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Controllo e sincronizzazione del radar

I componenti del radar devono funzionare insieme al momento giusto, pertanto ogni radar richiede una serie di impulsi di controllo o di sincronizzazione. Questi determinano quale circuito si trova in un momento specifico di ogni periodo di ripetizione. I primi radar analogici utilizzavano brevi impulsi di sincronizzazione, detti anche impulsi di avvio, generati da circuiti a valvole che funzionavano come oscillatori asincroni di blocco o multivibratori. Nei radar moderni, si tratta di brevi impulsi a onda quadra il cui bordo o la cui durata sono controllati dalla circuiteria successiva. Vengono generati in modo completamente coerente, a partire da un oscillatore primario ad alta stabilità mediante conteggio della frequenza e seguito da una serie di divisori di frequenza, moltiplicatori e miscelatori. Nel radar, la coerenza riguarda solo la relazione di fase tra l’impulso trasmesso e il segnale restituito. Un radar è completamente coerente se tutti gli impulsi trasmessi derivano da un’oscillazione di fase costante. I nomi e i numeri degli impulsi di sincronizzazione e di controllo variano da radar a radar.

Oscillatore
master
Contatore di
frequenza
Generatore
di impulsi
Sincronizzatore
Eccitatore
Generatore
di forme
d’onda
Generatore
STC
Trasmettitore
Commutatore
d’antenna
Ricevitore
Convertitore
analogico
/digitale

Figura 1: Generazione e distribuzione dei segnali di clock e sincronizzazione.

Oscillatore
master
Contatore di
frequenza
Generatore
di impulsi
Sincronizzatore
Eccitatore
Generatore
di forme
d’onda
Generatore
STC
Trasmettitore
Commutatore
d’antenna
Ricevitore
Convertitore
analogico
/digitale

Figura 1: Generazione e distribuzione dei segnali di clock e sincronizzazione.

Contatore di
frequenza
Generatore
di impulsi
Sincronizzatore
Trasmettitore
Commutatore
d’antenna
Ricevitore
Convertitore
analogico
/digitale

Figura 1: Generazione e distribuzione dei segnali di clock e sincronizzazione
(immagine interattiva).

La Figura 1 mostra lo schema per la produzione degli impulsi di controllo e sincronizzazione e la loro distribuzione. Un oscillatore master centrale, in genere da 100 MHz, fornisce il riferimento di fase per i segnali del ricevitore e del trasmettitore. Questo oscillatore master può anche essere sincronizzato con una fonte di tempo UTC distribuita dai satelliti GPS.

Nella maggior parte dei casi si tratta di un oscillatore al quarzo. Può essere montato su un reostato per ottenere una maggiore precisione di frequenza e ridurre il jitter.

La frequenza dell’oscillatore viene suddivisa per fornire i tempi per il ritardo e la sincronizzazione di tutti i Trigger, del processore di segnale digitale e dei computer. In primo luogo, tutte le frequenze divise vengono distribuite al generatore e agli impulsi di clock e di sincronizzazione.

Figura 2: Quattro impulsi di clock sfalsati

Figura 2: Quattro impulsi di clock sfalsati

Il generatore di clock produce un clock di sistema per l’intero sistema radar. La frequenza relativamente alta dell’oscillatore master garantisce una buona precisione, ma questa frequenza non può essere distribuita a tutti i sottocircuiti. Per questa frequenza tutti i collegamenti hanno la caratteristica di un’antenna. Per 100 MHz una linea lunga 1 metro è un dipolo risonante. Per l’orologio di sistema si utilizza una frequenza, ad esempio 25 MHz. Per fornire la stessa precisione di un clock a 100 MHz, ci sono quattro linee con clock a 25 MHz, ma ogni clock dal clock 1 al clock 4 è ritardato di 1/(2·100) MHz = 5 ns. Questi quattro clock sono distribuiti e ogni sottocircuito può utilizzare uno di questi clock a seconda del tempo di esecuzione interno e dei ritardi nelle connessioni.

I trigger più importanti sono chiamati Zero Range Trigger – in gran parte pari all’impulso di avvio trasmesso; e in secondo luogo l’impulso di lunghezza della forma d’onda. Entrambi gli impulsi possono essere regolati con degli offset: alcuni set precisano un pre-trigger qualche microsecondo prima dell’inizio del trigger della forma d’onda. Questi pre-trigger controllano i set radar che non sono attivi al momento della trasmissione, ad esempio il ricevitore, l’elaborazione del segnale radar e i display. L’impulso contenente la lunghezza d’onda del trasmettitore controlla i set radar attivi durante il tempo di trasmissione, ad esempio il generatore di forme d’onda, il driver e (utilizzando i diodi PIN) il duplexer. Anche questo impulso può essere sfalsato, ma lo sfalsamento non è simmetrico: ad esempio, l’amplificatore di potenza del trasmettitore deve ricevere l’alimentazione prima dell’inizio della forma d’onda e deve mantenerla un po’ più a lungo della forma d’onda.