http___radartutorial.de_08.transmitters_Tam_20Evreuyumlu_20Radar.tr.html_2.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 29.2 29.3 29.4 29.5 30.1 31.1 32.1 32.2 33.1 34.1 34.2 34.3 34.4 35.1 36.1 36.2 36.3 36.4 37.1 38.1 38.2 38.3 38.4 38.5 38.6 39.1 40.1 40.2 40.3 41.1 42.1 42.2 42.3 43.1 44.1 44.2 44.3 44.4 45.1 46.1 47.1 48.1 48.2 49.1 50.1 50.2
Fully Coherent Radar Preamplifier Amplifier Amplifier Amplifier Processor Synthesizer Detector Converter Generator Oscillator Control Figure 1: an easy block diagram of a fully coherent radar. Preamplifier Amplifier Amplifier Amplifier Processor Synthesizer Detector Converter Generator Oscillator Control Figure 1: an easy block diagram of a fully coherent radar. Preamplifier Amplifier Figure 1: an easy block diagram of a fully coherent radar. (interactive picture) 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. 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 computerdisplay.
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 70.1 71.1 72.1 73.1
Tam Evreuyumlu Radar Cihaz Seviyesi Düşük Ön Yükseltici Yükselteci Yükselteci Yükselteci İşlemcisi Kaydıran Karıştırıcı Birleştiricisi Kaydıran Karıştırıcı Algılayıcı Dönüştürücü Uyartıcı Biçimleme Üreteci Osilatör Resim 1: Bir tam evreuyumlu radarın basit blok şeması Cihaz Seviyesi Düşük Ön Yükseltici Yükselteci Yükselteci Yükselteci İşlemcisi Kaydıran Karıştırıcı Birleştiricisi Kaydıran Karıştırıcı Algılayıcı Dönüştürücü Uyartıcı Biçimleme Üreteci Osilatör Resim 1: Bir tam evreuyumlu radarın basit blok şeması Düşük Ön Yükseltici 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 ana osilatörden sağlanır ve bu nedenle osilatörün salınımı ile eşzamanlıdır. Tüm türetilen frekansların faz açısı bu osilatörle uyumludur. Yukarıda ki blok şeması tam evreuyumlu (full coherent) bir radarın çalışma prensibini göstermektedir. Temel prensip şöyledir: Ana üreteçten hali hazırda düşük güç seviyesindeki tüm zamansal ve fazsal kritik sinyaller alınır ve böylece bir en uygun evreuyumlu sistem ortaya çıkar. Gönderici tipik olarak bir klistron veya yürüyen dalga tüpleri çıkış katlarından ya da yarı iletken yükselteç modüllerinden meydana gelir. Bir tam evreuyumlu radarda, önceki bölümlerde bahsedilen sözde evreuyumlu (pseudo coherent) radara özgü sınırlamalarla karşılaşmayız. Resimde gösterilen muhtelif modüller işlevlerine göre farklı renkteki arka plan renklerinde toplanmışlardır, örneğin göndericiler (mavi), alıcılar (yeşil), sinyal üreteçleri (pembe) ve radar sinyal işlemcileri (toprak rengi) gibi. Bireysel alt yapı gruplarının hangisine ait olduğu üretici firmasına göre farklı olabilir. Evreuyum kavramı radar aygıtlarında optik biliminde ele alındığından çok daha farklı bir işleve sahiptir. Optik biliminde bir girişim içinde gerçekleşebileceği bir evreuyum uzunluğu vardır. Bu evreuyum uzunluğu radarlarda pratik olarak sonsuzdur. Ana osilatör burada kesintisiz salınan bir dipolle mukayese edilebilir. Bu sürekli salınımdan daima bir parça kesilir ve sonrasında bir gönderim darbesi olarak kullanılır. Göndericide istenmeyen faz sıçramaları ve keza polarizasyon değişiklikleri mümkün değildir. Örneğin bir uydu radarında tüm yankı sinyalleri (aynı mesafedeki) hangi darbe periyodundan ve hatta hangi yer yörüngesinde kaynakladığından bağımsız olarak hem birbirleri ile hem de gönderim frekansına evreuyumludurlar. Evreuyum uzunluğu bu bakımdan pratikte sonsuzdur ve radarın devre dışı kalmasıyla birlikte sona erer. Modüllerin Çalışma Şekillerinin Tanıtılması Dubleks Cihaz Dubleks cihaz anteni sinyal gönderim anında göndericiye, sinyal alım anında ise alıcıya anahtarlayan bir cihazdır. Gönderme anında hassas alıcı devrelerinin yüksek gönderme gücünden korunması gerekir. Alım anında ise göndericinin zaten zayıf olan dönüş sinyallerini daha da zayıflatmasının önüne geçilmelidir. Gürültü Seviyesi Düşük Ön Yükseltici Gürültü Seviyesi Düşük Ön Yükseltici (Low-Noise Preamplifier LNA) çok düşük seviyedeki giriş sinyallerini 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 sinyallerinde, eğer uygun kazanç kontrol yöntemleri uygulanmamışsa bu katı takip eden diğer katları aşırı seviyede sürebilir. Karıştırma Katı Karıştırma katı alınan yüksek frekanslı sinyalleri daha düşük, daha kolay işlenebilen bir ara frekansa (IF) çevirir. Geniş bantlı gönderim sinyaline 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 sinyal osilatör frekansı ile girişir. Bu karıştırma esnasında alınan sinyalin genlik ve faz açısı bilgileri kaybolmaz. Ara Frekans Yükselteci Ara frekans seviyesine düşürülen sinyal, 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 sinyalleri; Dalga Biçimleme Üretecinden gelen mevcut dalga biçiminin aynı faz ve kuadratik fazdaki (I- and Q-phase) sinyalleri 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 sinyal 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 sinyal bileşeni, ikincisi λ/4 açı farklı „kuadratik” bileşeni; „In-Phase and Quadrature Sinusoidal Components”) bağlı olarak, ara frekans sinyalini temel frekans bandına kayacak şekilde Doppler frekans işlenmesinde kullanılmak üzere karıştırır. Analog/Sayısal Dönüştürücü Analog/Sayısal Dönüştürücü alıcıdaki video sinyal genliklerini sayısal kelimelere dönüştürür. En küçük bir menzil hücresine (range cell) ve iyi bir menzil çözünürlüğüne ulaşılabilmesi için örnekleme hızının yeterince yüksek olması gerekir. Sinyal İşlemcisi Sinyal işlemcisi, radarların hedefe ait bilgilerinin yansıma sinyallerinden, 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.