Tutkaheijastin

Tutkaheijastimen toimintaperiaate.

Keskiniemen loisto Hailuodossa. Tornin pohjoissivulla on tutkaheijastin.

Tutkaheijastin on merenkulun turvalaite, takaisinheijastin, jonka tarkoituksena on parantaa kohteiden kuten merimerkkien ja pienten alusten näkymistä tutkassa, ja siten lisätä vesiliikenteen turvallisuutta. Joissakin aluksissa se on pakollinen varuste. Suomen merialueilla on paljon tutkaheijastimella varustettuja merenkulun turvalaitteita.

Tärkeimmät merimerkit on pääsääntöisesti varustettu kiintein tutkaheijastimin koska ne passiivisina laitteina ovat toimintavarmoja eivätkä tarvitse teholähdettä. Pienissä aluksissa, pääasiassa purjeveneissä, käytetään tutkaheijastimia, jotka voidaan nostaa purjeveneen köysistöön, tai mastoon.

Rakenne

Tutkaheijastin on valmistettu yleensä teräksestä tai alumiinista. Heijastimen levymäiset osat muodostavat yleensä joukon suorakulmaisia soppia. Särmikkään muotoilun ja radioaaltoja läpäisemättömän materiaalin tarkoituksena on parantaa tutkan lähettämien radioaaltojen takaisinheijastumista, jolloin pieni kohde erottuu tutkan näytöllä paremmin. Saatavana on monen mallisia heijastimia, mm. putkimaisia. Sen jokaisella yksittäisellä sopella olisi oltava kokoa vähintään sen verran, että haluttu aallonpituus (yleensä saaristovesillä 3 cm, mutta valtamerillä myös 10 cm) mahtuu sen läpimitalle useampia kertoja.

Soppi on tyypillinen tutkaheijastimen muoto, jollaisia on oheisessa kuvassa ryhmänä. Sopessa on metallilevyjä suorassa kulmassa toisiinsa nähden. Siksi radioaallot, mikroaallot, jotka heijastuslakien mukaan heijastuvat aina siten, että niiden lähtökulma (tasaisesta pinnasta) on sama kuin tulokulma, joutuvat tällaisessa sopessa heijastumaan yhteensä 180 astetta. Lopputuloksena ne heijastuvat tarkalleen samaan suuntaan mistä tulivatkin. Jos kuvan heijastimen (yhden elementin) sisäsärmän pituus olisi 0,5 m, se X-alueen (aallonpituus n. 3 cm Tutkataajuusalueet) tutkan kannalta vastaisi sellaista pallonmuotoista kohdetta, jonka isoympyrän pinta-ala, ekvivalentti radiopinta-ala, (En. Radar cross section, RCS) olisi 280 neliömetriä. Useampi soppi kertaa lopputuloksen niin monella, kuin niitä on suunnilleen siihen suuntaan, jossa tutka on. Tässä tapauksessa n. 1000 m², joka vastaa n. 1000 tonnin laivaa.

Koska merenkulkututka on tavallisesti varustettu polarisaattorilla (sadevälkkeen vähentämiseksi) voidaan tutkaheijastimen heijastuskykyä edelleen parantaa käyttämällä myös siinä polarisoivaa materiaalia.

Käyttö

Jos alus on suhteellisen pieni ja lisäksi valmistettu lujitemuovista, tutkaheijastin sen varusteena voi oleellisesti lisätä sen omaa turvallisuuta, koska tutkan suorituskyky muilla aluksilla ja tutka-asemilla oleellisesti paranee, ja se tulee helpommin nähdyksi. Ilman heijastinta pieni huvivene edustaa radiopinta-alaa 0,02–2 m², mutta jo 30 cm:n levyisellä (15 cm:n särmä) soppiheijastimella se edustaa 20 m²:n radiopinta-alaa.

Tutkaheijastin olisi asennettava sellaiseen asentoon, että sen soppien aukot osoittavat kohti horisonttia. Siten sen radiopinta-ala on pinta-alukselle mahdollisimman suuri. Tästä asennustavasta merenkulkijat käyttävät ammattikielessä nimeä sadesieppaaja, koska sen yksi aukko on kohti taivasta.

Radiopinta-ala voidaan myös laskea mille tahansa soppiheijastimelle seuraavasti:

Jos sopen sivulevyt ovat kolmion muotoiset:

${{\sigma }={\frac {4{\pi }{a^{4}}}{3{\lambda ^{2}}}}}$

Jos sopen sivulevyt ovat neliön muotoiset:

${{\sigma }={\frac {12{\pi }{a^{4}}}{\lambda ^{2}}}}$

Jossa:

• ${\sigma }$ = ekvivalentti radiopinta-ala [m²]
• a = sopen sisäsärmän pituus [m]
• ${\lambda }$ = aallonpituus [m]

Aktiiviset laitteet

Kaupallisesti on saatavana myös aktiivisia tutkaheijastimia. Sellainen ei nimestään huolimatta ole heijastin vaan elektroninen radiolaite, transponderi, toisiotutkavastaaja, ja toiminta on toisiotutka periaate. Se käynnistyy lähestyvän tutkan pulssista ja lähettää lyhyen pulssin antennistaan, joten se erottuu selvästi lähestyvän tutkan näytöllä. Toisin kuin passiivinen heijastin, se tarvitsee aina teholähteen.

Meriväylien tärkeitä kohteita merkitään myös, heijastimien lisäksi, tutkamajakalla RACON, joka myös käynnistyy toisiotutkavastaajana lähestyvän tutkan pulssista.

Lisäksi mainittakoon tärkeä laite SART, jota käytetään meripelastuksessa pelastusveneissä. Sekin on toisiotutkavastaaja, eikä siis heijastin.

Aktiiviset laitteet eivät voi täysin korvata passiivista "oikeaa" tutkaheijastinta myöskään siitä syystä, että käyttöön tulee yhä enemmän merenkulkututkan nykyaikaisia tekniikoita, laajakaistatutka l. broadbandradar l. BB-tutka, joiden pienitehoinen ja pulssittamaton lähete ei käynnistä aktiivista tutkavastaajaa kuten pulssitutka. Passiivinen heijastin toimii erinomaisesti molemmilla tekniikoilla.

Lähteet

• Skolnik, Merrill I.: Introduction to Radar systems. Mcgraw-Hill College, 1980. ISBN 0-07-057909-1. (englanniksi)