www.radartutorial.eu Radar Temelleri

Tek Darbe Antenleri

Resim 1: Tek darbe anteni prensip şeması

Tek darbe anteni prensip şeması: Antenin tüm ışıma elemanları burada iki grupta toplanmıştır. Bu iki gruba giden hatlar bir kez aynı fazda ve bir kez zıt fazda beslenir. Bu tek darbe anteni keza iki besleme hattına sahiptir: Toplayıcı kanal ve çıkartıcı kanal.

Resim 1: Tek darbe anteni prensip şeması

Resim 2: Bir faz dizi antenin anten grubundan kesit

Resimde bir faz dizi anten grubuna ait bir kesit görülmektedir. Işıma elemanları ve bunların besleme hatları yalıtkan bir yüzeye vakumlanarak gömülmüştür. Besleme hattında empedans uyumunu sağlamak için balun adı verilen bir dolambaç görülüyor. Tüm anten grubu hava koşullarının yaratacağı olumsuz etkilerden korunmak için deterjanlı su ile yıkanır.

Resim 2: Bir faz dizi antenin anten grubundan kesit

Bu bölümde tek darbe antenlerinin bir özeti sunulacak; anten gruplarından ve bunların nasıl kurulduklarından, ayrıca enerji besleme düzenindeki bir özellikten bahsedilecektir. Antenler bir birim olarak her zaman toplamalı çıkış verecek tarzda devreye alınmazlar. Değişik amaçlarla çeşitli toplamalı ve çıkartmalı seçenekler kullanılır.

  1. RRP-117 birincil radarında
    • gönderme evresinde tüm antenler birlikte çalışır
    • alma evresinde ise, sadece toplamları yada farkları kendisine ait kanalı besleyen belirli gruplar birlikte çalışırlar.
    Böylece bir hedefin konumunun belirlenmesi için gereken tüm veriler sadece tek bir darbe ile elde edilebilir. Bu nedenle, RRP radarında gerekli isabet oranı (1 ila 3 arası) çok düşüktür.
     
  2. IFF/SIF Siemens 1990 ikincil radarında
    • toplayıcı kanaldan bir darbe grubu yollanır ve
    • çıkartıcı gruptan tek darbe yollanır.
    Tek darbe antenleri ayrıca, ışıma diyagramındaki yan topuzların (side-lobes) bastırılması işleminde de kullanılır.

Bu iki örnekten şu sonuca varabiliriz: Tek darbe anteni bağımsız bir anten türü değildir.
IFF/SIF Siemens 1990 radarı logaritmik-periyotlu antenlerden meydana gelen bir anten grubunu, RPP-117 radarı ise faz dizi antenleri kullanır.

Tek darbe yöntemi

Resim 3: Azimut değerlerinin aradeğerlemesi (enterpolasyonu)

Azimut açısı ara değerlendirme (interpolation) yöntemini anlatan bir animasyon

Resim 3: Azimut değerlerinin aradeğerlemesi (enterpolasyonu)

Tek darbe yönteminin kullanılmadığı klasik bir radar anteniyle, anten, yansıtıcı nesnenin bulunduğu yöne tam olarak ayarlanmamış olsa bile bazı yansımalar almak mümkündür.

Bütün antenlerin açıklık açıları nihayetinde küçük bir açı olduğundan, antenin kendi etrafında sürekli olarak dönerken, her bir anten aslında farklı yan açılara ayarlanabildiğinden, birden fazla sayıda yansıma darbesini almak mümkün olmaktadır. Gerçek yan açı, alınan belirli bir sayıdaki yanıtlardan ilintilendirme (correlation) yapılarak hesaplanmalıdır. Eski analog radarlarda operatör olayı ekranda izlerken, biraz daha eski radarlarda çiziciden otomatik olarak bir çıktı alınıp, çıktı üzerinde basit bir ilintilendirme yapılabilir ve değişik yan açı verilerinden faydalanılarak bir kesit oluşturulabilir.

Tek darbe radarlarının kökü hedef izleme sistemlerine dayanmaktadır. 1970 yıllarından bu yana tek darbe yöntemi birincil- ve ikincil gözetim radarlarına uyarlandı ve halen dünya çapında kullanılmaktadır.

Bir hedef ana ışıma demetine girdiği veya gönderilen ışın demeti tarafından aydınlatıldığı (illuminated) andan itibaren radarda görülür. Bir gözetim radarıyla hedefin yönü tayin edilirken, hedefin daima antenin ana demetinin merkez ekseninde yer aldığı varsayımından kaynaklanan bir hata yapılmaktadır. Bu hatanın büyüklüğü anten ana demetinin genişliğine bağlıdır.

Hedefin açısal konumu için, kabaca, demet hedefi süpürürken en büyük yansıma genliğinin meydana geldiği yöndür denilebilir.

Maalesef, hedefin kestirilen azimut açısı, ısıl gürültüler ve hedefteki kırpışımlar (scintillation) nedeniyle hatalı olmaktadır. Hedef kırpışım hataları, antenin hedef üstünde bulunduğu süre (time-on-target) içinde hedefin radar kesitinin değişmesinin, yansıtılan darbe katar zarfında (pulse train envelope) bozunuma (distortion) yol açmasından kaynaklanmaktadır.

Resim 4: Fark-kanalın toplam-kanala oranı

Bir anten diyagramının üç boyutlu gösterimi: Fark kanalı pratik olarak yan yana yer alan iki küçük topuzdan (lobdan) oluşur. Sinyal bu anten yönünde minimumdur. Aynı bu açıda, toplayıcı kanalın sadece bir topuzundaki sinyal değeri maksimumdur. Eğer uçak tam olarak toplayıcı kanalının maksimumunda  ise, o zaman fark kanalında sinyal sıfır olur. Uçak, eğer toplayıcı kanalının maksimumunun yanında yer alıyorsa, o zaman fark kanalında ki sinyalin değeri negatif (burada maksimumun sağında) veya pozitif (burada maksimumun solunda) olabilir. Toplayıcı kanalın fark kanalına olan oranının büyüklüğü, toplayıcı kanalın maksimumundan sapmanın, yani anten merkez ekseninden sapmanın bir ölçüsüdür. (Off Boresight Angle, OBA.)

Resim 4: Fark-kanalın toplam-kanala oranı

Bir yansıma yeterli!

Tek darbe antenle, radar demeti içinde bulunan yansıtıcı nesnenin konumu farklı toplayıcı- ve çıkartıcı kanalların karşılaştırılması ile belirlenebilir.

Sol anten gruplarının, sağ anten gruplarına zıt fazda bağlaşımı (coupling) sayesinde Çıkartıcı Kanal (ΔAz) (Okunuşu: „Delta Azimut”) oluşturulur. Azimut açısının değeri (ki bu açı İngilizce’de „Bearing Angle” olarak ta anılmaktadır), bu açıda toplayıcı kanalın maksimum değerde iken, çıkartıcı kanalın bir minimum değere sahip olması gerektiği esasından yola çıkılarak belirlenir. Toplayıcı kanal (Σ) ve fark kanalında yalnızca bir yansıma elde edilebildiğinden, koordinatların hassas olarak tayininde tek bir darbe yeterli olabilmektedir. (Bu nedenle, bu anten grupları Tek Darbe Antenleri adıyla da anılırlar.) Bu sistem çok daha düşük sorgulama ile çalışabilmektedir. Tek darbe sistemlerinde kullanılan gelişmiş veri işleme teknikleriyle daha kaliteli hedef kod bilgileri elde edilebilmektedir.

Toplayıcı kanalın çıkartıcı kanala oranı, antenin merkez ekseninden sapma miktarının bir ölçüsüdür. (İngilizce: „boresight”). Antenin merkez ekseni ve hedefin gerçek yan açısı arasında ki açı farkı „Off-Boresight Angle” (OBA) olarak adlandırılır. (Türkçe’ye „nişanlanan hedeften sapma açısı” gibi çevrilebilir.)

3-boyutlu radarlarda üçüncü koordinat olarak Yükseklik Açısı ölçülebilmektedir. Yöntem burada iki defa kullanılmaktadır. Anten, yarısı üstte ve diğer yarısı altta olmak üzere iki grupta toplanmıştır. İkinci fark kanalına (ΔEl) „Delta Yükseklik” kanalı denilir.

Bir doğrusal antende bulunan elemanlar iki grupta toplanmıştır. Bu iki ayrı anten dizisi radar anten ekseninin (bu eksene İngilizce’de „Boresight Axis” denilir) her iki tarafına simetrik olarak yerleştirilmiştir. Gönderme (Tx) modunda tüm anten dizisi aynı fazda beslenir ve yukarıdaki resimde mavi renkle gösterilen Σ- veya toplam ışıma diyagram elde edilir.

Alma (Rx) modunda ilave bir alma kanalı mümkündür. İki ayrı anten dizisinden alınan sinyaller ile Σ- ışıma diyagramı (gönderilen toplam-diyagram gibi) ve fark ΔAz, yani Delta azimut- ışıma diyagramı hesaplanabilir. Bu anten diyagramı aynı resimde sarı renkle gösterilmiştir. Daha sonra her iki sinyal karşılaştırılır ve bunların farkı ile azimut açısı daha hassas hesaplanır.

II
 
 +ΔElAz 
 

I
 
 +ΔElAz 
 

III
 
 -ΔElAz 
 

IV
 
 -ΔElAz 
 

II
 
 +ΔElAz 
 

I
 
 +ΔElAz 
 

III
 
 -ΔElAz 
 

IV
 
 -ΔElAz 
 

Resim 5: Antenin dört dördüne (quadrant) dağılımı

Tek darbe antenleri şimdi dört dördünde (quadrant) toplanabilir:

Bu dört dördünden alınan sinyallerden aşağıda ki sinyaller oluşur:

Resmi tamamlayan,ancak tek darbe antenleriyle bir bağlantısı olmayan

adında bir kanal daha vardır. Yan topuzların dengelenmesini (compensation) sağlayan bu kanal, pratikte daima kendine özgü, ışıma diyagramı bilerek geniş tutulmuş, aktif gürültülerin tanınmasını sağlayan küçük bir antene de sahiptir.

Bütün bu sinyallerin kendisine özel olarak ayrılmış bir alıcı kanala ihtiyacı vardır. Modern 3-boyutlu radarlar en az, dört aktif paralel alıcı kanalla donatılmışlardır.