www.radartutorial.eu Radar Temelleri

Tam Evreuyumlu Radar

Dubleks
Cihaz
Gürültü
Seviyesi Düşük
Ön Yükseltici
1. Ara Frekans
Yükselteci
Güç
Yükselteci
2. Ara Frekans
Yükselteci
Sinyal
İşlemcisi
Frekansı Yukarı
Kaydıran
Karıştırıcı
Frekans
Birleştiricisi
Frekansı Yukarı
Kaydıran
Karıştırıcı
Faz
Algılayıcı
Analog/Sayısal
Dönüştürücü
Karıştırıcı/
Uyartıcı
Dalga
Biçimleme
Üreteci
Ana
Osilatör
Eşzamanlayıcı

Resim 1: Bir tam evreuyumlu radarın basit blok şeması

Dubleks
Cihaz
Gürültü
Seviyesi Düşük
Ön Yükseltici
1. Ara Frekans
Yükselteci
Güç
Yükselteci
2. Ara Frekans
Yükselteci
Sinyal
İşlemcisi
Frekansı Yukarı
Kaydıran
Karıştırıcı
Frekans
Birleştiricisi
Frekansı Yukarı
Kaydıran
Karıştırıcı
Faz
Algılayıcı
Analog/Sayısal
Dönüştürücü
Karıştırıcı/
Uyartıcı
Dalga
Biçimleme
Üreteci
Ana
Osilatör
Eşzamanlayıcı

Resim 1: Bir tam evreuyumlu radarın basit blok şeması

ant dup lna zf1 scr amp mx1 mx2 zf2 rdp uc1 fsy uc2 syd adc mx3 wfg mcl cnt acp acp tp1 tp2 tp3 tp4 tp5 tp6 l75 l75 cnt fxf fxf fxf fxf fxf fxf fxf
Gürültü Seviyesi
Düşük Ön
Yükseltici
2. Ara Frekans
Yükselteci
TP1
TP2
TP3
TP4
TP5
TP6

Resim 1: Bir tam evreuyumlu radarın basit blok şeması (Etkileşimli resim)

Tam Evreuyumlu Radar

Bir tam evreuyumlu radarda gerekli tüm saat darbeleri ve frekanslar çok yüksek bir kararlılığa sahip ana osilatörden sağlanır ve bu nedenle osilatörün salınımı ile eşzamanlıdır. Tüm türetilen frekansların faz açısı bu osilatörle uyumludur.

Yukarıda ki blok şeması tam evreuyumlu (full coherent) bir radarın çalışma prensibini göstermektedir. Temel prensip şöyledir: Ana üreteçten hali hazırda düşük güç seviyesindeki tüm zamansal ve fazsal kritik sinyaller alınır ve böylece bir en uygun evreuyumlu sistem ortaya çıkar. Gönderici tipik olarak bir klistron veya yürüyen dalga tüpleri çıkış katlarından ya da yarı iletken yükselteç modüllerinden meydana gelir. Bir tam evreuyumlu radarda, önceki bölümlerde bahsedilen sözde evreuyumlu (pseudo coherent) radara özgü sınırlamalarla karşılaşmayız.

Resimde gösterilen muhtelif modüller işlevlerine göre farklı renkteki arka plan renklerinde toplanmışlardır, örneğin göndericiler (mavi), alıcılar (yeşil), sinyal üreteçleri (pembe) ve radar sinyal işlemcileri (toprak rengi) gibi. Bireysel alt yapı gruplarının hangisine ait olduğu üretici firmasına göre farklı olabilir.

Evreuyum kavramı radar aygıtlarında optik biliminde ele alındığından çok daha farklı bir işleve sahiptir. Optik biliminde bir girişim içinde gerçekleşebileceği bir evreuyum uzunluğu vardır. Bu evreuyum uzunluğu radarlarda pratik olarak sonsuzdur. Ana osilatör burada kesintisiz salınan bir dipolle mukayese edilebilir. Bu sürekli salınımdan daima bir parça kesilir ve sonrasında bir gönderim darbesi olarak kullanılır. Göndericide istenmeyen faz sıçramaları ve keza polarizasyon değişiklikleri mümkün değildir. Örneğin bir uydu radarında tüm yankı sinyalleri (aynı mesafedeki) hangi darbe periyodundan ve hatta hangi yer yörüngesinde kaynakladığından bağımsız olarak hem birbirleri ile hem de gönderim frekansına evreuyumludurlar. Evreuyum uzunluğu bu bakımdan pratikte sonsuzdur ve radarın devre dışı kalmasıyla birlikte sona erer.

Modüllerin Çalışma Şekillerinin Tanıtılması
Dubleks Cihaz

Dubleks cihaz anteni sinyal gönderim anında göndericiye, sinyal alım anında ise alıcıya anahtarlayan bir cihazdır. Gönderme anında hassas alıcı devrelerinin yüksek gönderme gücünden korunması gerekir. Alım anında ise göndericinin zaten zayıf olan dönüş sinyallerini daha da zayıflatmasının önüne geçilmelidir.

Gürültü Seviyesi Düşük Ön Yükseltici

Gürültü Seviyesi Düşük Ön Yükseltici (Low-Noise Preamplifier LNA) çok düşük seviyedeki giriş sinyallerini yükseltir. Ardından gelen yükseltici katlarında gürültü daha da artacağından bu katın gürültüsünün çok düşük olması gerekir! Kazanç seviyesi yaklaşık 18 ila 25 dB arasındadır. Daha büyük bir kazanç seviyesi alıcının dinamik çalışma bölgesini kötüleştirebilir ve yüksek giriş sinyallerinde, eğer uygun kazanç kontrol yöntemleri uygulanmamışsa bu katı takip eden diğer katları aşırı seviyede sürebilir.

Karıştırma Katı

Karıştırma katı alınan yüksek frekanslı sinyalleri daha düşük, daha kolay işlenebilen bir ara frekansa (IF) çevirir. Geniş bantlı gönderim sinyaline ve çiftli süperheterodin alıcıya sahip modern radarlarda birinci ara frekansın merkez değeri 450 MHz, ikincisininki ise 75 MHz kadardır. Daha eski radarlarda bu frekansın değeri 30 ila 60 MHz arasındadır. Bir fark frekansını üretmek üzere, alınan sinyal osilatör frekansı ile girişir. Bu karıştırma esnasında alınan sinyalin genlik ve faz açısı bilgileri kaybolmaz.

Ara Frekans Yükselteci

Ara frekans seviyesine düşürülen sinyal, birden fazla sayıdaki ara frekans yükselteç katlarında yükseltilir. Genellikle çok geniş bantlı ara frekans yükselteci olan 1. Ara Frekans Katında eşlenik frekansların alınması engellenir. Çok yüksek gönderim frekanslarında otomatik yükselteç devreleri, örneğin Duyarlılık Zaman Kontrol Devresi (STC) burada yükseltecin girişine konuylur. Esas yükseltme işlemi 2. Ara Frekans Katında olur. Birinci ara frekans katları genellikle dar bantlıdır. Alıcının tüm-bant genişliğini bu ara frekans yükselteç katı belirler.

Güç Yükselteci

Bu sistemde gönderim darbesi, Dalga Biçimleme Üreteci tarafından daha küçük güçte üretilir ve ardından yükselteç vasıtasıyla gereken seviyeye yükseltilir. Sistem klistron- ya da yürüyen dalga tüpü çıkış katlarından veya ardışık (cascade) biçimde dizilmiş yarı iletken yükselteç modüllerinden meydana gelir.

Frekans Birleştiricisi

Frekans Birleştiricisi (Frequency Synthesizer) ana osilatörden radarın frekans ataklığı için gerekli olan değişik temel frekansları üretir. Daha eski radarlar ise genellikle bir analog birleştirici kullanırlar. Daha modern radarlarda ise Faz Kilitlemeli Devre (Phase Lock Loop, PLL) mimarisi kullanılmaktadır.

Karıştırıcı/Uyartıcı

Bu karıştırma katı art arda bağlanmış (cascaded) karıştırma katlarından ilkidir ve alıcının ara frekansının merkez frekans değerinde modüle edilmiş darbe biçimlerini üretir. Bu katın giriş sinyalleri; Dalga Biçimleme Üretecinden gelen mevcut dalga biçiminin aynı faz ve kuadratik fazdaki (I- and Q-phase) sinyalleri ve bu dalga biçiminin süresi boyunca örneklenen Sürekli-Dalga (Continious Wave, CW) salınımıdır. Bu kat önceden belirlenmiş bir faz kaymasına sahip ve fazı kararlı bir sinyal üretir.

Dalga Biçimleme Üreteci

Dalga Biçimleme Üreteci hazırdaki gönderim darbesini düşük güçte hazırlar. Bu işlem ara frekans değerinde yapılır. Bu kat, keza darbe sıkıştırma tekniğindeki işlemelere uygun karmaşık darbe biçimlerinin modülasyonuna imkân sağlar.

Faz Algılayıcı

Faz algılayıcısı (Phase Detector), faz bilgilerini I- ve Q- yöntemi ile (ilki kendi fazındaki sinyal bileşeni, ikincisi λ/4 açı farklı „kuadratik” bileşeni; „In-Phase and Quadrature Sinusoidal Components”) bağlı olarak, ara frekans sinyalini temel frekans bandına kayacak şekilde Doppler frekans işlenmesinde kullanılmak üzere karıştırır.

Analog/Sayısal Dönüştürücü

Analog/Sayısal Dönüştürücü alıcıdaki video sinyal genliklerini sayısal kelimelere dönüştürür. En küçük bir menzil hücresine (range cell) ve iyi bir menzil çözünürlüğüne ulaşılabilmesi için örnekleme hızının yeterince yüksek olması gerekir.

Sinyal İşlemcisi

Sinyal işlemcisi, radarların hedefe ait bilgilerinin yansıma sinyallerinden, gürültülerden ve parazitlerden süzerek işleyen bir elemandır. Bu eleman güçlü bir işlemci nüvesi olabilir veya birbirine bağlı çok hızlı mantık devrelerinden meydana gelebilir. Hedefe ait bilgiler bir konumdan-bağımsız ekran görüntüsüne imkân veren çizgi ve izlerden (plots and tracks) oluşan standart bir formata dönüştürülür.

Radar Ekranı/Monitör

Radar ekranı, radar hedeflerinin konumlarının gerçek zamanlı olarak grafiksel olarak gösterildiği bir ekrandır. İsteğe bağlı olarak ekranda, hedefin kimlik bilgisi ve rotası gibi ilave bilgilerde yer alabilir. Günümüzde radar ekranı bir büyük bilgisayar monitörüne dönüşmüş bulunmaktadır.