El Tipo 271 fue un radar de búsqueda de superficie utilizado por la Marina Real Británica y sus aliados durante la Segunda Guerra Mundial . Fue el primer sistema de microondas naval ampliamente utilizado y estaba equipado con una antena lo suficientemente pequeña como para permitir su montaje en barcos pequeños como corbetas y fragatas . Su resolución mejorada con respecto a los radares anteriores le permitió detectar un submarino en la superficie a unas 3 millas (4,8 km) y su periscopio solo a 900 yardas (820 m).
El prototipo, 271X , fue instalado en el HMS Orchis en marzo de 1941 y declarado operativo en mayo. Se fabricaron pequeñas cantidades durante el año, con unos treinta equipos en funcionamiento en octubre. El diseño generó dos versiones más grandes, el Tipo 272 para destructores y cruceros pequeños , y el Tipo 273 para cruceros y acorazados más grandes . El 272 no se consideró exitoso y no se usó ampliamente. El 273 se diferenciaba por tener antenas más grandes y más enfocadas, lo que proporcionaba una mayor ganancia y, por lo tanto, un mayor alcance. Esto resultó muy exitoso y se usó ampliamente.
Las versiones mejoradas, conocidas alternativamente como modelos Q o Mark IV , se introdujeron a principios de 1943. Tenían un magnetrón más potente de 70 kW para un mayor alcance y añadieron una pantalla indicadora de posición en planta (PPI) que facilitaba la tarea de organizar intercepciones. La llegada casi simultánea del radar ASV Mark III , huff-duff , Type 271 y nuevos avances en los códigos navales Enigma alemanes inclinaron la Batalla del Atlántico decididamente a favor de la Royal Navy. Más tarde ese año, el 273Q a bordo del HMS Duke of York encontró al acorazado alemán Scharnhorst por la noche, lo que llevó a su destrucción durante la Batalla del Cabo Norte .
A finales de la guerra, se introdujeron versiones mejoradas de todos estos diseños. Originalmente conocidos como modelos Mark V, en marzo de 1943 se los rebautizó como Tipo 277 , 276 y 293. Estos nuevos modelos se adaptaron a medida que los barcos llegaban para recibir servicio y se generalizaron a finales de 1944. Los modelos Tipo 271Q permanecieron en servicio en varios barcos en el período de posguerra, y generalmente dejaron de estar en servicio con los barcos que los transportaban.
La Marina Real Británica se enteró de los experimentos de radar de Robert Watson-Watt en 1935 y comenzó a explorar el uso del radar para usos navales muy rápidamente. A diferencia del Ministerio del Aire , que no tenía un establecimiento electrónico formal en ese momento, el Departamento Experimental de la Marina en Portsmouth era una potencia en diseño electrónico y pudo desarrollar rápidamente una serie de radares para uso naval. En 1938, su radar Tipo 79 fue el primer radar naval en entrar en servicio. [1]
En aquella época, la única electrónica de radiofrecuencia de alta potencia operaba en las bandas de onda corta , con longitudes de onda medidas en metros. Las válvulas existentes ( tubos de vacío ) podían operar a un máximo absoluto de 600 MHz (longitud de onda de 50 cm), pero el funcionamiento en cualquier lugar cercano a este rango daba como resultado una eficiencia y una potencia de salida muy bajas. [2] La mayoría de los esfuerzos se basaron en longitudes de onda mucho más largas, de varios metros o más, donde ya existían dispositivos electrónicos comerciales para transmisiones de onda corta. [3]
Por diversas razones, las antenas deben tener un tamaño determinado en relación con la longitud de onda de sus señales, siendo el dipolo de media onda un diseño común. Esto significaba que las antenas de radar de esta época tenían que tener metros de ancho para tener un rendimiento razonable. El prototipo Tipo 79X, que se instaló experimentalmente en el dragaminas HMS Saltburn en octubre de 1936, utilizaba una longitud de onda de 4 m que requería que las antenas estuvieran colgadas entre los mástiles del barco. Solo se podía apuntar girando todo el barco. Para mejorar la potencia, se desarrolló una versión con una longitud de onda aún mayor, de 7 m, para el HMS Sheffield, que proporcionaba entre 15 y 20 kW de potencia. Su antena podía girar, pero era enorme y pesada. [4]
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En febrero de 1940, John Randall y Harry Boot construyeron un magnetrón de cavidad funcional , que pronto produjo 1 kW de potencia a una longitud de onda de solo 10 cm desde un dispositivo del tamaño de una caja de zapatos. Un dipolo de media onda para esta longitud de onda tenía solo 5 centímetros (2,0 pulgadas) de largo y podía instalarse fácilmente en casi cualquier barco o avión. Representó un enorme salto en el rendimiento, y el desarrollo del radar de microondas por parte de todas las fuerzas comenzó de inmediato. Si bien el magnetrón resolvió el problema de generar señales de longitud de onda corta con alta potencia, eso por sí solo no constituye un sistema de radar completo. También se necesita un detector de señales de radio que pueda operar a frecuencias igualmente altas, cables capaces de llevar esa señal a la antena de manera eficiente y una serie de otros desarrollos. [5]
La Armada estaba en una posición particularmente buena para sacar provecho del magnetrón, ya que parte de su Departamento Experimental era el Laboratorio de Válvulas. En 1939, el Laboratorio de Válvulas fue puesto a cargo del Comité para la Coordinación del Desarrollo de Válvulas (CDV), liderando el desarrollo de nueva tecnología de válvulas para todas las fuerzas armadas del Reino Unido. El Laboratorio de Válvulas lideró el desarrollo del klistrón reflex sintonizable que proporcionaba la señal de frecuencia intermedia necesaria para un receptor superheterodino que operaba en frecuencias de microondas, mientras que el Establecimiento de Investigación de Telecomunicaciones (TRE), el brazo de investigación del Ministerio del Aire, introdujo un detector de cristal de silicio-tungsteno que generaba las señales de alta frecuencia apropiadas para el klistrón reflex. [5]
En julio de 1940, las muestras de todos estos dispositivos habían llegado a los talleres experimentales del TRE, junto con magnetrones más potentes que funcionaban entre 5 y 10 kW. Herbert Skinner juntó las distintas piezas en una mesa para producir el primer radar de microondas en funcionamiento. Para ello, se utilizó el magnetrón NT98 actualizado, que producía 5 kW de potencia. Lo demostraron haciendo que alguien montara en bicicleta frente al dispositivo mientras sostenía una placa de metal. Esta prueba demostró la capacidad del nuevo radar para detectar objetivos incluso cuando estaban muy cerca del horizonte, algo que los diseños anteriores no podían hacer debido a los reflejos en el suelo que la señal de microondas, muy enfocada, evitaba. El Ministerio del Aire y el Almirantazgo se encargaron inmediatamente del desarrollo de radares de producción que utilizaban este diseño básico. [5]
A partir de 1940, la posibilidad de un ataque aéreo al Departamento Experimental se consideró seria, pero no fue hasta finales de ese año que se inició un traslado. En marzo de 1941, el Departamento Experimental se convirtió en el Admiralty Signal Establishment (ASE), un nombre que mantuvo durante el resto del período de guerra. En agosto, el ASE se trasladó a Lythe Hill House en Haslemere , más cerca de Londres . [6]
Aunque el desarrollo del radar de la Armada estaba haciendo grandes avances, su uso operativo en la Batalla del Atlántico recién comenzó en 1941. Durante el verano y el otoño de 1940, un período posterior a la Caída de Francia que los alemanes más tarde llamaron la Primera Época Feliz , las pérdidas británicas en el Atlántico Norte aumentaron a niveles insostenibles. [5]
En un informe sobre el estado de la actual guerra submarina publicado en septiembre se señalaba que el 70% de los ataques con éxito de los submarinos se hacían de noche y en la superficie. Esto era posible porque el Asdic no podía detectar un submarino en la superficie y los radares disponibles en ese momento eran demasiado grandes para ser instalados en las escoltas más comunes. [7] Durante esta amplia "Reunión de Protección Comercial", el Primer Ministro aprobó el llamamiento a "desarrollar un equipo de radar eficiente para escoltas antisubmarinas de superficie y aéreas" y le dio la máxima prioridad nacional. [7]
En octubre de 1940, un equipo de la ASE bajo la dirección de Stenhard Landale fue enviado a los laboratorios del TRE en Swanage para estudiar sus dispositivos de amarre. [8] En ese momento, el TRE tenía dos sistemas en funcionamiento y el segundo podía montarse en un remolque. Cuando se probó en el acantilado junto al mar cerca de los laboratorios, este radar detectó con éxito pequeños barcos en la bahía de Swanage. El equipo de la Armada desarrolló su propia versión del prototipo, conocido simplemente como "Aparato C", que se probó por primera vez en el remolque el 8 de diciembre de 1940. [9]
La antena, que consta de dos reflectores parabólicos , funcionó bien en la cima de un acantilado, pero no funcionaría bien más cerca de la superficie, como sucedería en el caso de un montaje en un barco. En este caso, el ángulo bajo entre la antena y las olas del mar provocaría retornos espurios, o " distorsión ", que podrían ocultar un objetivo. Herbert Skinner, que dirigía el desarrollo de antenas en el TRE, se encargó de probar los diseños existentes a varias altitudes. Durante una serie de pruebas entre el 15 y el 17 de diciembre, Skinner utilizó el "Aparato B" del TRE contra el pequeño barco Titlark y demostró el seguimiento a 9 millas (14 km) en la cima del acantilado de 250 pies (76 m), 5 millas (8,0 km) en Peveril Point de 60 pies (18 m) y 3,5 millas (5,6 km) a 20 pies (6,1 m). [9]
Otro problema sería mantener la señal de los haces de luz enfocados en el objetivo mientras el barco se balanceaba y se inclinaba en el mar. Bernard Lovell sugirió que la solución sería utilizar una antena que tuviera un haz horizontal estrecho como las parábolas que estaban utilizando, pero poco enfoque vertical. Esto crearía un haz en forma de abanico que se extendería en unos 80 grados verticalmente y que seguiría pintando el objetivo mientras el barco que transportaba el radar se movía en las olas. [9] El diseño resultante se conoció como " antena de queso " debido a que parecía una sección cortada de una rueda de queso. Se montó un prototipo en el remolque del almirantazgo el 19 de diciembre y se remolcó a la playa para probarlo. [10]
Se puede apreciar un cierto sentido de la urgencia del programa de desarrollo en el hecho de que ya se había realizado un pedido de 12 unidades al laboratorio de comunicaciones del Almirantazgo en Eastney (a las afueras de Portsmouth). Inicialmente conocidos simplemente como Tipo 271, estos modelos fueron posteriormente denominados 271X para indicar su condición de prototipos. [10]
Los cables coaxiales utilizados para llevar la señal desde el radar hasta el receptor perdían unos 22 dB por cada 100 pies (30 m) de longitud en frecuencias de microondas. Incluso a distancias cortas esto daría lugar a pérdidas inaceptables. La solución fue colocar el transmisor y las etapas iniciales del receptor en la parte posterior de las antenas en una caja de metal, reduciendo la longitud del cableado a aproximadamente 1 pie (0,30 m). Sin embargo, el oscilador local , un klistrón réflex, tenía que ser montado en la estación del operador porque requería una sintonización manual periódica. Esto limitaba la distancia máxima entre el receptor principal y las antenas a unos 20 pies (6,1 m). Este problema se resolvió colocando la cabina del operador directamente debajo de la antena. [11]
El único otro cambio significativo entre el Apparatus C y el 271X fue un cambio menor en la antena, cortando los bordes exteriores para reducir su ancho y aumentando ligeramente la distancia entre las placas superior e inferior de 9 a 10 pulgadas (230 a 250 mm) para compensar la ligera pérdida de rendimiento debido al recorte. [12] Este nuevo diseño de antena se conoció como Outfit ANA. [13] La antena se colocó en una plataforma giratoria que se giraba manualmente alrededor del eje vertical utilizando un eje de transmisión que pasaba por el techo de la cabina del operador del radar y terminaba en un volante tomado de un automóvil. Debido a que los cables coaxiales que llevaban la señal a la cabina tenían poco juego, las antenas estaban limitadas a unos 200 grados de rotación, sin poder apuntar hacia atrás. [14]
Para proteger el sistema de los elementos, se construyó un radomo cilíndrico utilizando perspex , que en ese momento era el único material conocido transparente a las microondas con suficiente resistencia mecánica. El sistema utilizaba una serie de paneles planos unidos entre sí por un marco de teca . El diseño resultante tenía un gran parecido con una linterna, lo que rápidamente se convirtió en su apodo. [15]
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En una reunión celebrada el 11 de febrero de 1941, se aumentó el pedido de prototipos en Eastney con otras 12 unidades y se realizó un pedido de 100 unidades de producción a Allen West and Company. En la misma reunión, se apartó la recién terminada corbeta de clase Flower HMS Orchis para realizar pruebas en el mar. El primer lote de prototipos se había completado a fines de febrero de 1941, lo que dio lugar a un pedido posterior de otras 150 unidades. [16]
El sistema se instaló rápidamente en el Orchis y comenzaron las pruebas en el estuario de Clyde el 25 de marzo de 1941. Montado a la altura del mástil de 36 pies (11 m), el sistema podía rastrear un pequeño submarino a 4.000 yardas (3.700 m) y algunos tenían retornos de hasta 5.000 yardas (4.600 m). En estados de mar más altos, el alcance máximo se redujo a 4.400 yardas (4.000 m). Si bien este era un alcance menor que los alcanzados con los sistemas experimentales en Swanage, se consideraban útiles desde el punto de vista operativo y, en cualquier caso, eran mucho más largos que el alcance visual nocturno. Se le dijo a Allen West que siguiera adelante con el diseño actual para los modelos de producción. [17]
Después de las exitosas pruebas en Orchis , Eastney continuó produciendo el pedido original y colaboró cada vez más con Allen West en los modelos de producción. Para septiembre de 1941, se habían equipado 32 corbetas y una pequeña cantidad de otros barcos, incluido el acorazado HMS King George V , el crucero HMS Kenya y el arrastrero naval Avalon . El sistema no era adecuado para su instalación en la mayoría de los destructores o cruceros porque requería que la sala del receptor estuviera directamente debajo de la antena, y la mayoría de los barcos de ese tamaño tenían mástiles grandes que ocupaban el área adecuada del techo. [12]
Durante 1941 se produjeron grandes avances en la electrónica de microondas y se introdujeron constantemente nuevas soluciones a los problemas. Una serie de cambios de este tipo se incorporaron a los modelos de producción a medida que la serie de prototipos llegaba a su fin. [12]
Una de esas mejoras fue el klistrón réflex CV35, que sustituyó al anterior NR89 del 271X. El CV35 tenía una eficiencia del 3 al 4%, en comparación con el 1% original, y por tanto producía unas tres veces la señal de salida para cualquier entrada dada. Esto permitió ampliar la distancia entre la antena y el receptor hasta 40 pies (12 m), ofreciendo mucha más flexibilidad en las opciones de montaje. El CV35 también era eléctricamente más estable y facilitaba mucho la sintonización del sistema. [12] Los equipos que utilizaban el CV35 se conocían inicialmente como 271X Mark II, pero en marzo de 1942 se les cambió la denominación a 271 Mark II, eliminando la X. [18]
La disposición original de la antena se mantuvo para los 271 de producción, pero se cambió el montaje para producir el Outfit ANB. [13] Se llevaron a cabo más experimentos que reemplazaron el eje de transmisión directa que el operador usaba para girar las antenas con un cable Bowden para permitir que la cabina estuviera alejada de la antena. Al mismo tiempo, los componentes electrónicos que permanecieron montados en la antena se reempaquetaron para que fueran lo más pequeños posible, lo que redujo el peso. Con estos cambios, ahora era posible montar la antena de forma remota, lo que la hacía adecuada para su uso en destructores. En el uso típico, la antena se montaba a un nivel de 55 pies (17 m) en el mástil. [12] En agosto de 1941, las unidades con este tipo de transmisión pasaron a llamarse Tipo 272. [18]
El Tipo 272 también se instaló en cruceros, pero en esta función se descubrió un nuevo problema: la explosión de los cañones principales era lo suficientemente fuerte como para que tendiera a agrietar el plexiglás del radomo. Esto no se resolvió por completo hasta 1943, cuando se introdujo un radomo completamente nuevo. [18]
El cambio a la antena de queso resultó en una pérdida de rendimiento, pero era inevitable debido al cabeceo y balanceo de los barcos. No fue así en los barcos más grandes, donde los movimientos más lentos de las olas hicieron posible compensar los efectos utilizando un estabilizador mecánico. Esto llevó a experimentos utilizando los espejos parabólicos originales de 3 pies (0,91 m) de diámetro utilizados en los equipos TRE para su uso en barcos más grandes. Estos proporcionaron una ganancia de 250, mucho mayor que las antenas de queso. Combinado con el montaje más alto en el mástil, se esperaba que este sistema ofreciera un rango de detección significativamente mayor. Se entregaron seis sistemas prototipo en agosto de 1941, que recibieron el nombre de Tipo 273. El primer montaje de producción fue en el HMS Nigeria a finales de año. [19]
En octubre de 1941, el Comando Mediterráneo solicitó alguna solución al problema de la detección de torpedos humanos italianos que atacaban a los barcos en Gibraltar y Alejandría . Se proporcionó una versión modificada del Tipo 273, eliminando el sistema de estabilización (no necesario en tierra) y aumentando aún más los reflectores a 4,5 pies (1,4 m), lo que mejoró la ganancia a 575. Se construyeron varios de estos sistemas bajo el nombre de Tipos 273S (por Shore) y se entregaron en 1942. Se realizó otra modificación única para el sitio en Saebol, Islandia, debido a los fuertes vientos en ese lugar. Este Tipo 273M fue montado en un soporte de cañón para mayor estabilidad. En una prueba realizada el 29 de septiembre de 1942, el 273M demostró un alcance de 92.000 yardas (84.000 m) contra un arrastrero desde su ubicación a 1.520 pies (460 m) de altura, que es solo ligeramente inferior al horizonte del radar de 96.000 yardas (88.000 m). [20]
En el otoño de 1941, estaba claro que la demanda de los nuevos radares superaba con creces las tasas de producción previstas. Además de la demanda de los buques de guerra, el ejército británico los estaba adoptando para fines de radar de defensa costera y el Ministerio del Aire estaba interesado en utilizarlos para el control del tráfico aéreo de corto alcance y la alerta temprana. El pedido inicial de 150 unidades a Allen West and Co se aumentó a 350. [20]
Para acelerar la producción, se contrató a Metropolitan-Vickers para rediseñar las unidades electrónicas y hacerlas más fáciles de fabricar. El sistema original consistía en tres grandes gabinetes en dos pilas verticales. Los nuevos diseños, a los que se les dio el número de modelo "P", utilizaban solo dos gabinetes montados en una sola pila vertical. [20]
Para acelerar la instalación de los modelos P en los barcos, se prefabricaron cabinas de radar completamente nuevas para cada barco que se esperaba que regresara del mar para su limpieza periódica de la caldera. La instalación se realizó en dos etapas: durante una de las limpiezas se preparó una nueva zona del barco para el radar y, en la siguiente visita, se subió a bordo una unidad completa mediante una grúa. [20]
En 1941, el Ministerio del Aire comenzó a trabajar en el indicador de posición del plano , o PPI, un nuevo tipo de pantalla de radar que producía una imagen en 2D del espacio alrededor de la estación de radar. El PPI es lo que normalmente se considera una pantalla de radar, con una cara circular y un haz visible que gira a su alrededor. Esta pantalla se estaba utilizando para facilitar la tarea de trazar una intercepción aérea, ya que tanto el avión objetivo como el interceptor aparecían en la misma pantalla, lo que permitía a los operadores dirigir fácilmente el interceptor. [21]
A finales de 1941, los laboratorios de Eastney comenzaron a adaptar el PPI para su uso con el Tipo 271. La pantalla hizo que el escaneo de la superficie fuera mucho más fácil, ya que el operador podía mover la antena hacia adelante y hacia atrás y la pantalla mostraba todo el barrido como una sola pantalla. Anteriormente, tenían que estar atentos a los "parpadeos" en la pantalla mientras movía la antena y luego girarla hacia adelante y hacia atrás en movimientos cada vez más pequeños para determinar el ángulo exacto. Ahora podían hacer un solo movimiento para desarrollar una imagen de toda el área y medir el ángulo con los objetivos en la pantalla. [21]
En febrero de 1942 se instaló a bordo del King George V un PPI experimental que utilizaba una pantalla de tubo de rayos catódicos (TRC) de 12 pulgadas (300 mm) . Para este experimento, se añadió un motor al eje flexible que giraba la antena, que rotaba automáticamente la antena hacia adelante y hacia atrás entre sus límites. El otro extremo del cable, que antes utilizaba el operador para girar manualmente la antena, se conectó en su lugar a un sincronizador que indicaba la dirección en la que se encontraba orientada la antena en ese momento. Esto se mezcló con la señal de una brújula de indicación remota. La fase resultante de la señal de salida mezclada codificó el ángulo entre la antena y el norte, y se utilizó para impulsar otro sincronizador en las placas de deflexión del TRC. El resultado fue una pantalla estabilizada con el norte hacia arriba. [21]
En las pruebas, el sistema demostró inmediatamente su inestimable valor y se firmó un contrato con EMI para lo que se conocería como "Outfit JE". La única diferencia entre el prototipo y los modelos de producción era el uso de un tubo de rayos catódicos más pequeño de 9 pulgadas (230 mm), lo que reducía el volumen de la cabina del equipo resultante. [21]
A finales de 1941, cuando la instalación del 271 se generalizó, los operadores comenzaron a notar un problema extraño: el reflejo de los barcos más grandes en un convoy hacía que grandes áreas de la pantalla quedaran inutilizables, lo que creaba un punto mucho más grande que el barco y ocultaba los objetos cercanos. Estos se conocían como "ecos laterales", de los que no se había visto ningún indicio durante las operaciones iniciales. [21]
Las pruebas comenzaron en febrero de 1942 utilizando el HMS Guillemot , un balandro de la clase Kingfisher , y luego se trasladaron al modelo de producción en el 271P a bordo del HMS Veteran en marzo. Estas pruebas revelaron rápidamente que el problema se debía a los pilares que sostenían el techo del recinto estilo linterna. [21] Se desarrolló un nuevo diseño completamente de perspex, que constaba de varios cilindros gruesos que se apilaban verticalmente para producir un radón completo. [15]
El primer ejemplar fue instalado en el HMS Hesperus en noviembre de 1942, y toda la flota había sido modificada a finales de 1943. El radón de los Tipo 273 tardó más en diseñarse, ya que era mucho más pesado y también tenía que soportar la explosión de los cañones que disparaban, pero estos se convirtieron a finales de 1943. [15]
El desarrollo de las técnicas de microondas continuó a un ritmo rápido durante 1941 y hacia finales de año se habían producido varias mejoras significativas que habían mejorado la calidad de la producción. Entre ellas se encontraba el tubo blando Sutton , que permitía conmutar una señal de microondas entre dos cables, lo que permitía utilizar una sola antena tanto para la transmisión como para la recepción. Otra mejora fue la entrega inicial de cristales semiconductores producidos en masa desde los Estados Unidos, que eran más pequeños y más robustos que los modelos del Reino Unido. [22]
Lo más sorprendente de todo fue el nuevo diseño del magnetrón "atado", una modificación aparentemente menor que produjo un enorme aumento en el rendimiento, permitiendo que una unidad del mismo tamaño del NT98 original alcanzara eficiencias del 40%, o incluso del 50 al 60% cuando se utilizaba con un imán nuevo y más potente. Esto condujo a un aumento correspondiente en la producción, sin cambiar la fuente de alimentación, los radares podían ahora producir hasta 500 kW. [22]
La Armada ya había intentado aumentar el rendimiento de los equipos existentes aumentando la potencia de los magnetrones NT98. Descubrieron que el NT98 podía producir hasta 100 kW de potencia utilizando un pulso de entrada de 1 MW. Sin embargo, esto estaba en el límite de la capacidad de manejo de potencia de los tetrodos NT100 . Un objetivo intermedio era producir un diseño de 25 kW, que se probó en el remolque de Eastney en septiembre de 1941. Este se basaba en un nuevo modulador que se activaba mediante un tiratrón para producir los pulsos de potencia necesarios. [23]
Fue casi al mismo tiempo que se estaba probando esta nueva unidad que el primer magnetrón con correa llegó a Eastney, el CV56. Este se instaló en el remolque experimental y se apuntó a la Torre Nab, su objetivo estándar. Para sorpresa de todos, la señal resultante fue tan potente que el único resultado fue fundir el dipolo en la antena transmisora. Esto llevó a la adopción de una guía de ondas y una bocina de alimentación , que se estaban desarrollando al mismo tiempo. Solo unas semanas después llegó un magnetrón aún más potente, el CV76, que producía 500 kW. [24]
Para poder desplegar los nuevos magnetrones lo más rápidamente posible, se decidió conservar las instalaciones de antena existentes y utilizar el CV56 de 70 a 100 kW, quedando finalmente en 70. Solo se modificaría el transmisor con una guía de ondas, el receptor seguiría utilizando la alimentación coaxial. Se construyeron tres prototipos hechos a mano del nuevo chasis del equipo en Eastney, junto con un pedido de diez prototipos de producción de cada uno de Marconi y Allen West. [24] Surgió un nuevo problema; aunque el sistema utilizaba antenas de transmisor y receptor separadas, las transmisiones eran tan potentes que la señal filtrada suficiente llegaba a la antena del receptor como para quemar los cristales. Esto requirió la adición del tubo blando Sutton al receptor para aislarlo aún más de las señales del transmisor. [25]
Las primeras pruebas se llevaron a cabo en el HMS Marigold en mayo de 1942 frente a Tobermory, donde también se probó su capacidad para detectar las salpicaduras de los proyectiles de los cañones navales de 4 pulgadas . Se instaló una segunda unidad en la antena 273 del King George y se probó frente a Scapa Flow en julio. [26] El segundo escolta que recibió el 271Q fue el HMS Itchen , que también fue el primero en recibir el nuevo radomo. Esto fue especialmente importante con los modelos Q, ya que la mayor potencia de las transmisiones hizo que las reflexiones de los lóbulos laterales fueran abrumadoras. [25]
Estas pruebas demostraron otro problema: los objetivos a corta distancia devolvían tanta señal que sobrepasaban a los objetivos más distantes, lo que dificultaba el seguimiento de los submarinos mientras estaban cerca de un convoy. Este problema se resolvió finalmente con la introducción de un sistema de ganancia de barrido que atenuaba las señales de los objetos cercanos. Estos llegaron a fines de 1943. [26]
Según la ecuación del radar , el rendimiento de detección de un radar varía con la cuarta raíz de la potencia transmitida, [27] por lo que incluso con el nuevo sistema entregando aproximadamente 45 veces la salida, el alcance efectivo aumentó aproximadamente 2,6 veces. Esto todavía representó una mejora significativa, ya que permitió detectar submarinos hasta el horizonte del radar desde las escoltas, más allá del cual la detección sería imposible de todos modos. Una diferencia más importante fue que las señales que se devolvieron desde rangos más cortos fueron más fuertes, lo que las hizo mucho más estables en las pantallas. [28]
La acción más famosa del sistema fue durante la Batalla del Cabo Norte el 26 de diciembre de 1943, cuando el 273Q del HMS Duke of York detectó al acorazado alemán Scharnhorst a una distancia de 45.500 yardas (41,6 km), y lo rastreó continuamente desde ese punto en adelante. [29] Comenzando a 17,5 millas náuticas (32,4 km; 20,1 mi) el Tipo 284 adquirió el objetivo y el Tipo 281 a partir de las 12,75 millas náuticas (23,61 km; 14,67 mi). [30] Esta detección temprana, combinada con un fuego ciego preciso desde el radar Tipo 284, llevó al Duke of York a aterrizar su primera salva en el Scharnhorst y dejar fuera de acción a sus baterías delanteras. [31] El Scharnhorst no estaba al tanto del Duke of York porque su propio radar Seetakt había sido dañado. Los impactos de los cañones de 14 pulgadas del Duke of York la ralentizaron hasta que los destructores británicos y noruegos pudieron acercarse y rematarla con torpedos. [32]
El 273 del Duke of York quedó brevemente fuera de combate cuando dos proyectiles del Scharnhorst atravesaron la zona del mástil. Esto hizo que la plataforma estabilizada que guiaba la antena del 273 perdiera su orientación y las antenas terminaran apuntando hacia el aire. El teniente Bates, comandante en la cabina del radar, subió al mástil y logró reorientar la antena con éxito. A partir de ese momento se le conoció como "Barehand Bates". [33]
El Comandante en Jefe de la Flota Nacional elogió el rendimiento del sistema:
a) La advertencia de superficie proporcionada por el Tipo 273Q fue completamente satisfactoria, y permitió a PPI tener una imagen clara de la situación durante todo el combate. La explosión de los costados del propio buque sacudió tanto la oficina que algunos de los soportes superiores de los paneles se volaron, pero el equipo siguió funcionando durante todo el período.
b) La giroestabilización de la antena demostró su eficacia, justificando por primera vez la instalación de dicho mecanismo en naves capitales.
c) La exitosa presentación en el PPI de la situación táctica se debió casi en su totalidad a la mejora en el rendimiento del conjunto desde la instalación de la linterna cilíndrica de metacrilato; esto, al reducir los ecos laterales a proporciones insignificantes, ha mejorado el valor del conjunto en un cien por ciento.
d) El alcance de detección del Scharnhorst era de 45.500 yardas, casi todo el alcance visual de la torre de dirección del Scharnhorst desde la altura de la antena de radar del Duke of York.
e) El Tipo 281 fue capaz de mantener el Scharnhorst hasta 12,75 millas náuticas, un recordatorio del útil papel que este equipo puede desempeñar como reserva para advertencias en la superficie. [29]
El rendimiento contra submarinos no era tan evidente, ya que sus bajos perfiles les permitían desaparecer detrás de grandes olas. Sin embargo, el análisis posterior a la guerra demostró que el 271Q ofrecía una mejora significativa en términos de avistamientos. A partir de 1943, cuando el radar se hizo común por primera vez, el alcance de avistamiento inicial aumentó de un promedio de 3 a 5 millas (4,8 a 8,0 km), un aumento de más del 50%. [34]
El desarrollo posterior de la serie 271, utilizando el magnetrón CV76 y otras numerosas mejoras, se llevó a cabo originalmente bajo el nombre de Mark V. La mejora principal fueron los magnetrones de 500 kW y la antena única de transmisión/recepción. Con el tiempo, estos cambios se consideraron tan significativos que se les dio sus propios nombres, convirtiéndose en el radar Tipo 277 y los asociados 276 y 293. Estas versiones comenzaron a reemplazar a los 271 a partir de mediados de 1944, y los habían reemplazado por completo en las nuevas instalaciones en 1945. [35]
Los barcos continuaron recibiendo el 271Q durante el período de transición, incluido, por ejemplo, el HMCS Haida , que recibió su 271Q en 1944. Estas instalaciones de finales de la guerra tendieron a ser reemplazadas por aquellos barcos que sobrevivieron hasta la era de la posguerra; Haida recibió un Tipo 293 en 1946. [36]
El Tipo 271 estaba tan adelantado a su tiempo que encontró numerosos usos en funciones no relacionadas, donde sirvió en el frente de guerra. [37]
Un papel importante del 271 fue la adaptación del Ejército británico al papel de defensa costera. Estos radares se colocaron a lo largo de la costa este de las Islas Británicas para buscar barcos enemigos en el Canal de la Mancha . Las unidades anteriores basadas en sistemas VHF de longitud de onda de 1,5 m tenían problemas para encontrar barcos E-boats , un problema que la longitud de onda más corta del 271 y su resolución mucho mayor eliminaron. [38]
En una fase muy temprana del desarrollo, una de las unidades 271X fue enviada al sitio de investigación de radar del ejército, ADRDE en Christchurch, Dorset . Al igual que en el caso del 273, no se necesitó el haz en forma de abanico de la antena de queso y se reemplazó por un reflector parabólico. Estos eran incluso más grandes que los diseños originales de tres pies de los modelos de prueba, aumentando hasta 7 pies (2,1 m) de diámetro. Estos mejoraron la ganancia unas 25 veces en comparación con el 271 y unas cinco veces la del 273. [38]
Todo el sistema, incluida la cabina del operador, estaba montado sobre un carro de cañón antiaéreo. Las antenas estaban montadas directamente en el lateral de la cabina, girando con ella. Esto tenía la importante ventaja de que los cables coaxiales entre las antenas y el equipo interior eran muy cortos. El primer ejemplar se situó en la batería Lydden Spout en julio de 1941. Extraoficialmente se le denominaba Tipo NT271X, pero más tarde se le dio el nombre oficial de Radar, Coast Defence, Number 1 Mark 4, o CD No.1 Mk.4 para abreviar. [38]
A finales de agosto, el equipo de pruebas informó:
En términos operativos, el NT271X representó un gran avance con respecto a los equipos anteriores en cuanto a alcance máximo, discriminación, conteo y precisión. Por primera vez se obtuvo una cobertura confiable a través del Canal, de modo que ni siquiera los barcos E podían pasar desapercibidos entre Calais y Boulogne. Se podían observar grandes barcos anclados en el puerto exterior de Boulogne. [38]
Las pruebas tuvieron tanto éxito que el prototipo se dejó en el lugar como unidad operativa y se hizo un pedido inmediato a ADRDE para otras doce unidades construidas a mano. Se hizo un pedido adicional de cincuenta modelos de producción montados en un remolque móvil, que formaron las estaciones "K" de la red de defensa costera. [38]
A medida que el 271 continuó siendo modificado con nuevos equipos y técnicas, el Ejército siguió su ejemplo. El uso del tubo blando Sutton permitió que se quitara la segunda antena, y la adición de guías de ondas mejoró las posibilidades de empaque. Una nueva versión, Radar, Coast Defence, Number 1 Mark 5, montó la ahora única antena en un remolque separado y mucho más pequeño con el resto de la electrónica en un semirremolque no giratorio. Algunos se montaron en soportes permanentes, en cuyo caso se los conocía como Radar, Coast Defence, Number 1 Mark 6. [38]
A medida que el Ejército comenzó a desplegar los radares CD Mk.4, la Real Fuerza Aérea (RAF) comenzó a notar nuevos ataques de aviones alemanes que no estaban siendo detectados por sus sistemas Chain Home Low . Estas incursiones, más tarde apodadas "tip-n-run" en honor a una regla de cricket de patio trasero , utilizaban bombarderos de combate de alta velocidad como el Focke-Wulf Fw 190. Los aviones volaron a altitudes extremadamente bajas, quizás 100 pies (30 m) sobre el agua, bombardearon un objetivo junto al mar y luego giraron rápidamente hacia su base. Los aviones fueron visibles para el radar solo durante los pocos momentos en que se elevaron sobre sus objetivos y luego se alejaron. [39]
Para hacer frente a estos ataques, en diciembre de 1942 la RAF se hizo cargo de once de las unidades de CD y las rebautizó como AMES Type 52, pero mucho más conocidas como Chain Home Extra Low. Se añadieron otras tres a la red en mayo de 1943. Estas siguieron el mismo desarrollo que los modelos del ejército y, con el tiempo, se conocieron como Type 52 a Type 56. [39] En total, se añadieron 38 estaciones a la red.
El 271 requería un haz delgado de lado a lado para proporcionar precisión y, al mismo tiempo, un haz ancho de arriba a abajo para que la señal impactara en la superficie del agua cuando el barco se inclinaba y se balanceaba. Esto llevó al uso de un diseño de antena "en forma de queso", que consiste en una porción cortada de un reflector parabólico con placas en la parte superior e inferior. El diseño resultante "aprieta" la señal entre las dos placas y se propaga rápidamente a medida que sale del área entre ellas. Además, los modelos de producción de la antena recortaban los bordes externos de la sección parabólica para hacer que la antena fuera más estrecha. [12] Las porciones recortadas se equiparon con pequeñas placas en los extremos, lo que dio lugar a las reflexiones laterales. [25]
El modelo 271 fue diseñado justo antes del desarrollo de un sistema para conmutar una antena entre un transmisor y un receptor que trabajaran en frecuencias de microondas , por lo que se utilizaron dos antenas separadas, colocadas una sobre la otra. Las superficies planas superior e inferior del queso lo hicieron simple, y las placas de metal protegieron al receptor de las señales parásitas del transmisor. [25]
La antena estaba montada sobre un poste que atravesaba un tubo de metal. La parte superior del tubo contenía un sistema de cojinetes sobre el que se asentaba la antena. El poste atravesaba el techo de la cabina del operador del radar y terminaba en una gran rueda que se utilizaba para girar manualmente la antena. [25]
El equipo estándar ANB tenía una ganancia de aproximadamente 55. El reflector más grande de 3 pies (0,91 m) del 273 mejoró esto a aproximadamente 250, mientras que el reflector de 4,5 pies (1,4 m) del modelo terrestre 273S mejoró esto aún más a 575. [40]
La electrónica del 271 era de última generación para la década de 1940 y da una idea de la dificultad de producir este tipo de sistemas en aquella época. El receptor del 271X original tenía 20 dB de ruido, pero este nivel mejoró ligeramente durante la producción hasta los 16-18 dB. La introducción de cristales detectores fabricados en Estados Unidos supuso una mejora adicional hasta los 14-16 dB. [40]
En los primeros modelos, el equipo se empaquetaba en dos grandes armarios, casi tan altos como un frigorífico común , pero algo más estrechos. [41] En las unidades de producción, esto se había reducido a un solo armario con dos grandes cajas en la parte inferior y central, y una unidad mucho más pequeña en la parte superior. La unidad más baja era la fuente de alimentación y el sistema de formación de pulsos, con el receptor y la pantalla en el medio, y el sintonizador en la parte superior. [42]
Los modelos P añadieron la pantalla PPI, que por lo demás era similar a los modelos de producción posteriores de las marcas anteriores. [42] Los modelos Q utilizaron deliberadamente el mismo diseño que el P para facilitar la conversión. [43]
Los primeros modelos, del A al M, utilizaban una pantalla de escaneo A. Esta utilizaba un solo tubo de rayos catódicos (TRC) con el haz siendo arrastrado a través de la pantalla de izquierda a derecha por un generador de base de tiempo activado por los pulsos de transmisión. Los objetivos a lo largo de la línea de visión actual , o "línea de disparo" como se la conoce en términos de radar, hicieron que el haz se desviara ligeramente, formando un "punto" en la pantalla. Dado que el movimiento del haz estaba sincronizado para ser el mismo que el tiempo de la señal del radar, la posición a través de la cara del TRC era un análogo directo de la distancia al objetivo. El sistema tenía dos configuraciones de alcance, 5000 yardas (4,6 km) y 15 000 yardas (14 km). El TRC también podía usarse para medir las formas de los pulsos y realizar otras tareas de mantenimiento. [41]
Los modelos P y Q cambiaron la pantalla para que sea, principalmente, un indicador de posición del plano utilizando un CRT más grande de 9 pulgadas (230 mm). En esta pantalla, el ángulo de la antena en relación con el norte magnético se utiliza para rotar el haz alrededor de la pantalla, con el "norte hacia arriba". Se utiliza una base de tiempo para tirar del haz desde el centro hasta el borde exterior a lo largo de este ángulo. En lugar de desviar el haz para producir un destello, la señal amplificada hace que la señal se vuelva más brillante. Cuando la antena pasa por un objetivo, se enciende un pequeño destello en la pantalla, que de otro modo estaría oscura. Para que esto funcione, el operador debe realizar un ajuste cuidadoso para silenciar el ruido interno del amplificador sin silenciar también las señales pequeñas. [42]