www.radartutorial.eu Grundlagen der Radartechnik

Modulator

Um einen kurzen Sendeimpuls hoher Leistung zu erzeugen, wird ein spezieller Modulator benötigt, der genau zum Sendemoment eine Hochspannung für die Senderöhre erzeugt. Dieser Radarmodulator schaltet praktisch für die Dauer des Sendeimpulses nur die Anodenspannung für die Senderöhre zu. Deshalb wird er manchmal auch „keyed on/off“ Radarmodulator genannt.

Meist werden mit einem solchen Modulator selbstschwingende Hochleistungsgeneratoren angesteuert. Jedoch auch mit Kreuzfeldverstärkern (Amplitron) bestückte Hochleistungsverstärker benötigen einen solchen Radarmodulator.

Hoch-
spannungs-
erzeugung
Ladediode
Ladedrossel
Laufzeitkette
C1
R1
Thyratron
Impulstransformator

Bild 1: Prinzipschaltbild

Hoch-
spannungs-
erzeugung
Ladediode
Ladedrossel
Laufzeitkette
C1
R1
Thyratron
Impulstransformator

Bild 1: Prinzipschaltbild

Hoch-
spannungs-
erzeugung
Ladediode
Ladedrossel
Laufzeitkette
C1
R1
Impulstransformator
Hochspannung Ladediode ladedrossel Laufzeitkette Thyratron R/C-Kombination Impulstrafo

Bild 1: Prinzipschaltbild (interaktives Bild)

Ladediode Heiztrafo für das Thyratron Laufzeitkette Thyratron

Bild 2: Modulator der P-18

Dieser Modulator benutzt zur Energiespeicherung eine Laufzeitkette. Diese Laufzeitkette wird auf dem Ladeweg mit Hilfe des Magnetfeldes der Ladedrossel auf die doppelte Spannung des Hochspannungsnetzteils aufgeladen. Diese Ladedrossel begrenzt gleichzeitig den Ladestrom. Damit nach erfolgter Aufladung der Laufzeitkette diese sich nicht über den Innenwiderstand des Netzteils entlädt, ist eine Ladediode eingefügt.

Das Thyratron arbeitet als elektronischer Schalter und wird durch einen nadelförmigen Impuls gesteuert. Die R-C Kombination trennt gleichspannungsmäßig den Thyratroneingang von der Vorstufe. Der Impulstrafo dient zur Widerstandsanpassung während des Entlademomentes .

Bild 2: Modulator der P-18

Hoch-
spannungs-
erzeugung
Laufzeitkette
Magnetfeld

Bild 3: Ersatzschaltbild Ladeweg

Hoch-
spannungs-
erzeugung
Laufzeitkette
Magnetfeld

Bild 3: Ersatzschaltbild Ladeweg

Der Ladeweg

Als Ausgangszustand wird angenommen, dass die Schaltung spannungslos ist. In der Grafik ist das Thyratron als offener Schalter dargestellt.

Nach dem Einschalten (der olivgrüne Spannungssprung im Diagramm) fließt der Strom über die Ladediode, dann über die Ladedrossel und lädt die Kondensatoren der Laufzeitkette auf. Die Spulen der Laufzeitkette haben jetzt noch eine untergeordnete Funktion. Die Induktivität der Ladedrossel aber setzt dem Einschaltstrom einen großen induktiven Widerstand entgegen und baut ein starkes Magnetfeld auf. Das Aufladen der Kondensatoren folgt einer Exponentialfunktion (grün dargestellt). Dem überlagert sich die Gegeninduktion der Ladedrossel.

Spannungsüberhöhung durch das Magenetfeld
(geschaltete
Spannung)
Ladekurve eines Kondensators
(ohne Ladedrossel)
Ladekurve
ohne Ladediode
UC

Bild 4: Diagramme Ladeströme

 
Spannungsüberhöhung durch das Magenetfeld
(geschaltete
Spannung)
Ladekurve eines Kondensators
(ohne Ladedrossel)
Ladekurve
ohne Ladediode
UC

Bild 4: Diagramme Ladeströme

 UC = U0 · (1 - cosωr · t)
ωr2= 1 (1)

LDr · ΣC

Ab dem Moment, in dem die Kondensatoren sich auf die durch das Netzteil gelieferte Spannung aufgeladen haben, verringert sich der Ladestrom und das in der Ladedrossel befindliche Magnetfeld bricht zusammen. Damit wird durch die nun folgende Induktion eine zusätzliche Spannung erzeugt, die die Kondensatoren weiter auflädt, bis das Magnetfeld völlig zusammengebrochen ist. Nun würden sich die Kondensatoren wieder über das Netzteil entladen (hellblaue Kurve), aber die Ladediode sperrt diese Stromrichtung und die Energie bleibt somit in den Kondensatoren gespeichert.

Der Entladeweg
Laufzeitkette
C1
R1
Thyratron
(gezündet)
Impulstransformator

Bild 5: Ersatzschaltbild Entladeweg

Laufzeitkette
C1
R1
Thyratron
(gezündet)
Impulstransformator

Bild 5: Ersatzschaltbild Entladeweg

Nachdem die Laufzeitkette aufgeladen wurde, kann über die R-C Kombination ein Zündimpuls an das Thyratron geführt werden. Das Thyratron zündet und es fließt der Entladestrom über den Impulstrafo.

Der 1. Kondensator beginnt sich über das gezündete Thyratron und den Impulstrafo zu entladen. Das würde nach einer Exponentialfunktion erfolgen, doch jetzt wirkt die Gegeninduktion der Spulen in der Laufzeitkette: er wird durch die anderen Kondensatoren leicht verzögert nachgeladen.

Entladekurve
eines Kondensators
Entladekurve
einer Laufzeitkette
τ

Bild 6: Diagramme Entladeströme

Entladekurve
eines Kondensators
Entladekurve
einer Laufzeitkette
τ

Bild 6: Diagramme Entladeströme

Für die Dauer τ fließt also ein Strom durch den Impulstrafo. Auf der Sekundärseite kann ein Hochspannungsimpuls für die Senderöhre abgegriffen werden, die dann genau für diese Zeit auf der Sendefrequenz schwingt. Das Überschwingen am Ende der Entladungskurve wird durch die Induktivitäten der Schaltung verursacht.

Am effektivsten wird die Energie übertragen, wenn der Innenwiderstand der Laufzeitkette gleich dem Innenwiderstand des Impulstransformators ist. Somit erhält der Impulstransformator nur die Hälfte der Spannung, der andere Teil fällt über dem Innenwiderstand der Laufzeitkette ab.