www.radartutorial.eu Radar Temelleri

Branşmanlı- Dubleks Cihaz

Akımın ilerleyişi
Gerilimin ilerleyişi
Direncin ilerleyişi

Resim 1: Bir iletken üzerinde akım- ve gerilimin ilerleyişi

Akımın ilerleyişi
Gerilimin ilerleyişi
Direncin ilerleyişi

Resim 1: Bir iletken üzerinde akım- ve gerilimin ilerleyişi

Gönderici
Alıcı
ATR-tüpü
TR-tüpü

Resim 2: TR – ve ATR tüplerinin kullanıldığı eşeksenel kablo koçanlarından yapılmış dubleks cihaz

Gönderici
Alıcı
ATR-tüpü
TR-tüpü

Resim 2: TR- – ve ATR- tüplerinin kullanıldığı eşeksenel kablo koçanlarından yapılmış dubleks cihaz

Branşmanlı- Dubleks Cihaz

Branşmanlı- Dubleks Cihaz uyumlu (matched) iletken bölümlerinden meydana gelmiş bir gönderim-alım anahtarıdır. Bu uyumlu hatlar ya gaz boşaltma tüpleri veya pin-diyotları vasıtasıyla kısa devre edilir ya da açık devre bırakılır ve böylece yüksek frekanslı enerji istenen modülün hattına aktarılır.

Ön koşullar

λ/4- iletken bölümlerinin direnç dönüştürücü özelliği önemlidir. Bir iletken bölümünde gerilim- ve akım davranışı dikkate alındığında şunlar gözlenebilir:

Akımın maksimum değeri bir iletken kısa devre edildiğinde meydana gelir. Kısa devrenin anlamı bu noktada gerilimin ölçülemeyeceği ve minimum değerde olduğudur. Gerilimin maksimum değerinin anlamı iletkenin bu noktada sanki bir açık devre imiş gibi davrandığı ve akımın hiç akmadığıdır.

Bir yüksek frekanslı gerilimde maksimum ve minimumlar bir sinüs fonksiyonuna uygun olarak değişirler. Gerilim, akıma göre 90° öndedir (bu çeyrek λ dalga boyuna eşittir). Akım ve gerilimin maksimumları iletken boyunca birbirlerinden λ/4 uzaklıkta yer alırlar.

Direnç tarafından bakarsak, R = U / I formülüne göre maksimum gerilimin (ki minimum akıma karşılık gelir) olduğu noktada sonsuz bir direnç oluşur. Minimum gerilimin (ki maksimum akıma karşılık gelir) olduğu noktada direnç sıfırdır. Bir kısa devre sinüs fonksiyonunun periyodikliği sonucu λ/4 uzaklıkta sonsuz bir dirence dönüşür, bir sonraki λ/4 uzaklıkta ise bu kez tekrardan kısa devreye dönüşür.

Bir branşmanlı-dubleks cihazın çalışma prensibi

Bir branşmanlı-dubleks cihazda bir gaz boşaltımlı tüpün iç direncini değiştirmek için ateşlenmesiyle bir iletkendeki (eşeksenel kablo ya da dalga kılavuzu) gönderim enerjisi yönlendirilir. Normal olarak bu gaz boşaltımlı tüpler nerdeyse bir sonsuz iç dirence sahiptir. Eğer tüpteki gaz bir plazma durumuna geçerse (tüp “ateşlenir”) ve iç direnci çok çok küçülür.

Gönderim anında Resim.2 deki gaz boşaltımlı tüplerin her ikisi de ateşlenir, C ve D noktalarında bir kısa devre meydana gelir. Bu kısa devre λ/4 uzaklıkta nerdeyse bir sonsuz açık dirence dönüşür. Ve gönderim enerjisine antene gitmekten başka bir yol kalmaz.

Alım anında her iki tüpün iç dirençleri çok yüksektir. İletkendeki C noktasının λ/2 gerisindeki mevcut kısa devre, kısa devre olarak kalmaya devam eder ve böylece gönderici iletkenden kopar. Bu A noktasındaki kısa devre λ/4 sonra B noktasında tekrardan bir yüksek dirence dönüşür ve antene gelen yankı sinyallerine alıcıdan başka gidebileceği yol kalmaz.

Dubleks cihazın bu yapı tarzının şöyle sakıncaları bulunmaktadır:

Bir ateşlenmiş TR-tüpünün direnci tam olarak sıfıra eşit değildir. Bir TR-tüpünde zayıflama seviyesi „sadece” 30 dB e kadar varabilir. Bu nedenle alıcıya giden hatta sıkça birden daha fazla sayıda λ/2 aralıklarla birbiri ardına yerleştirilmiş gaz boşaltma hatları anahtarlanır.

TR tube with a keep-alive electrode and its working principle
canlı-tutma elektrodu
ana aralık
DC toprak

Resim 3: Bir dalga kılavuzu bölümüne ait canlı tutma elektrotu bulunan TR tüpü

TR-Tüpleri (Transmit-Receive Tubes)

TR-tüpleri, 2 nolu resimde görüldüğü gibi, genellikle havası kısmen alınmış sızdırmaz bir cam mahfaza içerisine yerleştirilmiştir. Elektronlar iyonize gaz veya iyonize buhardan geçerken bir ışık arkı oluşur. Gerekli ateşleme gerilimi değeri, atlama tırnakları etrafındaki gazın basıncı azaltılarak düşürülebilir. Burada hem başarılı bir ateşlemeyi ve hem de boşalma olayını garanti edecek bir en iyi basınç değeri sağlanmalıdır. TR-tüpünün toparlanma zamanı (diğer bir adla deiyonizasyon zamanı) tüpe su buharı enjekte edilerek kısaltılabilir. 1 milibar basınca sahip su buharı bulunan bir TR-tüpü 0,5 µs lik bir sürede toparlanabilir. Radarda, radara yakın seyreden uçaklardan gelen yankı sinyallerinin dönüş zamanının, tüpün toparlanma süresi içinde kalan zaman dilimine isabet etmesinin hayati önemi vardır. Bunların alıcıya ulaşamaması halinde meydana gelecek veri kayıpları, ancak toparlanma zamanı kısa tutularak önlenebilir.

Ateşleme olayında da benzeri şekilde bir zaman gecikmesi söz konusudur. 100 ns yi bulabilen bu süre, gönderim gücünün tamamının alıcının girişlerine ulaşması açısından çok kritiktir. Ateşleme için tepki süresi, değeri 100 V ila 1000 V arası seçilebilen „canlı-tutma gerilimi” ile yükseltilebilir. Aynı zamanda bu işlem ile ateşleme gerilimi bir kez daha azaltılır.

Dalga Kılavuzu Bölümü olarak TR-tüpü
Pencere
Atlama
Aralığı
Diyafram

Resim 4: Dalga kılavuzu bölümü olarak TR-tüpü

Gaz boşaltım hattındaki çok kuvvetli elektrik alanında tınlama davranışı (resonance behaviour) için diyaframlar ve konik tıkaçlar yerleştirilmiştir. Yüksek güce sahip bir YF-darbesi iyonların çarpıştırarak bir gaz yükünü birkaç nano saniye içinde ateşler. Böylece dalga kılavuzu bölümü kısa devre edilmiş olur. Kuvars cam gaz sızdırmaz pencereye verilen biçim sayesinde gaz boşaltımlı tüplerde düşük güçlerde yansıma olmaz.

ASR-910 radarının gönderici katındaki bu gaz boşaltımlı tüpler bir dalga kılavuzu bölümünde kullanılmaktadır. Bu tüplerde yüksek frekanslı enerjinin uygulanması anında argon dolu ortam iyonlaşır, bir yüksek frekans kısa devresi meydana gelir ve bu sayede alıcı modülü çok yüksek güce sahip YF- enerjisinden zarar görmesi de önlenmiş olur.

Resim 5: TR-tüpü MD 80 S 2 yapımcı firma „Raytheon”.

Beyaz yapışkan etikette ASR 910 radarının bu gaz boşaltımlı tüpün içinde iyonlaşmaya yardımcı olmak üzere 0,6 ila 1,3 Giga Bekerel değerinde radyoaktif gaz bulunduğu belirtilmektedir! Eğer mahfaza zarar görürse kaçan gaz radyoaktif β-ışınları yayarak tehlikeli olabilir.

ATR- Tüpleri (Anti Transmit Receive)

ATR- tüpleri de prensip olarak TR-tüpleri ile benzer yapıya sahiptir. En temel fark, bir ATR-tüpünün, alıcı gibi çok hassas parçaları korumasına gerek duyulmadığı farklı kullanılma yerleridir. TR-tüpüne göre genellikle daha basit bir yapıda imal edilen bu tüplerde iyonlaşma yardımcısı radyoaktif gaza veya „canlı-tutma gerilimine” ihtiyaç yoktur.