http___radartutorial.de_08.transmitters_Tam_20Evreuyumlu_20Radar.tr.html_1.xml
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 28.2 29.1 30.1 30.2 31.1 31.2 31.3 31.4 31.5 32.1 32.2 32.3 33.1 33.2 33.3 33.4 33.5 33.6 33.7 34.1 35.1 36.1 36.2 37.1 38.1 38.2 38.3 38.4 39.1 40.1 40.2 40.3 40.4 41.1 42.1 42.2 42.3 42.4 42.5 42.6 43.1 44.1 44.2 44.3 45.1 46.1 46.2 46.3 47.1 48.1 48.2 48.3 48.4 49.1 50.1 51.1 52.1 52.2 53.1 54.1 54.2
Fully Coherent Radar Preamplifier Amplifier Amplifier Amplifier Processor Synthesizer Detector Converter Generator Oscillator Control Figure 1: a simplified block diagram of a fully coherent radar. Preamplifier Amplifier Amplifier Amplifier Processor Synthesizer Detector Converter Generator Oscillator Control Figure 1: a simplified block diagram of a fully coherent radar. Preamplifier Amplifier Figure 1: a simplified block diagram of a fully coherent radar. (interactive picture) Fully Coherent Radar At a fully coherent radar all the necessary clocks, pulses, gates and frequencies are derived from the highly stable oscillation of a master oscillator and are synchronous with its oscillation. All derivative frequencies have a fixed phase relationship to this one master oscillator. The block diagram on the figure illustrates the principle of a fully coherent radar. The fundamental feature is that all signals are derived at low level and the output device serves only as an amplifier. All the signals are generated by one master timing source, usually a synthesiser, which provides the optimum phase coherence for the whole system. The output device would typically be a klystron, TWT or solid-state. Fully coherent radars exhibit none of the drawbacks of the pseudo-coherent radars, which we studied in the previous section. The color deposited assemblies are often grouped together. For example, here to transmitter (blue), receiver (green), signal generator (pink) and radar signal processing (ocher). However, the individual sub-assemblies can be assigned to different parent assemblies (depending on the manufacturer). The term coherence has thus in radars a feature that is very different from the considerations in optics. In optics is often spoken by a coherence length. Only within the coherence length, interference is possible. In fully coherent radars this coherence length is practically endless: the master oscillator can be compared to a continuously oscillating dipole here. From this constant oscillation only a small section is always cut and then used as a transmission pulse. Unwanted phase jumps and polarity changes are not possible within the transmitter. For example, in a satellite radar all echo signals (from the same distance) are coherent with each other, and are also coherent with the transmission frequency, regardless of whether they come from different pulse periods; and even regardless of whether they originate from a previous Earth orbit. Functional Characteristics Duplexer The duplexer alternately switches the antenna between the transmitter and receiver so that only one antenna need be used. This switching is necessary because the high-power pulses of the transmitter would destroy the receiver if energy were allowed to enter the receiver. Low Noise Preamplifier The Low-Noise Preamplifier (LNA) amplifies the very weak backscatter signals. The low noise characteristic is very important: all following amplifiers will amplify the added noise of the LNA! The amplifier has a gain of 18...25 dB. A higher gain would be possible but this decreases the dynamic of the receiver. Mixer Stage The function of the mixer stage is to convert the received rf energy to a lower, intermediate frequency (IF) that is easier to amplify and manipulate electronically. The intermediate frequency is usually 30 or 60 megahertz. It is obtained by heterodyning the received signal with a local-oscillator signal in the mixer stage. The mixer stage converts the received signal to the lower IF signal without distorting the data on the received signal. IF-Amplifier After conversion to the intermediate frequency, the signal is amplified in several IF-amplifier stages. Most of the gain of the receiver is developed in the IF-amplifier stages. The first IF- amplifier has got a wide bandwidth and suppress the influence of mirror-frequencies. The center frequency is relatively high, up to 450 MHz nominally. The overall bandwidth of the receiver is often determined by the bandwidth of the stages of the second IF amplifier. The center frequency is about 75 MHz nominally. Power Amplifier In this system the transmitting pulse is caused with a small performance in a waveform generator. It is taken to the necessary power with a Power Amplifier followingly. The Power Amplifier would typically be a klystron, Traveling Wave Tube (TWT) or solid-state. Mixer / Exciter The first stage of cascaded mixers. The function of this mixer stage is to modulate a prospective intermediate frequency (IF) with the transmitting signals waveforms. The I- (in-phase) and Q- (quadrature) signals from the Waveform Generator are defined signals for comparing with the backscatter in the receivers synchronous detector. Waveform-Generator The Waveform-Generator generates the transmitting pulse in low- power. It generates the transmitting signal on an IF- frequency. It permits generating predefined waveforms by driving the amplitudes and phase shifts of carried microwave signals. These signals may have a complex structure for a pulse compression. Phase Sensitive Detector The IF-signal is passed to a phase sensitive detector which converts the signal to base band, while faithfully retaining the full phase and quadrature information (I & Q- processing) of the Doppler signal. Radar Signal Processor The signal processor is that part of the system which separates targets from clutter on the basis of Doppler content and amplitude characteristics. It generates plots and tracks from the videosignals of the receiver. Radarscope / Monitor The indicator presents to the observer a continuous, easily understandable, graphic picture of the position of radar targets. In recently radars the indicator would be a computer display.
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 50.1 51.1 52.1 53.1 54.1 55.1 56.1 57.1 58.1 59.1 60.1 61.1 62.1 63.1 64.1 65.1 66.1 67.1 68.1 69.1
Tam Evreuyumlu Radar Aygıt Gürültülü Ön Yükselteç Yükselteci Yükselteci Yükselteci İşlemcisi Karıştırıcı Bireştirici Karıştırıcı Algılayıcı Dönüştürücü Uyartıcı Biçimleme Üreteci Osilatör Resim 1: Bir tam evreuyumlu radarın basit blok şeması) Aygıt Gürültülü Ön Yükselteç Yükselteci Yükselteci Yükselteci İşlemcisi Karıştırıcı Bireştirici Karıştırıcı Algılayıcı Dönüştürücü Uyartıcı Biçimleme Üreteci Osilatör Resim 1: Bir tam evreuyumlu radarın basit blok şeması Gürültülü Ön Yükselteç Yükselteci Resim 1: Bir tam evreuyumlu radarın basit blok şeması (Etkileşimli resim) Tam Evreuyumlu Radar Bir tam evreuyumlu radarda gerekli tüm saat darbeleri ve frekanslar çok yüksek bir kararlılığa sahip bir ana osilatörden sağlanır ve bu nedenle bu saat darbelerinin salınımı ana osilatörle eşzamanlıdır. Türetilen tüm frekansların bu ana osilatöre göre faz açısı sabittir. Yukarıdaki blok şeması tam evreuyumlu (full coherent) bir radarın çalışma prensibini göstermektedir. Temel prensip şöyledir: Çok kararlı üreteçte tüm zamansal- ve fazsal kritik işaretler düşük güçte türetilir ve böylece bir en uygun evreuyumlu sistem ortaya çıkar. Gönderici tipik olarak bir Klistron- veya Yürüyen Dalga Tüpleri çıkış katıdan ya da Yarıiletken Yükselteç modüllerinden meydana gelir. Bir tam evreuyumlu radarda, önceki bölümlerde bahsedilen sözde evreuyumlu (pseudo coherent) radara özgü sınırlamalarla karşılaşmayız. Resimde gösterilen değişik modüller işlevlerine göre farklı arka plan renklerinde toplanmışlardır, örneğin göndericiler (mavi), alıcılar (yeşil), işaret üreteçleri (pembe) ve radar işaret işlemcileri (toprak rengi) gibi. Bireysel alt yapı gruplarının hangisine ait olduğu üretici firmasına göre değişebilir. Evreuyum kavramı, radar aygıtlarında optik biliminde ele alındığından çok daha farklı bir işleve sahiptir. Optik biliminde, yalnızca bir girişim içinde mümkün olabilen bir evreuyum uzunluğu söz konusudur. Bu evreuyum uzunluğu radarlarda pratik olarak sonsuzdur: Burada, ana osilatör yalnızca kesintisiz salınan bir dipolle karşılaştırılabilir. Bu sürekli salınımın daima bir kısmı kesilir ve sonrasında bir gönderim darbesi olarak kullanılır. Gönderici tarafında istenmeyen faz sıçramaları ve polarizasyon değişiklikleri de mümkün değildir. Örneğin, bir uydu radarında tüm yankı işaretleri (aynı uzaklıktaki), hangi darbe periyodundan ve hem de hangi yer yörüngesinden kaynakladığından bağımsız olarak hem birbirlerine ile hem de gönderim frekansına evreuyumludur. Evreuyum uzunluğu bu bakımdan pratikte sonsuzdur ve yalnızca radarın devre dışı kalmasıyla birlikte sona erer. Modüllerin Çalışma Şekillerinin Tanıtılması Dubleks Aygıt Dubleks aygıt anteni gönderim anında göndericiye, alım anında ise alıcıya anahtarlayan bir aygıttır. Gönderme anında hassas alıcı devrelerinin yüksek gönderim gücünden korunması gerekir. Alım anında ise göndericinin zaten zayıf olan yankı işaretlerinin daha da zayıflamasının önüne geçilmelidir. Gürültü Seviyesi Düşük Ön Yükseltici Gürültü Seviyesi Düşük Ön Yükseltici (Low-Noise Preamplifier LNA) çok düşük seviyedeki giriş işaretlerini yükseltir. Ardından gelen yükseltici katlarında gürültü daha da artacağından bu katın gürültüsünün çok düşük olması gerekir! Kazanç seviyesi yaklaşık 18 ila 25 dB arasındadır. Daha büyük bir kazanç seviyesi alıcının dinamik çalışma bölgesini kötüleştirebilir ve yüksek giriş işaretlerinde, eğer uygun kazanç kontrol yöntemleri uygulanmamışsa bu katı takip eden diğer katları aşırı seviyede sürebilir. Karıştırma Katı Karıştırma katı alınan yüksek frekanslı işaretleri daha düşük, daha kolay işlenebilen bir ara frekansa (IF) çevirir. Geniş bantlı gönderim işaretline ve çiftli süperheterodin alıcıya sahip modern radarlarda birinci ara frekansın merkez değeri 450 MHz, ikincisininki ise 75 MHz kadardır. Daha eski radarlarda bu frekansın değeri 30 ila 60 MHz arasındadır. Bir fark frekansını üretmek üzere, alınan işaret osilatör frekansı ile girişir. Bu karıştırma esnasında alınan işaretlin genlik ve faz açısı bilgileri kaybolmaz. Ara Frekans Yükselteci Ara frekans seviyesine düşürülen işaret, birden fazla sayıdaki ara frekans yükselteç katlarında yükseltilir. Genellikle çok geniş bantlı ara frekans yükselteci olan 1. Ara Frekans Katında eşlenik frekansların alınması engellenir. Çok yüksek gönderim frekanslarında otomatik yükselteç devreleri, örneğin Duyarlılık Zaman Kontrol Devresi (STC) burada yükseltecin girişine konuylur. Esas yükseltme işlemi 2. Ara Frekans Katında olur. Birinci ara frekans katları genellikle dar bantlıdır. Alıcının tüm-bant genişliğini bu ara frekans yükselteç katı belirler. Güç Yükselteci Bu sistemde gönderim darbesi, Dalga Biçimleme Üreteci tarafından daha küçük güçte üretilir ve ardından yükselteç vasıtasıyla gereken seviyeye yükseltilir. Sistem klistron- ya da yürüyen dalga tüpü çıkış katlarından veya ardışık (cascade) biçimde dizilmiş yarı iletken yükselteç modüllerinden meydana gelir. Frekans Birleştiricisi Frekans Birleştiricisi (Frequency Synthesizer) ana osilatörden radarın frekans ataklığı için gerekli olan değişik temel frekansları üretir. Daha eski radarlar ise genellikle bir analog birleştirici kullanırlar. Daha modern radarlarda ise Faz Kilitlemeli Devre (Phase Lock Loop, PLL) mimarisi kullanılmaktadır. Karıştırıcı/Uyartıcı Bu karıştırma katı art arda bağlanmış (cascaded) karıştırma katlarından ilkidir ve alıcının ara frekansının merkez frekans değerinde modüle edilmiş darbe biçimlerini üretir. Bu katın giriş işaretleri; Dalga Biçimleme Üretecinden gelen mevcut dalga biçiminin aynı faz ve kuadratik fazdaki (I- and Q-phase) işaretleri ve bu dalga biçiminin süresi boyunca örneklenen Sürekli-Dalga (Continious Wave, CW) salınımıdır. Bu kat önceden belirlenmiş bir faz kaymasına sahip ve fazı kararlı bir işaret üretir. Dalga Biçimleme Üreteci Dalga Biçimleme Üreteci hazırdaki gönderim darbesini düşük güçte hazırlar. Bu işlem ara frekans değerinde yapılır. Bu kat, keza darbe sıkıştırma tekniğindeki işlemelere uygun karmaşık darbe biçimlerinin modülasyonuna imkân sağlar. Faz Algılayıcı Faz algılayıcısı (Phase Detector), faz bilgilerini I- ve Q- yöntemi ile (ilki kendi fazındaki işaret bileşeni, ikincisi λ/4 açı farklı „kuadratik“ bileşeni; „In-Phase and Quadrature Sinusoidal Components“) bağlı olarak, ara frekans işaretlini temel frekans bandına kayacak şekilde Doppler frekans işlenmesinde kullanılmak üzere karıştırır. Analog/Sayısal Dönüştürücü Analog/Sayısal Dönüştürücü alıcıdaki video işaret genliklerini sayısal kelimelere dönüştürür. En küçük bir menzil hücresine (range cell) ve iyi bir menzil çözünürlüğüne ulaşılabilmesi için örnekleme hızının yeterince yüksek olması gerekir. İşaret İşlemcisi İşaret işlemcisi, radarların hedefe ait bilgilerinin yansıma işaretlerinden, gürültülerden ve parazitlerden süzerek işleyen bir elemandır. Bu eleman güçlü bir işlemci nüvesi olabilir veya birbirine bağlı çok hızlı mantık devrelerinden meydana gelebilir. Hedefe ait bilgiler bir konumdan-bağımsız ekran görüntüsüne imkân veren çizgi ve izlerden (plots and tracks) oluşan standart bir formata dönüştürülür. Radar Ekranı/Monitör Radar ekranı, radar hedeflerinin konumlarının gerçek zamanlı olarak grafiksel olarak gösterildiği bir ekrandır. İsteğe bağlı olarak ekranda, hedefin kimlik bilgisi ve rotası gibi ilave bilgilerde yer alabilir. Günümüzde radar ekranı bir büyük bilgisayar monitörüne dönüşmüş bulunmaktadır.