www.radartutorial.eu Principiile Radiolocaţiei

Receptorul superheterodină

Pentru a obţine informaţiile necesare din semnalul ecou, acesta trebuie transformat din frecvenţă foarte înaltă în videofrecvenţă. Această transformare este realizată cu ajutorul unui receptor superheterodină. Principalele elemente componente ale unui receptor superheterodină sunt prezentate în figura de mai jos:

FFI
FI
video
OL

Figura 1: Schema bloc a unui receptor superheterodină

FFI
FI
video
OL

Figura 1: Schema bloc a unui receptor superheterodină

Block diagram of a Superheterodyne
AFFI
FI
video
OL

Figura 1: Schema bloc a unui receptor superheterodină

Receptorul superheterodină transformă semnalul din radiofrecvenţă într-o frecvenţă mai joasă, numită frecvenţă intermediară. Semnalul în frecvenţă intermediară va fi amplificat şi demodulat pentru obţinerea semnalului video.

În figură este prezentată schema bloc a unui receptor superheterodină tipic. Semnalul de radiofrecvenţă care soseşte de la antenă la intrarea receptorului este aplicat la intrarea unui filtru. La ieşirea filtrului vor trece doar semnalele cu frecvenţa în banda de lucru a radarului. Aceste semnale sunt aplicate apoi etajului amestecător (mixer). Amestecătorul primeşte de asemenea un semnal de la oscilatorul local. Aceste două semnale sunt amestecate pentru obţinerea frecvenţei intermediare în urma procesului de heterodinare. Oscilatorul local este reglabil, astfel încât diferenţa între frecvenţa semnalului ecou şi frecvenţa semnalului de oscilator local este întotdeauna constantă. Această diferenţă de frecvenţă este chiar frecvenţa intermediară. Semnalul în frecvenţă intermediară este aplicat la un amplificator în frecvenţă intermediară. Semnalul amplificat este apoi aplicat la detector. Semnalul de la ieşirea detectorului este semnalul ecou în videofrecvenţă.

Etajul de frecvenţă foarte înaltă

Înaintea etajului amestecător este dispus un amplificator de frecvenţă foarte înaltă (AFFI), cu zgomot redus, pentru îmbunătăţirea sensibilităţii receptorului. Amplificatorul împreună cu un filtru preselector elimină semnalele cu frecvenţa în afara benzii de lucru a radarului, în special cele cu frecvenţa imagine. Limitele benzii de lucru ale AFFI sun alese astfel încât să elimine semnalele cu frecvenţa imagine.

O serie de sisteme radar mai vechi nu folosesc un preamplificator de frecvenţă foarte înaltă la intrarea receptorului; în acest caz semnalul ecou este aplicat direct la amestecător. Acest fapt implică unele dezavantaje. Receptoarele de acest primesc simultan cu semnalul ecou o serie de semnale parazite (interferenţe), ca de exemplu semnale ecou provenite de la două emiţătoare diferite.

Etajul amestecător

Amestecătorul (mixerul sau schimbătorul de frecvenţă) realizează conversia semnalului ecou din frecvenţă foarte înaltă în frecvenţă intermediară. Mixerul mai primeşte şi un semnal de la oscilatorul local (heterodina locală). Semnalul ecou şi semnalul de oscilator local sunt amestecate pentru obţinerea semnalului de frecvenţă intermediară.

  • farafr = frxfoscilator local
  • farafr = foscilator localfrx


Pentru a nu lua în considerare semnul frecvenţei, vom lua în calcul doar valoarea amplitudinii frecvenţei: ffi = | foscilator localfrx |

Din formulă rezultă apariţia unei frecvenţe de recepţie parazite, numită frecvenţă imagine. Diferenţa dintre frecvenţa imagine şi cea de oscilator local este egală tot cu frecvenţa intermediară.

Presupunând că frecvenţa intermediară are valoarea de 60 MHz, oscilatorul local va genera un semnal cu o frecvenţă cu 60 MHz mai mare decât a semnalului ecou. Ca exemplu, dacă receptorul este acordat pe o frecvenţă a semnalului ecou de 1030 MHz, atunci oscilatorul local va genera oscilaţii cu frecvenţa de 1090 MHz. În etajul de schimbare a frecvenţei, semnalul ecou este amestecat (heterodinat) cu semnalul de oscilator local, rezultând la ieşire semnalul ecou cu frecvenţa intermediară, în cazul nostru 60 MHz. Semnalul în frecvenţă intermediară este apoi amplificat în etajele de amplificare în frecvenţă intermediară şi apoi trimis la detector şi la etajele de videofrecvenţă.

Rezultă că orice semnal de la ieşirea schimbătorului (convertorului) de frecvenţă care are frecvenţa de 60 MHz va fi acceptat de amplificatoarele în frecvenţă intermediară şi amplificat.

În cazul receptoarelor fără amplificator sau filtru în frecvenţă foarte înaltă, la intrarea schimbătorului de frecvenţă vom avea şi alte semnale cu frecvenţa diferită de cea a semnalului ecou. În mod normal aceste semnale, în urma amestecului cu semnalul de oscilator local, vor avea o frecvenţă diferită de 60 MHz, în afara benzii pe care sunt acordate amplificatoarele de frecvenţă intermediară, fiind astfel rejectate. Totuşi, dacă la intrarea amestecătorului va exista un semnal parazit cu frecvenţa de 1150 MHz, prin amestecul cu semnalul de oscilator local va rezulta un semnal cu frecvenţa tot de60 MHz (1150 - 1090 = 60). Acest semnal va fi prelucrat de amplificatoarele în frecvenţă intermediară şi va fi afişat pe indicatoare. Acest semnal parazit poartă numele de semnal pe frecvenţa imagine..

IF Filter

Filtrul FI este un filtru acordat pe frecvenţa intermediară, ce are rolul de a selecta semnalul de frecvenţă intermediară din multitudinea de semnale de diferite frecvenţe, ce apar în urma amestecului.

Banda de trecere a filtrului FI este cât mai îngustă posibil, fără a afecta semnalul ecou. În cazul în care se lucrează cu impulsuri de durate diferite, ca de exemplu impulsuri short-range şi long-range, banda filtrului trebuie să acopere banda de trecere a celor două impulsuri diferite.

Amplificatoarele în frecvenţă intermediară (AFI)

După conversia în frecvenţă intermediară, semnalele ecou sunt amplificate în câteva etaje amplificatoare în FI. Cea mai mare parte a amplificării unui receptor este dată de amplificatoarele în FI. Banda de trecere a receptorului este determinată de banda de trecere a etajelor AFI. Amplificatoarele în FI trebuie să aibă o amplificare variabilă, astfel încât să asigure la ieşire o amplitudine constantă a semnalelor, chiar dacă la intrare semnalele au amplitudini diferite. Reglarea amplificării este realizată cu ajutorul unor circuite dedicate de reglare automată a amplificării.

Detectorul
anvelopă
frecvenţă înaltă

Figura 2: Anvelopa impulsului RF

Scan from a screen of an oszilloscope. 
(click to enlarge: 640·480px = 22 kByte)
anvelopă
frecvenţă înaltă

Figura 2: Anvelopa impulsului RF

Detectorul (demodulatorul) are rolul de a transforma impulsurile de frecvenţă intermediară în impulsuri de videofrecvenţă.


Figura 3: Configuraţie simplă de detector

Configuraţie simplă de detector
Figura 3: Configuraţie simplă de detector

Cea mai simplă configuraţie de detector este detectorul cu diodă. Acesta extrage anvelopa impulsului de FI:

Condensatorul are rolul unui filtru trece jos, blocând frecvenţa intermediară.

În afară de exemplul nostru cu modulaţie în amplitudine a semnalelor, radarele pot utiliza şi alte tipuri de modulaţie a impulsurilor.

Amplificatorul video

Amplificatorul video primeşte impulsurile de videofrecvenţă de la detector şi le amplifică până la valoarea necesară sistemelor de afişare. Majoritatea circuitelor utilizează tranzistoare cu amplificare mare. Amplificatoarele video au o bandă de frecvenţă largă. De la ieşirea amplificatorului video, impulsurile sunt aplicate la indicatoare pentru a fi afişate.

Oscilatorul local

Oscilatorul local, numit şi heterodină locală, generează o oscilaţie continuă care va fi amestecată cu semnalul ecou de frecvenţă foarte înaltă, pentru a obţine semnalul ecou în frecvenţă intermediară.

Majoritatea receptoarelor radar utilizează frecvenţe intermediare de ordinul zecilor de megaherţi, în general cuprinse între 30 şi 75 MHz. Frecvenţa intermediară rezultă în urma amestecului semnalului de oscilator local cu semnalul ecou. Rezultă că oscilatorul local este esenţial pentru buna funcţionare a unui receptor superheterodină şi de aceea trebuie să fie acordabil şi foarte stabil în frecvenţă. De exemplu, dacă frecvenţa semnalului de oscilator local este de 3000 MHz, o variaţie a frecvenţei de 0,1 % va produce o modificare a frecvenţei cu 3 MHz. Această valoare este comparabilă cu lăţimea benzii majorităţii receptoarelor, efectul fiind o scădere a amplificării receptorului.

Puterea necesară a semnalelor de oscilator local este în general redusă (20 to 50 mW), deoarece majoritatea receptoarelor folosesc amestecătoare cu diode semiconductoare, care funcţionează la puteri mici.

Frecvenţa semnalului oscilatorului local trebuie să fie acordabilă într-o gamă de câţiva gigaherţi. Oscilatorul local trebuie să compenseze orice variaţie de frecvenţă a emiţătorului, astfel încât frecvenţa intermediară să fie menţinută la o valoare constantă. Modificarea frecvenţei oscilatorului local în funcţie de variaţiile frecvenţei emiţătorului este realizată cu ajutorul circuitului de reglare automată a frecvenţei (RAF). Reglarea frecvenţei se realizează în general prin modificarea tensiunii de alimentare a oscilatorului local.

Frecvenţa oscilatorului local poate fi mai mare sau mai mică decât frecvenţa semnalului ecou. Astfel, întâlnim două configuraţii de receptor superheterodină: supradină şi infradină.