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

Sayısal Demet Biçimleme

Resim 1: Anten çizgesinin analog biçimlenmesi

Sayısal Toplama

Resim 2: Anten çizgesinin sayısal biçimlenmesi

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

Resim 1: Anten çizgesinin analog biçimlenmesi

Sayısal Toplama

Resim 2: Anten çizgesinin sayısal biçimlenmesi

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

Sayısal Demet Biçimleme

Anten Çizgesinin Analog Biçimlenmesi

Anten çizgesinin analog biçimlenmesi (Analogue Beamforming, ABF) bir Faz Dizi Antenin her bir anten elemanınca alınan yankı işaretinin, işaret daha antende iken, dört adede kadar merkezileştirilmiş (centralized) alıcıda işlenebilmesi için gönderim işaretinin doğrudan taşıyıcı frekansta faz açılarının ve genliklerinin bir ortak işarette toplanmasını ifade eder. Bu işlem, işareti güçlendirir ve frekansını bir ara frekansa ya da temel frekans bandına dönüştürür. Takip eden Analog/Sayısal Dönüştürücü (Analog-to-Digital Converter, ADC) katında bu ara frekanslı işaret veya video işareti sayısallaştırılır.

Anten Çizgesinin Sayısal Biçimlenmesi

Sayısal Biçimleme (Digital Beamforming, DBF) terimi, her bir anten elemanının ya da Faz Dizi Antenlerin küçük anten gruplarının her bireysel alıcıya anahtarlandığı bir alıcı mimarisi ifade eder. Sayısal formata dönüştürme işlemi yine her bireysel anten elemanı için ayrı ayrı yapılır. Ardından toplama işlemleri sayısal olarak bir özel işlemcide gerçekleşir. Her bireysel alıcıdaki gürültü ve işaret bozunumu alıcılar arasında ilintisizleştirilir (decorrelated).

Bu yapıyla, her bir işaret alım süresi için değişik yönlere işaret edebilen birden fazla sayıda bağımsız ana topuz (main lobe) meydana gelebilir. Anten çizgelerinin sayısal biçimlendirilmesinin diğer üstünlükleri şunlardır:

Eğer, anten modülünün kontrolü ve saat darbesi beslemesi için kablosuz internet bağlantısı kullanılırsa buna Kablosuz Sayısal Biçimleme denilir. Bu, anten elemanlarını daha sonra bir Dağıtılmış Radar Sistemine yayma imkânını sağlar.

Standart Modüler Gönderici-/Alıcı Modülü

Anten çizgesinin sayısal biçimlendirilmesinin özü, gönderim güç yükselteçlerinin ve alıcı hatlarının bulunduğu bir küçük, standart modülün yaratılmasıdır. Bu, Standart Modüler Gönderici-/Alıcı Modülü (Standardised Modular Transmit-/Receive Module, SMTRM) olarak adlandırılır ve çok yüksek miktarlarda üretilir. Bunlar eşzamanlı olarak, hem iki-yönlü işaret yükselteci, hem de faz- ve genlik kontrolü için kullanılırlar. Toplu (compact) yapısı sayesinde bu modülün işaret işleme sırasındaki hat kayıpları hayli küçüktür.

Bu gönderici/alıcı modülü, sadece aynı tip bir radar aygıtında değil, daha ziyade X-bandında değişik yerlerde ve çok amaçlı olarak MEADS-Hava Savunma Sistemi veya Alman Ordusundaki Yer-Gözetim Radarı (Boden-Überwachungsradar, BÜR) gibi yere konuşlu füze yöngüdüm radarından başlayarak, uçağa takılı (airborne) (örneğin, Eurofighter-radarı E-Captor) tüm türlerinden TerraSAR –Uydu Radarına kadar birçok radarda değiştirilmeden kullanılacak kadar çok yönlü ve esnektir.

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

Demet Biçimleme İşlemcisi

Bu, farklı anten çizgelerinin eşzamanlı düzenlenmesi imkânı, ancak bir sayısal alıcının sayısal işaretleri kayıpsız şekilde sıkça rastgele kopyalayabilme tekniğine sahip olmasından sonra mümkün olabildi. Uygulamada alım işareti bir ara frekans değerine dönüştürülür ve ardından hemen sayısallaştırılır. Bir Analog Sayısal Dönüştürücü 75 MHz lik bir ara frekans için 100 MHz lik bir örnekleme frekansına 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 Antenin her bireysel anteni, bir hatasız toplamanın (summing) yapılabilmesi için frekans tepkisini (frequency response) dengeleyen ve bireysel geçiş süre gecikmelerinin uyumunu sağlayan bir Analog/Sayısal Dönüştürücü, bir Sayısal Aşağıya Dönüştürücü (Digital Downconverter, DDC) ve bir Sonlu Darbe Yanıtlı Süzgeç (Finite Impulse Response Filter, FIR) devreleri tarafından takip edilen kendine ait bir alım kanalına sahiptir.

Sonlu Darbe Yanıtlı Süzgeç olarakta nitelendirilen bu süzgeç bir özel ayarlama (calibration) sürecinden geçirilir. Bunun için bir YF-test işaretiyle beslenerek 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) yine bu süzgeçte gerçekleşir. Tüm alım kanallarındaki (resimde 100 adet olarak gözüküyor) Analog /Sayısal Dönüştürücülerin verileri, karmaşık (I&Q) işaret olarak, bir faz kaydırma devresinden geçirilerek, alımı eşzamanlı mümkün olan anten çizgesi sayısı ile belirlenen, bir rasgele sayıda toplama katına beslenir.