www.radartutorial.eu Radar Temelleri

Kazanç Kontrol Yöntemleri

Bir radar istasyonunda ki yükselticinin çok fazla işlevi yerine getirmesi beklenir. Yükseltici çok düşük seviyede ki bir sinyalle çalışması ve aynı zamanda çok yüksek seviyeli bir sinyalle aşırı sürülmemesi (overdriving) gerekir. Bu açıdan bazı özel yükseltme kuralları geliştirlmiştir:

  Türkçe İngilizce Rusça Almanca
STC Duyarlılık
Zaman
Kontrolü
sensitivity
time
control
Временная
Автоматическая
Регулировка
Усиления
entfernungs- (also: zeit-) abhängige
automatische Verstärkungsregelung
(Siemens- Neudeutsch: GTC: Gain Time Control)
AGC Otomatik
Kazanç
Kontrolü
automatic
gain
control
Шумовая
Автоматическая
Регулировка
Усиления
rauschabhängige
Automatische
Verstärkungs-
Regelung
MGC Ana
Kazanç
Kontrolü
main
gain
control
Ручная
Регулировка
Усиления
Handregelung
log amp Logaritmik
Yükselteç
logarithmic
amplifier
  logarithmischer Verstärker

Tablo 1: Yükseltme kuralları

Zaman Duyarlılık Kontrollü Yükselteç (STC)

Resim 1: STC-Diyagramı: Kazanç zamanın bir fonksiyonu olarak görülüyor.

Resim 1: STC-Diyagramı: Kazanç zamanın bir fonksiyonu olarak görülüyor.

Bir Darbe Tekrarlama Süresinin alım evresinin başlangıcında yakın mesafelerde ki yansımalar alıcıya ulaşır ve bu nedenle söz konusu sinyallerin genlikleri çok yüksektir. Alım evresinin sonuna doğru ulaşan sinyallerin genlikleri, bu sinyallerin uzak mesafelerde ki hedeflerden gelmesinden ötürü küçüktürler.

Zaman Duyarlılık Kontrollü yükselteçte yükseltme işlemi, alım evresince sürekli artar. Kazanç oranı da gene zamana bağımlıdır. Aşağıda ki resimde zamana ve benzeri şekilde menzile bağımlı olan olan bir yükseltme işleminin prensibi gösterilmiştir. İdeal koşullarda kazanç katsayısı V, R4 (menzil) ile doğru orantılıdır. Pratikte, bir kondansatörün üstsel (exponential) dolum eğri karakteristiği bu işleme çok yakındır.

Bazı radar cihazlarında zamana bağımlı bir yükseltme yerine, pekala zamana bağımlı bir zayıflamada söz konusu olabilir. Bu bağlamda ortaya çıkan yakın-yansıma-zayıflamasıdır. Zaman Duyarlılık Kontrolünde gerilimin etkisi genellikle 50 mille sınırlı kalmaktadır. Bunun nedeni 50 mil gibi yakın bölgedeki hedeflerin alıcıyı doyuma sürmesidir. 50 milden daha uzak hedeflerden gelen yansıma sinyallerin alıcının normal çalışmasını olumsuz etkilemez.

Otomatik Kazanç Kontrolü
Signalweg
Regelspannung
ZF
ZF
CL
IGes
Ra
Ua

Resim 2: Blok şeması

Signalweg
Regelspannung
ZF
ZF
CL
IGes
Ra
Ua

Resim 2: Blok şeması

Blok şeması: Yükselteç çıkışından örneklenen gerilim doğrultularak kontrol devresine geri beslenir.
Signalweg
Regelspannung
ZF
ZF
CL
IGes
Ra
Ua

Resim 2: Blok şeması

Bu tip yükseltme yönteminde faydalı sinyalden, bir yada birden fazla yükselteç katını kontrol etmekte kullanılan bir kontrol gerilimi kazanılır. Bu kontrol gerilimi bir geri besleme yapılmadan önce bir diyot-kondansatör devresi ile doğrultulur. Böylece bu devre çok gecikmeli bir karaktere sahip olmakta ve birden fazla sayıda darbe tekrarlama sürelerinde sabit bir kontrol gerilimi sağlayabilmektedir. Pratikte alıcı üzerindeki, alıcıyı aşırı sürmeye götüren gürültülerin etkisini hafifletmek için bu tür devreler kullanılmaktadır.

Kazanç kontrolü, çok değişken genliklere sahip sinyallerin en iyi alınabilmesi için gereken alıcı duyarlılığının ayarlanmasında gereklidir. Normal işletme sırasında Otomatik Kazanç Kontrolü (AGC) veya Anlık Otomatik Kazanç Kontrolü (IAGC „Instantaneous Automatic Gain Control”) nin karmaşık türleri kullanılır. Otomatik Kazanç Kontrolünün en basit tipinde, ara frekans yükseltecinin yanlılığı (biası) ve kazancı, alınan sinyalin ortalama değerine göre ayarlanır. Otomatik Kazanç Kontrolünde kazanç, alınan en büyük sinyalle kontrol edilir. Aynı anda birkaç radar sinyali alınıyorsa, en zayıf sinyal en fazla önem kazanan sinyal olabilir. Anlık Otomatik Kazanç Kontrolü yöntemi, her sinyal için alıcıyı ayarlaması nedeniyle daha sıklıkla kullanılır.

Otomatik Kazanç Kontrol devreleri aslında geniş bantlı bir DC yükselteçtir. Alınan radar sinyallerinde genlikler değiştikçe anlık olarak ara frekans yükseltecinin kazancını kontrol eder. Sonuçta Anlık Kazanç Kontrolünde zayıf sinyaller tam yükseltilir ve kuvvetli sinyallerin yükseltilme oranı azaltılır. Kazancın kontrol edildiği ara frekans katlarının sayısı Anlık Otomatik Kazanç Kontrolünün çalışma bölgesini sınırlar. Eğer bu sayı bir ise, çalışma bölgesi yaklaşık 20 dB ile sınırlıdır. Eğer bu sayı birden fazla ise, kazanç yaklaşık 40 dB olmalıdır.

Ana Kazanç Kontrol

Bu çoğu kez, sadece bir kontrol geriliminin en iyi ayarlandığı bir potansiyometreden ibarettir. Sıklıkla bu ayar küçümsenir ve yanlış kullanılır.

Alıcı duyarlılık ayarını sonuna kadar getirmenin faydası yoktur. Bunu yaptığımızda hedefler ekrandan kaybolacaktır! Ve ekranda görülecek olanlar; aşırı sürülmüş, daha zayıf, gürültünün boğduğu hedef sinyalleri olacaktır. Hatta, ekranda (PPI-Scope) daha fazla bir yükseltme işlemi sonunda aşırı sürülmüş bölgeler karanlık bile kalacaktır.

Doğaldır ki bir alıcının kazancının olabildiğince yüksek olması istenir,
fakat: bu seviye, aynı şekilde diğer sinyaller gibi yükseltilen gürültülerin rahatsızlık yaratamayacağı kadar olmalıdır!

Optimal bir yükseltme ayarı için öneriler:

  1. Ekran video ve parlaklık ayarı en aza (sola) getirilmeli
  2. Parlaklık ayarı, sapma ışını algınabildiği sürece en sağa getirilmeli.
  3. Video (kazanç) ayarı, ilk gürültü izleri ekranda sezilene kadar sağa getirilmeli.
  4. Eğer gözler parlaklık seviyesine alışmış ise, birinciden üçüncüye kadar olan adımlar yarım saat sonra bir daha tekrarlanmalıdır
Logaritmik yükselteç

Yansımalarda ki sinyal seviye değişikliklerini azaltmak için bir olası yöntem ise logaritmik yükselteç kullanmaktır. Bu yükseltecin adı çalışma karakteristik eğrisinin logaritmik biçimde olmasından kaynaklanmaktadır. Bir logaritmik yükselteçte küçük sinyaller kuvvetli, büyük sinyaller tam tersi daha az kuvvetlice yükseltilir. Böylece daha yüksek bir duyarlılıkta bile, çok kuvvetli yansıma sinyallerini bozunumsuz (distortion-free) işlemek mümkün olabilmektedir.

ZF-Filter
ZF
ZF-Verstärker
Schwellwertschaltungen
Video
Ua
Iges
Ra
Ua
I1
I2
I3
I4
I5

Resim 3: Logaritmik yükseltecin blok şeması

ZF-Filter
ZF
ZF-Verstärker
Schwellwertschaltungen
Video
Ua
Iges
Ra
Ua
I1
I2
I3
I4
I5

Resim 3: Logaritmik yükseltecin blok şeması

Blok şeması: Burada bir ara frekans süzgecinin ilerisinde beş adet Ara Frekans Yükselteci bulunmaktadır. Bu yükselteçlerin her birinin ikinci çıkışı kendi eşik değer devresine bağlanmıştır. Bu eşik değer devrelerinin çıkışları paralel bağlı olup, bir çıkış direncinde toplanırlar, buradanda logaritmik yükseltecin çıkış gerilimi alınır
ZF-Filter
ZF
ZF-Verstärker
Schwellwertschaltungen
Video
Ua
Iges
Ra
Ua
I1
I2
I3
I4
I5

Resim 3: Logaritmik yükseltecin blok şeması

Logaritmik yükselteç çok sayıda ardışıl bağlı (cascade) yükselteç katlarından oluşur. Bu yükselteç katlarının sayısı yükseltecin dinamiğini belirler. Toplam yükselteçlerin çalışma eğrisi yaklaşık logaritmik karakterlidir. Böylece sinyal giriş genliğine bağımlı bir kazanç katsayısı ortaya çıkar.

Bir yükselteç katı aşırı sürüldüğü sürece, sinyal bozunumuna bağlı olarak yükselteç katının alt çıkışında bir doğru gerilim meydana gelir. Doğru gerilimin belirli bir seviyesinde, eşik-değer- devresi (threshhold-value circuit) tetikleme yapar ve Ra direnci üzerinden bir akım akar. Benzeri şekilde takip eden diğer tüm katlarda aşırı sürülür ve bu yüzden yükseltmeye katkıları olmaz, bununla beraber, her biri akıma katkıda bulunur. Bu akımların eklenerek meydana getirdiği Itoplam akımı, Ra direnci üzerinden akar.

Pratikte, bir alıcıda pekala hem Duyarlılık Zaman Kontrol (STC) yükselteci, hemde logaritmik yükselteç birlikte kullanılmaktadır.

Dinamik STC Eğrisi
Gain
Range
Azimuth
Region of high clutter

Resim 4: Dinamik STC-eğrisi diyagramı

Diagramm von dynamischen STC-Kurven
Gain
Range
Azimuth
Region of high clutter

Resim 4: Dinamik STC-eğrisi diyagramı

Antenin o anki yan açısına bağlı olarak değişen sabit hedef yansımalarının büyüklüğü, Zaman Duyarlılık Kontrol (STC) eğrisinin referans büyüklüğünü tayin eder. Bu yüzden modern radar alıcıları her bir menzil-hücresi için sabit hedef yansımalarının seviyesini ölçer ve, yan açı ve menzile bağlı olarak Zaman Duyarlılık Kontrol (STC) zayıflama miktarını ayarlar. Bununla beraber bir çok durumda eğimleri farklı, birden çok sayıda standart eğrilerden bir tanesi kullanılır.

Bu şu avantajı sağlamaktadır: Ani yükseltme değişiklikleri kenarlarında ayrıca, Hareket Eden Hedef Belirteçlerinin (Moving Target Indicator „MTI”) etkinliği olumsuz etkilenir. Darbe sıkıştırmasında olduğu gibi, uzun gönderim darbelerinin kullanılması halinde darbe süresi içinde meydana gelen genlik değişmeleri etkisi yıkıcı olmaktadır.

Dinamik Zaman Duyarlılık Kontrol (STC) eğrisi, prensip olarak, seçilen ön gerilimler vasıtasıyla belirli bir seviyeye kadar doğrusal zayıflama karakteristiklerinin garanti edildiği, PIN diyot devreleri ile üretilir.