יסודות בניית ראדום

הערה חשובה: פיתוח ובניית ראדום הם מורכבים מאוד. הנתונים המוזכרים הם בערכים משוערים בלבד. מידע זה נותן תובנה ראשונה בנושא זה ואינו מחליף הערכות ובדיקות הכרחיות.

חיישני מכ"ם (RADAR) מורכבים מקצה-קדמי (RFE) (חלק מיקרוגל עם מבנה אנטנה) ורכיבים לעיבוד אותות. הליבה עצמה היא הקצה-הקדמי של המכ"ם, מכיוון שכאן האנטנה משדרת וקולטת אותות אלקטרומגנטיים. כדי לנתח את המידע שנאסף, הקצה-הקדמי מעביר אותו ליחידת עיבוד האותות (איור 1).

איור 1: רכיבים בסיסיים במערכת מכ"ם (iSYS-4004 המוצג כאן). (מקור התמונה: InnoSenT)

על מנת להגן על אנטנת המכ"ם ועל הרכיבים האלקטרוניים, החיישן סגור בתוך מעטפת בדרך כלל. זה מגן על ה- RFE מפני השפעות חיצוניות הגורמות נזק או משפיעות על הביצועים. הודות ליכולת שלו לחדור דרך חומרים, המכ"ם עדיף לרוב גם מסיבות אסתטיות. זהו היבט ייחודי שמתכנני המוצר מעריכים מאוד.

כשמדובר על מעטפת מגן כזו למבנה האנטנה, טכנאי מכ"ם מתייחסים ל"ראדום". המילה היא צירוף של המילים "ראדאר (RADAR)" ו"כיפה (Dome)". הכיסוי בצורת כיפה, כמו זה שעל ה- iSYS-6003, משמש בעיקר עם מערכות מכ"ם גדולות המותקנות במקום קבוע, כמו מכ"מים של מטוסים או אוניות.

עם זאת, חיישנים ומערכות עבור יישומים תעשייתיים או מסחריים דורשים גם הגנה מפני פגיעות מכניות או כימיות כדי לא לפגוע בתפקוד האנטנה. אלה מותאמים לאנטנה ולמאפיינים של גלי המכ"ם.

בתכנון ראדום, זה גם קריטי להשתמש בחומר הנכון. אם גלים אלקטרומגנטיים פוגעים בעצמים או באנשים, תכונות החומר משפיעות על התפשטותם. כדי לגלות אילו חומרים מתאימים עבור ראדום, חשוב לקחת בחשבון את האפקט שנגרם לאחר .שגלי המכ"ם פוגעים בהם.

טבלה 1 היא סקירה כללית המעריכה חומרים שונים מבחינת הספיגה וההחזרה כמו גם היכולת של מיקרוגלים לחדור דרכם.

גלי מכ"ם חייבים להיות מסוגלים לחדור דרך הראדום. מתכות חוסמות את החיישן. עקב תכונות ההחזרה הגבוהה שלהם, הם אינם מתאימים למיקום מול האנטנה. חיפוי עץ (בדרך כלל עם רמה מסוימת של לחות שיורית) אינו מתאים אף הוא, בגלל היכולת המוגבלת שלו להעביר דרכו גלים אלקטרומגנטיים.

חומרי קצף מוצק כגון פוליסטירן מתאימים היטב ביותר לשימוש כחומר כיסוי. ניתן אפילו לישם אותם ישירות על האנטנה במבנה מחוספס ביותר. עם זאת, בשל יציבותם הנמוכה ורגישותם לכימיקלים, חומרי קצף מוצק לרוב אינם אלו הנבחרים כשמדובר בבחירת החומר.

לפיכך פלסטיק הוא האלטרנטיבה הנפוצה ביותר עבור ייצור כיסוי או מעטה מגן. עם זאת, בתכנון ראדום על המתכנן להביא בחשבון את תכונות הפלסטיק. ככל שהחומר עבה יותר וקרוב יותר לאנטנה, כך הגלים האלקטרומגנטיים חודרים פחות אליו.

במקרה של פלסטיק שחור, עלולים להיווצר הפסדים במדידה מכיוון שלעתים קרובות הם מכילים פחמן. צבירת מים שאינם מנוקזים עלולה לפגוע גם בקליטת המידע של הקצה-הקדמי. טיפול נוסף בראדום הפלסטי, למשל על ידי צביעתו, משפיע לרעה גם על קליטת הנתונים על ידי אנטנת המכ"ם.

קביעת הממדים והמיקום של הראדום

בבניית ראדום, לא רק החומר שנבחר אלא גם הקיבוע והצורה המדויקים של הראדום הם חשובים מאוד. כדי לא להגביל את הפונקציונליות שלו, יש להביא בחשבון את ההיבטים הבאים:

• המרחק בין החלק התחתון של הראדום לבין האנטנה
• עובי החומר של הראדום
• צורת הראדום (הומוגנית ככל האפשר)

גורמים אלה קובעים אם הראדום הבנוי מחזיר או סופג את רוב גלי המכ"ם.

המרחק הנכון

לאחידות של המרחקים המסוימים בין הראדום לבין האנטנה יש חשיבות עליונה. אפילו סטיות קלות, למשל חריץ קטן בחלק התחתון של כיסוי המגן, עלולות לשנות את ההתפשטות של הגלים האלקטרומגנטיים. מסיבה זו, לראדומים משופעים יש גם השפעה לרעה מכיוון שהם יכולים להזיק להחזרה תקינה. כך גם קצוות עגולים, בליטות, חיזוקים או חריצים בחומר (איור 2).

איור 2: התמונה הימנית מציגה "מיקום לא-נכון": לראדום יש משטח לא-אחיד והוא אינו ממוקם במקביל לאנטנה. התמונה השמאלית מציגה "מיקום נכון": מרחקים אחידים כמו גם מיקום וממדים נכונים של הראדום. (מקור התמונה: InnoSenT)

על מנת לקבוע את המרחק הנכון והאחיד יש לוודא:

• התפשטות הגלים מופרעת רק במעט אם הם פוגעים בראדום בדיוק בחצי אורך-גל (או כפולות שלו).
• המשמעות היא שמשטח האנטנה (מרכז הגל) חייב להיות ממוקם במקביל לכיסוי, במרחק של λ/2 (או כפולות שלו).
• עם תדר מרכזי של GHz‏ 24,125 (עם חצי אורך-גל של כ- 6.2 מילימטרים (מ"מ)), המרחק האופטימלי הוא בערך 6.2 מ"מ.

העובי הנכון של החומר

כאן, חל אותו עיקרון כמו בקביעת המרחק המתאים: על מנת למזער את ההפרעות להתפשטות הגלים, עליהם לפגוע בראדום במחצית אורך-הגל. בדומה, צריך גם לבחור את עובי החומר של הראדום כראוי, עבור חצי מאורך-הגל.

עם זאת, יש להביא בחשבון גם את אופן שינוי הגל על ידי חומר הראדום (עקב החדירה דרך החומר). התאמה זו מתייחסת למוליכות של החומר המשמש (פונקציית דיאלקטרי ε‏). הוא מקצר את אורך הגל בפקטור של (_r‏ε‏)√‏.

לדוגמה, עם פלסטיק, קבוע דיאלקטרי זה הוא בין שלוש לארבע, אולם עם זאת, בפועל הוא משתנה במידה רבה. כדי לקבל הערכה גסה, ניתן לבצע חישוב עם הערך הממוצע של 1.5. לאחר מכן ניתן לחשב את עובי החומר באמצעות הנוסחה (_r‏ε‏)√‏2‏/λ‏. זה יהיה שווה ל- 4 מ"מ עם ערכי התחלה אלו.

איור 3: דוגמה עבור חישוב עובי החומר עצמו עבור הראדום. (מקור התמונה: InnoSenT)

כדי לבנות את הראדום, יש צורך בידע נרחב על הרכב החומר המשמש ועל התפשטות גלים אלקטרומגנטיים. המידע המסופק נועד אך ורק כהנחיות וכדי להדגיש אילו היבטים יש להביא בחשבון לחלוטין בעת בניית כיסוי אנטנה.