שחלוף אונות (מכ"ם)

שחלוף אונות (באנגלית: Lobe switching) היא שיטה שנעשה בה שימוש במערכי מכ"ם מוקדמים כדי לשפר את דיוק העקיבה. השיטה עשתה שימוש בשני אלמנטי אנטנה מופרדים במקצת כדי לשלוח את האלומה לכיוון כלשהו, החלפה בין שתי האנטנות כדי לבדוק איזה מהן נתנה החזרה חזקה יותר, וכך לדעת לאיזה כיוון יש להזיז את האנטנה על מנת להצביע ישירות על המטרה. בשיטה נעשה שימוש רק בקצרה, והיא הוחלפה כמעט לחלוטין על ידי שיטת הסריקה החרוטית (conical scanning) לקראת סיום מלחמת העולם השנייה.

תיאור
ממוזער|שמאל|קונספט שחלוף האונות. בתרשים זה שתי האונות מוראות בצהוב, והאות שקול המהווה סכום האותות שלהם בכחול. אם המטוס ינוע במקצת למעלה, עוצמת האות באונה התחתונה תצנח מהר, ותגדל מהר באונה העליונה. המפעיל לאחר מכן יכוון את האנטנה למעלה כדי לפצות על השינוי, עד אשר שתי החזרות יהיו שוות בעוצמתן שוב. כך ניתן לדעת שהאנטנה מצביעה שוב ישירות על המטרה. 
אנטנות מכ"ם מוקדמות הורכבו באופן כללי ממספר של אנטנות דיפול קטנות ממוקמות מקדימה למחזירור (מעיין מראה) פסיבי. הדיפולים מוקמו כך שהגלים שיפלטו יתאבכו התאבכות בונה בכיוון קדמת האנטנה והתאבכות הורסת בכיוונים אחרים, וכך יעניקו לאלומה כיווניות מסוימת - "ימרכזו" את האלומה בכיוון מסוים. הרוחב הזוויתי של האלומה הוא פונקציה של מספר האלמנטים, כאשר אלמנטים נוספים גורמים להפקת אלומה ממורכזת יותר. מספר ענק של אלמנטים כאלה יהיה אידיאלי, אבל לא פרקטי כיוון שהאלמנטים חייבים להיות ממוקמים במרחק ספציפי אחד לעוקבו בתלות באורך הגל של מקור הרדיו שנעשה בו שימוש. במערכות "גל ארוך" מוקדמות, כמו אלו שהיו בשימוש בידי הבריטים והאמריקנים, זה אילץ את האלמנטים להיות מרוחקים מספר רגל אחד מהשני, והגביל את מספר הדיפולים לבערך תריסר עבור כל אנטנה בגודל הגיוני שהוא.

כתוצאה, זוויות האלומות שנוצרו היו רחבות מדי בשביל הנחית אש. לדוגמה, למכ"ם האמריקני SCR-268 היה רוחב זוויתי של 2 מעלות, וברגע שהמטרה נכנסה לאלומה הזאת, המפעיל לא יכל לדעת בקלות איפה בתוך האלומה היא הייתה. דיוק זוויתי של בערך 0.1 מעלות דרוש להנחיה ישירה של מטחי אש.

שיטת שחלוף האונות הציעה דיוק משופר בהרבה עם יחסית מעט יותר מורכבות. במקום קבוצה יחידה של אלמנטי דיפול, שתיים הונחו במקומות מתאימים. אות הרדיו היה אז מוחלף לסירוגין בין שתי קבוצות הדיפולים, בדרך כלל באמצעות כפתור ממונע. אות החזרה מקבוצה אחת נשלחה בהפרש זמן קטן, וכך הוזז השיא שלו על אוסצילוסקופ המפעיל במקצת לצד אחד. מכיוון שההחלפה הייתה מהירה יותר מיכולת עקיבת העין, התוצאה הופיעה כשני שיאים על התצוגה.

מכיוון שכל אונה הייתה מוזזת במקצת מהאמצע, אם המטרה לא הייתה ממוקמת בקו האמצע של האנטנה, אחד משני האותות החוזרים יהיה בעל עוצמה גבוהה יותר מהשני. לפיכך המפעיל יכל לשמור על האנטנה מצביעה על המטרה על יד הזזתה כך שיתקבלו שתי חזרות בגובה שווה על התצוגה. מכיוון שהאונות תוכננו כך שיחפפו רק במקצת, היה רק זווית קטנה מאוד שבה שתי החזרות יהיו שוות - אפילו תנועה זעירה של המטרה יחסית לקו המרכז יהפכו במהרה אות אחד לחזק יותר. המדידה המתקבלת הייתה לפיכך מדויקת הרבה יותר.

שיבוש
שיבוש מכ"ם שחלוף אונות קל יחסית אם יודעים את תדירויות הפעולה הבסיסיות של המכ"ם. במקרה של סט שחלוף אונות שמחליף אונות 30 פעמים בשנייה, משבש ניתן לבנייה כך שישלח אות חזק באותה תדירות שגם הוא מתחלף 30 פעמים בשנייה, ושולח אות חזק כזה רק בזמן שהאונה של המכ"ם מצביעה הרחק מהמטוס – שניתן למציאה בקלות על ידי חיפוש אחר נקודה נמוכה באות המתקבל. התוצאה המתקבלת במקלט ובתצוגת האוסצילוסקופ היא של שתי חזרות שוות בעוצמתן – על אף שלמעשה המטוס כבר לא על קו האמצע של האנטנה. זה מבטל את יכולת מדידת הזווית של המכ"ם, ומאפשר רק מעקב קשה אחר מטרת המכ"ם.

בדרך אחת להימנע מהבעיה הזאת נעשה שימוש במכ"ם ה-LORO, קיצור של Lobe On Receive Only (אונות בקליטה בלבד), שעושה שימוש בקבוצה אחת של אלמנטי אנטנה כדי לשלוח אות חסר-אונות (באמצעות קירוב דיו של האלמנטים אחד לשני), ושתי קבוצות נוספות בשביל יצירת מבנה אונות בקבלת האות. אופן פעולתו זהה לזה של מכ"ם אונות רגיל, אבל הוא מונע כל איסוף מידע על האונות למטוס המטרה, וזאת במחיר של כמה אלמנטי אנטנה נוספים (או, באופן נפוץ יותר, אנטנה שנייה).

קישורים חיצוניים
 בשיטת שחלוף האונות נעשה שימוש במכ"ם ליכטנשטיין הגרמני במהלך מלחמת העולם השנייה (ראו גם Radar tutorial).

קטגוריה:מכ"ם