http___radartutorial.de_08.transmitters_S_C3_B6zde_20Evreuyumlu_20Radar.tr.html_3.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
Sözde Evreuyumlu Radar cihazı bağlaştırıcı katı yükselteç katı (Gönderici) frekans kontrolü osilatör detektör işlemcisi katı osilatör Resim 1: Sözde evreuyumlu bir radarın çalışma prensip şeması. cihazı bağlaştırıcı katı yükselteç katı (Gönderici) frekans kontrolü osilatör detektör işlemcisi katı osilatör Resim 1: Sözde evreuyumlu bir radarın çalışma prensip şeması. (Gönderici) osilatör Resim 1: Sözde evreuyumlu bir radarın çalışma prensip şeması (Etkileşimli resim) Sözde Evreuyumlu Radar Her Doppler radarın en önemli özelliği evreuyumluluğudur. Bunun anlamı şudur; gönderilen sinyalde ki bir Doppler frekans kaymasının algılanması için gönderilen sinyal ile yansıyarak dönen sinyal arasında belirlenmiş bir ilişki olmalıdır. Tek tek darbeler arasında ki faz kaymasının, hareket halindeki hedeflerin, parazit etkisi yapan sabit hedeflerden ve gürültülerden ayırt edilmesi gerekir. Bu faz kaymasının algılanabilmesi için, gönderilen sinyaller ile dönüş hattında ki yansıma sinyallerinin referans frekansı arasında sabit bir faz ilişkisine ihtiyaç vardır. Kendiliğinden salınan (self oscillating) bir göndericide, gönderilen sinyalin fazı kesin değildir. Her gönderilen darbe rasgele bir fazda başlar. Bir faz kaymasının kanıtlanması için, yüksek kararlılıkta salınan bir başka üretecin ürettiği sinyaller, gönderilen sinyalin fazıyla zorunlu eşzamanlaşır (syncronized) ve böylece faz ayırıcı devre için gerekli faz referansı sağlanır. Böylece sinyal alım evresinde son gönderim darbesinin fazı elde edilir. Sözde evreuyumlu radarlar bazen „sinyal alım hattında evreuyumlu radar” (coherent-on-receive radar) olarak ta adlandırılır. Dubleks Cihaz Dubleks cihaz, anteni, sinyali 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 sinyalleri daha düşük, işlenmesi daha kolay ara frekansa (intermediate frequency „IF”) dönüştürür. Radarlarda bu ara frekans 30 ile 74 MHz arasındadır. Ara katta, alınan sinyal ile osilatör frekansı girişir (heterodyning) ve bir fark sinyali oluşur. Karıştırma sırasında alınan sinyallerin genlik ve faz bilgileri kaybolmaz. Ara frekans (IF) yükselteç katı Karıştırılarak ara frekansa düşürülen sinyal, 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 sinyali, 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 sinyal 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 sinyal 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 sinyali, 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 sinyal bileşeni, ikincisi λ/4 açı farklı „kuadratik” bileşeni; „In-Phase and Quadrature Sinusoidal Components”) paralel kullanılır. Yani, faz algılayıcısı bir video sinyali üretir. Bu video sinyalin genliği, alınan sinyalin gönderilen sinyale olan faz farkına bağlıdır. Çıkış sinyali iki kutupludur (bipolar), yani pozitif veya negatif değerli olabilir. Sinyal işlemcisi Sinyal işlemcisi, yansıma sinyallerinin darbe karışımlarından, sinyal boğulmalarından (jammings), gürültülerden hedefe ait verilerin süzüldüğü bir radar parçasıdır. Yönlü bağlaştırıcı (directional coupler) Yönlü bağlaştırıcı gönderilen enerjinin bir bölümünü kumanda amaçlarıyla yönlendirir. Bu sinyal, bir kez daha kararlı lokal osilatörün frekansının ince ayarı için kullanılır, fakat çok daha önemlisi: Bu sinyal, 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 sinyal alım süresince son gönderilen darbenin fazına uygun olarak salınır ve böylece alınan yansıma sinyallerinin 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 dezavantajları Sözde evreuyumlu radar yönteminin dezavantajları aşağıda ki gibi özetlenebilir: - Evreuyumlu osilatörlerin eşzamanlaşması (synchronization) bir tam evreuyumlu radar cihazının ki kadar hassas olamaz. Bu durum yavaş uçan uçakların algılanmasını zayıflatır. - Bu teknoloji ile hiçbir şekilde frekans değişikliği mümkün değildir. Bir magnetronda frekans değişikliği yapılabilmesi için çınlayıcıların (resonators) fiziksel boyutlarında değişiklik yapmak gerekir. - Bu sistem esnek değildir ve darbe tekrarlama frekansında (Pulse Repetition Frequency, „PRF”), gönderilen darbe genişliğinde veya başka parametrelerinde hiçbir şekilde daha büyük değişikliklere izin vermez. Bu tür değişiklikler, modülleri çok küçük güç harcamaları ile çalışabilen tam evreuyumlu radarlarda mümkündür. Dahası, gönderilen sinyallerin (darbe sıkıştırmasında olduğu gibi) bir frekans modülasyonu da mümkün değildir. - Sabit hedeflerin menzilleri son yollanan sinyalin 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.