Conmutación de lóbulos

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La conmutación de lóbulos es un método utilizado en los primeros equipos de radar para mejorar la precisión del seguimiento. Utiliza dos elementos de antena ligeramente separados para enviar el haz ligeramente a cada lado de la línea media de la antena. La señal del radar cambiaba entre los dos y producía dos "blips" en la pantalla. Al comparar las longitudes de los blips, el operador podía encontrar cuál daba el retorno más fuerte, indicando así en qué dirección se debía mover la antena para apuntar directamente al objetivo. ^[1] El concepto se utilizó solo brevemente y fue reemplazado casi por completo por los sistemas de escaneo cónico hacia el final de la Segunda Guerra Mundial . El concepto también se conoce con poca frecuencia como lóbulo secuencial , en particular cuando la señal oscila entre varios ángulos diferentes en lugar de solo dos.

Las primeras antenas de radar generalmente consistían en una serie de pequeñas antenas dipolo delante de un reflector pasivo. Los dipolos se colocaban de manera que interferían constructivamente delante de la antena, "dirigiendo" así la señal en esa dirección. La dispersión angular del haz es una función del número de elementos, y cuantos más elementos haya, más enfocado estará el haz. Una gran cantidad de estos elementos sería ideal, pero poco práctico debido a que debían colocarse a una distancia específica entre sí, dependiendo de la longitud de onda de la fuente de radio que se utilizara. En los primeros sistemas de "onda larga", como los utilizados por los británicos y los estadounidenses, esto obligaba a colocar los elementos a varios pies de distancia, lo que limitaba el número de dipolos a quizás una docena para cualquier antena de tamaño razonable.

Los ángulos de haz resultantes para un sistema de este tipo eran generalmente demasiado amplios para ser utilizados directamente para apuntar con el arma . Por ejemplo, el SCR-268 de los EE. UU. tenía un ancho de haz de 2 grados, y una vez que el objetivo entraba en ese haz, el operador no podía decir fácilmente en qué parte del haz se encontraba. Se necesitaría una precisión de ángulo de aproximadamente 0,1 grados para apuntar con el arma directamente. En su uso inicial, el sistema se combinaba con un reflector , que se dirigía hacia el objetivo mediante el radar. El reflector luego rastreaba el objetivo manualmente y los artilleros apuntaban visualmente. En esta función, incluso durante el día, la información de alcance que proporcionaba el radar seguía siendo invaluable.

La conmutación de lóbulos ofrecía una precisión muy mejorada a cambio de una pequeña cantidad de complejidad. En lugar de un único conjunto de elementos dipolares, se colocaron dos en cada punto de la matriz. La señal de radio se conmutaba entonces de forma alternada entre los dos conjuntos de dipolos, normalmente a través de un interruptor mecánico accionado por motor. La señal de retorno de un conjunto se enviaba con un pequeño retardo, desplazando su "pico" en el osciloscopio del operador ligeramente hacia un lado. Dado que la conmutación era más rápida de lo que el ojo podía seguir, el resultado aparecía como dos picos bien formados en la pantalla.

Como cada lóbulo estaba ligeramente descentrado, si el objetivo no estaba centrado en el centro de la antena (en su conjunto), una de las dos señales de retorno tendría mayor intensidad que la otra. De este modo, el operador podía mantener la antena apuntando al objetivo simplemente moviéndola para que ambas señales de retorno tuvieran la misma altura en la pantalla. Como los lóbulos estaban dispuestos para superponerse solo ligeramente, solo había un ángulo muy pequeño en el que las dos señales de retorno serían iguales; incluso los movimientos leves del objetivo fuera de la línea central hacían que una señal fuera mucho más fuerte rápidamente. Por lo tanto, la medición resultante era mucho más precisa.

El escaneo cónico era similar en concepto a la conmutación de lóbulos, pero como su nombre lo indica, se operaba de manera rotatoria en lugar de en dos direcciones. Esto permitía al operador obtener una vista en 2D de qué dirección tenía el retorno más fuerte y, como resultado, era mucho más fácil de operar. El escaneo cónico solo se podía usar fácilmente en una antena con una bocina de alimentación única, lo que solo es práctico con radares de microondas . A medida que se introdujeron estos sistemas en servicio, la conmutación de lóbulos generalmente desapareció.

Es posible bloquear un radar de conmutación de lóbulos con relativa facilidad si se conocen las frecuencias operativas básicas del radar. En el caso de un equipo de conmutación de lóbulos que cambia de lóbulos 30 veces por segundo, se puede construir un bloqueador para enviar una señal débil en la misma frecuencia que también varía 30 veces por segundo, pero que sólo envía una señal cuando el lóbulo del radar apunta en dirección opuesta a la aeronave, lo que se encuentra fácilmente buscando un punto bajo en la señal recibida. En el extremo del receptor, las dos señales se mezclan y la señal adicional del bloqueador de la aeronave "suaviza" la señal fuerte/débil que de otro modo se vería. Esto niega la información del ángulo del radar y puede dificultar cualquier seguimiento excepto el de ángulos generales.

Una forma de evitar este problema es la llamada " lobulación en recepción únicamente " (LORO, por sus siglas en inglés), ^[2] que utiliza un conjunto de elementos de antena para enviar una señal sin conmutación de lóbulos y dos conjuntos adicionales para la conmutación de lóbulos en la recepción. El funcionamiento es básicamente idéntico al de un radar de lóbulos normal, pero niega cualquier información sobre la conmutación de lóbulos a la aeronave objetivo, a costa de algunos elementos de antena adicionales (o, más comúnmente, una segunda antena). Se pueden utilizar "bloques" de señal no sincronizados para interferir en los radares LORO, aunque no es tan eficaz como contra un sistema de lóbulos normal y, en general, dificulta el trabajo del operador, en lugar de imposibilitarlo.

El SCR-268 , el primer sistema de radar del Ejército de los EE. UU., fue uno de los primeros equipos de radar en utilizar la conmutación de lóbulos de sus antenas receptoras como medio para apuntar los rayos de los reflectores antiaéreos a las aeronaves.

• Este concepto de conmutación de lóbulos se utilizó en el llamado Flimmerschalter del radar alemán de Liechtenstein durante la Segunda Guerra Mundial. (ver tutorial de radar)