www.radartutorial.eu Radar Temelleri

Işıma Deseninin Sayısal Biçimlenmesi

Resim 1: Anten ışıma deseninin analog biçimlenmesi

Sayısal Toplama

Resim 2: Anten ışıma deseninin sayısal biçimlenmesi

Resim 3: Standart modüler Gönderici-/Alıcı- Modülü (SMTRM) (EADS Defence & Security Ulm firmasının izniyle)

Resim 1: Anten ışıma deseninin analog biçimlenmesi

Sayısal Toplama

Resim 2: Anten ışıma deseninin sayısal biçimlenmesi

Resim 3: Standart modüler Gönderici-/Alıcı- Modülü
(SMTRM) (EADS Defence & Security Ulm firmasının izniyle)

Işıma Deseninin Sayısal Biçimlenmesi

Anten Işıma Deseninin Analog Biçimlenmesi

Anten ışıma deseninin (radiation pattern) analog biçimlenmesi (Analogue Beamforming, ABF) ile bir faz dizi antenin her bir elemanınca alınan yankı sinyalinin, sinyal daha antende iken, doğrudan gönderim sinyalinin taşıyıcı frekansında faz açılarının ve genliklerinin bir ortak sinyalde toplanarak, dört adede kadar merkezileştirilmiş (centralized) alıcıda işlenebilmesinin sağlanması anlatılmaktadır. Bu işlem sinyali güçlendirir ve frekansını bir ara frekansa (IF) ya da temel frekans bandına dönüştürür. Takip eden Analog/Sayısal Dönüştürücü (Analog-to-Digital Converter, ADC) katında bu ara frekanslı sinyal veya video sinyali sayısallaştırılır.

Anten Işıma Deseninin Sayısal Biçimlenmesi

Anten ışıma demetinin Sayısal Biçimlenmesi (Digital Beamforming, DBF) kavramı ile faz dizi antenlerin her bir anten elemanının ya da küçük anten gruplarının her bir bireysel alıcıya anahtarlandığı bir alıcı mimarisi anlatılmaktadır. Keza bir sayısal formata dönüştürme işlemi her bir anten elemanı için ayrı ayrı yapılır. Ardından toplama işlemleri sayısal olarak bir özel işlemcide gerçekleşir. Her bir bireysel alıcıdaki gürültü ve sinyal bozunumu alıcılar arasında ilintisizleştirilir (decorrelated).

Bu mimari ile her bir sinyal alım süresince anten ışıma çizgesinde değişik yönlere bakan birden fazla sayıda ana topuz (main lobes) oluşabilir. Anten ışıma çizgelerinin sayısal biçimlendirmesinin diğer üstünlükleri şunlardır:

Standart Modüler Gönderici-/Alıcı- Modülü (SMTRM)

Anten ışıma çizgelerinin sayısal biçimlendirilmesinin özü, gönderim güç yükselteçlerinin ve alıcı hatlarının bulunduğu küçük standart bir modülün yaratılmasıdır. Bu modül Standart Modüler Gönderici-/Alıcı-Modülü (SMTRM) olarak adlandırılır ve çok yüksek miktarlarda üretilir. Bu modül eşzamanlı olarak hem iki-yönlü sinyal yükseltici, hem de faz- ve genlik-denetleyicisi gibi görev yapar. Sıkıştırılmış (compact) yapısı sayesinde bu modülün sinyal işleme esnasındaki hat kayıpları hayli küçüktür. Bu gönderici/alıcı modülü değişik yerlerde ve çok amaçlı olarak sadece aynı tip bir radar aygıtında değil, aynı zamanda X-bandında çalışan füze güdüm radarı MEADS-kompleksi veya Alman Ordusundaki Yer-Gözetim Radarı (Boden-Überwachungsradar, BÜR) gibi yere konuşlusundan, uçağa takılı (airborne) (örneğin Eurofighter-radarı E-Captor) tüm türlerden başlayarak TerraSAR –Uydu Radarına kadar birçok radarda değiştirilmeden kullanılmaktadır.

SMTRM modülü 64,5 mm uzunluğunda, 13,5 mm eninde ve 4,5 mm yüksekliğinde hava sızdırmaz bir kasa içine konulmuş bir baskılı devredir. İçinde bir güç yükselteci, bir ferrit sirkülatör, bir sınırlayıcı, ayrıca gürültü katsayısı düşük bir yükselteç- ve faz denetleme devreleri yer alır. Yarı iletken elemanların yanında Application Specific Integrated Circuit ASIC olarak adlandırılan bu görev için geliştirilmiş tümleşik kontrol devrelerinde Galyum-Arsenik (GaAs) teknolojisi kullanılmaktadır. Ancak bu kadar dar yere sıkıştırılmış çok sayıda bu tür modüllerin soğutulması gibi olumsuzlukta söz konusudur.

Demet Biçimleme İşlemcisi

Farklı anten çizgelerini eşzamanlı düzenlenmesi imkânı bir sayısal alıcının sadece sayısal sinyalleri kayıpsız şekilde sıkça rastgele kopyalayabilme tekniğine sahip olmasından sonra ancak mümkün olabildi. Uygulamada alım sinyali bir ara frekans değerine (IF) oturtulur ve derhal sayısallaştırılır. Bir Analog Sayısal Dönüştürücü (ADC) 75 MHz lik bir ara frekans değeri için 100 MHz lik örnekleme frekansına (sampling frequency) ihtiyaç duyar.

Resim 4: Bir demet biçimleme işlemcisinin blok şeması

Resim 4: Bir demet biçimleme işlemcisinin blok şeması

Resim 4: Bir demet biçimleme işlemcisinin blok şeması

Resim. 4 de bir tipik Demet Biçimleme İşlemcisinin blok şeması görülmektedir. Faz dizi antendeki her bireysel anten, alım kanalında hatasız bir toplamanın (summing) yapılabilmesi için bir Analog Sayısal Dönüştürücüye; bu alım kanalında frekans geçişlerinin bozunumunun düzeltilmesi ve bireysel geçiş süre gecikmelerinin uyumu için de bir Sayısal Aşağıya Dönüştürücü (Digital Downconverter, DDC) ve bir özel Çapraz Süzgece (Transvesal Filter; finite impulse response filter, FIR) sahiptir. Keza nihai darbe yanıtlı süzgeç olarak da nitelendirilen bu süzgeçte bir özel ayarlama sürecinden geçirilir. Bunun için bir YF test sinyaliyle ya kanalın tamamı süpürülür (tüm bant genişliğince frekansın doğrusal olarak değiştirilmesi) ya da bu amaca yönelik olarak kısa süreli bir beyaz gürültü uygulanır. Yan topuzların (side lobes) bastırılması için gerekli ağırlıklaşma (weighting) keza bu süzgeçte gerçekleşir. Resimde 100 adet olarak gözüken tüm alım kanallarının analog sayısal dönüştürücülerinin verileri, sayısı o an ki alınması mümkün olan anten çizge sayısınca belirlenen bir rastgele adette, karmaşık (I&Q) sinyal olarak toplayıcı katlardan bir faz kaydırma kademesinden geçirilerek beslenir.