วนกลับของระยะทางจากเครื่องส่งและตัวสะท้อนคลื่นนั่นคือ 1/R2 (R = ระยะทางระหว่างเครื่องส่งและตัวสะท้อนคลื่น)

6.3. การสูญเสียในการแพร่คลื่น
เนื่องจากกำลังงานของคลื่น EM จะถูกดูดกลืนไปซึ่งส่วนใหญ่เกิดจากน้ำและไอน้ำในอากาศซึ่งจะทำให้กำลังงานของคลื่น EM ลดลงไปมาก กำลังงานที่สูญเสียไปนี้จะกลายเป็นพลังงานความร้อนและจะกระจัดกระจายไป ตามตารางในรูปที่ 2-15 ได้แสดงการสูญเสียกำลังงานไปต่อระยะทาง 1 กม. ในสภาพอากาศต่าง ๆ กัน โดยใช้ความถี่ประมาณ 10 KHz เป็นความถี่ทดสอบ dB/กม.(เที่ยวเดียว)
อากาศ (ออกซิเจน) 0.007
ไอน้ำ 0.01
หมอก - ทัศนวิสัย 300 เมตร 0.01
- ทัศนวิสัย 30 เมตร 0.02
เมฆ - CUMULUS 0.10
- NIMBO STRATUS 0.34
ฝน - 4 มม./ชม. 0.08
- 16 มม./ชม. 0.7

รูปที่ 2-15 การสูญเสียกำลังงานต่อระยะทาง 1 กม.


ในรูปที่ 2-16 แสดงการดูดกลืนกำลังงานของชั้นบรรยากาศที่แบ่งไปตามความถี่ซึ่งแสดงให้เห็นว่าทำไมเรดาร์ที่ใช้ค้นหาเป้าระยะไกล ๆ จึงต้องใช้ความถี่ต่ำกว่า
6.4. การหักเหของคลื่น
ความหนาแน่นของอากาศจะลดลงเมื่อความสูงจากพื้นโลกเพิ่มขึ้นแนวระดับสายตา (LINE OF SIGHT)ปกติจะหักเหไปเมื่อมองลงมายังพื้นโลกคือจะไม่เป็นเส้นตรงจากปรากฏการณ์ของ SNELLIUS ในเรื่องแสงที่มองเห็นได้(= EM-ENERGY)

รูปที่ 2-16 การสูญเสียการแพร่คลื่นเนื่องจากความถี่

ในรูปที่ 2-17 ได้แสดง WAVEFRONT ของคลื่น EM แพร่ออกไปในตัวกลางที่มีความหนาแน่นขนาดหนึ่ง โดยจะมีคลื่นด้านหน้า ที่ไปกระทบกับตัวกลางที่มีความหนาแน่นน้อยกว่าตามมา
ในตัวกลางที่มีความหนาแน่นน้อยกว่า ความเร็วของการแพร่คลื่นจะสูงกว่าในตัวกลางที่มีความหนาแน่นสูงส่วนบนของคลื่น WAVEFRONT จะผ่านไปได้เร็วกว่าส่วนล่างของคลื่น WAVEFRONT ในตัวกลางที่มีความหนาแน่นต่ำกว่า ดังนั้นจึงทำให้ส่วนบนเคลื่อนที่ไปได้เร็วกว่าส่วนล่างซึ่งเป็นผลทำให้เกิดการบิดงอขึ้นเมื่อมีความหนาแน่นสูงขึ้นในบรรยากาศจะประกอบไปด้วยชั้นต่าง ๆ หลายชั้น ยิ่งสูงขึ้นไปจะมีความหนาแน่นของอากาศต่ำลงดังนั้นลำคลื่นที่ส่งออกอากาศไปจะมีโอกาสหักเหกลับมายังพื้นโลกได้



รูปที่ 2-17 กฎของ SNELIUS



ถ้าเป็นเรดาร์แล้วผลที่เกิดขึ้นดังกล่าวจะเป็นไปตามที่แสดงในรูปที่ 2-18 จำนวนหริแขนาดของการหักเหก็ขึ้นอยู่กับความถี่ใช้งานด้วย ความถี่ต่ำลงจะทำให้มีการหักเหมากขึ้น อันนี้ก็เป็นเหตุผลอีกประการหนึ่งที่ต้องใช้เรดาร์ความถี่ต่ำ ในการค้นหาเป้าในระยะไกล ๆ เนื่องจากมีการหักเหเกิดขึ้นจะทำให้ระยะทางของแนวระดับสายตาไกลกว่าแนวระดับทางเรขาคณิต 9% และแนวระดับของเรดาร์จะไกลกว่าแนวระดับสายตา 6%



รูปที่ 2-18 การหักเหของคลื่น EM
6.5. การผิดปกติของการแพร่คลื่น
การแพร่คลื่นจะเป็นไปโดยปกติในสภาพอากาศต่าง ๆ เมื่ออากาศในชั้นบรรยากาศต่าง ๆ ผสมผสานกันดีซึ่งก็จะทำให้การแลกเปลี่ยนอุณหภูมิระหว่างพื้นผิวโลกกับบรรยากาศเป็นไปด้วยดีด้วย การผิดปกติของการแพร่คลื่นก็คือสภาวะที่ทำให้การแพร่ผิดปกติไปนั่นเองซึ่งจะแสดงให้เห็นดังรูปข้างล่าง




รูปที่ 2-19



สภาวะเช่นนี้จะเกิดขึ้นในสภาพอากาศปกติ (ไม่มีการรวมตัวของชั้นบรรยากาศ) เมื่ออากาศเย็น (เช่นอากาศตามขั้วโลก) พัดผ่านบริเวณทะเลที่มีอุณหภูมิค่อนข้างสูง ในชั้นบรรยากาศต่ำ ๆ อุณหภูมิจะสูงขึ้นเนื่องจากการแพร่รังสีจากดวงอาทิตย์และความชื้นต่ำ อันนี้จะทำให้ความเร็วในการแพร่คลื่นสูงขึ้น ภูเขา เกาะ และอื่น ๆ จะรวมตัวกันเป็นแถบเงา



รูปที่ 2-20




รูปที่ 2-21



รูปที่ 2-22



รูปที่ 2-23

ถ้าความยาวของคลื่นเท่ากับขนาดของตัวที่ทำให้เกิดเงาแล้ว แถบของเงาจะได้รับคลื่นเต็มที่อันเนื่องมาจากผลของการ DIFFRACTION
เมื่อพูดถึงความถี่ของเรดาร์แล้วจะเห็นว่ามีความถี่สูงมาก ฉะนั้น ความยาวคลื่นที่สั้นมาก แทบจะไม่มีผลกับสิ่งดังกล่าวเลย
************************************

สมการระยะเรดาร์

1.ที่มาของสมการ
ได้กล่าวมาในตอนต้น ๆ แล้วว่ากำลังงานจากเครื่องส่งจะกระจายออกไปทุกทิศทุกทางเพราะฉะนั้นความเข้มของกำลังงานที่จุด ๆ หนึ่ง (P1) ในระยะทางหนึ่ง ๆ (R) จะเท่ากับ P1 = PP/R2 เมื่อตัวที่รับคลื่นหรือตัวสะท้อนคลื่น (เป้า) ได้รับกำลังงานจากเครื่องส่งแล้วจะสะท้อนคลื่นออกไปในทุกทิศทุกทางเช่นเดียวกัน เพราะฉะนั้นความเข้มของกำลังงานที่สะท้อนออกไปเท่ากับ P1/R2
กำลังงานที่เครื่องรับจะรับจากตัวสะท้อนคลื่น (เป้า) = (PP/R2)/R2
= PP/R4
จะเห็นว่ากำลังงานที่สะท้อนกลับ (ECHO) จะขึ้นอยู่กับ 1/R4
จากแนวทางอันนี้ (ซึ่งเป็นกฎของ HALL) เราจึงได้สมการดังข้างล่าง
R = 4/ PP.G2. 2. .T กำหนดให้
losses.s/n.NF R = ระยะของเรดาร์
PP = กำลังงานสูงสุดของเครื่องส่ง
G = ผลทวีของสายอากาศ
l = ความยาวคลื่นของเครื่องส่ง
s = พ.ท.ที่มีผลกระทบต่อการรับเป้า
T = เวลาที่ลำคลื่นอยู่ที่เป้า
Losses = การสูญเสียภายในระบบเครื่องเรดาร์
s/n = อัตราส่วนสัญญาณต่อสิ่งรบกวน
NF = noise figure
2. ปัจจัยที่มีผลกระทบต่อสมการเรดาร์
ความยาวคลื่น l จะมีผลมากต่อระบบเรดาร์เพราะว่าค่าของมันจะยกกำลังสองถ้าความยาวคลื่นเพิ่มขึ้นหรือความถี่ของเครื่องส่งลดลง ( l = C/F) จะทำให้ระยะเรดาร์เพิ่มขึ้นเป็นสองเท่า ความยาวคลื่น l จะต้องเพิ่มขึ้นสี่เท่าเพื่อที่จะให้ได้ระยะเพิ่มขึ้นเป็นสองเท่า 2R = 4/(4 l)2 อันนี้เป็นเหตุผลที่ว่าทำไมเรดาร์ที่ต้องการจับเป้าได้ในระยะไกล ๆ จึงใช้ความถี่ต่ำลงถ้าต้องการเพิ่มระยะเรดาร์เป็นสองเท่า กำลังงานจากเครื่องส่งต้องเพิ่มขึ้นถึงสิบหกเท่า 2R = 4/16Pp จะเห็นว่ากำลังงานจากเครื่องส่งนี้จะเป็นข้อจำกัดต่อระยะเรดาร์มาก=พื้นที่ที่มีผลต่อการรับเป้าหรือพื้นที่สะท้อนคลื่นเรดาร์ (RADAR CROSS SECTION) เนื่องจากจำนวนของกำลังงานที่สะท้อนกลับจะขึ้นอยู่กับผิวของวัสดุแต่ละชนิด มุมที่คลื่นไปกระทบกับวัตถุนั้น ๆ และขนาดของพื้นที่ที่คลื่นไปกระทบจริง ๆ จะเห็นว่าการที่จะคาดหมายเอาว่าจะได้รับกำลังงานที่สะท้อนกลับมาเท่าใดนั้นจะเป็นการยากพอสมควร แต่ก็ได้มีการทดลองและวัดไว้
แล้วดังแสดงในรูปที่ 1



รูปที่ 1 พื้นที่สะท้อนคลื่นเรดาร์
ผลจากการเปลี่ยนแปลงค่า ได้แสดงให้เห็นในรูปที่ 5-2 ซึ่งแสดงถึงระยะครอบคลุมของเรดาร์เส้นทึบแสดงระยะครอบคลุมของเรดาร์ที่มี 0 = 1 m2 (1 ตารางเมตร) มีโอกาสที่จะค้นหาเป้าได้ถึง 50 % สำหรับอาวุธนำวิถีที่บินสูงที่มี 0 = 0.5 m2 จะค้นพบได้ที่ระยะ 0.8 Rและเป้า SEA SKIMMER ที่มี 0 = 0.1 m2 จะค้นพบได้ที่ระยะ 0.5 R

พื้นที่สะท้อนคลื่นเรดาร์ จะไม่คงที่ แต่จะแปรไปตามมุมที่คลื่นไปกระทบดังแสดงในรูปที่ 2



รูปที่ 2 ระยะครอบคลุมของเรดาร์ต่อเป้าขนาด 1 ตารางเมตรและโอกาสที่จะค้นหาเป้าได้ 50 %



รูปที่ 3 แสดงขนาดของกำลังงานที่ได้รับจากเครื่องบินทิ้งระเบิดในรูปแบบต่าง ๆ

การที่พื้นสะท้อนคลื่นเรดาร์เปลี่ยนไปนี้จะทำให้ได้ ECHO ที่กระเพื่อมตามไปด้วยโดยเฉพาะการติดตามเป้าเครื่องบินจะมีปัญหามาก แต่ก็สามารถปรับปรุงหรือชดเชยให้เหลือน้อยลงได้ โดยใช้วงจรควบคุมผลทวี (GAIN) ของเครื่องรับ ผลทวีของสายอากาศและเวลาที่ลำคลื่นอยู่ที่เป้าได้กล่าวมาแล้วจะเห็นว่าผลที่เกิดกับผลทวีของสายอากาศจะมีมากเพราะต้องยกกำลังสอง การสูญเสียในระบบเรดาร์คือผลรวมการสูญเสียทั้งหมดในเวลารับคลื่นสะท้อนกลับเข้ามาจนถึงการแสดงภาพ จะประกอบด้วยการสูญเสียต่าง ๆ ดังนี้
- HF LOSS คือการสูญเสียจากคลื่นความถี่สูง ในท่อนำคลื่น
- OPERATOR LOSS คือการสูญเสียโอกาสไป เช่น พนักงานเรดาร์ใช้เวลามากในการค้นหาเป้าจนกว่าจะพบ
บนจอเรดาร์ 2 (ปกติมีค่า 2 dB)
- COLLAPSING LOSS คือการสูญเสียอันเนื่องมาจากความกว้างของ IF BANDWIDTH ผิดเพี้ยนไปหรือตัวจอ
ภาพมีข้อจำกัดในการแสดงภาพ คือแสดงภาพไม่ได้ตามต้องการ หรือระยะความกว้างของ RANGE GATE
กว้างกว่าสัญญาณ VIDEO

- INTEGRATION LOSS จะเท่ากับ 1/INTEGRATION EFFICIENCY สมการระยะเรดาร์ได้กำหนดว่า
1 พัลส์ ของเครื่องส่งจะให้ 1 ครั้งในการกระทบเป้า ถ้าจำนวนการกระทบมีมากโอกาสที่จะพบเป้าหรือ
ได้เป้าก็มีมากขึ้นซึ่งจะทำให้ได้ระยะไกลขึ้นด้วย ในการแสดงภาพบนจอเรดาร์ปกติแล้วจะไม่ได้ 100 %
ซึ่งถือว่ามีการสูญเสีย
- BEAM SHAPE LOSS คือการสูญเสียจากรูปร่างของลำคลื่นผิดไป เพราะว่าในการคำนวณหาเวลาที่ลำคลื่น
อยู่ที่เป้าจะต้องใช้ขนาดความกว้างของ BEAM WIDTH ที่ 3 dB ถ้ารูปร่างของลำคลื่นผิดไปก็จะเกิดการ
กระจายของกำลังงานออกนอกทิศทาง ฉะนั้น ECHO ที่รับเข้ามาอาจมีทิศทางที่ไม่พึงประสงค์จึงถือว่ามีการ
สูญเสีย ฉะนั้นต้องเอาค่านี้ไปใช้ในการคำนวณด้วย



รูปที่ 4

Radar

ที่มาของคำว่า "RADAR"
คำว่า "RADAR" นี้กองทัพเรือสหรัฐอเมริกาเป็นผู้นำมาใช้เป็นครั้งแรกเมื่อปี ค.ศ.1940 ย่อมาจากคำว่า "RADIO DETECTION AND RANGING" ซึ่งหมายถึงการนำเอาคลื่นวิทยุมาใช้ค้นหาเป้า และวัดระยะทางของเป้า
เมื่อก่อนเราใช้คำว่าคลื่นวิทยุซึ่งในปัจจุบันก็คือคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้านั่นเอง จุดประสงค์หลักในการใช้เรดาร์สมัยใหม่ก็คงเหมือนเดิมคือใช้ค้นหาเป้าและวัดระยะทางของเป้า นอกจากนี้แล้วเรดาร์ยังใช้เป็นเครื่องมือวัดความสูงของเป้าได้ใช้วัดหาความเร็วเป้า เช่นเครื่องตรวจจับความเร็วรถยนต์บนท้องถนนเป็นต้น ใช้จี้เป้าเพื่อติดตามเป้าให้ได้ตลอดเวลา หรือใช้เป็นตัวนำร่องให้อาวุธนำวิถีไปสู่เป้าหมาย
แบบของเรดาร์
เรดาร์ที่มีใช้ทั้งหลายนี้อาจแบ่งออกเป็นกลุ่มใหญ่ได้ 2 กลุ่มการใช้งานดังนี้คือ
- เรดาร์ที่ใช้เป็นภารกิจหลัก (PRIMARY RADAR)
- เรดาร์ที่ใช้เป็นภารกิจรอง (SECONDARY RADAR)
1. เรดาร์ที่ใช้เป็นภารกิจหลัก
ที่ต้องเรียกกลุ่มนี้ว่าเป็นภารกิจหลักก็เพราะว่าเราใช้หลักการของมันใช้งานตามวัตถุประสงค์จริงๆและสามารถแยกออกมาได้เป็น 2 แบบคือ
- PULSE เรดาร์
- CW เรดาร์
1.1. PULSE เรดาร์
PULSE เรดาร์ส่งกำลังงานคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าออกไปเป็นช่วงๆ แต่ละช่วงเวลาสั้นมาก เวลาส่วนใหญ่ที่เหลือจากการส่งจะใช้เป็นเวลารับสัญญาณที่สะท้อนกลับมา หลังจากนั้นก็จะเริ่มส่งออกไปใหม่ทำซ้ำกันเช่นนี้ตลอดไป เรดาร์แบบนี้จะใช้สำหรับเดินเรือ ตรวจการณ์ และติดตามเป้าเป็นส่วนใหญ่
1.2. CW เรดาร์
CW-เรดาร์ จะส่งกำลังงานคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าออกไปอย่างต่อเนื่องตลอดเวลาจนกว่าจะเลิกส่ง ในการใช้งานบางอย่างความถี่ของคลื่นจะมีค่าคงที่ หรือบางอย่างก็ผสมความถี่อื่นเข้าไปด้วย CW-เรดาร์ ที่มีความถี่คงที่นี้สามารถใช้วัดหาความเร็วของเป้าและใช้เป็นเครื่องตรวจจับขโมยได้ CW-เรดาร์ ที่ใช้ความถี่อื่นผสมเข้าไปเช่น ความถี่ FM จะใช้สำหรับวัดหาความสูงของเป้าและนำร่องให้อาวุธนำวิถีสู่เป้าหมาย เรดาร์ของบางบริษัทพัฒนาให้ FM CW เป็นเรดาร์แบบ Droppler Tracking ที่มีสมรรถนะสูงขึ้นมาก

Intro

บล็อคนี้มีขึ้นเพื่อเป็นจุดศูนย์กลางในการเรียนรู้เกี่ยวกับเรดาร์ และระบบออปทรอนิกส์ เนื่องจากมีการเรียนการสอนอยู่ในวงแคบมาก ผู้ที่รู้ก็คิดว่าตัวเองเก่ง ไม่มีการทำสื่อออกมาสอนกันเลย ทำให้มีอุปสรรคต่อเด็กสมัยใหม่มาก เพราะผู้สนใจในวิชาอิเล็กทรอนิกส์มีหลายสาขา และนี่ก็คือสาขาหนึ่ง ที่ไม่มีสอนอย่างเป็นเรื่องเป็นราวในประเทศไทย และเราจะไปทำงาน หรือเอาอุปกรณ์ชนิดพิเศษนี้ไปทำประโยชน์ให้กับประเทศชาติได้อย่างไร มัวแต่ซื้อเทคโนโลยีจากต่างประเทศ และก็พึ่งฝรั่งอยู่ล่ำไป ทำไมเราไม่เคยสร้างอะไรใช้ได้เองในประเทศเราเลย ศาสตร์ทุกศาสตร์มาอยู่บนสื่อที่ไม่เสียเงินได้ไหม มีความรู้อะไรอยู่คนเดียวก็แต่งหนังสือขาย หรือไม่ก็รับจ้างสอนหนังสือ แล้วเด็กยุคใหม่จะได้ความรู้จริงๆเหล่านี้ได้อย่างไร วอนผู้รู้ช่วยชาติที ขอบคุณครับ
เดี๋ยวเจอกัน