http___radartutorial.de_08.transmitters_S_C3_B6zde_20Evreuyumlu_20Radar.tr.html_1.xml
1.1 2.1 2.2 3.1 4.1 5.1 6.1 6.2 7.1 7.2 7.3 7.4 7.5 7.6 7.7 7.8 7.9 8.1 8.2 8.3 9.1 10.1 11.1 12.1 13.1 14.1 15.1 16.1 16.2 16.3 16.4 16.5 16.6 17.1 17.2 17.3 18.1 19.1 20.1 20.2 20.3 21.1 21.2
Automatic Frequency Control The radar receiver requires a limited tuning range to compensate for transmitter and local oscillator frequency changes because of variations in temperature and loading. Microwave radar receivers usually use automatic frequency control (AFC) for this purpose. Figure 1: Block diagram of receiver showing automatic frequency control Figure 1: Block diagram of receiver showing automatic frequency control AFC in radio receivers AFC circuits are used in situations where you must accurately control the frequency of an oscillator by some external signal. The AFC circuit senses the difference between the actual oscillator frequency and the frequency that is desired and produces a control voltage proportional to the difference. A varicap is used to keep the IF stable. The varicap application here produces an apparent reactance, which is included in the oscillator frequency control circuitry. For example, let's assume the IF is 10,7 megahertz and the local oscillator (LO) is tracking below the incoming frequency. When the LO output decreases slightly in frequency, the IF will rise. This causes the output of the discriminator to increase the capacitive reactance of the varicap, which increases the oscillator frequency to the desired value. Now let's assume the LO output increases. The IF will then decrease. This causes the discriminator output to decrease the capacitive reactance of the varicap. This will cause the oscillator frequency to decrease. This variant of AFC circuits are used in radio receivers, fm transmitters, and frequency synthesizers to maintain frequency stability. It requires a relatively constant amplitude of the (received) input-signal. For pulse-radar sets this form isn't practicable therefore. Figure 2: Circuit diagram of automatic frequency control for a radar set (case 1). Figure 2: Block diagram of automatic frequency control for a radar set (case 1). (interactive picture) AFC in radar sets Automatic frequency control circuits in a non-coherent or pseudo-coherent radar set uses two different but similar systems. - The transmitters frequency readjust the receiver (Figure 2); - The receivers frequency readjust the transmitter (Figure 3). Both systems retain a sample of the transmitted signal using a Directional Coupler fittet between the transmitter and the Duplexer. This RF-signal will be mixed with the local oscillator frequency to form an AFC-IF-signal. This signal is applied to a frequency-sensitive discriminator that produces an output voltage proportional in amplitude and polarity to any change in AFC-IF frequency. If the IF signal is at the discriminator center frequency, no discriminator output occurs. The center frequency of the discriminator is essentially a reference frequency for the IF signal. The output of the discriminator provides a control voltage to maintain the local oscillator at the correct frequency. The Local Oscillator is adapted to the actual line frequency in this wiring. As a second variant the control circuit can control the transmitters frequency instead of the LO frequency! In this case the transmitter-frequency would regulated to the more stable LO-frequency. Figure 3: Block diagram of automatic frequency control for a radar set (case 2). Figure 3: Block diagram of automatic frequency control for a radar set (case 2). Case one is the most used system in older or cheaper radar sets, using a self-oscillating magnetron working at a constructively fixed frequency without any possibility to change the frequency. The second case is used, if the Microwave-tube can be regulated in frequency. This is often made mechanically, while the geometric dimensions of resonance cavities determine the operating frequency of the Microwave-tube. Fully-coherent radar sets don't need similar stages. The frequencies used in transmitter and receiver are generated by one master timing source, which provides the optimum phase coherence and an exact frequency stability for the whole system.
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
Sözde Evreuyumlu Radar aygıtı bağlaştırıcı katı Yükselteci Gönderici frekans kontrolü osilatör Algılayıcı işlemcisi katı osilatör layıcı Resim 1: Sözde-evreuyumlu bir radarın prensip şeması. aygıtı bağlaştırıcı katı Yükselteci Gönderici frekans kontrolü osilatör Algılayıcı işlemcisi katı osilatör Resim 1: Sözde-evreuyumlu bir radarın prensip şeması. Gönderici osilatör Resim 1: Sözde-evreuyumlu bir radarın prensip şeması (Etkileşimli resim) Sözde-Evreuyumlu Radar Evreuyum her Doppler radarın en önemli özelliğidir. Bu, gönderilen işarette meydana gelen bir Doppler frekans kaymasının ölçülebilmesi için gönderilen işaretler ile yankı işaretleri arasında bir tanımlanmış faz açı ilişkisinin olması anlamına gelir. Bireysel darbeler arasındaki faz kayması ile hareketli hedefler, sabit hedef yankı parazitlerinden ve gürültülerden ayırt edilebilir. Bu faz kaymasının algılanması, radar göndericisi ile alım hattında yankı işaretlerinin referans frekansı arasındaki sabit faz ilişkisine dayanır. Bununla birlikte, bir kendiliğinden salınan (self-oscillating) göndericide, gönderilen işaretin fazının konumu kesin değildir. Her gönderilen darbe rasgele bir faz konumu ile başlar. Bir faz kaymasının kanıtlanması için yüksek kararlılıkta salınan bir üreteç gönderilen işaretin fazıyla eşzamanlaşmaya zorlanır ve böylece faz ayırıcı devre için gerekli faz referansı sağlanmış olur. Böylece, alım süresi boyunca son gönderim darbesinin faz konumu elde edilir. Sözde-evreuyumlu radarlar bazen „alım hattında evreuyumlu“ (coherent-on-receive) olarakta adlandırılır. Dubleks Cihaz Dubleks cihaz, anteni, işaretli gönderim evresinde göndericiye ve alım evresinde ise alıcıya anahtarlar. Gönderim anında hassas alıcı girişlerinin yüksek gönderim gücünden mutlaka korunması gerekir. Karıştırma katı Karıştırma katı (mixing stage) alınan yüksek frekansta ki işaretleri daha düşük, işlenmesi daha kolay ara frekansa (intermediate frequency „IF“) dönüştürür. Radarlarda bu ara frekans 30 ile 74 MHz arasındadır. Ara katta, alınan işaret ile osilatör frekansı girişir (heterodyning) ve bir fark işaretli oluşur. Karıştırma sırasında alınan işaretlerinin genlik ve faz bilgileri kaybolmaz. Ara frekans (IF) yükselteç katı Karıştırılarak ara frekansa düşürülen işaret, birden fazla ara frekans katında yükseltilir. Ara frekans yükselticisi, yükseltme işleminin önemli bir bölümünü alıcı devrelerinde gerçekleştirmelidir. Alıcının bant genişliği yine ara frekans yükselteci tarafından belirlenir. Otomatik frekans kontrolü (AFC) Bütün süperheterodin alıcılarda olduğu gibi, radar alıcısının gönderim frekansına otomatik ince frekans ayarı gereklidir. Radar alıcısının, göndericide sıcaklık değişiklerinden ve besleme kaynağında ki dalgalanmalardan kaynaklanan frekans değişmelerinin telafi edilebilmesi için göndericide ve/veya kararlı lokal osilatörde (StaLO) belirli bir ayar bandına ihtiyacı vardır. Otomatik frekans kontrolü, kararlı lokal osilatör frekansı yardımıyla benzeri şekilde gönderim gücünün bir bölümünü ara frekansa düşürür ve ara frekansın anma (nominal) frekansı ile mukayese eder. Frekans ayırtacının (discriminator) çıkış işaretli, kararlı lokal osilatör, veya ayarlanabilir gönderim tüpleri için söz konusu olan bir kumanda gerilimidir. Gönderici, anma frekansını ara frekansa getirene kadar ayarlama yapmaya devam eder. Kararlı lokal osilatör Süperheterodin alıcılarda ara frekansın üretilmesi için kararlılığı yüksek bir lokal osilatör mutlaka gerekir. Radar alıcılarının ara frekansları çoğunlukla 30 ile 74 MHz arasındadır. Bu ara frekans, lokal üretilen bir frekansla alınan işaret karıştırılarak elde edilir. Bu lokal osilatör, işlevin gerçekleşmesi için mutlaka gereklidir, ve hem ayarlanabilir ve hem de yüksek frekanslarda kararlı olması gerekir. Örneğin, 3 GHz de çalışan bir lokal osilatörde binde birlik bir frekans değişmesi 3 MHz lik bir kaymaya yol açar. Bu değer çoğu alıcının bant genişliği kadardır ve bunun sonucu olarak hiçbir işaret alınamaz. Lokal osilatörlerin çıkış güç değeri, karıştırma katlarında kullanılan kristal diyotların 20 ila 50 mW gibi çok küçük bir güç ile çalışabilmeleri nedeniyle azdır. Lokal osilatörün çıkış frekansı giga-Hertz bölgesinde birkaç yüz mega-Hertze kadar ayarlanabilmelidir. Lokal osilatör, göndericideki muhtemel tüm frekans değişikliklerini dengelemeli, ve 30 ile 74 MHz aralığında sabit bir ara frekansı değerini güvenle sağlamalıdır. Lokal osilatörler çoğunlukla bir kumanda gerilimi vasıtasıyla ayar edilirler. Faz duyarlı detektör Ara frekans işaretli, ara frekansın karıştırılarak temel banda indirildiği, faza bağımlı bir demodülatör olan faz algılayıcısına yönlendirilir. Doppler frekansı işlenmesi için gereken hem genlik, hem de faz bilgilerini elde etmek için, iki hattı (ilki kendi fazındaki işaret bileşeni, ikincisi λ/4 açı farklı „kuadratik“ bileşeni; „In-Phase and Quadrature Sinusoidal Components“) paralel kullanılır. Yani, faz algılayıcısı bir video işaretli üretir. Bu video işaretlin genliği, alınan işaretlin gönderilen işarete olan faz farkına bağlıdır. Çıkış işaretli iki kutupludur (bipolar), yani pozitif veya negatif değerli olabilir. İşaret işlemcisi İşaret işlemcisi, yansıma işaretlerinin darbe karışımlarından, işaret boğulmalarından (jammings), gürültülerden hedefe ait verilerin süzüldüğü bir radar parçasıdır. Yönlü bağlaştırıcı (directional coupler) Yönlü bağlaştırıcı gönderilen enerjinin bir bölümünü kumanda amaçlarıyla yönlendirir. Bu işaret, bir kez daha kararlı lokal osilatörün frekansının ince ayarı için kullanılır, fakat çok daha önemlisi: Bu işaret, evreuyumlu osilatörü göndericinin fazına senkronize eder. Karıştırma katı Bu karıştırma katı gönderim enerjisinin küçük bir bölümünü, evreuyumlu osilatörü göndericinin fazına senkronize etmek için ara frekansa çevirir. Evreuyumlu osilatör Evreuyumlu osilatör işaret alım süresince son gönderilen darbenin fazına uygun olarak salınır ve böylece alınan yansıma işaretlerinin fazlarının karşılaştırılmasını mümkün kılar. Bu osilatör, gönderilen enerjinin ara frekansın alt bandıyla senkronize edilir. Evreuyumlu osilatör göndericinin fazını alır ve alıcıya bir karşılaştırma fazını temin eder. Bu nedenle sözde evreuyumlu radar „alım hattında evreuyumlu“ deyimiyle de anılır. Modülatör Modülatör gönderim anında gönderim tüplerine yüksek gerilim anahtarlar. Sözde-evreuyumlu radar yönteminin sakıncaları Sözde-evreuyumlu radar yönteminin sakıncaları şunlardır: - Eşzamanlaşma süreci bir tam evreuyumlu radarın eşzamanlaşması kadar duyarlı olamaz. Bu durum yavaş uçan bir uçağın algılanmasını zayıflatır. - Bu teknoloji ile frekans değişikliği hiçbir şekilde mümkün değildir. Bir magnetronda frekans değişikliğinin yapılabilmesi için çınlayıcıların (resonators) fiziksel boyutlarında değişiklik yapılması gerekir. - Bu sistem esnek değildir ve Darbe Tekrarlama Frekansında (Pulse Repetition Frequency, PRF), gönderilen darbenin genişliğinde veya başka parametrelerinde hiçbir şekilde daha büyük değişikliklere izin vermez. Bu tür değişiklikler, bu değişiklikleri çok düşük güç tüketen modüllerinde yapabilen tam evreuyumlu radarlarda mümkündür. Dahası, gönderilen işaretlerin (darbe sıkıştırmasında olduğu gibi) bir frekans modülasyonu da mümkün değildir. - Menzil aşım yankıları radardan çok uzak bölgelerde bulunan geniş sabit hedef bölgelerinden gelen yankılardır. Bu yankılar çok uzaktan geldiğinden ikinci darbe gönderildikten sonra radara ulaşırlar. Sabit hedeflerin menzil aşımları ise hâlâ son yollanan işaretin fazına görecelidir. Evreuyumlu osilatör, en son (rasgele) faz durumu ile çalıştığı için, sabit hedeflerin tanınması artık mümkün olmaz. Onlar sözde-evreuyumlu radar yöntemleriyle ekranda daima bir gürültü gibi görünürler.