http___radartutorial.de_09.receivers_rx08.tr.html_1.xml
1.1 2.1 3.1 3.2 3.3 4.1 5.1 6.1 7.1 7.2 7.3 8.1 8.2 8.3 8.4 8.5 8.6 9.1 9.2 10.1 11.1 12.1 13.1 14.1 14.2 14.3 14.4 14.5 14.6 15.1 15.2 15.3 15.4 15.5 15.6 16.1 17.1 17.2 17.3 17.4 17.5 18.1 19.1 20.1 21.1 21.2 21.3 22.1 22.2 22.3 22.4 22.5 23.1 24.1 25.1 25.2 25.3 25.4 26.1 26.2 26.3 27.1
What is AGC in receiver? Automatic Gain Control Methods Most radar receivers use some means to control the overall gain. This usually involves the gain of one or more IF amplifier stages. Manual gain control by the operator is the simplest method. Table 1: Gain control methods Sensitivity Time Control (STC) Figure 1: Diagram of the sensitivity time control In radar receivers, the wide variation in return signal amplitudes make adjustment of the gain difficult. The adjustment of receiver gain for best visibility of nearby target return signals is not the best adjustment for distant target return signals. Circuits used to adjust amplifier gain with time, during a single pulse repetition period, are called STC circuits, or „swept gain attenuator”. Sensitivity time-control circuits apply a bias voltage that varies with time to the IF amplifiers to control receiver gain. The Figure shows a typical stc waveform. When the transmitter fires, the stc circuit decreases the receiver gain to zero to prevent the amplification of any leakage energy from the transmitted pulse. At the end of the transmitted pulse, the stc voltage begins to rise, gradually increasing the receiver gain to maximum. In the ideal case the the receiver gain is proportionally to R4. In the practice this course is frequently approached by the arising e function for the store of a condenser. The stc voltage effect on receiver gain is usually limited to approximately 50 miles. This is because close-in targets are most likely to saturate the receiver; beyond 50 miles, stc has no affect and the receiver operates normally. Automatic Gain Control (AGC) Figure 2: automatic gain control block diagram Figure 2: automatic gain control block diagram Figure 2: automatic gain control block diagram Gain control is necessary to adjust the receiver sensitivity for the best reception of signals of widely varying amplitudes. A complex form of automatic gain control (agc) or instantaneous automatic gain control (iagc) is used during normal operation. The simplest type of agc adjusts the IF amplifier bias (and gain) according to the average level of the received signal. With agc, gain is controlled by the largest received signals. When several radar signals are being received simultaneously, the weakest signal may be of greatest interest. Iagc is used more frequently because it adjusts receiver gain for each signal. The agc circuit is essentially a wide-band, dc amplifier. It instantaneously controls the gain of the IF amplifier as the radar return signal changes in amplitude. The effect of iagc is to allow full amplification of weak signals and to decrease the amplification of strong signals. The range of iagc is limited, however, by the number of IF stages in which gain is controlled. When only one IF stage is controlled, the range of iagc is limited to approximately 20 dB. When more than one IF stage is controlled, iagc range can be increased to approximately 40 dB. Logarithmic Amplifier The logarithmic amplifier is a nonsaturating amplifier that does not ordinarily use any special gain-control circuits. The output voltage of the logarithmic amplifier is a linear function of the input voltage for low-amplitude signals. It is a logarithmic function for high-amplitude signals. In other words, the range of linear amplification does not end at a definite saturation point, as is the case in normal IF amplifiers. Therefore, a large signal does not saturate the logarithmic amplifier; rather, it merely reduces the amplification of a simultaneously applied small signal. Figure 3: logaritmic amplifier block diagram Figure 3: logaritmic amplifier block diagram Figure 3: logaritmic amplifier block diagram A typical circuit for obtaining a logarithmic response is shown in the figure. If detectors 2 to 5 were not present, the output voltage would be limited by the saturation point of the final IF stage, as it is in a normal IF section. However, when the final stage of the logarithmic amplifier is saturated, larger signals cause an increase in the output of the next to last stage. This increase is detected by detector 2 and summed with the output of detector 1. This sum produces an increase in the output even though the final stage is saturated. Detector 3 causes the output to continue to increase after the second stage saturates. The overall gain becomes less and less as each stage saturates, but some degree of amplification is still available. The proper choice of IF stage gains and saturation points produces an approximately logarithmic response curve. Dynamic Swept Gain Figure 4: Diagrams of dynamic STC-curves Local clutter levels dictate the magnitude of swept gain and differing requirements for swept gain are presented as the antenna rotates. Modern systems dynamically measure clutter levels for a large number of cells within the coverage area of the radar. These measurements are slowly adjusted to take account of changing clutter levels and used to set the swept gain attenuator to an appropriate level for the range azimuth cell currently being processed. In most cases, the values used are a variation on the normal static law. This approach, while simple in principle, can risk reduction of MTI performance at the edges of clutter. This is due to abrupt changes in swept gain law destroying the integrity of the clutter amplitudes. Furthermore if long or compressed pulses are used, amplitude changes can affect the performance. Swept gain is generally applied to pin diodes, which are biased to provide a reasonably linear characteristic.
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
Kazanç Kontrol Yöntemleri Bir radar istasyonunda ki yükselticinin çok fazla işlevi yerine getirmesi beklenir. Yükseltici çok düşük seviyede ki bir sinyalle çalışması ve aynı zamanda çok yüksek seviyeli bir sinyalle aşırı sürülmemesi (overdriving) gerekir. Bu açıdan bazı özel yükseltme kuralları geliştirlmiştir: Tablo 1: Yükseltme kuralları Zaman Duyarlılık Kontrollü Yükselteç (STC) Resim 1: STC-Diyagramı: Kazanç zamanın bir fonksiyonu olarak görülüyor. Bir Darbe Tekrarlama Süresinin alım evresinin başlangıcında yakın mesafelerde ki yansımalar alıcıya ulaşır ve bu nedenle söz konusu sinyallerin genlikleri çok yüksektir. Alım evresinin sonuna doğru ulaşan sinyallerin genlikleri, bu sinyallerin uzak mesafelerde ki hedeflerden gelmesinden ötürü küçüktürler. Zaman Duyarlılık Kontrollü yükselteçte yükseltme işlemi, alım evresince sürekli artar. Kazanç oranı da gene zamana bağımlıdır. Aşağıda ki resimde zamana ve benzeri şekilde menzile bağımlı olan olan bir yükseltme işleminin prensibi gösterilmiştir. İdeal koşullarda kazanç katsayısı V, R4 (menzil) ile doğru orantılıdır. Pratikte, bir kondansatörün üstsel (exponential) dolum eğri karakteristiği bu işleme çok yakındır. Bazı radar cihazlarında zamana bağımlı bir yükseltme yerine, pekala zamana bağımlı bir zayıflamada söz konusu olabilir. Bu bağlamda ortaya çıkan yakın-yansıma-zayıflamasıdır. Zaman Duyarlılık Kontrolünde gerilimin etkisi genellikle 50 mille sınırlı kalmaktadır. Bunun nedeni 50 mil gibi yakın bölgedeki hedeflerin alıcıyı doyuma sürmesidir. 50 milden daha uzak hedeflerden gelen yansıma sinyallerin alıcının normal çalışmasını olumsuz etkilemez. Otomatik Kazanç Kontrolü Resim 2: Blok şeması Resim 2: Blok şeması Resim 2: Blok şeması Bu tip yükseltme yönteminde faydalı sinyalden, bir yada birden fazla yükselteç katını kontrol etmekte kullanılan bir kontrol gerilimi kazanılır. Bu kontrol gerilimi bir geri besleme yapılmadan önce bir diyot-kondansatör devresi ile doğrultulur. Böylece bu devre çok gecikmeli bir karaktere sahip olmakta ve birden fazla sayıda darbe tekrarlama sürelerinde sabit bir kontrol gerilimi sağlayabilmektedir. Pratikte alıcı üzerindeki, alıcıyı aşırı sürmeye götüren gürültülerin etkisini hafifletmek için bu tür devreler kullanılmaktadır. Kazanç kontrolü, çok değişken genliklere sahip sinyallerin en iyi alınabilmesi için gereken alıcı duyarlılığının ayarlanmasında gereklidir. Normal işletme sırasında Otomatik Kazanç Kontrolü (AGC) veya Anlık Otomatik Kazanç Kontrolü (IAGC „Instantaneous Automatic Gain Control”) nin karmaşık türleri kullanılır. Otomatik Kazanç Kontrolünün en basit tipinde, ara frekans yükseltecinin yanlılığı (biası) ve kazancı, alınan sinyalin ortalama değerine göre ayarlanır. Otomatik Kazanç Kontrolünde kazanç, alınan en büyük sinyalle kontrol edilir. Aynı anda birkaç radar sinyali alınıyorsa, en zayıf sinyal en fazla önem kazanan sinyal olabilir. Anlık Otomatik Kazanç Kontrolü yöntemi, her sinyal için alıcıyı ayarlaması nedeniyle daha sıklıkla kullanılır. Otomatik Kazanç Kontrol devreleri aslında geniş bantlı bir DC yükselteçtir. Alınan radar sinyallerinde genlikler değiştikçe anlık olarak ara frekans yükseltecinin kazancını kontrol eder. Sonuçta Anlık Kazanç Kontrolünde zayıf sinyaller tam yükseltilir ve kuvvetli sinyallerin yükseltilme oranı azaltılır. Kazancın kontrol edildiği ara frekans katlarının sayısı Anlık Otomatik Kazanç Kontrolünün çalışma bölgesini sınırlar. Eğer bu sayı bir ise, çalışma bölgesi yaklaşık 20 dB ile sınırlıdır. Eğer bu sayı birden fazla ise, kazanç yaklaşık 40 dB olmalıdır. Ana Kazanç Kontrol Bu çoğu kez, sadece bir kontrol geriliminin en iyi ayarlandığı bir potansiyometreden ibarettir. Sıklıkla bu ayar küçümsenir ve yanlış kullanılır. Alıcı duyarlılık ayarını sonuna kadar getirmenin faydası yoktur. Bunu yaptığımızda hedefler ekrandan kaybolacaktır! Ve ekranda görülecek olanlar; aşırı sürülmüş, daha zayıf, gürültünün boğduğu hedef sinyalleri olacaktır. Hatta, ekranda (PPI-Scope) daha fazla bir yükseltme işlemi sonunda aşırı sürülmüş bölgeler karanlık bile kalacaktır. Doğaldır ki bir alıcının kazancının olabildiğince yüksek olması istenir, fakat: bu seviye, aynı şekilde diğer sinyaller gibi yükseltilen gürültülerin rahatsızlık yaratamayacağı kadar olmalıdır! Optimal bir yükseltme ayarı için öneriler: - Ekran video ve parlaklık ayarı en aza (sola) getirilmeli - Parlaklık ayarı, sapma ışını algınabildiği sürece en sağa getirilmeli. - Video (kazanç) ayarı, ilk gürültü izleri ekranda sezilene kadar sağa getirilmeli. - Eğer gözler parlaklık seviyesine alışmış ise, birinciden üçüncüye kadar olan adımlar yarım saat sonra bir daha tekrarlanmalıdır Logaritmik yükselteç Yansımalarda ki sinyal seviye değişikliklerini azaltmak için bir olası yöntem ise logaritmik yükselteç kullanmaktır. Bu yükseltecin adı çalışma karakteristik eğrisinin logaritmik biçimde olmasından kaynaklanmaktadır. Bir logaritmik yükselteçte küçük sinyaller kuvvetli, büyük sinyaller tam tersi daha az kuvvetlice yükseltilir. Böylece daha yüksek bir duyarlılıkta bile, çok kuvvetli yansıma sinyallerini bozunumsuz (distortion-free) işlemek mümkün olabilmektedir. Resim 3: Logaritmik yükseltecin blok şeması Resim 3: Logaritmik yükseltecin blok şeması Resim 3: Logaritmik yükseltecin blok şeması Logaritmik yükselteç çok sayıda ardışıl bağlı (cascade) yükselteç katlarından oluşur. Bu yükselteç katlarının sayısı yükseltecin dinamiğini belirler. Toplam yükselteçlerin çalışma eğrisi yaklaşık logaritmik karakterlidir. Böylece sinyal giriş genliğine bağımlı bir kazanç katsayısı ortaya çıkar. Bir yükselteç katı aşırı sürüldüğü sürece, sinyal bozunumuna bağlı olarak yükselteç katının alt çıkışında bir doğru gerilim meydana gelir. Doğru gerilimin belirli bir seviyesinde, eşik-değer- devresi (threshhold-value circuit) tetikleme yapar ve Ra direnci üzerinden bir akım akar. Benzeri şekilde takip eden diğer tüm katlarda aşırı sürülür ve bu yüzden yükseltmeye katkıları olmaz, bununla beraber, her biri akıma katkıda bulunur. Bu akımların eklenerek meydana getirdiği Itoplam akımı, Ra direnci üzerinden akar. Pratikte, bir alıcıda pekala hem Duyarlılık Zaman Kontrol (STC) yükselteci, hemde logaritmik yükselteç birlikte kullanılmaktadır. Dinamik STC Eğrisi Resim 4: Dinamik STC-eğrisi diyagramı Antenin o anki yan açısına bağlı olarak değişen sabit hedef yansımalarının büyüklüğü, Zaman Duyarlılık Kontrol (STC) eğrisinin referans büyüklüğünü tayin eder. Bu yüzden modern radar alıcıları her bir menzil-hücresi için sabit hedef yansımalarının seviyesini ölçer ve, yan açı ve menzile bağlı olarak Zaman Duyarlılık Kontrol (STC) zayıflama miktarını ayarlar. Bununla beraber bir çok durumda eğimleri farklı, birden çok sayıda standart eğrilerden bir tanesi kullanılır. Bu şu avantajı sağlamaktadır: Ani yükseltme değişiklikleri kenarlarında ayrıca, Hareket Eden Hedef Belirteçlerinin (Moving Target Indicator „MTI”) etkinliği olumsuz etkilenir. Darbe sıkıştırmasında olduğu gibi, uzun gönderim darbelerinin kullanılması halinde darbe süresi içinde meydana gelen genlik değişmeleri etkisi yıkıcı olmaktadır. Dinamik Zaman Duyarlılık Kontrol (STC) eğrisi, prensip olarak, seçilen ön gerilimler vasıtasıyla belirli bir seviyeye kadar doğrusal zayıflama karakteristiklerinin garanti edildiği, PIN diyot devreleri ile üretilir.