I primi studi sul radar ebbero inizio negli USA e in Europa contemporaneamente negli anni trenta, poi l'imminenza del secondo conflitto mondiale accelerò, ma ne rese segrete le ricerche che si svilupparono separatamente nei vari stati interessati al conflitto e ne rivolse l'interesse principalmente a scopi militari come avviene sempre in queste circostanze.

Gli studi furono particolarmente approfonditi in Inghilterra, negli USA e in Germania così, ad esempio, l'Inghilterra fu protetta da una catena di radar per intercettare gli aerei tedeschi che dalla Germania la sorvolavano per bombardarla e si può dire che questo dispositivo ebbe certamente un ruolo determinante sull'esito di quella battaglia.

Il radar è essenzialmente un sistema di rilevamento funzionante sul principio dell'eco, in cui il trasmettitore irradia periodicamente energia sotto forma di impulsi di microonde di grande potenza, ma di durata molto breve.

Gli impulsi radar vengono irradiati da un'antenna parabolica fortemente direttiva che li trasmette alla velocità della luce verso il bersaglio.

Se gli impulsi trasmessi non incontrano alcun ostacolo, non tornano più indietro, mentre se incontrano un aereo, una nave, una montagna, una piccola parte dell'energia irradiata ritorna all'antenna trasmittente dopo un tempo brevissimo sotto forma di eco.

L'eco viene visualizzata, sotto forma di spot luminoso, su uno schermo costituito da un tubo catodico di forma circolare.

Poiché la velocità di propagazione degli impulsi radar è perfettamente nota, dal tempo impiegato dal segnale a raggiungere il bersaglio e a ritornare indietro, si può ricavare la distanza dello stesso.

Se c è la velocità della luce, D è la distanza del bersaglio e t è il tempo dopo il quale ritorna l'eco dell'impulso all'antenna che lo ha trasmesso, sarà:

Le frequenze di funzionamento vanno da qualche centinaio di MHz a circa 35 GHz.

Le antenne, di tipo parabolico, hanno guadagni che vanno da 40 a 50 dB.

Il segnale irradiato è di forma impulsiva cioè molto intenso ma solo per brevissimi istanti perché dopo aver emesso l’impulso, il radar resta in attesa di un’eventuale eco per tutto il tempo in cui l’impulso potrebbe tornare dalla sua portata massima.

Per questo motivo il valore medio della potenza erogata nell’unità di tempo scende moltissimo rispetto ai valori di picco.

Ad esempio:

La potenza media P_m è uguale alla potenza di picco P_p per il D.C.:

Il radar ha vari impieghi nel campo civile e nel campo militare.

Esso è di aiuto alle navi perché consente di individuare battelli, scogli, isole, e la terraferma anche in piena notte o in cattive condizioni atmosferiche.

Le microonde, infatti, che il radar irradia, viaggiano indifferentemente sia di giorno sia di notte, sia con il sole sia con la pioggia. 

I radar le cui frequenze di funzionamento si aggirano intorno a 6 - 10 GHz, sono particolarmente adatti a individuare dense masse nuvolose e sono quindi usati come radar meteorologici.

Questi sono molto utili, come è logico, nella navigazione aerea e marittima in quanto consentono alle navi e agli aerei di evitare perturbazioni particolarmente intense che potrebbero costituire un pericolo per l’attraversamento delle zone interessate.

Il radar inoltre è oggi anche in grado, quale altimetro, di misurare la distanza degli aeromobili dal suolo e di monitorare il traffico aereo in vicinanza dell’aeroporto.

L’ILS (Instrument Landing System = sistema di atterraggio strumentale) è un sistema di radioassistenza al volo per l’atterraggio degli aeromobili in condizioni di visibilità nulla.

L’autovelox della polizia stradale è un altro tipo di radar a modulazione di frequenza funzionante sul principio dell’effetto Doppler, particolarmente attrezzato per le misure di velocità degli autoveicoli.

In questo tipo di radar, ad onda continua, la velocità dell’autoveicolo si ricava dalla differenza di frequenza tra l’onda incidente e l’onda riflessa.

Impulsi radar sono andati sulla luna, sul sole e sui pianeti più vicini per studiarne la distanza e la consistenza della superficie, ma più di recente, la distanza terra luna è stata misurata con maggiore precisione e molta minore potenza, con il laser.

Il pianeta Venere è sempre apparso molto luminoso e bianco e, dall’invenzione del cannocchiale in poi, si è sempre cercato di scrutarne la superficie, sempre coperta da una folta coltre di spesse nubi, ma senza alcun esito.

Nel 1989 si è mandata la sonda spaziale Magellano con a bordo un radar altimetrico la cui frequenza di funzionamento era tale da perforare le nubi venusiane opache alla luce visibile, e rilevare i più piccoli dettagli della superficie del pianeta.

La sonda ha avvolto il pianeta con una serie di percorsi circolari sfalsati ogni giro di un piccolo angolo tale da determinare la scansione totale di tutta la superficie e ha trasmesso a terra tutti i dati rilevati che, immessi nei computer della NASA, hanno consentito la ricostruzione esatta delle caratteristiche della superficie rilevando dettagli di pochi metri.

Il radar è certamente molto usato nel campo militare, fatto questo che, come spesso accade per molte scoperte tecniche, ne ha determinato certamente l’approfondimento degli studi anche in tempo di pace.

Infatti il radar è usato per puntare cannoni o missili contro bersagli fissi o mobili in quanto è in grado di rilevarne con esattezza la distanza e la direzione anche al buio o attraverso nubi o cortine di fumo

La sezione trasmittente è costituita da un oscillatore di potenza a radiofrequenza, normalmente un MAGNETRON, pilotato da un generatore di impulsi.

Vengono dunque prodotti impulsi brevissimi, a iperfrequenza, di grande potenza.

L’antenna del radar altamente direttiva, è sistemata in modo da poter essere ruotata in ogni direzione.

Normalmente viene usata la stessa antenna sia per trasmettere gli impulsi che per riceverne l’eco.

Questo fatto rende necessario l’uso di un dispositivo di commutazione, chiamato Duplexer, che isola la sensibilissima sezione ricevente dalla trasmittente durante l’emissione degli impulsi ad alta potenza che altrimenti la danneggerebbero irrimediabilmente, viceversa dirige verso la sezione ricevente il segnale eco di ritorno dal bersaglio negli intervalli di silenzio del trasmettitore.

Il ricevitore radar è un normale radioricevitore funzionante con il metodo supereterodina con frequenze intermedie, ad esempio di 70 MHz, con la minore possibile figura di rumore, un’alta sensibilità ed una larghezza di banda uguale alla frequenza degli impulsi prodotti.

Il terminale video in ricezione è normalmente un tubo a raggi catodici con lo schermo di forma circolare che visualizza l’intervallo di tempo tra l’emissione e la ricezione degli impulsi creando una traccia ottica su una scala graduata in miglia o in chilometri.

Per ottenere questo risultato la scansione del tubo a raggi catodici è sincronizzata con gli impulsi trasmessi.

La portata di un sistema radar si può ricavare come segue, essendo:

D = distanza del bersaglio misurata in m

S = area equivalente della sezione trasversale del bersaglio misurata in m²

P_T = potenza di picco del trasmettitore in W

P_R = potenza di picco dell’eco all’antenna ricevente in W

G_T = guadagno dell’antenna trasmittente (numero puro)

G_R = guadagno dell’antenna ricevente (numero puro)

l = lunghezza d’onda in m

A = area di cattura dell’antenna ricevente in m²

Se la distanza del bersaglio è D, la superficie della sfera di raggio D è 4D² per cui alla distanza D a cui si trova il bersaglio, la densità di potenza a m², dovuta al trasmettitore, che assume il nome di vettore di Poynting sarà:

Questa energia elettromagnetica colpisce il bersaglio ed è sparsa in varie direzioni o parzialmente assorbita in funzione della forma e del materiale di cui è costituito il bersaglio.

Se S è l’area equivalente del bersaglio, cioè quella parte della sezione trasversale del bersaglio che determina la riflessione dell’onda in ogni direzione, il bersaglio si comporterà a sua volta, una volta investito dall’onda degli impulsi radar, come un trasmettitore di potenza elettromagnetica di valore:

Questa onda elettromagnetica, riflessa dal bersaglio, determinerà sull’antenna radar, che questa volta funge da ricevitore, una densità di potenza a m²:

Questa densità di potenza che si presenta all’antenna ricevente determina un assorbimento di potenza che è funzione dell’area equivalente dell’antenna:

Se ora vogliamo determinare la portata del radar, cioè la massima distanza alla quale è effettivamente rilevabile un bersaglio, dobbiamo osservare che, al crescere della distanza D, la potenza che ritorna indietro diminuisce e pertanto la portata cercata è limitata dalla sensibilità del ricevitore, dalla sua capacità di leggere un segnale di piccolissima potenza separandolo dal rumore, sempre presente.

Se allora, nella formula appena scritta, chiamiamo con P_MIN la minima potenza rilevabile, ad essa corrisponderà la D_MAX , cioè la portata richiesta:

Il segnale ricevuto da un radar, dopo essere stato amplificato, demodulato, rivelato come in un comune radioricevitore supereterodina, viene visualizzato su di uno schermo con fosfòri ad alta permanenza di solito di forma circolare, sebbene siano usate anche altre due forme di visualizzazione.

Il monitor porta tracciati dei cerchi concentrici equidistanti, tarati in Chilometri o Miglia che rappresentano la distanza del bersaglio.

Un pennello elettronico, ruotante con velocità angolare costante, descrive tutto il cerchio mentre in contemporanea l’antenna, in alto, ruota irradiando tutto lo spazio circostante con gli impulsi a microonde.

Esiste pure una scala graduata in angoli che parte a raggiera dal centro dello schermo e determina l’angolo di azimut con cui il radar vede il bersaglio.

In corrispondenza di un bersaglio il raggio determina uno spot luminoso sullo schermo che, per la permanenza dei fosfòri, rimane visibile per qualche secondo.

Il magnetron è il classico oscillatore per microonde usato in campo radaristico.

Può generare impulsi di onde elettromagnetiche della potenza istantanea di alcuni megawatt nel campo di frequenza dei gigahertz.

E’ costituito da un grosso cilindro in metallo forato, come indicato in figura, con un catodo al centro e un anodo che comprende tutta la struttura esterna.

Tra anodo e catodo si applicano impulsi di forma rettangolare di alta tensione che determinano l’emissione di elettroni che dal catodo tendono ad avvicinarsi all’anodo e che la presenza di un intenso campo magnetico assiale costringe a percorrere traiettorie circolari all’interno dei numerosi fori cilindrici della struttura i quali sono opportunamente predisposti in modo da costituire dei risuonatori per microonde.