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El radar (RADAR, acrónimo de «Radio Detection And Ranging») es una tecnología de detección activa que determina la distancia, la velocidad, la dirección y otras características de un objetivo mediante la transmisión de energía electromagnética y el análisis de la energía reflejada por los objetos del entorno.
En términos sencillos, el radar funciona de forma muy similar a como si estuvieras en una habitación a oscuras y lanzaras pelotas de goma en todas direcciones. Algunas pelotas chocan contra objetos y rebotan. Si conoces la velocidad y la dirección de las pelotas y mides el tiempo que tardan en volver, puedes calcular la posición del objeto. El radar utiliza ondas electromagnéticas en lugar de pelotas de goma, pero el principio es el mismo: medir las señales reflejadas para deducir la posición del objetivo con respecto al radar.
1. El principio básico de funcionamiento del radar
A sistema de radar funciona en un ciclo completo de “transmisión-reflexión-recepción-cálculo”:
Paso 1: Transmitir – El transmisor del radar genera energía electromagnética de alta frecuencia, normalmente en las bandas de microondas u ondas milimétricas, y la emite a través de la antena en pulsos muy cortos y de alta intensidad o en forma de onda continua.
Paso 2: Reflexionar – Las ondas electromagnéticas se propagan hacia el exterior a la velocidad de la luz. Cuando chocan con un objeto (una aeronave, un dron, un fenómeno meteorológico, el terreno, etc.), una parte de la energía se dispersa o se refleja de vuelta hacia el radar.
Paso 3: Recibir – La antena capta los débiles ecos de retorno, y el receptor amplifica y procesa estas señales extremadamente débiles.
Paso 4: Calcular – El sistema utiliza las diferencias entre las señales transmitidas y recibidas para calcular la distancia, la velocidad y el ángulo del objetivo.
En un radar Doppler pulsado típico, el transmisor está activo solo durante una fracción minúscula de tiempo. Por ejemplo, el radar meteorológico estadounidense WSR-88D transmite pulsos de tan solo 1,57 microsegundos, que se repiten unas 1.300 veces por segundo. Durante una hora de funcionamiento, el radar transmite en realidad durante poco más de 7 segundos; los 59 minutos y 53 segundos restantes los dedica a “escuchar” los ecos.
2. Las tres medidas fundamentales del radar
2.1 Alcance: el método del tiempo de vuelo
El radar mide la distancia calculando la tiempo de ida y vuelta entre el momento en que se transmite un pulso y el momento en que se recibe su eco. Las ondas electromagnéticas se propagan a una velocidad aproximada de 300.000 kilómetros por segundo en el vacío. La fórmula para calcular la distancia al objetivo es:
Alcance = (velocidad de la luz × tiempo de ida y vuelta) / 2
La división por dos tiene en cuenta el hecho de que la señal viaja desde el radar hasta el objetivo y vuelve; la distancia de ida y vuelta es el doble del alcance en un solo sentido.
2.2 Velocidad: el efecto Doppler
El radar mide la velocidad del objetivo a través de la Efecto Doppler. Cuando un pulso de radar incide sobre un objetivo en movimiento, la frecuencia de la onda reflejada se desplaza: se comprime si el objetivo se acerca al radar y se alarga si se aleja.
Este fenómeno es análogo al efecto Doppler acústico: el tono de una sirena de policía aumenta a medida que se acerca y disminuye a medida que se aleja. El radar mide la Desplazamiento de frecuencia Doppler entre las señales transmitidas y recibidas para calcular la velocidad radial del objetivo (su velocidad en dirección directa hacia el radar o alejándose de él). Por este motivo, casi todos los radares meteorológicos y de vigilancia aérea modernos son radares Doppler.
2.3 Ángulo: Localización de la dirección
El radar determina la posición angular del objetivo mediante el dirección hacia la que apunta la antena cuando se recibe el eco. En los radares de barrido mecánico, la antena gira y registra el ángulo azimutal en el momento del retorno. En los radares de matriz en fase, el haz se orienta electrónicamente y el sistema conoce en todo momento el ángulo de orientación del haz.
3. Componentes principales de un sistema de radar
Un sistema de radar completo consta de los siguientes componentes básicos:
| Componente | Función |
|---|---|
| Sintetizador de frecuencia | Genera la señal de radar |
| Transmisor | Amplifica la señal hasta alcanzar una potencia elevada y la emite |
| Antena | Dirige la energía electromagnética hacia el espacio y recoge los ecos que regresan |
| Receptor | Amplifica y procesa las señales de eco extremadamente débiles, separándolas del ruido |
| Procesador de señales | Realiza operaciones matemáticas —filtrado adaptado, compresión de impulsos, procesamiento Doppler— para extraer información sobre el objetivo |
| Pantalla/Salida de datos | Presenta los datos procesados a los operadores o los introduce en sistemas automatizados |
4. Principales tipos de radar
4.1 Por arquitectura
Radar monostático – Utiliza una única antena tanto para la transmisión como para la recepción, con un conmutador de transmisión-recepción para proteger el receptor durante el intervalo de transmisión de alta potencia. Esta es la arquitectura más habitual.
Radar bistático – El transmisor y el receptor están separados por una distancia considerable.
Radar de matriz en fase – Sustituye una antena parabólica de rotación mecánica por un conjunto de elementos de antena orientables electrónicamente. Al ajustar la fase de cada elemento, el haz puede orientarse en cualquier dirección en cuestión de microsegundos.
4.2 Por modo de funcionamiento
Radar de impulsos – Emite pulsos muy cortos y de alta intensidad y detecta los ecos entre pulsos. La mayoría de los radares de vigilancia y seguimiento utilizan formas de onda pulsadas.
Radar de onda continua (CW) – Transmite de forma continua, por lo que requiere antenas de transmisión y recepción físicamente separadas para evitar fugas.
Radar de onda continua modulada en frecuencia (FMCW) – Incorpora modulación de frecuencia a la transmisión continua, lo que permite realizar mediciones tanto de distancia como de velocidad.
5. Bandas de frecuencia de radar y aplicaciones
Las distintas bandas de frecuencia ofrecen diferentes relaciones entre resolución, alcance de detección y penetración atmosférica:
| Banda | Rango de frecuencias | Aplicaciones típicas |
|---|---|---|
| HF | 3–30 MHz | Radar más allá del horizonte |
| UHF/banda L | 0,3–2 GHz | Vigilancia de largo alcance, seguimiento de objetos espaciales |
| Banda S | 2–4 GHz | Vigilancia meteorológica, navegación marítima, radares de vigilancia aeroportuaria |
| Banda C | 4–8 GHz | Radar meteorológico aerotransportado, radar de apertura sintética |
| Banda X | 8–12 GHz | Control de incendios, navegación marítima, vigilancia a baja altitud |
| Banda Ku/K/Ka | 12–40 GHz | Imágenes de alta resolución, comunicaciones por satélite |
| Ondas milimétricas | >30 GHz | Radar de corto alcance para automóviles, imágenes de alta resolución |
Las frecuencias más altas ofrecen una resolución más precisa, pero sufren una mayor atenuación atmosférica; las frecuencias más bajas penetran con mayor eficacia a través de las condiciones meteorológicas y la vegetación, pero ofrecen una resolución menos precisa.
6. Procesamiento de señales de radar: extracción de objetivos del ruido
Las señales de radar sin procesar contienen no solo ecos de objetivos, sino también ruido del receptor, interferencias del terreno, señales meteorológicas e interferencias. Procesamiento de señales es la disciplina que consiste en extraer información útil sobre el objetivo a partir de estos datos con ruido.
6.1 Filtrado adaptado
La señal recibida se correlaciona con una plantilla de la forma de onda transmitida para maximizar la relación señal-ruido antes de tomar cualquier decisión de detección. Este es el procesador lineal óptimo para detectar señales conocidas en ruido blanco.
6.2 Compresión de pulsos
El pulso transmitido se modula y, a continuación, la señal de retorno se comprime al recibirla. Esto permite que un radar alcance la resolución de distancia de un pulso corto al tiempo que transmite la energía de un pulso largo, resolviendo así la disyuntiva fundamental entre resolución y alcance de detección.
6.3 Indicación y detección de objetivos en movimiento
Indicación de objetivos en movimiento (MTI) y Detección de objetivos en movimiento (MTD) utilizan el procesamiento Doppler para distinguir los objetivos en movimiento del ruido de fondo estático. Estas técnicas son esenciales para detectar objetivos en entornos con ruido de fondo terrestre.
6.4 Procesamiento de la tasa constante de falsas alarmas (CFAR)
El umbral de detección se ajusta dinámicamente en función de las estadísticas locales de interferencias, lo que permite mantener el rendimiento de la detección a medida que cambian las condiciones del entorno a lo largo de un escaneo.
7. Las ventajas técnicas de STARDL a lo largo de toda la cadena tecnológica del radar
El rendimiento de un sistema de radar depende, en última instancia, de la calidad de su etapa frontal de RF: la cadena de transmisión requiere amplificadores de alta potencia y alta eficiencia; la cadena de recepción necesita etapas frontales de ruido ultrabajo y alta sensibilidad; y la cadena de señal requiere alta linealidad y bajo ruido de fase. La oferta de STARDL a lo largo de toda la cadena del radar abarca desde chips hasta sistemas completos:
Cadena de transmisión – Dispositivos de potencia de GaN – Los dispositivos de potencia de GaN de STARDL cubren la banda de 0,5 a 8,0 GHz con una potencia de salida de hasta más de 100 W, y están optimizados específicamente para los modos de pulso de los radares. La alta densidad de potencia y la excelente estabilidad térmica del GaN lo convierten en la opción ideal para transmisores de radar y sistemas de guerra electrónica.
Cadena de recepción: amplificadores de bajo ruido – Los LNA de STARDL, basados en el proceso de GaAs, alcanzan cifras de ruido de tan solo 0,35 dB. La cifra de ruido del amplificador de primera etapa determina directamente el límite superior de la sensibilidad de todo el sistema de radar.
Cadena de señal: circuitos integrados de radiofrecuencia y microondas – Los circuitos integrados de radiofrecuencia y microondas de STARDL abarcan un rango de frecuencias desde CC hasta 50 GHz, desde mezcladores hasta multiplicadores y desfasadores, y ofrecen una solución completa para la cadena de señal que cumple con los estrictos requisitos de linealidad y ruido de fase de los sistemas de radar.
Integración de sistemas: módulos de transmisión y recepción y matrices en fase – La experiencia de STARDL en módulos T/R de matriz en fase aborda el principal reto de “concentrar más canales en un espacio limitado sin que ello afecte a la estabilidad de cada uno de ellos”. Desde los chips sin encapsular hasta los dispositivos encapsulados, pasando por la integración a nivel de módulo, STARDL ofrece soluciones integrales para la etapa frontal de RF.
La realidad de la ingeniería
El principio básico del radar no es complicado: transmitir ondas electromagnéticas, recibir ecos y calcular la distancia, la velocidad y el ángulo. Sin embargo, detrás de estos cuatro sencillos pasos se esconde un sofisticado sistema de ingeniería: desde amplificadores de potencia de GaN hasta receptores de bajo ruido, desde la compresión de pulsos hasta el procesamiento Doppler, desde la orientación del haz mediante una matriz en fase hasta la supresión de interferencias.
Para los ingenieros que diseñan sistemas de radar, comprender los principios básicos es solo el primer paso. Lo que realmente determina el rendimiento del sistema son los detalles técnicos en cada fase: si la potencia de transmisión es suficiente, si el ruido del receptor es lo suficientemente bajo, si la linealidad de la cadena de señal es adecuada y si la densidad de integración del sistema es lo suficientemente alta.
La cobertura de STARDL a lo largo de toda la cadena del radar —desde dispositivos de potencia de GaN hasta amplificadores de bajo ruido, desde chips de RF hasta módulos T/R— abarca todo el recorrido desde la transmisión hasta la recepción, desde el dispositivo hasta el sistema. Para los ingenieros que desarrollan activamente sistemas de radar, esto supone dedicar menos tiempo a la selección de componentes y a la adaptación de interfaces, y más tiempo a centrarse en los problemas fundamentales que realmente determinan el rendimiento del sistema.
