ما در اين فصل شما را با اسرار رادار و نحوه كار آن آشنا خواهيم ساخت.

كاربردهاي رادار:
اغلب از رادار براي سه منظور اصلي استفاده مي‌كنند:
- براي مشخص كردن محل يك شيء دور (در آسمان يا سطح زمين و حتي زير زمين).
- براي مشخص كردن سرعت يك شيء.
- و براي نقشه‌برداري از سطح يك شيء.
كاري را كه رادار انجام مي‌دهد، شما هم حتماً تا بحال انجام داده‌ايد!

آيا تاكنون انعكاس فريادهاي خود را در كوهستان يا صداي افتادن سنگي را داخل چاه آب شنيده‌‌ايد؟
بله، رادار هم از اين قاعده پيروي مي‌كند ولي با اين تفاوت كه به جاي صدا از امواج راديويي (غيرقابل شنيدن توسط گوش انسان) استفاده مي‌كند.

پژواك و پديده دوپلر:
پژواك چيزي است كه حتماً آن را تجربه كرده‌ايد. اگر سنگي را داخل چاه آب بيندازيد، پژواك آن را چند لحظه بعد خواهيد شيند. چون امواج صوتي حاصل از برخورد سنگ با سطح آب، از ته چاه به بالا حركت مي‌كند، شما مي‌‌توانيد پژواك آن را بشنويد. با محاسبه فاصله زماني پرتاب سنگ تا شنيدن صداي پژواك آن مي‌توانيد عمق چاه را محاسبه كنيد.




پديده دوپلر را هم هرروز تجربه مي‌كنيد. پديده دوپلر هنگامي رخ مي‌دهد كه صدا توسط يك شيء متحرك توليد يا منعكس شود.
فرض كنيد كنار جاده ايستاده‌ايد و اتومبيلي آژيركشان به سمت شما حركت مي‌كند.




قبل از رسيدن اتومبيل، شما صداي آژير را با يك تن Tone خاصي مي‌شنويد ولي وقتي اتومبيل از كنار شما رد شد، ناگهان تن صدا افت پيدا مي‌كند.

واقعاً چه اتفاقي رخ مي‌دهد؟
عامل اين تغيير تن صدا بخاطر وجود پديده دوپلر در امواج است.
حتماً مي‌دانيد كه سرعت امواج صوتي در هوا تقريباً ثابت (حدود 600 مايل در ساعت يا 340 متر در ثانيه) است. حال فرض كنيد كه همان اتومبيل در يك مايلي شما، آژير خود را به مدت يك دقيقه به صدا درآورد. با احتساب سرعت صوت در هوا، شما اين صدا را با 60 ثانيه تاخير و به مدت يك دقيقه كامل خواهيد شنيد. حال اگر همان اتومبيل آژيركشان با سرعت 60 مايل در ساعت به طرف شما حركت كند، اين بار شما صدا را با همان تاخير 60 ثانيه‌اي ولي اين‌بار به‌مدت فقط 54 ثانيه خواهيد شنيد! دليل مساله اين ا ست كه چون اتومبيل به شما نزديك مي‌شود، تاخير صدا هم به خاطر كم شدن فاصله اتومبيل از شما، كم خواهد شد و شما عملاً ثانيه‌هاي آخر آژير را آناً مي‌شنويد.

در اين حالت، فركانس و شدت امواج صوتي كه به گوش شما مي‌رسد، دائماً زياد مي‌شود ولي وقتي اتومبيل از شما دور مي‌شود، عكس اين حالت اتفاق مي‌افتد و شدت صدا ناگهان افت پيدا مي‌كند.

ديوار صوتي چگونه مي‌شكند؟
حتماً در اخبارهاي تلويزيون شنيده‌ايد كه مثلاً هواپيماهاي دشمن، ديوار صوتي را شكستند.




واقعاً ديوار صوتي چيست و چگونه مي‌شكند؟ بگذاريد، با مثال قبلي به شما توضيح دهم.
فرض كنيد همان اتومبيل آژيركشان با سرعتي بيشتر از سرعت صوت (مثلاً 700 مايل در ساعت) بطرف شما حركت كند. در اين حالت شما صدايي نمي‌شنويد ولي اتومبيل را مي‌بينيد كه نزديك مي‌شود! اين امواج صوتي بصورت توده‌اي حجم فشرده درمي‌آيند و درست همان لحظه‌اي كه اتومبيل به شما رسيد، همه اين صداها را يكدفعه خواهيد شنيد. حالا بمب صوتي منفجر شده يا به اصطلاح ديوار صوتي (امواج فشرده شده) شكسته شده است !

چگونه مي‌توان پژواك و پديده دوپلر را با هم تجربه كنيم؟
فرض كنيد بتوانيد توسط يك منبع صوتي امواجي را بسوي اتومبيلي كه بطرف شما در حال حركت است، ارسال كنيد. تعدادي از اين امواج صوتي با برخورد به اتومبيل منعكس شده و به طرف شما بازمي‌گردند (همان پژواك) چون اتومبيل به شما نزديك مي‌شود، پس امواج صوتي حاصل از پژواك به‌هم فشرده‌تر خواهند شد و فركانس صدايي را كه دريافت خواهيد كرد، از فركانس امواج ارسالي بيشتر خواهد شد.
اگر اين اختلاف را اندازه‌گيري كنيد، مي‌توانيد سرعت حركت اتومبيل را بدست آوريد. همان كاري كه پليس‌هاي بزرگراه‌ها انجام مي‌دهند.

نحوه كار رادار :
ما دريافتيم كه با كمك پژواك و پديده دوپلر مي‌توانيم سرعت حركت اجسام را اندازه‌گيري كنيم و يك نوع رادار صوتي توليد كنيم.
ولي اين رادار صوتي چند اشكال عمده هم دارد:
- امواج صوتي نمي‌توانند تا مسافت‌هاي طولاني (بيش از چند مايل) ارسال شوند.
- پژواك امواج صوتي برگشتي ممكن است آنقدر پائين باشد كه نتوان آن را تشخيص داد.
- چون مردم مي‌توانند اين صداها را بشنوند، اين نوع رادارها باعث ايجاد آلودگي صوتي براي مردم مي‌شوند.

به همين دليل، رادارها از امواج راديويي به جاي صدا استفاده مي‌كنند.
امواج راديويي كه تا مسافت‌هاي طولاني ارسال مي‌شوند، علاوه بر اينكه توسط گوش انسان قابل شنيدن نيستند ،‌پژواك آنها نيز به‌راحتي قابل تشخيص است. اجازه دهيد به نوعي رادار طراحي‌شده براي شناسايي هواپيماها در آسمان بپردازيم.




در اين سيستم، ابتدا بخش ارسال رادار برج مراقبت روشن مي‌شود و يك موج با فركانس و شدت زياد به آسمان ارسال مي‌كند و سپس خاموش مي‌شود.
چند لحظه بعد (زمان بسيار كوتاه)، بخش دريافت امواج رادار روشن مي‌شود و به پژواك‌ها گوش مي‌دهد. اگر پاسخي رسيد، با محاسبه زمان ارسال و دريافت موج محل و سرعت هواپيما را در آسمان اندازه‌گيري مي‌كند. امواج راديويي با سرعت بسيار زياد (نزديك سرعت نور يعني 300 هزار كيلومتر در ساعت) حركت مي‌كنند، بنابراين لازم است كه اين نوع رادارها به زمان‌سنج بسيار دقيق مجهز باشند.

رادارهايي كه روي زمين يا زير درياها مورد استفاده قرار مي‌گيرند، وقتي موجي را ارسال مي‌كنند، پژواك اجسام ديگري مثل ساختمان‌ها، پل‌ها، درختان يا صخره‌هاي زير دريا را هم دريافت مي‌كنند.
ساده‌ترين راه براي حذف اين امواج اضافي، فيلتر كردن آنها است. چون اين اجسام ثابت هستند و اگر زمان ارسال موج و دريافت پژواك تغيير نكند، براحتي قابل تشخيص هستند. دربرخي جاده‌ها، پليس‌ها راداري دردست دارند كه با آن مي‌توانند سرعت حركت اتومبيل‌ها را اندازه بگيرند و رانندگان متخلف را جريمه كنند.نحوه كار اين رادارها هم بسيار ساده است. امواج راديويي همانند امواج صوتي يك فركانس مشخصي دارند. (فركانس: تعداد نوسانات در هرثانيه)




هنگامي كه رادار امواجي را به سوي يك اتومبيل ثابت بفرستد، فركانس سيگنال برگشتي با ارسالي برابر خواهد بود ولي وقتي اتومبيل در حال دور شدن باشد سيگنال دوم ديرتر از سيگنال اولي پژواك خواهد شد و فركانس برگشتي آن كمتر از فركانس ارسالي (با طول موج بزرگتر) خواهد بود (شكل زير) و برعكس وقتي اتومبيل درحال نزديك شدن باشد، سيگنال دومي سريعتر از سيگنال اولي (بافركانس بيشتر و طول موج كوتاه‌تر) خواهد بود. با محاسبه نسبت فركانس دومي به اولي مي‌توان به راحتي سرعت اتومبيل را اندازه گرفت.