www.radartutorial.eu www.radartutorial.eu Radar Temelleri

Branşmanlı Dubleks Aygıt

Akımın ilerleyişi
Gerilimin ilerleyişi
Direncin ilerleyişi

Resim 1: Bir iletken üzerinde akımın- ve gerilimin ilerleyişi

Akımın ilerleyişi
Gerilimin ilerleyişi
Direncin ilerleyişi

Resim 1: Bir iletken üzerinde akımın- ve gerilimin ilerleyişi

Gönderici
Alıcı
ATR-tüpü
TR-tüpü

Resim 2: TR- ve ATR- tüplerinin kullanıldığı, eşeksenel kablo koçanlarıyla yapılan gönderici/alıcı dubleks aygıt

Gönderici
Alıcı
ATR-tüpü
TR-tüpü

Resim 2: TR- – ve ATR- tüplerinin kullanıldığı, eşeksenel kablo koçanlarıyla yapılan gönderici/alıcı dubleks aygıt

Branşmanlı Dubleks Aygıt

Branşmanlı dubleks aygıt (Branch Duplexer) uyumlu (matched) iletken bölümlerinden meydana gelmiş bir gönderim-alım anahtarıdır. Bu aygıt gaz boşaltma tüpleri ya da PIN-diyotlar vasıtasıyla kısa devre edilir ya da açık devre bırakılır ve böylece yüksek frekanslı enerji istenen modülün hattına aktarılır.

Ön koşullar

λ/ 4- iletken bölümlerinin bir önemli özelliği direnci dönüştürmesidir. Gerilim- ve akım bölümünde bir iletkenin davranışı dikkate alındığında şunları gözlemek mümkündür:

Akımın en büyük değeri bir iletken kısa devre edildiğinde meydana gelir. Kısa devrenin anlamı, bu noktada gerilimin ölçülemeyeceği ve en küçük değerde olduğudur. Gerilimin en büyük değerinin anlamı ise, iletkenin bu noktada sanki açık devre gibi olduğu ve akımın hiç akmadığıdır.

Bir yüksek frekanslı gerilimde en büyük ve en küçük değerler bir sinüs işlevine uygun olarak değişirler. Gerilim, akıma göre 90° öndedir (bu, çeyrek dalga boyuna eşittir). En büyük akım ve en büyük gerilim, iletken boyunca birbirlerinden λ/ 4 uzaklıkta yer alırlar.

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

Bir branşmanlı dubleks aygıtın çalışma prensibi

Bir branşmanlı-dubleks aygıtta, bir iletkendeki (eşeksenel kablo ya da dalga kılavuzu) gönderim enerjisi, bir gaz boşaltımlı tüpün ateşlenmesiyle iç direnci değiştirilerek yönlendirilir. Normal olarak bu gaz boşaltımlı tüp nerdeyse bir sonsuz iç dirence sahiptir. Eğer tüpteki gaz bir plazma durumuna geçerse (tüp „ateşlenir”) ve iç direnci çok çok küçülür. Normalde, bu gaz boşaltma borusu neredeyse sonsuz yüksek bir iç dirence sahiptir.

Burada, bir ucu ana iletim hattına saplama giren (shunt connection) “koçan” (stub) olarak adlandırılan, son kısmı kapalı olan yarım dalga boyunda iki adet iletim hattı kullanılmıştır. İletim anında, çeyrek dalga uzaklıkta bulunan C noktasındaki ATR-tüpünde ve yine çeyrek dalga uzaklıktaki D noktasındaki TR-tüpünde ark meydana gelir ve her iki tüp, hattı kısa devre eder. Bu her iki kısa devre, ana hat üzerindeki çeyrek dalga uzaklıkta saplamanın yapıldığı A ve B noktalarına açık devre gibi yansır. Dolayısıyla enerji göndericiyi antene bağlayan bu ana hattan bu iki koçana geçemez ve doğrudan antene gider.

Alım sırasında alınan yankı gücünün seviyesi, bu iki tüpün iç dirençlerinin çok yüksek oluşu nedeniyle ark meydana getirmeye yetmez. Bu durumda ATR-tüpünün olduğu C noktası açık devre, takip eden çeyrek dalga boyu ötedeki A noktası kısa devre ve ardından yine çeyrek dalga boyu ötedeki T-kavşağındaki B noktası açık devre olur. Bu durumda yankı işareti açık devre ile karşılaştığından göndericiye gidemez. Ancak alıcının giriş empedansının iletim hattının empedansına tam olarak uyumlu olması nedeniyle yankı işaretinin tamamı en az bir kayıpla alıcıya yönlenir.

Bu tip dubleks aygıtlarının 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 λ/ 2 aralıklarla birkaç gaz boşaltma hattı seri olarak bağlanır.

TR tube with a keep-alive electrode and its working principle
Canlı tutma elektrotu
Gaz doldurma hattı
Şase gerilimi

Resim 3: Bir dalga kılavuzu bölümü için „canlı tutma elektrotu” (Keep-Alive Elektrode) bulunan TR-tüpü

TR-tüpleri

TR-tüpleri, 2 nolu resimde görüldüğü gibi, genellikle havası kısmen alınmış sızdırmaz bir cam mahfaza içerisine yerleştirilmiştir. Elektronlar iyonize gaz veya iyonize buhar içinden geçerken bir ark meydana gelir. 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 süresi (diğer bir adla iyonsuzlaştırma süresi) tüpe biraz su buharı enjekte edilerek kısaltılabilir. 1 milibar basınca sahip su buharı bulunan bir TR-tüpü 0,5 µs lik bir sürede toparlanabilir. Çok kısa bir toparlanma süresi radar için çok önemlidir, çünkü radara yakın seyreden uçaklardan gelen yankı işaretleri toparlanma tamamlanmadan önce gelirse alıcıya ulaşamaz.

Ateşleme işlemi de anlık değildir, burada da bir zaman gecikmesi söz konusudur. Bu çok hayatidir, çünkü 100 ns yi bulabilen bu süre için, gönderim gücünün tamamı alıcının girişlerine ulaşır. Ateşleme için tepki süresi, değeri 100 V ila 1000 V arası seçilebilen, „canlı tutma gerilimi” ile yükseltilebilir. Bu işlem aynı zamanda ateşleme gerilimini bir daha azaltır.

Dalga Kılavuzu Bölümü olarak TR-tüpü
Pencere
Atlama-
aralığı
Diyafram

Resim 4: Dalga kılavuzu bölümü olarak bir TR-tüpünün yapısı

Gaz boşaltım hattı tınlama davranışı (resonance behavior) için çok kuvvetli elektrik alanlı boşaltma hattında diyaframlar ve konik tıkaçlar tasarlanmıştır. Yüksek güce sahip bir YF-darbesi, bir gaz yükünü iyonları çarpıştırarak birkaç nano saniye içinde ateşler. Böylece dalga kılavuzu bölümü kısa devre edilmiş olur. Gaz sızdırmaz özelliğe sahip kuvars cam ile kapatılmış pencereye verilen biçim sayesinde gaz boşaltımlı tüplerde düşük güçlerde yansıma olmaz.

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

Resim 5: Örnek: TR-tüpü MD 80 S 2, üretici firma „Raytheon”.

Beyaz yapışkan etikette ASR 910 radarının bu gaz boşaltımlı tüpünün içinde iyonlaşmaya yardımcı olmak üzere 0,6 ila 1,3 Giga Bekerel değerinde radyoaktif H3 (Tritium) gazı bulunduğu belirtilmektedir! Eğer mahfaza zarar görürse kaçan gaz radyoaktif β-ışınları yayarak tehlikeli olabilir.

ATR- Tüpleri

ATR- tüpleri prensip olarak TR-tüpleri ile benzer yapıya sahiptir. Ana fark, sadece montaj konumlarının farklı olmasıdır, ATR-tüpünün bu gibi hassas bileşenleri korumak zorunda olması gerekmez. TR-tüpüne göre genellikle daha basit bir yapıda imal edilen bu tüplerde radyoaktif gaz dolumu veya „canlı tutma gerilimi” gibi iyonlaşma yardımcılarına ihtiyaç yoktur.