http___radartutorial.de_06.antennas_Tek_20Darbe_20Antenleri.tr.html_1.xml
1.1 2.1 3.1 4.1 4.2 5.1 7.1 8.1 9.1 10.1 11.1 12.1 13.1 14.1 15.1 16.1 17.1 18.1 18.2 19.1 19.2 19.3 20.1 21.1 21.2 22.1 23.1 24.1 24.2 24.3 24.4 25.1 25.2 25.3 25.4 26.1 26.2 26.3 26.4 27.1 28.1 28.2 28.3 28.4 29.1 30.1 31.1 32.1 33.1 34.1 35.1 36.1 36.2 37.1 37.2 38.1
Monopulse Antenna Figure 1: Principle of monopulse antennae: a Sum channel and a difference channel Figure 2: sectional picture of an antenna array of a monopulse antenna Under this concept antennae are combined which are built up as an antenna array and which get a special method in the feeding: The single antenna elements aren't always together switched in phase! For different purposes various sums and differences can be formed from the received energy. - In the primary radar unit - all antenna elements are fed in phase and the radiation patterns are summarized - Certain groups are only summarized in the reception time and their sums or differences feed own receive channels. - In the secondary radar unit IFF/SIF Siemens 1990 - an impulse group is transmitted on the sum channel and - an impulse in the difference channel. These two examples point: A monopulse antenna isn't an own basic antenna model. The interrogator Siemens 1990 uses an antenna group from logarithmic periodical antennae and the RRP 117 has got a Phased Array antenna. Monopulse Concept Figure 3: estimating of the angular position in older radars (not using a monopulse method) Figure 3: estimating of the angular position in older radars (not using a monopulse method) Monopulse radars find their origin in tracking systems. Since the late 1970s, the principle of monopulse has been adapted to suit PSR and SSR systems and is in common operational use world-wide today. A target will be seen by a radar from the moment it enters the main antenna beam or from the moment it is illuminated by the transmitted radar antenna beam. A search radar always makes an error in the determination of the direction of the target because it makes the assumption that the target is situated in the direction of the axis of the main beam of the antenna. This error is of the order of the beam width of the main antenna beam. A crude way of determining angular position of a target is to move the antenna past the target direction and note the pointing direction that gives the maximum echo amplitude. Unfortunately, the estimated azimuth position will be effected by thermal noise errors and target fluctuation errors (scintillation). The target fluctuation error is due to the cross-section changing of the target during the time-on-target of the antenna which gives a distortion of the envelope of the reflected pulse train. Figure 4: Principle of a monopulse system One received echo is sufficiently! Monopulse gives much better target azimuth measurements than the estimating of the angular position shown in figure 1. It can operate at a much lower interrogation rate to benefit others in the environment. Monopulse systems usually contain enhanced processing to give better quality target code information. A single pulse is sufficiently for monopulse bearing measurement (hence the use of the term monopulse). The elements in linear antenna array are divided into two halves. These two separate antennae arrays are placed symmetrically in the focal plane on each side of the axis of the radar antenna (this often called boresight axis). In transmission (Tx) mode, both antennae arrays will be fed in phase and the radiation pattern is represented by the ice blue area, which is called the E or Sum -diagram. (shown in the Figure as blue graph and pattern) In reception (Rx) mode an additional receiving way is possible. From the received signals of both separate antenna arrays, it is possible to calculate E (like the transmitted Sum -diagram) and the difference AAz, the so called Delta azimuth- diagram. The antenna pattern is given by the red and green area on the same figure. Both signals are then compared as a reply processor function and their difference is used to estimate the azimuth of the target more exactly. The angle between the axis of the antenna (boresight axis) and the direction of the target is also known as OBA-value (Off-Boresight Angle). The elevation angle is also measured at 3D radars as a third coordinate. Well, the procedure is used twice now. Here the antenna is derived in addition in an upper half and a lower half. The second difference channel (AEl) is called „Delta Elevation” now. Figure 5: the four quadrants of a monopulse antenna The Monopulse antenna is divided up into four quadrants now: The following signals are formed from the received signals of these four quadrants: - Sum - signal E ( I + II + III + IV ) - Difference - signal AAz ( I + IV ) - ( II + III ) - Difference - signal AEl ( I + II ) - ( III + IV ) The · Auxiliary Signal Ω also shall to complete the picture be mentioned, although this one isn't tied to the monopulse antenna. This channel to the compensation of side lobes always has practically its own small antenna and has a very wide antenna diagram and also serves for the reconnaissance of active jamming. All these signals need an own receiver channel. Well, modern 3D- radar sets have at least four parallel receiver- channels. If the primary radiators of the monopulse antenna consist of feed horns, then the distribution of the received signals can be performed with a monopulse duplexer.
1.1 2.1 3.1 4.1 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
Tek Darbe Antenleri Resim 1: Tek darbe anteni prensip şeması Resim 2: Bir faz dizi antenin anten grubundan kesit Bu bölümde tek darbe antenlerinin bir özeti sunulacak; anten gruplarından ve bunların nasıl kurulduklarından, ayrıca enerji besleme düzenindeki bir özellikten bahsedilecektir. Antenler bir birim olarak her zaman toplamalı çıkış verecek tarzda devreye alınmazlar. Değişik amaçlarla çeşitli toplamalı ve çıkartmalı seçenekler kullanılır. birincil radarında - gönderme evresinde tüm antenler birlikte çalışır - alma evresinde ise, sadece toplamları yada farkları kendisine ait kanalı besleyen belirli gruplar birlikte çalışırlar. - IFF/SIF Siemens 1990 ikincil radarında - toplayıcı kanaldan bir darbe grubu yollanır ve - çıkartıcı gruptan tek darbe yollanır. Bu iki örnekten şu sonuca varabiliriz: Tek darbe anteni bağımsız bir anten türü değildir. IFF/SIF Siemens 1990 radarı logaritmik-periyotlu antenlerden meydana gelen bir anten grubunu, RPP-117 radarı ise faz dizi antenleri kullanır. Tek darbe yöntemi Resim 3: Azimut değerlerinin aradeğerlemesi (enterpolasyonu) Resim 3: Azimut değerlerinin aradeğerlemesi (enterpolasyonu) Tek darbe yönteminin kullanılmadığı klasik bir radar anteniyle, anten, yansıtıcı nesnenin bulunduğu yöne tam olarak ayarlanmamış olsa bile bazı yansımalar almak mümkündür. Bütün antenlerin açıklık açıları nihayetinde küçük bir açı olduğundan, antenin kendi etrafında sürekli olarak dönerken, her bir anten aslında farklı yan açılara ayarlanabildiğinden, birden fazla sayıda yansıma darbesini almak mümkün olmaktadır. Gerçek yan açı, alınan belirli bir sayıdaki yanıtlardan ilintilendirme (correlation) yapılarak hesaplanmalıdır. Eski analog radarlarda operatör olayı ekranda izlerken, biraz daha eski radarlarda çiziciden otomatik olarak bir çıktı alınıp, çıktı üzerinde basit bir ilintilendirme yapılabilir ve değişik yan açı verilerinden faydalanılarak bir kesit oluşturulabilir. Tek darbe radarlarının kökü hedef izleme sistemlerine dayanmaktadır. 1970 yıllarından bu yana tek darbe yöntemi birincil- ve ikincil gözetim radarlarına uyarlandı ve halen dünya çapında kullanılmaktadır. Bir hedef ana ışıma demetine girdiği veya gönderilen ışın demeti tarafından aydınlatıldığı (illuminated) andan itibaren radarda görülür. Bir gözetim radarıyla hedefin yönü tayin edilirken, hedefin daima antenin ana demetinin merkez ekseninde yer aldığı varsayımından kaynaklanan bir hata yapılmaktadır. Bu hatanın büyüklüğü anten ana demetinin genişliğine bağlıdır. Hedefin açısal konumu için, kabaca, demet hedefi süpürürken en büyük yansıma genliğinin meydana geldiği yöndür denilebilir. Maalesef, hedefin kestirilen azimut açısı, ısıl gürültüler ve hedefteki kırpışımlar (scintillation) nedeniyle hatalı olmaktadır. Hedef kırpışım hataları, antenin hedef üstünde bulunduğu süre (time-on-target) içinde hedefin radar kesitinin değişmesinin, yansıtılan darbe katar zarfında (pulse train envelope) bozunuma (distortion) yol açmasından kaynaklanmaktadır. Resim 4: Fark-kanalın toplam-kanala oranı Bir yansıma yeterli! Tek darbe antenle, radar demeti içinde bulunan yansıtıcı nesnenin konumu farklı toplayıcı- ve çıkartıcı kanalların karşılaştırılması ile belirlenebilir. Sol anten gruplarının, sağ anten gruplarına zıt fazda bağlaşımı (coupling) sayesinde Çıkartıcı Kanal (AAz) (Okunuşu: „Delta Azimut”) oluşturulur. Azimut açısının değeri (ki bu açı İngilizce’de „Bearing Angle” olarak ta anılmaktadır), bu açıda toplayıcı kanalın maksimum değerde iken, çıkartıcı kanalın bir minimum değere sahip olması gerektiği esasından yola çıkılarak belirlenir. Toplayıcı kanal (E) ve fark kanalında yalnızca bir yansıma elde edilebildiğinden, koordinatların hassas olarak tayininde tek bir darbe yeterli olabilmektedir. (Bu nedenle, bu anten grupları Tek Darbe Antenleri adıyla da anılırlar.) Bu sistem çok daha düşük sorgulama ile çalışabilmektedir. Tek darbe sistemlerinde kullanılan gelişmiş veri işleme teknikleriyle daha kaliteli hedef kod bilgileri elde edilebilmektedir. Toplayıcı kanalın çıkartıcı kanala oranı, antenin merkez ekseninden sapma miktarının bir ölçüsüdür. (İngilizce: „boresight”). Antenin merkez ekseni ve hedefin gerçek yan açısı arasında ki açı farkı „Off-Boresight Angle” (OBA) olarak adlandırılır. (Türkçe’ye „nişanlanan hedeften sapma açısı” gibi çevrilebilir.) 3-boyutlu radarlarda üçüncü koordinat olarak Yükseklik Açısı ölçülebilmektedir. Yöntem burada iki defa kullanılmaktadır. Anten, yarısı üstte ve diğer yarısı altta olmak üzere iki grupta toplanmıştır. İkinci fark kanalına (AEl) „Delta Yükseklik” kanalı denilir. Bir doğrusal antende bulunan elemanlar iki grupta toplanmıştır. Bu iki ayrı anten dizisi radar anten ekseninin (bu eksene İngilizce’de „Boresight Axis” denilir) her iki tarafına simetrik olarak yerleştirilmiştir. Gönderme (Tx) modunda tüm anten dizisi aynı fazda beslenir ve yukarıdaki resimde mavi renkle gösterilen E- veya toplam ışıma diyagram elde edilir. Alma (Rx) modunda ilave bir alma kanalı mümkündür. İki ayrı anten dizisinden alınan sinyaller ile E- ışıma diyagramı (gönderilen toplam-diyagram gibi) ve fark AAz, yani Delta azimut- ışıma diyagramı hesaplanabilir. Bu anten diyagramı aynı resimde sarı renkle gösterilmiştir. Daha sonra her iki sinyal karşılaştırılır ve bunların farkı ile azimut açısı daha hassas hesaplanır. Resim 5: Antenin dört dördüne (quadrant) dağılımı Tek darbe antenleri şimdi dört dördünde (quadrant) toplanabilir: Bu dört dördünden alınan sinyallerden aşağıda ki sinyaller oluşur: - Toplayıcı kanal E ( I + II + III + IV ) - Fark kanal AAz ( I + IV ) - ( II + III ) - Fark kanal AEl ( I + II ) - ( III + IV ) Resmi tamamlayan,ancak tek darbe antenleriyle bir bağlantısı olmayan - Yardımcı kanal Ω adında bir kanal daha vardır. Yan topuzların dengelenmesini (compensation) sağlayan bu kanal, pratikte daima kendine özgü, ışıma diyagramı bilerek geniş tutulmuş, aktif gürültülerin tanınmasını sağlayan küçük bir antene de sahiptir. Bütün bu sinyallerin kendisine özel olarak ayrılmış bir alıcı kanala ihtiyacı vardır. Modern 3-boyutlu radarlar en az, dört aktif paralel alıcı kanalla donatılmışlardır.