is de afkorting van .Radio Detection and Ranging, d.i. met behulp van radiogolven de aanwezigheid vaststellen en de afstand en richting bepalen van schepen, vliegtuigen e.d. De radartechniek verkeerde bij het uitbreken van Wereldoorlog II in het beginstadium (Engeland had reeds een net van radarstations langs de kusten) en werd tijdens deze oorlog door alle belligerenten in hoge mate geperfectionneerd.
De Geallieerden behaalden een beslissende voorsprong door de (Engelse) uitvinding van een nieuw type magnetron, d.i. een speciale soort electronenbuis waarmede de voor radar essentiële zeer korte radiogolven (golflengten io en 3 cm) kunnen worden opgewekt.PRINCIPE
Een radarzender zendt een zeer kortstondige impuls van radio-energie (tijdsduur 2.10-6 sec = 2 microseconde) in een bepaalde richting. Voorwerpen in deze richting gelegen reflecteren deze energie, zodat van ieder obstakel een zwakke echo-impuls terugkomt naar de radar-ontvanger. De tijdsduur tussen het moment van uitzenden van de zendimpuls en de ontvangst van een echo-impuls is een maat voor de afstand tot het reflecterend obstakel, nl. gelijk aan tweemaal deze afstand gedeeld door de voortplantingssnelheid van radiogolven. Deze laatste bedraagt ca 300 000 km/sec; van een obstakel op bijv. 3 km afstand wordt na 20 microseconden een echo ontvangen.
Meting van deze tijd gebeurt met behulp van een speciale kathodestraalbuis. Over het ronde scherm hiervan beweegt een lichtende stip vanaf het middelpunt in een rechte lijn naar buiten, bijv. naar rechts. De stip begint zijn beweging vanuit het middelpunt op het moment dat de radarzender de impuls uitzendt. De bewegingssnelheid van de stip is zo gekozen, dat na een tijdsverloop overeenkomende met de echotijd van het verst verwijderde nog waar te nemen object (stel 60 km, d.w.z. 400 microseconden), de stip de rand van het scherm bereikt.
De inrichting van de apparatuur is zodanig dat de ontvangst van een echo-impuls door de ontvanger een momenteel sterk oplichten van de vlek ten gevolge heeft. Ieder reflecterend obstakel wordt aldus door een oplichten van de bewegende stip aangegeven. De afstand vanaf het middelpunt tot een heldere stip is nu tevens een maat voor de afstand tot het obstakel. Langs de door de stip beschreven lijn kan men een afstandsschaal plaatsen; in ons geval zou in het midden 0 km en aan de rand van het scherm 60 km komen te staan. Voor één dergelijke meting is dus slechts 400 microseconde nodig; door het proces 2000 keer per seconde (d.i. eens per 500 microseconde) te herhalen wordt bereikt, dat het oog op het scherm geen bewegende stip ziet, maar een lijn, waarop heldere vlekken de aanwezigheid van obstakels aangeven.
Om nu niet alleen in één richting waar te nemen, wordt de antenne, welke, op analoge wijze als een zoeklicht, de radiostraling in één horizontale richting bundelt, om een verticale as gedraaid. De radiostralingsbundel zwaait dus in het horizontale vlak rond en „verlicht” achtereenvolgens alle objecten in de gehele omgeving. Tegelijkertijd en met gelijke snelheid draait de door de lichtende stip op het scherm van de kathodestraalbuis beschreven lijn om het middelpunt. Langs de rand van het scherm kan men N., O., Z. en W. aangeven; de richting van de lijn en van de stralingsbundel van de antenne wijzen dan steeds in dezelfde windstreek.
Kon men deze omwentelingssnelheid op 50 keer per sec brengen, dan zou het oog geen wentelende lijn meer zien, maar een egaal zwak verlicht scherm waarop als heldere punten en strepen de obstakels zichtbaar zijn. De antenne-afmetingen beperken de omwentelingssnelheid tot ca één keer per sec. Ten einde toch nog enigszins een continu beeld te zien heeft men het scherm van de kathodestraalbuis sterk nalichtend gemaakt, zodat de heldere punten t.g.v. obstakels na het passeren van de lijn zwak licht blijven geven tot de lijn bij de volgende omwenteling het punt passeert.
Op een dergelijk panoramascherm ziet men een kaart van de omgeving, echter alleen voor zover details in het landschap verschillen in reflectie-intensiteit ten gevolge hebben, en ook alleen voor zover objecten door de radar „gezien” worden. Achterkanten van heuvels geven dus geen reflecties.
APPARATUUR
Een radarinstallatie omvat drie delen: de indicator, de zendontvanger, en de antenne. De indicator bevat het panoramascherm, met bijbehorende apparatuur, alsmede de bedieningsknoppen, en wordt opgesteld waar de radarinformatie nodig is, bijv. op de brug van een schip. Het zend-ontvanggedeelte wordt dicht bij de antenne geplaatst en is met de antenne verbonden door „golfpijpen”, holle koperen buizen met rechthoekige dwarsdoorsneden welke bij deze zeer korte golven in plaats van draadgeleiders gebruikt worden voor overbrengen van hoogfrequente energie. Met het oog op de meestal zeer zwakke reflecties past men grote zendvermogens toe. Tijdens de impuls geven radarzenders een vermogen van 10 tot 500 kW af.
Eénzelfde antenne wordt voor zender en ontvanger gebruikt, waarbij maatregelen nodig zijn om te voorkomen dat de ontvanger door de zeer grote zendenergie beschadigd wordt. De antenne bestaat uit een parabolische reflector, met in het brandpunt er van de eigenlijke straler (veelal een zgn. dipool antenne). Bij een dergelijke opstelling treedt de gereflecteerde straling in hoofdzaak in één richting uit, zodat scherpe bundeling verkregen wordt. De afmetingen van de parabolische reflector variëren van één tot enkele meters, en zijn voor eenzelfde mate van bundeling recht evenredig met de gebruikte golflengte. Vandaar het belang van zeer korte golven voor radar!
TOEPASSINGEN
Behalve voor militaire doeleinden vindt radar toepassing bij navigatie van schepen en vliegtuigen. Vele schepen zijn reeds uitgerust met een radarinstallatie; commerciële vliegtuigen (nog) niet wegens de grote afmetingen en het gewicht. Schepen kunnen dank zij radar in mist met onverminderde snelheid doorvaren en zich wagen in nauwe vaarwaters, waar dit anders zonder zicht niet mogelijk zou zijn.
Bij belangrijke havens en op vliegvelden worden steeds meer havenradarinstallaties opgesteld. Aangezien kosten en plaatsruimte hier minder van belang zijn dan aan boord van schepen of vliegtuigen, kan men een zeer goede apparatuur maken, welke een scherp beeld van de omgeving met de daarin aanwezige schepen, vliegtuigen e.d. geeft. De waarnemer bij het radarscherm geeft dan radio-telefonisch aan schip of vliegtuig inlichtingen over diens positie.
RADAR VOOR MILITAIR GEBRUIK
Radar werd in de vijf jaren voor Wereldoorlog II ongeveer gelijktijdig in verschillende landen ontwikkeld. Ook in Nederland kwamen in 1938 in het laboratorium voor Physische strijdmiddelen te Waalsdorp de eerste apparaten gereed. Het was echter vooral in Engeland, dank zij Sir Robert Watson Watt, waar het grote belang werd ingezien van de tijdige ontdekking van vliegtuigen op grote afstanden. In Mrt 1938 waren 5 radarstations gereed voor beveiliging van de Theemsmonding; deze keten van stations werd weldra uitgebreid langs de gehele oostkust en speelde een grote rol in de zgn. ,,Slag om Engeland”. Hiermede toch kreeg men tijdig tevoren waarschuwing van naderende bommenwerpers en kon men de eigen jachtvliegtuigen tijdig in de lucht zenden ter onderschepping. Deze waarschuwingstoestellen tegen vliegtuigen bleken sindsdien zowel te land, als ter zee voor de schepen, van het grootste belang. Zij kunnen vliegtuigen opsporen tot op grote afstand, soms tot 300 à 400 km.
Aanvankelijk werd meestal gebruik gemaakt van metergolven; hiervoor waren grote antenne-systernen nodig, ten einde voldoende bundeling van energie in een bepaalde richting te verkrijgen. Een hoogtemeting van de naderende vliegtuigen is daarmee als regel niet mogelijk, omdat de hoek tussen vliegtuig en horizon op grote afstand zo klein is. dat enige mate van nauwkeurigheid alleen met zeer scherpe bundeling in het verticale vlak en dus met zeer grote antennes verkregen kan worden. Men plaatst daarom enkele antennes boven elkaar, waarbij het verschil in signaalsterkte een functie is van de hoogte van het vliegtuig boven de grond en van nog enige andere factoren, waaronder de gebruikte golflengte. Een andere functie van de hoogte volgt uit de afstanden, waarbij maxima en minima in de signaalsterkte optreden. Het gebruikte piekvermogen in de uitgezonden impulsen ligt in de orde van enige honderden kilowatts tot enkele megawatts. Voor niet extreem grote afstanden evenwel wordt tegenwoordig meer gebruik gemaakt van kortere golflengten tussen 10 en 50 cm, waarmee men ook zeer laag vliegende doelen kan opsporen.
Er heeft in dat geval nl. een gedeeltelijke uitdoving plaats van de directe radargolf door de van de aard- of zeeoppervlakte weerkaatste golf; gaat het toestel hoger vliegen dan gaan beide golven elkaar versterken. De hoogte, waarop dit gebeurt is weer een functie van de gebruikte golflengte en des te kleiner naarmate de golflengte korter is. Zulke korte golven naderen de wijze van voortplanten der lichtstralen, zodat men steeds meer een „horizon-effect” krijgt, ten nadele van de maximum opsporingsafstand. Ook maakt een groot aantal grondreflecties het moeilijk om vliegtuigecho’s hieruit te onderkennen. Met behulp van het zgn. Doppler-effect kan men echter bewegende doelen onderscheiden van vaste en deze laatste zo trachten uit te schakelen (moving target indication).
Ter zee en langs de kust, zijn waarschuwingstoestellen tegen zeedoelen, vooral ’s nachts en bij slecht zicht, van het grootste belang. In de „Slag om de Atlantische Oceaan” (z onderzeebootoorlog) dwongen zij de Duitse onderzeeboten hun nachtelijke boven-wateraanvallen op te geven. Ook werden vijandelijke schepen, welke in het begin nog niet met dergelijke apparaten waren uitgerust, meermalen ’s nachts onverhoeds overvallen. Men gebruikte hiervoor algemeen korte (veelal 3 cm) golven vanwege eerdergenoemde uitdoving van zeer lage doelen; nog kortere golflengten hebben het nadeel van een grotere absorptie door waterdamp, regen en sneeuw. Behalve speciale maatregelen tegen hinder van reflecties verschillen deze zeewaarschuwingsinstallaties niet veel van de navigatie-radartoestellen (z navigatie) zoals gebruikt a/b van oorlogs- en koopvaardijschepen.
Voor artillerieradartoeslellen, die zeer nauwkeurig de richting en afstand van vijandelijke doelen moeten bepalen, ten behoeve van het geschut, is een groot afstandsbereik minder belangrijk. Zij behoeven daarentegen een zeer nauwe bundel, wat het dikwijls nodig maakt om (vooral voor vliegtuigdoelen), eerst een waarschuwingsradar te gebruiken, die de artillerie-radarantenne op het doel brengt, waarna deze dan de metingen overneemt. Een grote nauwkeurigheid in richting wordt meestal door bundelschakelen bereikt, waarbij de richting van maximum uitstraling zeer snel, mechanisch of electrisch, over een kleine hoek van enkele graden verandert. Wanneer het doel zich in de bissectrice van deze kleine hoek bevindt, zal de signaalsterkte in de beide uiterste standen gelijk zijn. Is dit niet het geval dan moet men de antenne bijdraaien tot gelijkheid verkregen is. Met deze methode is het mogelijk om een peilingsnauwkeurigheid van enkele boogminuten te behalen en bij de afstandsbepaling een nauwkeurigheid van ca 10 m te verkrijgen op een bereik van bijv. 20 km. In moderne toestellen kan men veelal het doel geheel automatisch volgen, zowel in afstand als in richting, waarbij de verkregen gegevens continu aan de vuurleiding worden doorgegeven.
De oudste toepassing van radar in vliegtuigen beoogde het opsporen van zeedoelen, vooral onderzeeboten. Zij droeg in belangrijke mate bij tot het winnen van de „Slag om de Atlantische Oceaan”. Voorts opende de radar voor jachtvliegtuigen de mogelijkheid om bij nacht of slecht zicht andere vliegtuigen op te sporen, alsmede voor zgn. staartwaarschuwing, d.w.z. voor het aanduiden van achtervolgende vijandelijke vliegtuigen. Bommenwerpers voeren toestellen, welke hen in staat stellen landdoelen „blind” te bombarderen. Voor de apparaten in vliegtuigen gebruikt men korte golflengten, omdat men hier met de antenne-afmetingen aan nauwe grenzen is gebonden. Een golflengte van 3 cm en korter is regel.
Gewicht speelt hier ook een belangrijke rol; om transformatoren e.d. klein te houden, neemt men meestal een veel hogere voedingsfrequentie dan normaal, bijv. 2000 perioden per seconde. Het opzoeken van doelen is hier lastiger dan van de grond of van een schip af, omdat men een veel grotere ruimtehoek moet kunnen bestrijken. Er zijn dan ook speciale methoden van zoeken ontwikkeld, bijv. het spiraalvormig aftasten van de ruimte.
Identificatietoestellen maken het mogelijk om vijandelijke doelen van eigen eenheden te onderscheiden. Naast de eigenlijke radarapparatuur wordt nog een ander toestel, de „ondervrager” (interrogator) opgesteld. Hiermede wordt een bepaald signaal uitgezonden, dat in de eigen vliegtuigen of schepen een antwoordapparaat (responsor) in werking brengt, hetwelk dan weer een bepaald gecodeerd signaal terugzendt, dat door de radar kan worden ontvangen.
Uit het voorgaande blijkt wel, dat vooral moderne oorlogsschepen en grote vliegtuigen voor diverse doeleinden een groot aantal verschillend geconstrueerde radarapparaten behoeven. Een belangrijk punt voor militaire toestellen is daarbij in hoeverre storing door de vijand mogelijk is. Met speciale schakelingen kan men het effect van een vijandelijke stoorzender tot zekere grenzen verminderen. In Wereldoorlog II werd vaak gestoord met de zgn. „window”, d.i. dunne stroken zilverpapier, welke in groten getale door een vliegtuig werden uitgeworpen of verschoten door middel van een granaat. Dit maakte op het radarscherm een groot aantal min of meer aaneengesloten reflecties zichtbaar, waardoor de echo’s van vliegtuigen niet of moeilijk te onderscheiden waren. Een groot nadeel van radargebruik in oorlogstijd is nog dat men zichzelf kenbaar maakt door het uitzenden van radiogolven, welke tot op grote afstand te peilen zijn, en waardoor men licht zijn positie kan verraden. Of men bepaalde radarinstallaties zal durven gebruiken, zal derhalve afhangen van de tactische situatie van het ogenblik.
PROF. JHR IR J. L. W. C. VON WEILER
Lit.: M.I.T. Radar School Staff. Principles of Radar (New York-London 1946); R. Keen, Wireless Direction Finding (London 1947); L. N. Ridenour, Radar System Engineering (New York-London 1947); J.
S. Hall, Radar Aids to Navigation (New York-London 1947); H. E. Penrose, Principles and Practice of Radar (London 1949); J. G. Crowther, R. Whiddington, Science at War (London 1947).
