http___radartutorial.de_08.transmitters_Radar_20Mod_C3_BClat_C3_B6r.tr.html_1.xml
1.1 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 3.1 4.1 5.1 6.1 7.1 8.1 9.1 10.1 10.2 10.3 10.4 11.1 11.2 11.3 11.4 11.5 11.6 12.1 13.1 14.1 15.1 16.1 17.1 18.1 19.1 20.1 20.2 21.1 21.2 21.3 21.4 21.5 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 34.2 34.3 34.4 35.1 36.1 37.1 38.1 39.1 40.1 40.2 41.1 41.2 41.3 41.4 41.5 42.1 43.1 44.1 45.1 46.1 47.1 48.1
Radar Modulator Radio frequency energy in radar is transmitted in short pulses with time durations that may vary from 1 to 50 microseconds or more. A special modulator is needed to produce this impulse of high voltage. The hydrogen thyratron modulator is the most common radar modulator. It employs a pulse-forming network that is charged up slowly to a high value of voltage. The network is discharged rapidly through a pulse transformer by the thyratron keyer tube to develop an output pulse, The shape and duration of the pulse are determined by the electrical characteristics of the pulse-forming network and of the pulse transformer. power supply Figure 1: Thyratron Modulator power supply Figure 1: Thyratron Modulator power supply Figure 1: Thyratron Modulator (interactive picture) Figure 2: Thyratron Modulator of the Russian P-18 As circuit for storing energy the thyratron modulator uses essentially a short section of artificial transmission line which is known as the pulse- forming network (PFN). Via the charging path this PFN is charged on the double voltage of the high voltage power supply with help of the magnetic field of the charging impedance. Simultaneously this charging impedance limits the charging current. The charging diode prevents that the PFN discharge himself about the intrinsic resistance of the power supply again. The function of thyratron is to act as an electronic switch which requires a positive trigger of only 150 volts. The thyratron requires a sharp leading edge for a trigger pulse and depends on a sudden drop in anode voltage (controlled by the pulse- forming network) to terminate the pulse and cut off the tube. The R-C Combination acts as a DC- shield and protect the grid of the thyratron. This trigger pulse initiates the ionization of the complete thyratron by the charging voltage. This ionization allows conduction from the charged pulse-forming network through pulse transformer. The output pulse is then applied to an oscillating device, such as a magnetron. Figure 2: Thyratron Modulator of the russian VHF-radar P–18 voltage power supply Figure 3: charging currents path power supply Figure 3: charging currents path The Charge Path As an initial condition is assumed that the circuit is not energized. In the figure the thyratron is shown to as an open switch. Once the power supply is switched on (look at the brown voltage jump in the right diagram), the current flows through the charging diode and the charging coil and charges the capacitors of the pulse forming network (PFN). The coils of the PFN are not yet functional (having too small impedance). However, the induction of the charging impedance offers a great inductive resistance to the current and builds up a strong magnetic field. The charging of the capacitors follows an exponential function (line drawing green). The self- induction of the charging coil overlaps for this. of the power supply) a capacitor without charging diode Figure 4: diagram of charging currents of the power supply) a capacitor without charging diode Figure 4: diagram of charging currents If the capacitors are charged with the power supplies voltage, decreases the current and the magnetic field breaks down. The breaking down magnetic field causes an additional induction of a voltage. This one continues the charging of the capacitors up to the double voltage of the power supply. Now the capacitors would discharged (ice blue curve) about the power supplies resistance, but the charging diode cut off this current direction and the energy remains stored therefore in the capacitors. The Discharging Path (fired) Figure 5: discharging currents path (fired) Figure 5: discharging currents path When a positive trigger pulse is applied to the grid of the thyratron, the tube ionizes causing the pulse-forming network to discharge through the thyratron and the primary of the pulse transformer. (The tyratron is „fired”) The fired thyratron grounds the pulse line at the charging coil and the charging diode effectively. Therefore, a current flows for the duration PW through the pulse transformer primary coil to ground and from ground through the thyratron, which is now conducting to the other side of the pulse forming network. The high voltage pulse for the transmitting tube can be taken on the secondary coil of the pulse transformer. Exactly for this time an oscillating device swings on the transmit frequency. Because of the inductive properties of the PFN, the positive discharge voltage has a tendency to swing negative. If the oscillator and pulse transformer circuit impedance is properly matched to the line impedance, the voltage pulse that appears across the transformer primary equals one-half the voltage to which the line was initially charged. capacitor puls forming network Figure 6: diagram of discharging currents capacitor puls forming network Figure 6: diagram of discharging currents
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
Modülatör Yüksek güçlü kısa bir gönderim darbesi üretmek için, gönderme tüplerine yüksek bir gerilim üretecek özel bir modülatör gerekir. gerilim güç kaynağı Resim 1: Çalışma prensipi gerilim güç kaynağı Resim 1: Çalışma prensipi gerilim güç kaynağı Resim 1: Çalışma prensipi (Etkileşimli resim) Resim 2: P-18 modülatörü Bu modülatör enerji depolamak için bir darbe biçimleme devresini kullanır. Biçimleme devresi, dolum hattı üzerindeki doldurma bobininin manyetik alanı yardımıyla, yüksek gerilim güç kaynağı tarafından bu kaynağın gerilim değerinin iki katına kadar bir gerilimle doldurulur. Doldurma bobini aynı zamanda dolum akımını da sınırlar Dolum gerçekleştikten sonra, depolanan enerjinin güç kaynağının iç direnci üzerinden boşalmasını önlemek için devreye bir doldurma diyotu konulmuştur. Tiratron bir elektronik anahtar gibi çalışır ve iğne biçimli pozitif 150 voltluk bir darbe ile tetiklenir. Tiratron girişindeki R-C Kombinasyonu, giriş katından DC gerilimini girişini engeller. Darbe transformatörü, boşalma anında bir empedans uyumlama devresi (impedance matching circuit) gibi çalışır. Resim 2: P-18 modülatörü gerilim güç kaynağı Resim 3: Yükleme hattı gerilim güç kaynağı Resim 3: Yükleme hattı Yükleme hattı Çıkış durumuna bakıldığında, devrede herhangi bir gerilim bulunmamaktadır. Tiratron grafikte bir açık anahtar olarak görülmektedir. Anahtarın kapatılmasını takiben dolum akımı (yeşil renkli), önce dolum diyotu, ardından dolum bobini üzerinden darbe biçimleme devresinin kondansatörlerini doldurur. Darbe biçimleme devresindeki bobinlerinin bir görevi daha vardır: Doldurma bobininin endüktansı, devreye enerji uygulandığında büyük bir endüktif dirençle karşı koyar ve kuvvetli bir manyetik alanın meydana gelmesine neden olur. Kondansatörler, yeşil renkte gösterilen bir üstsel işlev (eksponansiyel fonksiyon) eğrisine uygun olarak dolarlar. Bu eğri ile doldurma bobininin zıt indükleme gerilimi örtüşmektedir. gerilim) (dolum bobini olmaksızın) olmaksızın dolum eğrisi Resim 4: Dolum eğrisi gerilim) (dolum bobini olmaksızın) olmaksızın dolum eğrisi Resim 4: Dolum eğrisi Kondansatörlerin, güç kaynağından sağlanan gerilimle dolmaya başlamasıyla çekilen dolum akımı gittikçe azalır ve yükleme bobininde oluşan manyetik alan yok olur. Manyetik alan kaybı tekrardan kondansatörleri doldurmak üzere bir ilave gerilim yaratır, ve kondansatörler bu evrede iki katı gerilime kadar dolarken, yükleme bobininde yeniden manyetik alan oluşur. Bu süreç bobindeki manyetik alan tümüyle sıfırlanana kadar sürer. Yükleme diyotunun mevcut olmadığı bir durum, grafikte mavi renkli eğri ile gösterilmiştir. Fakat yükleme diyotu akımın geri dönüşünü keser ve böylece enerji kondansatörler üzerinde kalır. Boşaltma hattı (ateşledi) Resim 5: Boşaltma hattı (ateşledi) Resim 5: Boşaltma hattı 1. kondansatör, ateşlenen tiratron ve darbe transformatörü üzerinden boşalmaya başlar. Bu boşalma süreci de yine bir üstsel eğridir ve bu süreç sırasında bu sefer darbe biçimleme devresinde ki bobinlerin zıt indüklemesi ortaya çıkar: 1. kondansatör diğer kondansatörler tarafından biraz gecikme ile tekrar doldurulur. boşalım eğrisi devresinin boşalım eğrisi Resim 6: Boşaltma eğrisi boşalım eğrisi devresinin boşalım eğrisi Resim 6: Boşaltma eğrisi Darbe genişliği t süresi sırasında darbe transformatöründe yine bir akım akar. Bu sırada tam gönderme frekansında çalışmakta olan gönderici tüplerine gerekli yüksek gerilim darbesi, darbe transformatörünün sekonderinden sağlanır. Boşalma eğrisi bitimlerinde devre endüktansı aşmalara (overshoots) yol açar. En etkin enerji transferi, darbe biçimleme devresi iç direncinin darbe transformatörünün iç direncine eşit olduğu zaman meydana gelir. Bunun bir sonucu olarak, gerilimin yarısı darbe transformatörü üzerinde; diğer yarısı ise darbe biçimleme devresinin iç direnci üzerinde kalır.