http___radartutorial.de_08.transmitters_Radar_20Mod_C3_BClat_C3_B6r.tr.html_2.xml
1.1 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 3.1 4.1 5.1 6.1 7.1 8.1 9.1 10.1 10.2 10.3 10.4 11.1 11.2 11.3 11.4 11.5 11.6 12.1 13.1 14.1 15.1 16.1 17.1 18.1 19.1 20.1 20.2 21.1 21.2 21.3 21.4 21.5 22.1 23.1 24.1 25.1 26.1 27.1 28.1 29.1 30.1 31.1 32.1 33.1 34.1 34.2 34.3 34.4 35.1 36.1 37.1 38.1 39.1 40.1 40.2 41.1 41.2 41.3 41.4 41.5 42.1 43.1 44.1 45.1 46.1 47.1 48.1
Radar Modulator Radio frequency energy in radar is transmitted in short pulses with time durations that may vary from 1 to 50 microseconds or more. A special modulator is needed to produce this impulse of high voltage. The hydrogen thyratron modulator is the most common radar modulator. It employs a pulse-forming network that is charged up slowly to a high value of voltage. The network is discharged rapidly through a pulse transformer by the thyratron keyer tube to develop an output pulse, The shape and duration of the pulse are determined by the electrical characteristics of the pulse-forming network and of the pulse transformer. power supply Figure 1: Thyratron Modulator power supply Figure 1: Thyratron Modulator power supply Figure 1: Thyratron Modulator (interactive picture) Figure 2: Thyratron Modulator of the Russian P-18 As circuit for storing energy the thyratron modulator uses essentially a short section of artificial transmission line which is known as the pulse- forming network (PFN). Via the charging path this PFN is charged on the double voltage of the high voltage power supply with help of the magnetic field of the charging impedance. Simultaneously this charging impedance limits the charging current. The charging diode prevents that the PFN discharge himself about the intrinsic resistance of the power supply again. The function of thyratron is to act as an electronic switch which requires a positive trigger of only 150 volts. The thyratron requires a sharp leading edge for a trigger pulse and depends on a sudden drop in anode voltage (controlled by the pulse- forming network) to terminate the pulse and cut off the tube. The R-C Combination acts as a DC- shield and protect the grid of the thyratron. This trigger pulse initiates the ionization of the complete thyratron by the charging voltage. This ionization allows conduction from the charged pulse-forming network through pulse transformer. The output pulse is then applied to an oscillating device, such as a magnetron. Figure 2: Thyratron Modulator of the russian VHF-radar P–18 voltage power supply Figure 3: charging currents path power supply Figure 3: charging currents path The Charge Path As an initial condition is assumed that the circuit is not energized. In the figure the thyratron is shown to as an open switch. Once the power supply is switched on (look at the brown voltage jump in the right diagram), the current flows through the charging diode and the charging coil and charges the capacitors of the pulse forming network (PFN). The coils of the PFN are not yet functional (having too small impedance). However, the induction of the charging impedance offers a great inductive resistance to the current and builds up a strong magnetic field. The charging of the capacitors follows an exponential function (line drawing green). The self- induction of the charging coil overlaps for this. of the power supply) a capacitor without charging diode Figure 4: diagram of charging currents of the power supply) a capacitor without charging diode Figure 4: diagram of charging currents If the capacitors are charged with the power supplies voltage, decreases the current and the magnetic field breaks down. The breaking down magnetic field causes an additional induction of a voltage. This one continues the charging of the capacitors up to the double voltage of the power supply. Now the capacitors would discharged (ice blue curve) about the power supplies resistance, but the charging diode cut off this current direction and the energy remains stored therefore in the capacitors. The Discharging Path (fired) Figure 5: discharging currents path (fired) Figure 5: discharging currents path When a positive trigger pulse is applied to the grid of the thyratron, the tube ionizes causing the pulse-forming network to discharge through the thyratron and the primary of the pulse transformer. (The tyratron is „fired”) The fired thyratron grounds the pulse line at the charging coil and the charging diode effectively. Therefore, a current flows for the duration PW through the pulse transformer primary coil to ground and from ground through the thyratron, which is now conducting to the other side of the pulse forming network. The high voltage pulse for the transmitting tube can be taken on the secondary coil of the pulse transformer. Exactly for this time an oscillating device swings on the transmit frequency. Because of the inductive properties of the PFN, the positive discharge voltage has a tendency to swing negative. If the oscillator and pulse transformer circuit impedance is properly matched to the line impedance, the voltage pulse that appears across the transformer primary equals one-half the voltage to which the line was initially charged. capacitor puls forming network Figure 6: diagram of discharging currents capacitor puls forming network Figure 6: diagram of discharging currents
1.1 2.1 3.1 4.1 5.1 6.1 7.1 8.1 9.1 10.1 11.1 12.1 13.1 14.1 15.1 16.1 17.1 18.1 19.1 20.1 21.1 22.1 23.1 24.1 25.1 26.1 27.1 28.1 29.1 30.1 31.1 32.1 33.1 34.1 35.1 36.1 37.1 38.1 39.1 40.1 41.1 42.1 43.1 44.1 45.1 46.1 47.1 48.1 49.1
Modülatör Bir kısa, yüksek güçlü bir gönderim darbesinin üretilmesi için gönderim tüplerine tam gönderim anında bir yüksek gerilim sağlayan bir özel modülatör gerekir. Bu radar modülatörü yalnızca gönderim tüpü için gönderim darbesi boyunca anot gerilimini sağlar. Bu nedenle bazen bu modülatör „açma/kapama anahtarlamalı“ radar modülatörü olarakta adlandırılır. Genellikle serbest salınan yüksek güç üreteçleri bu tür bir modülatörle sürülür. Ancak Çapraz Alan Yükselteçleri (amplitron) ile donatılmış yüksek güç yükselteçleri de bu tür bir radar modülatörüne ihtiyaç duyarlar. gerilim güç kaynağı Resim 1: Çalışma prensipi gerilim güç kaynağı Resim 1: Çalışma prensipi gerilim güç kaynağı Resim 1: Çalışma prensipi (Etkileşimli resim) Resim 2: P-18 radarının modülatörü Bu modülatör enerji depolamak için bir Darbe Biçimleme Devresini (Pulse Forming Network) kullanır. Bu biçimleme devresi, dolum hattında, doldurma bobininin (charging coil) manyetik alanının yardımıyla, Yüksek Gerilim Güç Kaynağının gerilim değerinin iki katına kadar bir gerilimle doldurulur. Doldurma bobini aynı zamanda dolum akımını da sınırlar. Dolum gerçekleştikten sonra, depolanan enerjinin güç kaynağının iç direnci üzerinden boşalmasını önlemek için devreye bir doldurma diyotu (charging diode) konulmuştur. Tiratron bir elektronik anahtar gibi çalışır ve iğne biçimli bir darbe ile tetiklenir. Tiratron girişindeki R-C Bileşimi, giriş katından DC gerilim girişini engeller. Darbe transformatörü, boşalma anında bir empedans uyumlama devresi (impedance matching circuit) gibi çalışır. Resim 2: P-18 radarının modülatörü gerilim güç kaynağı Resim 3: Yükleme hattı için eşdeğer devre gerilim güç kaynağı Resim 3: Yükleme hattı için eşdeğer devre Yükleme hattı Başlangıç durumunda (initial state) devrede herhangi bir gerilim bulunmadığı kabul edilir. Tiratron resimde bir açık anahtar gibidir. Anahtarın kapatılmasının ardından dolum akımı (yeşil renkli), dolum diyotu ile dolum bobini üzerinden darbe biçimleme devresinin kondansatörlerini doldurur. Darbe biçimleme devresindeki bobinlerinin bir ikincil görevi daha vardır: Doldurma bobininin endüktansı, devreye enerji uygulandığında büyük bir endüktif dirençle karşı koyar ve kuvvetli bir manyetik alanın meydana gelmesine neden olur. Kondansatörler, yeşil renkte gösterilen bir üstel işlev (exponential function) eğrisine uygun olarak dolarlar. Bu eğri ile doldurma bobininin zıt indükleme gerilimi örtüşmektedir. gerilim) (dolum bobini olmaksızın) olmaksızın dolum eğrisi Resim 4: Dolum akımlarının eğrisi gerilim) (dolum bobini olmaksızın) olmaksızın dolum eğrisi Resim 4: Dolum akımlarının eğrisi Kondansatörlerin, güç kaynağından sağlanan gerilimle dolmaya başlamasından itibaren çekilen dolum akımı gittikçe azalır ve doldurma bobininde oluşan manyetik alan yok olur. Bu indükleme, kondansatörleri, manyetik alan tamamen yok olana kadar doldurmaya devam eden bir ilave gerilim üretir. Şimdi kondansatörler güç kaynağı üzerinden tekrardan boşalacaktır (koyu mavi eğri), fakat doldurma diyotları akımı bu yönde engeller ve enerji kondansatörlerde kalır. Boşalma hattı (ateşlenmiş) Resim 5: Boşalım hattı eşdeğer devresi (ateşlenmiş) Resim 5: Boşalım hattı eşdeğer devresi Darbe Biçimleme Devresi dolduktan sonra, RC-bileşimi üzerinden tiratrona bir tetikleme darbesi yollanır. Tiratron ateşlenir ve darbe trafosu üzerinden bir boşalma akımı akar. 1. kondansatör, ateşlenen tiratron ve darbe transformatörü üzerinden boşalmaya başlar. Bu boşalma süreci yine bir üstel (exponential) eğridir ve fakat şimdi de darbe biçimleme devresindeki bobinlerin zıt indüklemesi etkili olur: 1. kondansatör diğer kondansatörler tarafından biraz gecikme ile tekrar doldurulur. boşalım eğrisi devresinin boşalım eğrisi Resim 6: Boşalım akımları eğrisi boşalım eğrisi devresinin boşalım eğrisi Resim 6: Boşalım akımları eğrisi t süresi boyunca darbe transformatöründen yine de bir akım akar. Bu sırada tam gönderme frekansında salınmakta olan gönderici tüplerine gerekli yüksek gerilim darbesi, darbe transformatörünün sekonder sargısından sağlanır. Devre endüktansı boşalma eğrisinin sonlarında aşmalara (overshoots) yol açar.