Radar, hay còn gọi là ra-đa, là một hệ thống “đôi mắt thần” sử dụng sóng vô tuyến để “nhìn” và “nghe” mọi vật xung quanh. Nhờ radar, máy bay có thể hạ cánh an toàn trong điều kiện thời tiết xấu, tàu biển có thể tránh được các tảng băng trôi, và các nhà khí tượng có thể dự báo chính xác các cơn bão….
Cũng giống như cách chúng ta dùng tiếng vang để xác định khoảng cách đến một vách đá, radar phát ra sóng vô tuyến và đo thời gian sóng phản xạ trở lại để xác định vị trí và khoảng cách đến các vật thể. Nhờ vậy, radar đã trở thành công cụ không thể thiếu trong nhiều lĩnh vực, từ hàng không, hải quân đến khí tượng và giao thông.
Vậy bạn có tò mò muốn biết radar hoạt động như thế nào?
Nguyên lý hoạt động của radar có thể chia thành các giai đoạn chính sau:
- Phát xung: Radar phát ra các xung sóng vô tuyến ngắn và đều đặn.
- Truyền sóng: Sóng vô tuyến lan tỏa trong không gian và gặp phải các vật thể.
- Phản xạ: Sóng bị phản xạ trở lại antenna của radar.
- Thu nhận và xử lý tín hiệu: Radar thu nhận tín hiệu phản xạ, lọc bỏ nhiễu và tính toán các thông số như khoảng cách, vận tốc, góc.
- Hiển thị kết quả: Thông tin về mục tiêu được hiển thị trên màn hình radar.
1. Phát xung
Antenna (ăng-ten): Đây là bộ phận quan trọng nhất của radar, có chức năng phát ra các xung sóng vô tuyến có tần số rất cao (microwave). Các xung sóng này được tạo ra và phát ra theo chu kỳ, với khoảng thời gian giữa các xung được gọi là thời gian lặp xung (Pulse Repetition Time – PRT).
Hình dạng xung: Mỗi xung sóng sẽ lan tỏa ra không gian xung quanh. Mỗi xung sóng có một hình dạng đặc trưng, thường là hình chữ nhật. Độ dài của xung (Pulse Width – PW) ảnh hưởng đến độ phân giải về khoảng cách của radar.
2. Truyền sóng
Sóng vô tuyến được phát ra từ antenna, lan tỏa ra không gian theo hình nón. Góc mở của nón sóng phụ thuộc vào kích thước và hình dạng của antenna.
3. Phản xạ
Khi sóng vô tuyến gặp phải một vật thể trên đường đi, chúng sẽ bị phản xạ trở lại theo nhiều hướng khác nhau. Một phần năng lượng sóng sẽ được thu nhận lại bởi antenna.
Mức độ phản xạ: Khả năng phản xạ sóng của một vật thể phụ thuộc vào nhiều yếu tố, bao gồm:
- Kích thước: Vật thể càng lớn, diện tích phản xạ càng lớn, tín hiệu phản xạ càng mạnh.
- Hình dạng: Hình dạng của vật thể ảnh hưởng đến cách sóng bị phân tán.
- Vật liệu: Các vật liệu khác nhau có khả năng phản xạ sóng khác nhau. Ví dụ, kim loại thường phản xạ sóng tốt hơn so với các vật liệu không dẫn điện.
4. Thu nhận tín hiệu
Antenna chuyển từ chế độ phát sang chế độ thu để tiếp nhận tín hiệu phản xạ. Tín hiệu thu được thường rất yếu và bị nhiễu bởi các nguồn nhiễu khác nhau như nhiễu điện, nhiễu khí tượng.
5. Xử lý tín hiệu
Khuếch đại: Tín hiệu thu được được khuếch đại để tăng cường độ.
Lọc: Tín hiệu được lọc để loại bỏ nhiễu và tách riêng tín hiệu phản xạ của mục tiêu.
Xác định khoảng cách: Bằng cách đo thời gian trôi qua từ lúc phát xung đến lúc nhận được tín hiệu phản xạ, nó có thể tính toán được khoảng cách đến mục tiêu.
Xác định góc: Bằng cách xoay antenna, nó có thể xác định được góc của mục tiêu so với radar.
Xác định vận tốc: Sử dụng hiệu ứng Doppler, radar có thể đo được vận tốc của mục tiêu.
Xác định loại mục tiêu: Dựa vào đặc tính của tín hiệu phản xạ, radar có thể phân biệt được các loại mục tiêu khác nhau.
6. Hiển thị kết quả
Thông tin về vị trí, tốc độ và các đặc tính khác của vật thể sẽ được hiển thị trên màn hình dưới dạng các dấu chấm sáng hoặc các hình ảnh.
Nhờ quá trình phát, phản xạ và thu nhận sóng vô tuyến, radar có khả năng phát hiện, định vị và theo dõi các vật thể trong không gian. Các thông tin thu về được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như hàng không, hải quân, khí tượng, giao thông…
Ra đời từ những năm 1930, radar đã trải qua một quá trình phát triển không ngừng và trở thành một công nghệ cốt lõi trong nhiều lĩnh vực. Ngày nay, với sự hỗ trợ của trí tuệ nhân tạo và các công nghệ tiên tiến khác, radar ngày càng trở nên thông minh và mạnh mẽ hơn. Trong tương lai, radar hứa hẹn sẽ mang đến nhiều đột phá mới, góp phần vào sự phát triển của nhân loại.
Xem thêm các bài viết thú vị về Quang điện tử Tại đây!
