www.radartutorial.eu Radar Temelleri

Sürekli-Dalga Radarı (CW-Radar)

Gönderim enerjisi
yansıyan enerji
yansıtıcı nesne hakkında
bilgileri içerir
Gönderici
Alıcı

Resim 1: Sürekli dalga radarı tekniğinde genellikle ayrı ayrı gönderici- ve alıcı anten kullanılır, bu antenler çift yüzlü baskılı devre üzerine yerleştirilmiştir.

Gönderim enerjisi
yansıyan enerji
yansıtıcı nesne hakkında
bilgileri içerir
Gönderici
Alıcı

Resim 1: Sürekli dalga radarı tekniğinde genellikle ayrı ayrı gönderici- ve alıcı anten kullanılır, bu antenler çift yüzlü baskılı devre üzerine yerleştirilmiştir.

Sürekli-Dalga Radarı (CW-Radar)

Sürekli-dalga radarları [CW Radar, Continuous Wave radar] yüksek frekanslı bir sinyali sürekli yayınlarlar. Yansıma sinyali de aynı şekilde sürekli alınır ve işlenir.

Burada iki temel problemden bahsetmemiz gerekir:

İlk maddede bahsettiğimiz, gönderilen sinyallerin alıcı tarafından doğrudan kapılmasının önüne geçmek için:

Bir yankı sinyalinin alınması elektromanyetik dalgaların yayıldığı o yönde bir engelin bulunduğu gösterir. Yankı sinyalinin özelliklerinden hareketle hedefin özellikleri hakkında bir fikir yürütülebilinir. Örneğinin yankı sinyalinin kuvveti hedefin büyüklüğüne bağlıdır. Yine yankı sinyalinin büyüklüğü hedefin radarın ne kadar yakınında ya da uzağında bulunduğunun bir ölçütüdür. (Ne yazık ki yankı sinyalinin büyüklüğünden yola çıkılarak bir ölçüm sonucuna ulaşılamaz, çünkü yankı sinyallerinin büyüklüğü birçok faktöre bağlıdır.) Buna karşın frekans çizgesinde bir değişiklik hedefin bazı özellikleri için daha güvenilir olmaktadır. Bazı malzemelerden gelen yankılarda gönderim frekansının harmonikleri de bulunabilmektedir. Yansıyan sinyallerde harmonik oluşumuna yol açan bu malzemeler özellikle çığ tehlikesi bulunan bölgelerde karın altında kalan insanların “harmonik radar” ile bulunabilmesi için koruyucu elbise ve ayakkabılarında kullanılmaktadır. En çok izgesel değişim Doppler frekans ile olmaktadır.

Doppler radar

Bir modüle edilmemiş sürekli dalga radarı sabit genlikli sabit frekanslı sinyaller yollar. Yansıyarak dönen sinyalin frekansı ya tam olarak gönderim frekansı kadardır ya da hareket eden yansıtıcı nesnenin radyal hızına bağlı olarak bir Doppler frekansı kadar kayar. Bu Doppler frekans tekniği ile çalışmak üzere özel imal edilmiş bu SD-radarlarına Doppler radarı denir.

Bir Doppler radarında hızın ölçümü için bir süre ölçümü kesinlikle gerekli değildir ve bu nedenle menzil tayini de yapılmaz. Eğer bir süre ölçümü yapılacaksa gönderim sinyali yansıyan sinyalden bir zaman referansı elde etmek üzere modüle edilir. Bu modülasyon, yani gönderim sinyalinin frekansında ya da genliğindeki değişim anı işleyiş süresi sonunda alıcıda kaydedilebilir ve ancak böylece bir zaman ölçümü yapılabilir. Bununla beraber bu tür bir modülasyon bütünüyle farklı ölçme prensiplerinin kullanıldığı diğer radar türlerinde (örneğin FMSD-radarı) görülür. Benzeri şekilde bir genlik modülasyonu düşünülebilir ve bu da modülasyon derinliği %100 ü bulan bir darbe radarı demektir. Modüle edilmemiş dalgalar yayan bir radar bir nesnenin hızını ancak Doppler etkisi ile algılayabilir. Bu yöntemle bir hedefin menzilinin tayini ve iki farklı hedefin birbirinden ayırt edilebilmesi mümkün değildir.

Yüksek frekans üreteci
Güç bölücü
Düşük Geçişli
Filtre
Yüksek frekanslı
amplifikatör
Karıştırıcı katı
Ses
Amplifikatör
bilgisayar arayüzü
(Ses işlemci)
iletim gücü
Gönderici anten
Alıcı anten

Resim 2: Frekans bandını doğrudan düşüren bir basit radar alıcı-vericisi (etkileşimli resim)

Yüksek frekans üreteci
Güç bölücü
Düşük Geçişli
Filtre
Yüksek frekanslı
amplifikatör
Karıştırıcı katı
Ses
Amplifikatör
bilgisayar arayüzü
(Ses işlemci)
iletim gücü
Gönderici anten
Alıcı anten
Generator Leistungsteiler Sendeantenne Empfangsantenne LNA Mischstufe TP AMP

Resim 2: Frekans bandını doğrudan düşüren bir basit radar alıcı-vericisi (etkileşimli resim) (Etkileşimli resim)

SD-radarı blok şeması

Doğrudan karıştırıcı alıcı
Hız ölçümlerinde kullanılan Doppler radarın yapısı çok basittir. Yarı iletkenlerden oluşan alıcı ve gönderici devrelerinin tamamı bir tümleşik modülde toplanmıştır. Bu modüle genellikle alıcı-verici (transceiver) denilir. Çoğu kez bu alıcı-verici modülü anteniyle birliktedir. Bu antenler genellikle çift yüzlü baskılı devrelerde yama anten gibi gerçekleştirilir veya (daha büyük bant genişliklerinde) boynuz ışıyıcıdır.

Doğrudan karıştırıcı alıcılarda (homodiner alıcı olarakta adlandırılır) yankı sinyali bir ara frekansa indirilmez, daha ziyade göndericide üretilen yüksek frekans doğrudan aşağı indirme işleminde kullanılır. Çıkış frekansı temel banttadır ve dolayısıyla herhangi bir taşıyıcı frekanstan da bağımsızdır. Kullanılan karıştırıcı yankı sinyalinin frekansını aşağı indirmek için genellikle 7 dBm gibi bir yerel osilatör gücüne ihtiyaç duyar. Bu nedenle burada YF- frekans üretecinin gücü 10 dBm ye sabitlenmiştir. Güç bölücünün zayıflatma oranı en az –3 dB olduğundan tüm modülün gönderim gücü en az 6 dBm dir. Çıkış sinyalinin sadece temel bantta olmasına rağmen bu çıkış sıkça ara frekansı çağrıştıran „IF“ (Intermediate Frequency) olarakta adlandırılır. Doppler frekans genellikle ses bandı bölgesinde bulunur. Örneğin, eğer yüksek frekansları geçiren DC kondansatörleri ile bloke edilmemişse kuvvetli yerden yansıma parazitleri bu çıkış sinyalinde DC bileşen olarak yer alır. Genellikle bu tür bir devre gönderici antenden alıcı antenine sinyal bulaşmasını (cross-talk) önlemek için kullanılır.

Bir hareket algılayıcısı olarak kullanılan K–bandı (λ≈ 12 mm) Doppler radarında hesaplanabilen en büyük v radyal hız değeri bu radarda kullanılan piyasada satılan ses kartının (fsınır= 18 kHz) Doppler frekansı bandına bağlıdır.

Radarda Doppler frekansı aşağıdaki formülle hesaplanır:

fD = 2·v   fD = Doppler frekans [Hz]
λ = Gönderilen frekansın dalga boyu
v = Radyal hız [m/s]

λ

Formül v için yeniden düzenlenir ve verilen değerler girilirse:

v =  λ · fD = 12 mm· 18 kHz = 108 m/s ≈ 380 km/h


2 2

Bu duruma göre ölçülebilecek en büyük radyal hız 380 km/saat dir ve bu değer çoğu uygulamalar için yeterli olmaktadır.

fS
fS
fS + fD
fS + fZF
fZF
fZF + fD
fD

Resim 3: Bir sürekli-dalga radarının blok şeması

fS
fS
fS + fD
fS + fZF
fZF
fZF + fD
fD
Generator Mischstufe Zirkulator

Resim 3: Bir sürekli-dalga radarının blok şeması (Etkileşimli resim)

Süperheterodin alıcı
Doğrudan karıştırma tekniğinde hassasiyet kısıtlıdır. Bu nedenle karıştırma katının kırpışma gürültüsü (flicker noise) çıkış sinyali ile birliktedir, yani Doppler sinyali bir rasgele dağılmış düşük frekanslı gürültü bileşenleri ile binişmiştir. Bunun bir sonucu olarak çok küçük ve zayıf Doppler frekansları genellikle değerlendirilemez.

Bu noktada hassasiyetin iyileştirilmesinde süperheterodin alıcı mükemmel bir çözümdür. Bir bölgede yankı sinyalleri kırpışma gürültüsünün çok daha üzerinde dönüştürülür. Ara frekans yükseltecinin bant süzgeci bu kırpışma gürültülerini geçirmez. Yankı sinyalinin frekansı eşzamanlı 30...40 dB gibi yükseltilir. Yankı sinyali ilk defa ikinci karıştırıcıda temel banda indirilir. Yankı sinyalinin ikinci karıştırıcı katın kırpışma gürültüsünden hayli büyük olması nedeniyle artık bu gürültü ihmal edilebilir.

Bu örnekte sinyalin gönderilmesinde ve alımında aynı anten kullanılmaktadır. Gönderilen ve alınan enerji bir sirkülatör vasıtasıyla ayrıştırılır. Burada süperheterodin alıcının yerel osilatörü bir sonraki dar bantlı süzgeci takiben yukarı doğru karıştırılır. Değerlendirme için burada bir sayıcı kullanılır. Böylece ekranda sadece bir yansıtıcı nesne görüntülenir (genellikle en büyük genlikli olanı). Eğer hareket eden yansıtıcı nesneler birden daha fazla sayıda ise birbiri ile binişen Doppler frekanslar bir süzgeç grubu ya da ayarlanabilir seçici süzgeç ile seçilir. Buna rağmen eğer her iki Doppler frekansını da ölçmek gerekiyorsa ölçülen değerin hangi hedefe ait olduğunu bilmek mümkün olmaz.

Blok diyagramında modüllerin açıklaması
Modüle edilmemiş Doppler radar uygulamaları

Resim 4: TRAFFIPAX SpeedoPhot (© 2000 ROBOT Visual Systems GmbH)

Resim 4: TRAFFIPAX SpeedoPhot (© 2000 ROBOT Visual Systems GmbH)