동물의 레이더를 모방하는 기술
레이더(RAdiation Detecting And Ranging)는 물체의 위치를 찾기 위한 무선 방법으로 전통적으로 항공 여행과 해상 운송에서 주로 사용되었습니다. 제2차 세계 대전에서 레이더 지원 공중 방어가 도입된 이후로, 레이더는 무기 기술의 일환으로도 활용되었습니다. 최근에는 레이더가 우주 여행, 날씨 예보 및 궁극적으로 도로 교통에서도 차량 간 거리 측정을 위한 ACC(Adaptive Cruise Control, 적응형 크루즈 컨트롤) 시스템의 일환으로 적용되고 있습니다.
레이더 기술 개발의 기초는 동물이 가진 음향 탐지 시스템(음파 항법 및 거리 측정, Sonar)에서 비롯되었습니다. 예를 들어, 반향 정위법을 사용하는 박쥐는 30~120 kHz의 초음파 범위에서 날카로운 휘파람 소리 형태로 방향을 잡는 소리를 발산합니다. 그런 다음 그들은 장애물이나 먹이에서 반사된 메아리를 귀로 수집하여 이를 통해 다음에 무엇을 할지 결정합니다.
레이더는 유사한 방식으로 작동하지만, 음파 대신 전자기파를 사용합니다. 레이더의 거리 측정 방식은 전자기파를 방출한 후, 물체에서 반사된 신호가 수신될 때까지 걸리는 시간을 측정하는 방식에 기초합니다.
항공 여행과 해상 운송의 레이더 시스템은 예를 들어 500 MHz에서 40 GHz 범위의 주파수 대역에서 작동하는 반면, ACC는 76~77 GHz 범위의 주파수 대역을 사용하도록 허가됩니다.
레이더 기술 개발 단계
전자기파를 이용한 장거리 탐지 장치의 개발은 설계 엔지니어들에게 큰 도전 과제였습니다. 처음에 방출된 에너지의 일부만이 반사되어 돌아왔습니다. 따라서 많은 양의 에너지를 방출하고 이를 가능한 한 좁은 빔으로 집중하는 것이 필요했습니다. 이를 위해서는 물체의 크기보다 짧은 파장을 가진 매우 민감한 송신기와 수신기가 필요했습니다. 레이더 기술로 이어진 개발 경로는 다음과 같은 역사적 이정표와 인물들로 점철되어 있습니다.
- 1837년 모스: 전신을 통해 전기 펄스를 이용해 장거리 메시지 전송 방법을 발견, 이는 널리 사용되는 첫 번째 방법이었습니다.
- 1861/1876년 라이스와 벨: 전신 대신 전화가 개발되어 메시지 전송이 더 직접적이고 사용자 친화적으로 변화했습니다.
- 1864년 맥스웰, 헤르츠, 마르코니: '라디오파'의 존재가 이론적으로나 실험적으로 증명되었으며, 라디오파는 금속 물체에서 빛이 거울에서 반사되는 것처럼 반사된다는 사실이 밝혀졌습니다.
- 1922년 마르코니: 라디오의 선구자로서, 라디오 측정 기술에 대한 추가 연구를 제안했습니다.
- 1925년 애플턴과 바넷: 라디오 측정 기술 원리를 활용하여 대기 중의 전도성 지층을 탐지하는 방법이 개발되었습니다. 브라이트와 투브는 정확한 개발 측정을 가능하게 하는 펄스 변조 기술을 개발했습니다.
- 1935년 왓슨 와트: 레이더 발명.
- 1938년 폰테: 마그네트론(고주파 진동을 생성하는 속도 변조 튜브) 발명.
[아래 원문]
Technology to mimic the animals Radar (RAdiation Detecting And Ranging) is a wireless method for locating objects that has traditionally been used mainly in air travel and shipping. Since radar-supported air defence was introduced in World War 2, radar has also been a feature of weapons technology. More recently, radar has found application in space travel, weather forecasting and ultimately in road traffic as part of measuring distances between vehicles using ACC (Adaptive Cruise Control). The basis for the development of radar was the sonar system (Sound Navigation and Ranging) possessed by animals for navigation and determining distances. Echolocating bats, for example, emit orientation sounds in the form of shrill whistles in the 30 to 120 kHz ultrasound range. They then pick up the echo from obstacles or their prey with their ears. They use the information contained in the echo to decide what to do next.
Radar functions in a similar way but uses radio signals not sound waves. The distance measurement method of radar is based on the measurement of the time that elapses between the emission of the electromagnetic waves and the reception of a signal echo reflected by an object.
While air travel and shipping radar systems, for example, operate in the 500 MHz to 40 GHz frequency range, ACC is authorized to use the 76 to 77 GHz frequency band
Stages in the development of radar The development of electromagnetic, longrange search facilities was a great challenge for design engineers. Only a small part of the energy originally emitted was reflected back. It is therefore necessary to emit a large amount of energy and to concentrate it in as narrow a beam bundle as possible. The only devices suitable for this are very sensitive transmitters and receivers for waves that are shorter than the dimensions of the target. The development path that led to radar technology is punctuated by the following historical milestones and characters:
1837 Morse: Message transmission over long distances by means of electrical pulses sent by the telegraph was the first method to find widespread use
1861/1876 Reis and Bell: Replacement of telegraphs by the telephone makes message transfer much more direct and user-friendly
1864 Maxwell, Hertz and Marconi: Existence of “radio waves” proven theoretically and experimentally. Radio waves reflect off metallic objects in the same way as light waves reflect off a mirror
1922 Marconi: The pioneer of the radio proposes further investigations into earlier research approaches to radio measuring technology
1925 Appleton and Barnett: The principle of radio measuring technology is used to detect conducting strata in the atmosphere Breit and Tuve: Development of pulse modulation that permits exact development measurements
1935 Watson Watt: Invention of the radar
1938 Ponte: Invention of the magnetron (velocity-modulated tube for generating high-frequency vibrations)