www.radartutorial.eu Grundlagen der Radartechnik

Radarsender

Aufgaben eines Radarsenders

Der Radarsender erzeugt einen kurzen, hochfrequenten Impuls mit hoher Leistung. Von einem Radarsender werden folgende technische Eigenschaften gefordert:

Kern des Radarsenders ist immer die Hochleistungsendstufe, deswegen werden in diesem Kapitel vorwiegend die verschiedenen Möglichkeiten der Leistungserzeugung behandelt.

Selbstschwingende Hochleistungsgeneratoren

Eine oft verwendete Senderbauart ist der selbstschwingende Oszillator wie beispielsweise ein Magnetronsender, der durch einen Hochspannungsimpuls geschaltet wird. Dieser Hochspannungsimpuls als Spannungsversorgung für den Sender wird durch einen speziellen „keyed Radarmodulator“ bereitgestellt. Dieses Sendesystem wird auch POT (Power-Oszillator-Transmitter) genannt. Radargeräte mit einem POT sind entweder nicht kohärent oder pseudokohärent. (Der Begriff Kohärenz hat wesentliche Bedeutung bei der Messung von Geschwindigkeiten im Doppler-Radar.)

Bild 1: Ein pseudokohärenter Sender aus der P-37

Permanentmagnet Permanentmagnet Magnetron Steuerblock für die Stromversorgung Hohlleiterabschnitt mit Druckluftschlauch Hochspannungstransformator Modulatorblock Thyratron Ladediode Laufzeitkette Impulstransformator Hochspannungskondensator Hochleistungswiderstände

Bild 1: Ein pseudokohärenter Sender aus der P-37

Hier wird ein Sendeschrank aus dem historischen russischen Radargerät P-37 „Bar Lock” gezeigt. Das ist ein typischer (POT-) Sender mit einem Magnetron als Hochleistungsoszillator, der seine HF-Energie direkt in ein Hohlleitersystem speist. Dieses Magnetron mit seinen starken Permanentmagneten sehen Sie in der mittleren Ebene des Sendeschrankes. Rechts daneben befindet sich der Modulatorblock mit dem Thyratron. In der unteren Ebene befinden sich der Impulstransformator, die Laufzeitkette mit der Ladediode und der Hochspannungstransformator.

Von diesen Senderschränken hatte das Radargerät 5 Stück in Betrieb, drei speisten die untere Antenne, zwei die obere Antenne. Zur Kühlung wurde der ganze Schrank von einem Luftstrom durchzogen, deren Ventilatoren an der Außenwand der Kabine befestigt waren. Ein Öffnen der Schranktüren schaltete die Hochspannung ab. Wurde die Tür sehr weit geöffnet, dann wurden durch eine mechanische Vorrichtung sogar die hochspannungsführenden Baugruppen durch einen Kurzschluss entladen.


Sender als Hochleistungsverstärker

Ein weiteres System ist der PAT (Power-Amplifier-Transmitter). Bei diesem Sendersystem wird in einem Waveform- Generator der Sendeimpuls mit kleiner Leistung erzeugt und nachfolgend mit einem Verstärker (Amplitron, Klystron, Wanderfeldröhre oder einem Solid-State-Amplifier) auf die nötige Leistung gebracht. Radargeräte mit einem PAT sind in den meisten Fällen vollkohärent.

Ein Sonderfall des PAT ist die aktive Antenne, bei der entweder jedes einzelne Antennenelement oder bei der Gruppen von Antennenelementen mit einem eigenen Verstärker ausgestattet sind.

Solid-state Transmit/Receive Module sind attraktive Baugruppen für die Konstruktion von Radargeräten mit aktiven Phased Array Antennen. Trotzdem bleibt die Anwendung der Röhrentechnologie aktuell, vor allem, weil sie ein noch bedeutend höheres Leistungsspektrum als die Halbleitertechnik bietet.

Übersicht

Die folgende Tabelle vergleicht die derzeit in der Radartechnik verwendeten Senderbauarten:

Technologie obere Grenzfrequenz Impuls-/ Durch-   
schnittsleistung
typische Verstärkung typische Bandbreite
POT Magnetron 95 GHz 1 MW / 500 W )¹ - Fixed…10%
Impatt diode 140 GHz 30 W / 10 W )¹ - Fixed…5%
Extended interaction oscillator (EIO) 220 GHz 1 kW / 10 W )² - 0.2% (elec.)
4% (mech.)
PAT Helix traveling wave tube (TWT) 95 GHz 4 kW / 200 W )¹ 40…60dB eine bis mehrere Oktaven
Ring-loop TWT 18 GHz 8 kW / 400 W )¹ 40…60dB 5…15%
Coupled-cavity TWT 95 GHz 100 kW / 25 kW )¹ 40…60dB 5…15%
Extended Interaction Klystron (EIK) 280 GHz 1 kW / 10 W )² 40…50dB 0.5…1%
Klystron 35 GHz 50 kW / 5 kW )¹ 30…60dB 0.1…2% (inst.)
1…10% (mech.)
Kreuzfeldverstärker (CFA) 18 GHz 500 kW / 1 kW )¹ 10…20dB 5…15%
Silizium BJT Halbleiter 5 GHz 300 W / 30 W )³ 5…10dB 10…25%
GaAs FET Halbleiter 30 GHz 15 W / 5 W )¹ 5…10 dB 5…20%
)¹ gemessen im X-Band
)² gemessen bei 95 GHz
)³ gemessen bei 1 GHz

Tabelle 1: Sender Technologien für Pulsradargeräte
Quelle: Tracy V. Wallace, Georgia Tech Research Institute, Atlanta, Georgia.