A radartechnika alapjai 8. rész – Szemelvények az adás- és vételtechnikából

A sorozat eddigi cikkeiben sokat – ha nem is eleget – foglalkoztunk a „mire jó” kérdésével. Ehhez képest elhanyagoltuk az elektronikai vonatkozásokat. Természetesen sem célunk, sem lehetőségünk, hogy radarkonstruktőrré képezzük ki az olvasót, inkább néhány érdekesség felvillantásával szeretnénk elérni, hogy ha legközelebb radardómot vagy antennát lát, könnyebben képzelhessen mögé elektronikai infrastruktúrát is.

Az adóegységről

A radaradók feladata, hogy rövid időtartamú, nagy teljesítményű RF-impulzusokat állítsanak elő, amelyet aztán az antenna kisugároz a „letapogatni” kívánt térrészbe. Az adó iránti alapkövetelmények a következők:

• képesnek kell lennie, a kívánt átlagteljesítményű és csúcsteljesítményű RF-adóimpulzusok előállítására,

• megfelelő sávszélességűnek kell lennie,

• elegendő RF-stabilitással kell rendelkeznie ahhoz, hogy a visszavert jelen a szükséges jelfeldolgozási műveletek elvégezhetők legyenek,

• megfelelően modulálhatónak kell lennie az elvárt hullámformák előállításához, és végül

• jó hatásfokúnak, megbízhatónak és könnyen karbantarthatónak kell lennie. Ez leginkább a legdrágább részegység (az adó végfokozatának aktív eleme) ára és élettartama szempontjából lényeges, amely meghatározó a karbantartások gyakorisága és költsége szempontjából.

1. ábra

Ezek után nem meglepő, hogy az adóegységet és annak működésmódját gyakorlatilag a célnak legjobban megfelelőnek tűnő aktív elem „köré” tervezik. Az adóegységek kétféle működési elvet követhetnek:

• Az egyik elv szerint az adó egy nagy teljesítményű oszcillátor, amelyben rendszerint magnetron állítja elő az RF-impulzust. Az oszcillátorcső tápfeszültsége egy nagy teljesítményű DC-impulzus, amelyet a radaradó modulátorfokozata állít elő. Ezt az adókonstrukciót „teljesítményoszcillátor-típusú” adónak (Power Oscillator Transmitter – POT) nevezik. A POT-rendszerű radarok „nem koherens” vagy „pszeudo-koherens” működésűek^[1]. Az 1. ábra egy „történelmi érdekességű” orosz katonai radar, a P-37 magnetronos POT-végfokát mutatja. Középen a magnetron (szürke dobozban). Tőle jobbra az „uborkásüveg-szerű”, tiratron^[2] típusú DC-kapcsolócső (modulátor), alul az impulzustranszformátorok láthatók. A 2. ábra a P-37 radaradóban használt magnetron képe.

  2. ábra
  
  

• A másik nagy csoportban (az újabb fejlesztésűek zömében) egy kis teljesítményű jelgenerátor szabja meg a radar kimeneti jelének hullámformáját, amelyet egy az adáshoz elegendően nagy kimenőteljesítményű erősítő (amplitron, klisztron vagy félvezetős teljesítményerősítő) erősít fel. Ez a teljesítményerősítő-kimenetű radar (Power Amplifier Transmitter – PAT). Ezzel a megoldással lehet teljesen koherens radaradót kivitelezni, amelyben az adó jelcsomagját és a referenciajelet is ugyanabból a központi órajelből állítják elő. A PAT speciális esete az „aktív antenna”, amelyben minden antennaelemhez vagy antennaelem-csoporthoz saját kimenőerősítő tartozik. A korszerű, teljesen félvezetős adó/vevőegységek különösen a fázisvezérelt antennarácsú megoldásoknál előnyösek, a csöves megoldások azonban ma még jelentős előnyöket mutatnak a nagyobb kimenőteljesítmények előállításánál. Az adótechnológiák^[3] összehasonlításához az alábbi táblázat ad útmutatást.

Nagyításhoz kattintson a táblázatra

Néhány szó a vevőről

Az ideális radarvevővel szemben a következő elvárások fogalmazhatók meg:

• úgy erősítse a visszavert, vett jelet, hogy ne adjon hozzá zajt, és ne okozzon semmilyen jeltorzítást,

• optimalizálja a vétel valószínűségét a legvalószínűbb visszavert jel sávszélesség-jellemzőinek megfelelően kialakított „sávszűrő” típusú frekvenciamenettel,

• nagy dinamikával rendelkezzen ahhoz, hogy jól erősítse a kis amplitúdójú reflektált jelet, de a különféle eredetű, nagy amplitúdójú zavarjelek (esőben, tenger- vagy talajfelszínen, atmoszférikus határrétegeken (népszerű nevén „angyalokon”) keletkező reflexiók) se „süketítsék meg”.

A vevők legnagyobb része a rádióvétel-technikában közismert szuperheterodin rendszerű. Ebben egy bemeneti kis zajú erősítőfokozattal felerősített jel egy keverőre jut, amely az erősített bemeneti jelet egy helyi oszcillátor szinuszjelével szorozza meg. A szorzat spektrumában a bemeneti jelfrekvencia és a helyi oszcillátorfrekvencia összege és különbsége jelenik meg, amelyből egy sáváteresztő típusú erősítő választja ki – rendszerint – a különbségi frekvenciát. A szuperheterodin vevő tehát a bemeneti RF-jelet egy kényelmesebben feldolgozható, alacsonyabb frekvenciatartományba konvertálja. Tipikus a „kettős heterodin kivitel is, amely még egy keverővel egy további „lekonvertálást” hoz létre. A jelfeldolgozás első lépése a demoduláció (a visszevert jel burkológörbéjének kiemelése). A 3. ábrán egy légiforgalmi radar vevőegysége látható.

3. ábra

Készítette Tóth Ferenc
a www.radartutorial.eu weblap (szerző: Christian Wolff) fordításával, átdolgozásával és bővítésével a GNU Free Documentation License és a Creative Commons „Nevezd meg – Így add tovább 4.0” licence alapján.

^[1] „Nem koherens” az adó működése, ha az előállított rezgést nem lehet stabil fázis-kapcsolatba hozni egy helyben előállított (általában szinuszos) referenciajellel. A DC-kapcsolt tápfeszültségű magnetron berezgése nem koherens, hiszen ez a folyamat számos – nehezen kézben tartható – folyamattól (például a kapcsolt DC-tápfeszültség tranziens tulajdonságaitól) függ. Az RF-impulzus fázishelyzete ilyenkor gyakorlatilag definiálatlan. Sok radarnál (például az eddig nem tárgyalt Doppler-radaroknál) azonban az adóimpulzus fázishelyzetét egy referenciajelhez viszonyítva stabil értéken kell tartani, és ez kétféleképpen érhető el: vagy az adót szinkronizáljuk a referenciajellel (amely, mint láttuk, magnetronos adónál gyakorlatilag nem lehetséges), vagy pedig az adóimpulzus fázisa legyen olyan, „ahogy sikerül”, és a referenciajelet szinkronizáljuk hozzá az adóimpulzus kibocsátásakor. Ha a referenciajel fázisstabilitása elegendően nagy, a szinkronitás „nagyjából kitart” a reflektált jel visszaérkezéséig, és a fázisösszehasonlításos mérés elvégezhető. Ezt az elvet nevezzük pszeudo-koherensnek, vagy másképp „vételkor koherensnek” (coherent-on-receive). A mód-szer elavult, mert használhatatlan a gyors frekvenciaváltoztatással működő radarokban.

^[2] Nem minden „fantázianévvel” azonosított megoldást áll módunkban részletezni a cikk korlátozott keretein belül. Az itt és a rovábbiakban megadott fantázianevek alapján az érdeklődők egyszerűen találhatnak további részleteket – A szerk. megj.)

^[3] Láthatjuk, van belőlük bőven. Ennek oka talán az, hogy a radar felhasználása sokáig kizárólagosan, de még ma is jelentős mértékben katonai célú. Az ezzel járó titkosság miatt indult sok párhuzamos fejlesztés, amelyek sokszor technikailag erősen különböző, de felhasználhatóságukban meglehetősen hasonló megoldásokat szültek. – A szerk. megj.)

A cikksorozat korábbi részei: