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Phantastron

Bild 1: Phantastronschaltung mit Schirmgitterkopplung

Bild 1: Phantastronschaltung mit Schirmgitterkopplung

Phantastron

Ein Phantastron ist eine Sonderform eines astabilen Multivibrators mit sehr exaktem Zeitverhalten. Das Phantastron gilt als Kippschwinger, dessen Funktion der eines Multivibrators ähnelt. Diese Schaltung hatte besondere Bedeutung für die Zeitsteuerung von analogen Radargeräten. Es wurde meist eine Pentode oder Heptode verwendet in einer Schaltung mit zwei oder drei Dioden, die zur Regelung von der Linearität und den Schaltzeiten dienen. Das Phantastron wurde im Jahre 1942 im Rahmen der Radarentwicklung während des 2. Weltkrieges von dem britischen Ingenieur Alan Dower Blumlein entwickelt und 1946 patentiert.[1][2]

Während ein Multivibrator die Dauer seiner Ausgangsimpulse von einer R-C-Kombination ableitet verwendet das Phantastron als Kern einen Miller-Integrator um intern einen zeitlich linearen Sägezahnimpuls zu erzeugen, der anstelle der exponentiellen Lade-/oder Entladekurve der R-C-Kombination des Multivibrators genutzt wird. Diese Maßnahme verbessert die Konstanz der zeitlichen Abläufe wesentlich. Die Ausgangsimpulse sind eine lineare Funktion einer regelbaren Eingangsgleichspannung, die eine Fernbedienung ermöglicht.

Es werden zwei Grundtypen von Phantastronschaltungen genutzt:

Beide Versionen sind Schaltungen mit langsamer Erholzeit, sichern aber recht schnelle Schaltzeiten. Schaltungen mit kurzer Erholzeit benötigen einen zusätzlichen separaten Impedanzwandler, der die Schaltgeschwindigkeiten erhöht und eine kürzere Erholzeit ermöglicht.[3]

Der Unterschied zwischen dem schirmgittergekoppelten und kathodengekoppelten Phantastron ist, dass ersteres die beste Zeitgenauigkeit hat. Dafür hat das kathodengekoppelte Phantastron andere Vorteile. Zum Beispiel benötigt es keine negative Vorspannung und kann beide Polaritäten des Ausgangssignals bereitstellen. Es wird auch genannt, dass es gerade im Bereich sehr kurzer Impulszeiten eine bessere Linearität hat.

Bild 2: Phantastron als Transistorschaltung

Bild 2: Phantastron als Transistorschaltung

Die Phantastron-Schaltung wird verwendet, um einen Rechteckimpuls oder linearen Sägezahnimpuls zu erzeugen, dessen Dauer fast direkt proportional zu einer Steuerspannung ist. Wegen seiner extremen Linearität und Genauigkeit wird diese Art der Impulsverlängerung in Sichtgeräten in analogen Radargeräten genutzt um zum Beispiel den Triggerimpuls definiert zu verzögern. Es kann gleichzeitig die Ablenkspannung und die Dauer der Auslenkung an Röhrensichtgeräten erzeugt werden. Es ist ebenfalls möglich, diese Schaltung für eine Impulslängenmodulation zu verwenden. In alten (vorwiegend russischen) Radargeräten wird sie verwendet, um einen Torimpuls zu erzeugen für die Steuerung des Störschutzsystems, dessen Betriebsmodi auf diese Weise in einen Nahbereich und einen Fernbereich unterteilt werden, für die dann unterschiedliche Betriebsmodi geschaltet werden können.

Das Prinzip, einen Miller-Integrator in einem monostabilen Multivibrator als zeitbestimmendes Glied einzusetzen, kann auch mit einer Schaltung mit Transistoren realisiert werden. Schaltungen mit Operationsverstärkern sind ebenfalls möglich, haben jedoch in der Radartechnik keine Bedeutung mehr erlangt, da analoge Zeitfunktionen durch digitale Zähler mit hochstabilem Takt ersetzt wurden.

Sources and ressorces:

  1. T. K. Sarkar, Robert Mailloux, Arthur A. Oliner, M. Salazar-Palma, Dipak L. Sengupta: “History of Wireless” Wiley-IEEE Press, 2006, ISBN 978-0-471-71814-7, S.142
  2. Alan Dower Blumlein, “Improvements in or relating to electrical circuit arrangements for effecting integration and applications thereof”, Patent GB580527-A, Application date: June 5, 1942
  3. Electronics Installations and Maintenance Book - Electronic Circuits, formerly manual NAVSHIPS 900,000.102 Part 8 und Part 20 (online at www.navy-radio.com)