Radar de puntería, Mk. I y Mk. II

La primera mención del radar en el Reino Unido data de 1930, cuando ^WAS Butement y PE Pollard, del Centro Experimental de Señales ⁽ SEE) del Ministerio de Guerra del Ejército, ^propusieron construir un sistema de radar para la detección de buques ^, que se utilizaría con baterías costeras, e incluso llegaron a construir un prototipo de baja potencia en una placa de pruebas, utilizando pulsos con una longitud de onda de 50 ^cm ( ⁶⁰⁰ MHz ) . El Ministerio de Guerra no mostró interés y no proporcionó financiación para su posterior desarrollo. El asunto se mencionó en el número de enero de 1931 del Libro de Invenciones de los Ingenieros Reales . ^{[ 3 ] [ 4 ]}  

Con la exitosa demostración del radar por parte del Ministerio del Aire y el rápido progreso del sistema que se convertiría en Chain Home (CH) en 1936, el Ejército se interesó repentinamente en el tema y visitó al equipo de radar CH en su nuevo cuartel general en Bawdsey Manor . Allí se les presentaron versiones más pequeñas del sistema CH destinadas a despliegues semimóviles. Esto parecía tener posibles usos en funciones del Ejército, lo que llevó a la formación, el 16 de octubre de 1936, de la Sección de Aplicaciones Militares, ^{[ 5 ]} conocida universalmente como la Célula del Ejército. A este grupo se le asignó un espacio en Bawdsey e incluía a Butement y Pollard del SEE. ^{[ 6 ]}

Inicialmente, a la Célula se le encomendó la tarea de mejorar el fuego antiaéreo, y se le indicó que el principal problema a abordar era la medición precisa del alcance. ^{[ 5 ]} Se utilizaron instrumentos ópticos para detectar aeronaves y determinar con precisión su rumbo y elevación , pero la medición de distancia mediante medios ópticos seguía siendo difícil, lenta y propensa a errores simples en el procedimiento. Un sistema de radar que pudiera proporcionar una medición de distancia precisa y rápida mejoraría enormemente las posibilidades de interceptar con éxito una aeronave. Se les encomendó el objetivo de producir una medición de distancia con una precisión de 50 yardas (46 m) a un alcance de 14 000 yardas (13 km) . De acuerdo con la nomenclatura del Ejército, el concepto recibió el nombre de "radar de puntería" debido a su función de asistencia en la puntería (GL) de la artillería antiaérea . ^{[ 5 ]}  

Ese mismo año, se separó un Grupo Aerotransportado del equipo principal de desarrollo del CH para desarrollar un sistema de radar mucho más pequeño, adecuado para su montaje en aeronaves grandes. Este se convertiría en el radar de interceptación de aeronaves (AI), con la intención de detectar bombarderos por la noche y permitir que los cazas pesados ​​los localizaran y atacaran con su propio radar. Cuando estos sistemas demostraron su capacidad para detectar fácilmente barcos en el Canal de la Mancha , la Célula del Ejército creó un segundo grupo para adaptarlos a la función de Defensa Costera (CD), proporcionando mediciones de alcance y ángulo con la precisión suficiente para disparar a ciegas contra sus baterías costeras . Este equipo estuvo dirigido por Butement, dejando a Pollard como el principal desarrollador de los sistemas de puntería. ^{[ 6 ]}

El proyecto GL se inició muy pronto durante el desarrollo de Chain Home y se basó deliberadamente en la mayor cantidad posible de su tecnología. A diferencia de los sistemas experimentales anteriores de Butement, CH se basó en la electrónica existente de sistemas de radio de onda corta comerciales , ya que estos se encontraban entre los sistemas de radio de mayor potencia. La desventaja de este enfoque era que las antenas de radio generalmente tienen que ser una fracción significativa de la longitud de onda de la señal de radio para funcionar con una ganancia razonable ; el dipolo de media onda es un tipo común. Para las longitudes de onda de 50 metros utilizadas inicialmente por CH, se necesitarían  antenas del orden de 25 m (82 pies) . ^{[ 7 ] [ a ]}  

Esto no era práctico para ningún tipo de sistema móvil, pero a medida que llegaron nuevos dispositivos electrónicos a finales de la década de 1930, las longitudes de onda utilizadas por los sistemas de radar continuaron disminuyendo. Para cuando GL estuvo listo para comenzar las pruebas, el sistema podía operar en longitudes de onda entre 3,4 y 5,5 m (11 y 18 pies) ^{[ 9 ]} , lo que redujo el tamaño de la antena a una longitud más manejable de varios metros. Cambios similares en la electrónica también produjeron versiones más pequeñas de CH, las Unidades Móviles de Radio o MRU, que se utilizaron tanto como sistema móvil de alerta temprana como servicio de respaldo en caso de que una estación principal de CH quedara fuera de servicio. ^{[ 6 ]}  

Las pantallas de radar tipo CH utilizan un generador de base de tiempo para producir una tensión de onda de diente de sierra que se alimenta a una de las entradas de un tubo de rayos catódicos (CRT). La base de tiempo se calibra para mover el punto del CRT a través de la pantalla en el mismo tiempo que los ecos regresarían de los objetos al alcance máximo del radar. El punto se mueve tan rápido que parece una línea continua. La señal de retorno se amplifica y luego se envía al otro canal del CRT, generalmente el eje Y, lo que provoca que el punto se desvíe de la línea recta creada por la base de tiempo. Para objetos pequeños, como aeronaves, la desviación produce un pequeño punto en la pantalla. El alcance al objetivo se puede medir comparando la ubicación del punto con una escala calibrada en la pantalla. ^{[ 5 ]}

La precisión de dicha visualización es relativa al tamaño del tubo y al alcance del radar. Si se esperara medir el pulso con una precisión de 1  mm en la escala de un tubo de rayos catódicos típico de 3 pulgadas (76 mm) , y ese radar tiene un alcance máximo de 14 000 yardas, entonces ese 1 mm representa 14 000 / (75 / 1) , poco más de 186 yardas (170 m) . Esta precisión era mucho menor que la deseada, que era de aproximadamente 50 yardas (46 m) . ^{[ 5 ]}     

Para proporcionar un sistema capaz de realizar una medición tan precisa y continua, Pollard desarrolló un sistema que utilizaba toda la pantalla CRT para mostrar únicamente rangos a corta distancia a cada lado de un rango preseleccionado. El sistema funcionaba cargando un condensador a una velocidad conocida hasta alcanzar un umbral que activaba la base de tiempo. Esta base de tiempo se ajustaba para recorrer la pantalla en un tiempo que representaba menos de un kilómetro. Se utilizaba un potenciómetro grande para controlar la velocidad de carga, ^{[ 10 ]} lo que proporcionaba un desplazamiento de rango. El rango al objetivo se medía moviendo el punto de referencia con el potenciómetro hasta que estuviera en el centro de la pantalla y, a continuación, leyendo el rango en una escala del potenciómetro. El sistema básico se desarrolló rápidamente, y para el verano de 1937 un sistema de prueba proporcionaba una precisión de 100 yardas (91 m) para aeronaves entre 3000 yardas (2700 m) y 14 000 yardas (13 km). Para finales de año, esta precisión había mejorado hasta alcanzar las 25 yardas (23 m) . ^{[ 11 ]}    

Dado que el requisito original del sistema era proporcionar información adicional a los instrumentos ópticos, no se requerían mediciones de rumbo precisas. El sistema sí necesitaba algún método para asegurar que el objetivo que se estaba midiendo fuera el que se estaba rastreando ópticamente, y no otro objetivo cercano. Para esta función, el sistema utilizaba dos antenas receptoras montadas verticalmente a una distancia aproximada de una longitud de onda, de modo que cuando apuntaban directamente al objetivo, las señales recibidas se cancelaban y producían un punto nulo en la pantalla, donde la señal desaparecía. Esta información se enviaba a una segunda pantalla, cuyo operador intentaba mantener las antenas apuntando al objetivo. ^{[ 12 ]}

El transmisor, que producía pulsos cortos de unos 20  kW, estaba montado en una gran cabina rectangular de madera sobre un remolque con ruedas. La antena dipolo de media onda estaba montada en una corta extensión vertical en un extremo de la cabina, con la línea de transmisión a lo largo del eje longitudinal. La antena era solo ligeramente direccional, enviando la señal en forma de abanico unos 60 grados a cada lado. ^{[ 13 ]}

El receptor era considerablemente más complejo. La cabina del operador era algo más pequeña que el transmisor y estaba montada sobre el sistema de cojinetes del afuste del cañón antiaéreo , lo que permitía que toda la cabina girara sobre su eje vertical. A poca distancia del techo se encontraba una estructura metálica rectangular que se ajustaba aproximadamente al contorno de la cabina. Tres antenas estaban montadas en línea a lo largo de uno de los lados largos de la estructura; las mediciones de alcance se realizaban desde la antena central y, direccionalmente, comparando la señal de las dos antenas de los extremos. Detrás de las dos antenas de referencia había reflectores montados a una distancia aproximada de una longitud de onda, lo que reducía su ángulo de recepción. ^{[ 13 ]}

En el terreno, el transmisor se apuntaría en la dirección prevista de los ataques, y el receptor se colocaría a cierta distancia para ayudar a protegerlo de la señal reflejada por fuentes locales. ^{[ 14 ]}

Para 1939, el equipo estaba lo suficientemente satisfecho con el estado del equipo como para enviar contratos de producción. Metropolitan-Vickers ganó el contrato para el transmisor y AC Cossor para el receptor. La producción en masa del equipo GL no resultó particularmente difícil, y a finales de 1939 se habían entregado 59 sistemas completos. Otros 344 se completarían durante 1940. ^{[ 15 ]}

El sistema hizo exactamente lo que se le pidió; proporcionó mediciones de alcance con una precisión del orden de 50  yardas. En el campo quedó claro que esto no era suficiente. A finales de 1939, el espectro de los bombardeos nocturnos era una gran preocupación, y como el sistema GL no podía proporcionar información precisa sobre el rumbo ni la elevación, no podía dirigir los cañones por la noche. ^{[ 12 ]} En su lugar, se utilizó el estilo de operación de la Primera Guerra Mundial , con reflectores buscando objetivos en gran medida al azar, y se utilizaban instrumentos ópticos convencionales para determinar el rumbo y la elevación una vez que se iluminaba un objetivo. En la práctica, esto resultó tan ineficaz como lo había sido durante la Primera Guerra Mundial. ^{[ b ]}

A pesar de haber invertido considerable tiempo, esfuerzo y dinero en el sistema GL, cuando comenzó el Blitz , todo el sistema de defensa aérea del Ejército demostró ser ineficaz. El general Frederick Pile , comandante del Comando Antiaéreo del Ejército , lo expresó de esta manera:

Los problemas iniciales con el radar fueron enormes. A principios de octubre de 1940 no habíamos logrado disparar ni un solo proyectil de noche. Fue una gran decepción: instalamos los equipos en un tiempo récord, pero luego tuvimos enormes dificultades para calibrarlos. Todos nuestros planes fracasaron, siempre por causas ajenas a nuestra voluntad. ^{[ 15 ]}

Para la detección de objetivos, GL resultó en gran medida ineficaz. Desde un punto de vista mecánico, la necesidad de girar todo el sistema para el seguimiento representaba un problema importante. Una limitación aún más grave eran las pantallas, que mostraban solo una pequeña porción del cielo en la pantalla de alcance y una única indicación de objetivo/fuera de objetivo en la dirección. Si bien podría ser posible girar la antena en la dirección para encontrar un objetivo, la precisión de la dirección era de solo 20 grados, suficiente para mantener las antenas alineadas con el objetivo, pero de poca utilidad para dirigir instrumentos ópticos hacia él, especialmente de noche. Además, la pantalla de dirección solo mostraba si las antenas estaban alineadas o no, pero no hacia qué lado se encontraba el objetivo si estaban desalineadas, por lo que se requería más trabajo para determinar en qué dirección girar la antena para el seguimiento. ^{[ 12 ]}

Además de estos problemas, la amplia señal en forma de abanico presentaba serios inconvenientes cuando más de una aeronave entraba en el haz. En este caso, aparecían múltiples puntos en las pantallas de alcance y rumbo, y era imposible determinar a qué objetivo pertenecía cada señal. Incluso las tripulaciones más experimentadas eran incapaces de rastrear satisfactoriamente un objetivo en estas condiciones. ^{[ 17 ]}

Los sistemas GL Mk. I fueron desplegados con la Fuerza Expedicionaria Británica , junto con los sistemas MRU que proporcionaban alerta temprana . Tras el colapso de las defensas y la posterior evacuación de Dunkerque , estos sistemas tuvieron que ser abandonados en Francia. ^{[ 18 ]}

Quedaron suficientes piezas para que el equipo de radar de Wolfgang Martini pudiera reconstruir el diseño y determinar las capacidades operativas básicas de los sistemas. Lo que encontraron no les impresionó. ^{[ 18 ]} Los radares de la Luftwaffe , tanto para alerta temprana ( Freya ) como para puntería ( Würzburg ), eran significativamente más avanzados que sus homólogos británicos en ese momento, ^{[ 19 ]} operando en longitudes de onda mucho más cortas, alrededor de 50  cm. ^{[ 20 ]}

Esta evaluación, combinada con el fracaso de una misión del dirigible alemán LZ 130 Graf Zeppelin para detectar radares británicos en agosto de 1939, parece haber llevado a una subestimación general de la utilidad de los sistemas de radar británicos. A pesar de conocer la Operación Chain Home, los informes alemanes sobre el estado de la Real Fuerza Aérea, redactados justo antes de la Batalla de Inglaterra, ni siquiera mencionaban el radar. Otros informes lo mencionan, pero no lo consideran muy importante. Otras secciones de la Luftwaffe parecen haber desestimado el sistema en su conjunto. ^{[ 18 ]}

El equipo de GL ya había comenzado a planificar una versión mucho más avanzada del sistema que también pudiera proporcionar información precisa sobre rumbo y elevación. Siempre habían querido que el sistema GL pudiera dirigir los cañones en todas las direcciones, pero la imperiosa necesidad de ponerlo en funcionamiento lo antes posible lo impidió. ^{[ 21 ]}

Para añadir esta capacidad, adaptaron un concepto de los radares de defensa costera que estaba desarrollando Butement. La idea era utilizar dos antenas orientadas en direcciones ligeramente diferentes, con sus áreas sensibles, o lóbulos , ligeramente superpuestas a lo largo de la línea central de ambas. El resultado es un patrón de recepción en el que cada antena produce una señal máxima cuando el objetivo se encuentra ligeramente a un lado de la línea central, mientras que un objetivo situado exactamente en el centro produce una señal ligeramente menor pero igual en ambas antenas. Se utiliza un conmutador para alternar las señales entre las dos antenas, enviándolas al mismo receptor, amplificador y CRT. Una de las señales también se envía con retardo, por lo que su pulso se dibuja ligeramente desfasado. ^{[ 22 ]}

El resultado es una pantalla similar a CH, que muestra el alcance a los objetivos dentro del campo de visión, pero con cada objetivo produciendo dos pulsos muy próximos entre sí. Al comparar la longitud de los pulsos, el operador puede determinar qué antena apunta más directamente al objetivo. ^{[ 23 ]} Al girar las antenas hacia la señal más fuerte, el pulso más largo, el objetivo se centrará y los dos pulsos tendrán la misma longitud. Incluso con las longitudes de onda relativamente largas utilizadas, se podrían alcanzar precisiones del orden de ½ grado con estos sistemas de conmutación de lóbulos . ^{[ 24 ]}

Cuando el Mk. I llegó al campo, se introdujeron varias mejoras en la electrónica básica. Estas se recopilaron para formar la versión Mk. I*. Las diferencias entre el Mk. I y el Mk. I* radicaban principalmente en detalles. En el Mk. I, las pantallas en la furgoneta receptora se activaban mediante la recepción de la señal transmitida en una pequeña antena. Se descubrió que, en ciertas orientaciones del transmisor y el receptor, la antena recibía una señal demasiado débil para funcionar. Esto se reemplazó por un cable entre las dos cabinas, conocido como bloqueo de cable . Ciertos detalles de las etapas de RF en el receptor mejoraron la relación señal/ruido , se agregó un regulador de voltaje para corregir las diferencias en los generadores y se introdujo un nuevo sistema que reemplazó el complejo sistema de puesta a tierra del potenciómetro por una versión electrónica. Un cambio más importante fue la introducción de características antiinterferencias . ^{[ 25 ] [ c ]}

A finales de 1939, quedó claro que el Mk. I en su forma actual no sería del todo útil en el campo de batalla, especialmente de noche, y que el Mk. II no estaría disponible hasta al menos principios de 1941. Leslie Bedford había creado un departamento de desarrollo de radares en Cossor para producir receptores CH y conocía bien tanto las necesidades de los artilleros antiaéreos como las posibilidades inherentes a los sistemas de radar. Sugirió que sería relativamente fácil adaptar los sistemas de antena y visualización del Mk. II al sistema Mk. I, ofreciendo muchas de las mismas ventajas. ^{[ 12 ]}

El resultado fue el GL/EF, acrónimo de Gun Laying/Elevation Finder (Buscador de elevación/tiro de cañón), aunque se le conocía casi universalmente como el "Accesorio Bedford". ^{[ d ]} Esta modificación añadió un conjunto de antenas verticales y un nuevo tubo de rayos catódicos (CRT) para medir la elevación y leerlas, junto con un radiogoniómetro que permitía medir con precisión el ángulo vertical. Los Mk. I* con GL/EF comenzaron a desplegarse a principios de 1941, justo cuando el Blitz alcanzaba su punto álgido. ^{[ 12 ]}

Con el accesorio Bedford, el sistema proporcionaba toda la información necesaria para apuntar los cañones basándose únicamente en el radar. Dado que los tres ejes podían leerse continuamente, los predictores podían recibir información directamente del radar sin necesidad de entradas ópticas. Asimismo, los cañones se controlaban automáticamente mediante el predictor, o bien se "apuntaban", o bien requerían que los lanzadores siguieran punteros mecánicos para alinearlos con la salida del predictor, un concepto conocido como "apuntar con precisión". Incluso los ajustes de la espoleta se configuraban automáticamente a partir de los valores de alcance del radar. Todo el problema de la artillería estaba ahora altamente automatizado. ^{[ 14 ]}

Fue en este punto cuando surgieron serios problemas de calibración. Tras un estudio exhaustivo, utilizando reflectores suspendidos de globos y realizando pruebas con aeronaves ocasionales, quedó claro que el principal problema radicaba en la nivelación del terreno alrededor de la estación. Las largas longitudes de onda utilizadas en estos primeros radares se reflejaban fuertemente en el suelo y volvían al cielo. Estas señales reflejadas a veces alcanzaban los objetivos y regresaban al receptor, junto con la señal directa del transmisor. La interferencia entre ambas provocaba la aparición de nulos en el patrón de recepción, lo que hoy se conoce como propagación multitrayecto . Esto dificultaba la localización del objetivo, ya que las antenas giraban para seguirlo, lo que hacía que apareciera y desapareciera en las pantallas. ^{[ 27 ]}

Al principio, se creyó que esto no sería un problema grave y que se podría solucionar desarrollando una tabla de calibración para cada sitio. Por ejemplo, en una dirección el terreno podría estar ligeramente más bajo y crear un patrón particular de nulos en el aire al apuntar en esa dirección, mientras que en otra dirección el terreno podría estar más alto y crear un patrón diferente. En teoría, se podría medir este patrón y producir una tabla para cualquier ángulo de azimut. Desafortunadamente, incluso las primeras pruebas demostraron que la calibración cambiaba con la longitud de onda, lo que ocurría cuando un radar se sometía a mantenimiento o se reemplazaba por uno de respaldo. Esto significaba que tendrían que crear varias tablas de calibración, una para cada radar, o que si se deseaba una sola tabla de correcciones para diferentes rumbos, las antenas tendrían que moverse verticalmente a medida que cambiaba la longitud de onda para ajustarse a esto. Ninguna de las dos opciones era práctica. ^{[ 23 ]}

Una vez más, fue Bedford quien propuso una solución: en lugar de calibrar el radar, sugirió calibrar el terreno, aplanando el área alrededor de la estación mediante una estera de alambre metálico. De esta manera, el patrón se mantendría igual a medida que el radar girara o cambiara de frecuencia. El diseño de dicho sistema recayó en Nevill Mott , un físico que se había incorporado recientemente al Centro de Investigación del Ejército. ^{[ 27 ]} Finalmente, se determinó que las dimensiones adecuadas eran un octágono de 120 m (130 yardas ) de diámetro , formado por una malla de alambre de 5,1 cm (2 pulgadas) de lado. Esta se sostenía en el aire mediante cientos de cables tensados ​​que pasaban por estacas de madera a unos 1,5 m (5 pies ) de altura. Para lograr la distancia adecuada entre la antena y la estera de alambre, el sistema de radar tuvo que elevarse sobre bloques y se accedía a él mediante una pasarela de madera situada sobre la estera. ^{[ 28 ]}   

El esfuerzo para equipar los sets GL con base en el Reino Unido con estas esteras de suelo fue enorme. Cada estera consumía 230 rollos de malla de alambre, cada uno de 1,2 m de ancho por 46 m ^de largo. En total, cubrían un área de aproximadamente 13 000 m² y utilizaban 1050 km de alambre, además de otros 16 km de alambre más grueso utilizado en la estructura de soporte debajo de la malla. Inicialmente, planeaban instalar las esteras en 101 sitios de inmediato, pero para diciembre de 1940 habían consumido más de 1600 km de alambre galvanizado, agotando las reservas nacionales de este material y causando una escasez de malla de gallinero en todo el país . ^{[ 29 ]}      

La construcción de la estera requirió aproximadamente 50 hombres y cuatro semanas para completarse. ^{[ 30 ] [ 27 ]} A finales de enero de 1941, solo se habían mejorado 10 emplazamientos, y mientras tanto se estaban instalando nuevos emplazamientos AA, por lo que el número de emplazamientos potenciales aumentaba más rápidamente de lo que se podían completar. En abril, Pile concluyó que el 95% de los emplazamientos AA necesitarían las esteras, y esperaban que 600 emplazamientos estuvieran operativos para marzo de 1942. El programa finalmente se prolongó durante años, desapareciendo a medida que se introdujeron nuevos sistemas que no requerían las esteras. ^{[ 21 ]} El programa de esteras finalizó formalmente en marzo de 1943. ^{[ 31 ]}

Otro problema, que nunca se resolvió del todo, era que cualquier barrera de globos en la zona formaba un potente reflector que hacía invisible todo lo que se encontraba detrás. Esto resultaba especialmente molesto, ya que los globos solían colocarse cerca de los cañones antiaéreos, dado que ambos sistemas se utilizaban conjuntamente para proteger objetivos de alto valor. Se consideró una solución en forma de un sistema que permitiera eliminar los reflejos a baja altitud, pero este no se desarrolló por completo. ^{[ 23 ]}

Además del continuo avance tecnológico de los sistemas GL, Pile mejoró notablemente el estado general de la AA a partir de septiembre de 1940 al nombrar un asesor científico para el más alto nivel del mando de la AA. Para este cargo eligió a Patrick Blackett , quien tenía experiencia en la Primera Guerra Mundial en la Marina Real y desde entonces había demostrado una considerable capacidad matemática. Blackett planeaba estudiar el problema de la AA desde un punto de vista puramente matemático, un concepto que resultó extremadamente valioso en otras áreas de la defensa aérea y que, en última instancia, se convertiría en el campo general de la investigación operacional . ^{[ 32 ]}

Blackett formó un grupo de estudio conocido como el Grupo de Investigación del Comando Antiaéreo, pero universalmente llamado "el Circo de Blackett". Blackett eligió deliberadamente a miembros de diferentes ámbitos, incluyendo a los fisiólogos David Keynes Hill , Andrew Huxley y Leonard Ernest Bayliss , los físicos matemáticos Arthur Porter y Frank Nabarro , el astrofísico Hugh Ernest Butler , el topógrafo G. Raybould, el físico I. Evans y los matemáticos AJ Skinner y M. Keast, la única mujer del equipo. ^{[ 33 ]} Sus objetivos fueron resumidos concisamente por Blackett:

...la primera tarea consistió en determinar el mejor método para representar gráficamente los datos [del radar] y predecir la futura posición del enemigo para el uso de los cañones, basándose únicamente en lápiz y papel, y en tablas de alcance y espoletas. La segunda tarea fue colaborar en el diseño de máquinas de trazado sencillas que se fabricarían en pocas semanas. La tercera etapa consistió en encontrar la manera de integrar los predictores existentes con los sistemas de radar. ^{[ 34 ]}

Mientras tanto, en noviembre de 1940, John Ashworth Ratcliffe fue trasladado del Ministerio del Aire en Bawdsey para fundar una escuela de artillería antiaérea en Petersham , al oeste de Londres. ^{[ 33 ]} Un problema que se hizo evidente de inmediato fue que los datos de entrada a los predictores, las computadoras analógicas que realizaban los cálculos balísticos , eran muy propensos a errores. Esta información se transmitió a través de la jerarquía del Ejército, y nuevamente fue Leslie Bedford quien dio con la solución. Esto dio como resultado la construcción de varios simuladores que se utilizaron en la escuela antiaérea, lo que permitió a los operadores perfeccionar sus habilidades. ^{[ 35 ]}

El Circo pronto añadió un cuarto remolque a algunos emplazamientos de AA en la zona de Londres , dedicado exclusivamente a registrar las entradas de los predictores, el número de disparos y los resultados. Estos datos se transmitían a la estructura de mando de AA para buscar cualquier posibilidad de mejora. La historia oficial, publicada justo después de la guerra, señalaba que entre septiembre y octubre de 1940 se habían disparado 260 000 proyectiles AA, con el resultado de 14 aviones destruidos, una tasa de 18 500 proyectiles por derribo. Esto ya suponía una gran mejora con respecto a las estadísticas anteriores al radar, que eran de 41 000 proyectiles por derribo. Pero con la incorporación de GL/EF, GL mats y una mejor doctrina, esta cifra se redujo a 4100 proyectiles por derribo en 1941. ^{[ 32 ] [ 36 ]}

Pile comentó sobre las mejoras señalando:

Las dificultades iniciales se habían superado en gran medida, y entre el 11 y el 12 de mayo [de 1941], cuando los ataques eran tan generalizados que se nos concedió mayor alcance, conseguimos 9 víctimas, una probable y no menos de 17 más dañadas. [...] El Blitz prácticamente terminó esa noche. Al final del Blitz, habíamos destruido 170 aviones de ataque nocturno, probablemente destruido otros 58 y dañado, en distinto grado, 118 más. ^{[ 36 ]}

La producción del Mk. II estuvo a cargo de Gramophone Company y Cossor. ^{[ 11 ]} Los prototipos de los conjuntos Mk. II comenzaron a aparecer ya en junio de 1940, pero se introdujeron cambios considerables en el diseño a medida que se recibía más información de los conjuntos Mk. I. El diseño final comenzó a llegar en cantidades de producción a principios de 1941. ^{[ 21 ]}

Las pantallas estaban ubicadas en una cabina de madera debajo del conjunto de receptores, incluyendo tubos de rayos catódicos (CRT) separados para alcance, rumbo y elevación, lo que permitía un seguimiento continuo durante todo el enfrentamiento. La antena transmisora ​​ahora venía en dos versiones: una con un haz de gran angular para la detección inicial del objetivo o su búsqueda, y otra con un haz mucho más estrecho que se usaba para el seguimiento de un solo objetivo. Si bien esto introdujo complejidad, también redujo considerablemente el problema de que aparecieran varios objetivos en las pantallas. ^{[ 24 ]}

El Mk. II también incluía un nuevo transmisor, cuya potencia se había triplicado, pasando de 50 a 150  kW. Esta potencia adicional ofrecía un alcance algo mejor, pero, más importante aún, permitía reducir significativamente el ancho del pulso manteniendo el mismo alcance. La nitidez del eco depende del ancho del pulso, por lo que al reducirlo el sistema se volvía más preciso. El Mk. II podía ofrecer mediciones de rumbo con una precisión de hasta ½ grado, aproximadamente el doble de precisas que el Mk. I*, y justo dentro del alcance necesario para apuntar directamente los cañones. El Mk. II había reemplazado en gran medida al Mk. I* a mediados de 1942 y permaneció en servicio hasta 1943. ^{[ 24 ]} Un análisis demostró que el Mk. II mejoró la relación de disparos por baja a 2750, otro avance significativo. ^{[ 36 ]} Se produjeron 1679 conjuntos GL Mark II entre junio de 1940 y agosto de 1943. ^{[ 37 ]}

La introducción del magnetrón de cavidad en 1940 permitió que los radares operaran eficazmente en longitudes de onda de microondas mucho más cortas que las posibles con los diseños anteriores de tubos de vacío. Los primeros magnetrones operaban a una longitud de onda de alrededor de 9 centímetros (3,5 pulgadas) , lo que redujo las antenas dipolo a solo unos pocos centímetros de longitud. Las antenas eran tan cortas que podían colocarse delante de reflectores parabólicos , que concentraban la señal en un haz muy estrecho. En lugar de que el patrón de transmisión tuviera hasta 150 grados de ancho, los diseños típicos de microondas podían tener un ancho de haz de quizás 5 grados. Utilizando una técnica conocida como escaneo cónico , una versión rotativa de la conmutación de lóbulos, esto podía reducirse aún más a menos de medio grado, más que suficiente para apuntar directamente los cañones. ^{[ 38 ]} 

A finales de 1940, el Ejército estaba inmerso en un proyecto para construir un sistema de radar GL de frecuencia de microondas, y en 1942 ya había enviado los planos a empresas del Reino Unido para su producción. En 1940 también se inició en Canadá el trabajo en una versión completamente diseñada y construida en Canadá, cuya producción comenzó en septiembre de 1942 y las entregas al Reino Unido comenzaron en noviembre de 1942, como el GL Mk. IIIC , mientras que las unidades británicas llegaron al mes siguiente como el Mk. IIIB. Estos eran considerablemente más móviles que los diseños anteriores Mk. I y Mk. II, y consistían en remolques de dos ruedas y un grupo electrógeno. ^{[ 39 ]}

Debido a que las antenas eran mucho más direccionales que los haces anchos en forma de abanico de los sistemas anteriores, se podía evitar por completo el problema de las reflexiones del suelo asegurándose de que las antenas siempre apuntaran unos pocos grados por encima del horizonte. Esto significaba que ninguna parte de la señal rebotaba en el suelo durante la transmisión, y que tampoco se detectarían las reflexiones cercanas de la señal recibida. Se eliminó la necesidad de la malla de tierra de los modelos anteriores, y los emplazamientos podían estar listos y completamente operativos en cuestión de horas. ^{[ 38 ]}

Los nuevos equipos de microondas comenzaron a reemplazar a los Mk. II durante 1943, pero las entregas no fueron particularmente rápidas y estos equipos a menudo se enviaban a nuevas unidades en lugar de reemplazar a los Mk. II en el campo de batalla. La llegada del radar estadounidense SCR-584 en 1944 fue el catalizador para el rápido reemplazo de todos estos equipos, ya que combinaba escaneo y seguimiento en una sola unidad con un generador interno. En la inmediata posguerra, estos fueron a su vez reemplazados por el radar AA No. 3 Mk. 7 , más pequeño y ligero , que permaneció en uso hasta que los cañones antiaéreos fueron retirados del servicio a finales de la década de 1950. ^{[ 40 ]}

El Mk. I utilizaba dos antenas, una para transmisión y otra para recepción. Ambas estaban construidas sobre cabinas de madera, similares en construcción a una caravana , que contenían los respectivos componentes electrónicos. Estas eran fabricadas por empresas como Metro-Cammell , fabricantes de vagones de ferrocarril , en una época en que la madera aún era un material de construcción común. Las cabinas estaban montadas sobre grandes placas de apoyo que permitían que todo el conjunto girara para seguir los objetivos. Estas, a su vez, estaban montadas sobre cureñas de artillería antiaérea para su movilidad. Un grupo electrógeno se colocaba entre ambas y proporcionaba energía a las dos. ^{[ 24 ]}

El sistema transmisor del Mk. I producía pulsos de 3 microsegundos de duración con una potencia máxima de hasta 50 kW, 1500 veces por segundo. ^{[ 41 ]} Estos se transmitían de forma semidireccional, iluminando toda el área frente a la línea de tiro de la antena transmisora, delante de la cabina. La antena estaba dispuesta de manera que la señal se dispersara más verticalmente que horizontalmente, por lo que una cantidad significativa de la señal llegaba al suelo. Debido a las largas longitudes de onda utilizadas, esta señal se reflejaba fuertemente hacia adelante, y debido a consideraciones geométricas, cualquier señal que llegara al suelo cerca de la estación se reflejaría con un ángulo vertical suficiente como para mezclarse con la señal principal en el área de interés (unos 30 kilómetros (19 millas) alrededor de la estación). Este era el propósito de la alfombra GL, que no eliminaba las reflexiones, pero las hacía mucho más predecibles. ^{[ 23 ]}   

Las unidades receptoras de alcance y rumbo independientes podían operar en varias bandas de frecuencia. Ambos receptores utilizaban un oscilador común, cuya señal se enviaba a la sección de radiofrecuencia (RF) de cuatro tubos . La frecuencia del oscilador podía conmutarse entre dos bandas anchas: la banda LF de 54,5 a 66,7 MHz y la banda HF de 66,7 a 84,0 MHz. ^{[ e ]} Los receptores se ajustaban con precisión mediante núcleos de hierro giratorios convencionales, conectados mecánicamente para sintonizar ambos receptores desde un único dial. ^{[ 41 ]} Para corregir pequeñas diferencias entre los dos receptores, la salida de uno de los núcleos podía ajustarse deslizando un anillo de cobre a lo largo de un poste. ^{[ 10 ]} Para asegurar que la señal no se reflejara en una de las etapas de RF, el receptor de alcance añadía un circuito de búfer al final de la etapa de RF. ^{[ 12 ]}  

La señal de alcance se recibió en un único dipolo de media onda montado en el centro del conjunto de antenas horizontales, se introdujo en un receptor de RF de cuatro tubos y, posteriormente, en un sistema de frecuencia intermedia (FI) de cuatro tubos. La salida se conectó directamente a la placa inferior del eje Y de uno de los dos tubos de rayos catódicos (CRT). La placa superior del eje Y recibió la salida de un calibrador, lo que permitió ajustarla para que el haz quedara centrado verticalmente. De este modo, las señales recibidas por la antena provocarían que el haz se desviara hacia abajo, produciendo un pulso, como en el programa Chain Home. ^{[ 5 ]}

El eje X del sistema era alimentado por un generador de base de tiempo que desplazaba el haz de izquierda a derecha a través de la pantalla. Normalmente, una base de tiempo se activa para iniciar su barrido tan pronto como se detecta la señal del transmisor, pero, como se indicó anteriormente, esto no proporcionaría la precisión requerida para esta función. En cambio, la base de tiempo se configuró para abarcar la pantalla a una velocidad mucho mayor, representando solo una parte del tiempo total de vuelo de la señal. La activación de la base de tiempo se lograba mediante un potenciómetro de aceite de alta precisión que aumentaba exponencialmente la carga en un banco de condensadores hasta alcanzar un valor de activación. ^{[ 41 ]} Se requería un sistema de puesta a tierra muy complejo para garantizar la precisión de los voltajes que salían del sistema del potenciómetro, ya que cualquier voltaje parásito podría interferir con la señal. ^{[ 43 ]}

Había dos operadores de las pantallas de medición. Para realizar una medición de distancia, el operador de distancia giraba el dial del potenciómetro para alinear el borde delantero del pulso del objetivo con una línea vertical en el CRT. La distancia no se leía en el CRT, sino en el dial. El dial también hacía girar un magnetómetro, o selsyn, como se le conoce más comúnmente hoy en día. La salida del magnetómetro se utilizaba para accionar directamente los controles del predictor, lo que permitía al radar actualizar continuamente la medición de distancia. ^{[ 41 ]}

La medición de rumbo se recibió en un sistema de antena y receptor independiente. En este caso, se utilizaron dos dipolos de media onda, ubicados horizontalmente a una longitud de onda de distancia en la estructura de la antena. Ambas antenas se conectaron eléctricamente antes de entrar en los receptores, con las salidas de una de ellas invertidas. Esto significaba que la señal de salida se reducía a cero cuando las antenas estaban alineadas con precisión con el objetivo. Cualquier desalineación modificaba ligeramente la fase relativa de las señales, produciendo una señal neta que entraba en el receptor y generaba una pantalla. Sin embargo, no era posible saber cuál de las dos antenas era la que producía la salida neta; el sistema indicaba cuándo la antena estaba en el objetivo, pero no hacia qué lado girar cuando estaba fuera de él. ^{[ 41 ]}

El receptor de rumbo era idéntico a la versión de alcance y se conectaba al CRT de la misma manera. Se utilizó un generador de base de tiempo más lento, activado por la misma señal que el primero, pero configurado para escanear mucho más lentamente. En este caso, la base de tiempo no se utilizó para medir el alcance, y la ubicación horizontal del pulso no era importante. En cambio, la base de tiempo se utilizó para asegurar que el operador de rumbo estuviera observando el mismo objetivo que el operador de alcance: la señal de interés estaría cerca del centro. ^{[ 41 ]} El operador de rumbo giraba entonces toda la cabina del receptor utilizando un conjunto de engranajes conectado a pedales de bicicleta, buscando el punto en el que la señal desaparecía, lo que indicaba que el objetivo estaba ahora perfectamente alineado entre las dos antenas. Este sistema de búsqueda de nulo se utilizaba a menudo, ya que indica las ubicaciones con mayor precisión; las señales máximas tienden a estar dispersas. ^{[ 41 ]} Si el objetivo no estaba alineado, la presencia de la señal no podía indicar en qué dirección girar. Para solucionar esto, un sistema de conmutación eléctrica en las líneas de alimentación de la antena permitía conectarlas en diferentes fases, y al estudiar cómo cambiaba el pulso al accionar el interruptor, el operador podía determinar qué antena estaba más cerca del objetivo, un proceso conocido como "bracketing" . El sistema de fase fue introducido por EC Slow y se conoció como Slowcock . ^{[ 41 ]}

En general, los sistemas equipados con GL/EF eran similares al Mk. I, pero añadían otro conjunto de antenas dispuestas verticalmente a lo largo de una estructura que sobresalía de la parte superior de la cabina del receptor. La antena de alcance original se montaba en la parte inferior de la estructura, con dos antenas nuevas espaciadas uniformemente a lo largo de ella. Las antenas estaban separadas por aproximadamente media longitud de onda, de modo que las señales interferían constructivamente en un par y destructivamente en el otro. Se utilizaba un radiogoniómetro para modificar la sensibilidad relativa del par superior de antenas, y las señales de salida del radiogoniómetro y de la antena de alcance se enviaban a preamplificadores independientes. ^{[ 14 ]}

Para completar el sistema, se añadió un interruptor electrónico sincronizado con la  señal de 50 Hz de la Red Nacional . Esta señal se utilizaba para conmutar la entrada de los receptores desde la antena de alcance a la salida de las otras dos antenas, mezclada a través del radiogoniómetro. La misma señal también ajustaba ligeramente el sesgo del eje Y del tubo de rayos catódicos (TRC), de modo que aparecían trazas alternas por encima o por debajo del centro de un nuevo TRC dedicado a las mediciones de elevación. El resultado era que la traza superior contenía la señal de alcance original, como antes, mientras que la traza inferior contenía la salida del radiogoniómetro; al observar la traza inferior bajo el pico de alcance, el operador podía girar el radiogoniómetro hasta que la señal alcanzara un valor nulo, revelando así el ángulo. El operador ajustaba periódicamente la configuración a medida que reaparecía el pico inferior mientras el objetivo se movía. ^{[ 14 ]}

Durante el desarrollo del sistema, se introdujo una mejora adicional que permitía el seguimiento continuo en lugar del reinicio periódico. El sistema de conmutación se modificó de manera que el alcance se enviara a la línea superior durante 2,5  milisegundos (ms), y las señales de alcance y radiogoniómetro durante 7,5  ms. Si la señal se anulaba correctamente, las dos señales superiores se mezclaban y producían un único pulso brillante en la traza superior, mientras que la traza inferior se anulaba, como antes. Si la señal no se anulaba, aparecía un segundo pulso débil que difuminaba la traza superior, perceptible incluso antes de que el pulso en la traza inferior se hiciera visible. ^{[ 23 ]}

En las pruebas, se observó que la débil señal de alcance se volvía difícil de ver cuando la señal era ruidosa e inestable. Un último cambio añadió un ligero retardo fijo a la señal de alcance, lo que provocó que su traza se desplazara hacia la derecha. Ahora aparecían tres puntos distintos en la pantalla de elevación: el punto de alcance a la derecha y las dos señales de elevación alineadas verticalmente justo a la izquierda. ^{[ 23 ]}

Un problema común con los sistemas de antenas de este tipo es que no es posible saber si la señal se recibe en la parte frontal o posterior de la antena, que son igualmente sensibles. Para solucionar esto, una vez que se detectaba un nulo, el operador de rumbo activaba un interruptor de detección que conectaba una segunda antena ubicada ligeramente detrás de la principal. La salida combinada de ambas indicaba claramente de qué lado se encontraba el objetivo, frontal o posterior. ^{[ 41 ]} Sin embargo, esto generó problemas en los sistemas de fase que nunca se solucionaron por completo. ^{[ 23 ] [ f ]}

El sistema Mk. II era muy similar al Mk. I* con GL/EF, aunque algunas mejoras en los detalles optimizaron el alcance y la precisión. Estas incluían un transmisor más potente, electrónica del receptor actualizada y la reducción del ancho de pulso para permitir mediciones más precisas. ^{[ 24 ]} Una diferencia más importante fue el método utilizado para producir las trazas divididas en las pantallas. A diferencia del sistema electrónico utilizado en GL/EF, el Mk. II utilizaba un sistema mecánico y motorizado que Bedford consideraba menos avanzado. ^{[ 23 ]} La idea básica era utilizar dos antenas que apuntan en direcciones ligeramente diferentes y cuyos patrones de recepción se superponen en el centro. Al comparar la intensidad de la señal entre ambas, el operador podía determinar si el objetivo estaba más centrado en una de las antenas y rotarlas hasta que ambas señales tuvieran la misma intensidad. Este sistema se había utilizado ampliamente en los radares AI y ASV de la RAF incluso mientras se desarrollaba el Mk. I, pero para que el Mk. I entrara en servicio, el sistema no se incluyó en su diseño. El Mk. II fue, en efecto, un intento de adaptar estas pantallas al conjunto GL. ^{[ 24 ]}

A diferencia de la pantalla GL/EF, la Mk. II utilizaba un único receptor para cada par de antenas. El conmutador alternaba rápidamente una u otra señal hacia el receptor. También enviaba una de las señales a través de una línea de retardo corta. Sin embargo, no modificaba la línea base del eje Y. El resultado era una única traza a lo largo del centro de la pantalla, con dos puntos ligeramente separados, uno de cada antena. Comparando las longitudes relativas de los dos puntos, el operador podía determinar qué antena estaba más alineada con el objetivo y seguir girándola hasta que los puntos tuvieran la misma longitud. ^{[ 24 ]}

Los sistemas aerotransportados de la RAF movían las antenas desplazando la aeronave completa. En el caso del GL, el ángulo de rumbo ya era ajustable mediante la cabina giratoria. La antena superior del par vertical podía moverse hacia arriba y hacia abajo a través de la extensión en forma de escalera, lo que provocaba un cambio en el patrón de radiación y permitía medir el ángulo de altitud. ^{[ 24 ]}

Otro problema abordado en el Mk. II fue que una de las señales era tan ancha que aparecían múltiples aeronaves en la pantalla. Esto se solucionó añadiendo un segundo sistema de antenas de transmisión. Una tenía una dispersión horizontal bastante estrecha, lo que hacía que la transmisión fuera similar a los 20 grados del Mk. I. La otra tenía una matriz de antenas mucho más amplia, lo que estrechaba el patrón y facilitaba la identificación de objetivos individuales. La antena de patrón ancho se utilizaba durante la búsqueda inicial, y una vez seleccionado un objetivo, se accionaba un interruptor para cambiar la transmisión al haz estrecho. Existen imágenes que muestran ambas antenas combinadas en una sola cabina. ^{[ 24 ]}

El Mk. II también incorporó un dispositivo de calibración sencillo pero eficaz: un eje conectado al control de elevación que se extendía fuera de la cabina. Para la calibración, se giraba la manivela de elevación a cero y se conectaba un telescopio al eje de manera que apuntara al horizonte. A continuación, se lanzaba un globo y se le seguía con el radar, leyéndose las correcciones a través del telescopio. ^{[ 44 ]}

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