Radar Temelleri - Tek Darbe Antenleri

Tek-darbe Antenleri

Resim 1: Tek-darbe antenin prensibi

Tek darbe anteni prensip şeması: Antenin tüm ışıma elemanları burada iki grupta toplanmıştır. Bu iki gruba giden hatlar bir kez aynı fazda ve bir kez zıt fazda beslenir. Bu tek darbe anteni keza iki besleme hattına sahiptir: Toplayıcı kanal ve çıkartıcı kanal.

Resim 1: Tek-darbe antenin prensibi

Resim 2: Bir tek-darbe antenin bir anten dizisinden kesit

Resimde bir faz dizi anten grubuna ait bir kesit görülmektedir. Işıma elemanları ve bunların besleme hatları yalıtkan bir yüzeye vakumlanarak gömülmüştür. Besleme hattında empedans uyumunu sağlamak için balun adı verilen bir dolambaç görülüyor. Tüm anten grubu hava koşullarının yaratacağı olumsuz etkilerden korunmak için deterjanlı su ile yıkanır.

Resim 2: Bir tek-darbe antenin bir anten dizisinden kesit

Tek-darbe Antenleri

Bu bölümde tek-darbe anten ya da girişimölçer (interferometer) anten, gruplarının nasıl kurulduklarından ve enerji besleme düzenindeki bir özelliğinden bahsedilecektir: Antenler bireysel olarak her zaman toplamalı çıkış verecek tarzda devreye alınmazlar. Farklı amaçlarla bir Tek-darbe Dubleks Aygıt (Monopulse Duplexer) tarafından biçimlendirilen toplamalı ve çıkartmalı değişik bileşim seçenekleri kullanılır.

AN/FPS-117 birincil radarında
- Gönderim anında tüm antenler bir araya getirilir (combined)
- Alım anında ise, sadece toplamları ya da farkları kendisine ait işaret işleme kanalını besleyen belirli gruplar bir araya getirilir
Böylece, bir hedefin konumunun belirlenmesi için gereken tüm veriler sadece tek bir gönderim darbesiyle elde edilebilir. Bu nedenle, RRP radarında gerekli isabet oranı çok düşüktür (1 ila 3 arasında).
IFF/SIF Siemens 1990 ikincil radarında
- toplama kanalına bir darbe grubu ve
- fark kanalına ise tek darbe yollanır.
Tek-darbe antenleri ışıma çizgesindeki yan topuzların (sidelobes) bastırılması işleminde de kullanılır.

Bu iki örnekten şu sonuca varabiliriz: Tek darbe anteni bağımsız bir anten türü değildir.
IFF/SIF Siemens 1990 radarı Logaritmik Periyotlu Antenlerden meydana gelen bir anten grubunu, RPP-117 radarı ise Faz Dizi Antenleri kullanır.

Tek-darbe yöntemi

Resim 3: Bir klasik radarda (tek-darbe tekniği kullanmayan) çok sayıda darbenin azimut değerlerinin aradeğerlemesi (interpolation)

Azimut açısı ara değerlendirme (interpolation) yöntemini anlatan bir animasyon

Resim 3: Bir klasik radarda (tek-darbe tekniği kullanmayan) çok sayıda darbenin azimut değerlerinin aradeğerlemesi (interpolation)

Tek-darbe yönteminin kullanılmadığı klasik bir radar anteniyle, anten, yansıtıcı nesnenin bulunduğu yöne tam olarak ayarlanmamış olsa bile bazı yankıları almak mümkündür.

Bütün antenlerin açıklık açıları nihayetinde bir küçük değerdir ve anten kendi etrafında sürekli dönmeye devam ettiği için gerçekte her biri bir farklı azimut açısına atanabilen birkaç yankı darbesini almak mümkün olmaktadır. O zaman gerçek azimut açısı, alınan bir yanıt dizisi içinde ilintilendirme (correlation) yaparak hesaplanmalıdır. Eski analog radarlarda bu, operatör tarafından ekran üzerinde görsel olarak yapılırdı. Bu işlemin otomatikleştirildiği daha az eski radarlarda, kayan pencere denilen yöntemle Çizit Çıkarıcıda bir çeşit basit ilintilendirme yapılarak farklı yan açı verilerinden bir ortalama oluşturuldu. Göz önünde bulundurulan açıklık açısında aynı menzilde bir ya da daha fazla hedefin var olup olmadığını belirlemek genellikle mümkün değildir.

Resim 4: Fark-kanalının toplama-kanalına oranı

Bir anten diyagramının üç boyutlu gösterimi: Fark kanalı pratik olarak yan yana yer alan iki küçük topuzdan (lobdan) oluşur. İşaret bu anten yönünde minimumdur. Aynı bu açıda, toplayıcı kanalın sadece bir topuzundaki işaret değeri maksimumdur. Eğer uçak tam olarak toplayıcı kanalının maksimumunda ise, o zaman fark kanalında işaret sıfır olur. Uçak, eğer toplayıcı kanalının maksimumunun yanında yer alıyorsa, o zaman fark kanalında ki işaretlin değeri negatif (burada maksimumun sağında) veya pozitif (burada maksimumun solunda) olabilir. Toplayıcı kanalın fark kanalına olan oranının büyüklüğü, toplayıcı kanalın maksimumundan sapmanın, yani anten merkez ekseninden sapmanın bir ölçüsüdür. (Off Boresight Angle, OBA.)

Resim 4: Fark-kanalının toplama-kanalına oranı

Bir yansıma yeterli!

Tek-darbe antenle, radar demeti içinde bulunan yansıtıcı nesnenin konumu farklı toplayıcı- ve çıkartıcı kanalların karşılaştırılması ile belirlenebilir.

Sol anten gruplarının, sağ anten gruplarına zıt fazda bağlaşımı ile Çıkartıcı Kanal (Δ_Az) (Okunuşu: „Delta Azimut“) oluşturulur. Azimut açısı (bu açı „Bearing Angle” olarakta anılmaktadır), bu açıda, toplayıcı kanal en büyük değerde iken, çıkartıcı kanalın bir en küçük değere sahip olması gerektiği esasından yola çıkılarak belirlenir (Resim 1 deki çizgeyle karşılaştırınız). Toplayıcı kanal (Σ) ve fark kanalı yalnızca bir yankıdan elde edilebildiğinden, koordinatların hassas olarak belirlenebilmesi için (en azından girişimin bulunmadığı bir ortamda) tek bir darbe yeterli olabilmektedir. (Bu nedenle, bu anten grupları Tek-darbe Antenleri adıyla da anılırlar.)

3-boyutlu radarlarda üçüncü koordinat olarak Yükseklik Açısı ölçülür. Yöntem burada da uygulanabilir. Anten, yarısı üstte ve diğer yarısı altta olmak üzere iki grupta toplanmıştır. İkinci fark kanalına (Δ_Yük) „Delta Yükseklik“ kanalı denilir.

II +Δ_El −Δ_Az	I +Δ_El+Δ_Az
III −Δ_El −Δ_Az	IV −Δ_El+Δ_Az

II +Δ_El −Δ_Az	I +Δ_El+Δ_Az
III −Δ_El −Δ_Az	IV −Δ_El+Δ_Az

Resim 5: Antenin dört çeyreğe (quadrant) dağılımı

Tek-darbe antenleri şimdi dört çeyrekte (quadrant) toplanabilir. Bu dört çeyrekten alınan işaretlerden aşağıdaki işaretler oluşur:

Toplayıcı kanal Σ ( I + II + III + IV )
Fark kanalı Δ_Azi ( I + IV ) - ( II + III )
Fark kanalı Δ_Yük ( I + II ) - ( III + IV )

Resmi tamamlayan, ancak tek darbe antenleriyle bir bağlantısı olmayan

Yardımcı kanal Ω

denilen bir kanal daha vardır. Yan topuzların dengelenmesini (compensation) sağlayan bu kanal, pratikte daima kendine özgü, anten çizgesi bilerek geniş tutulmuş, aktif gürültülerin tanınmasını sağlayan bir küçük antene de sahiptir.

Bütün bu işaretlerin kendisine özel olarak ayrılmış bir alıcı kanala ihtiyacı vardır. Modern 3-boyutlu radarlar en az, dört adet aktif paralel alıcı kanalla donatılmışlardır.

Tek-darbe anten için birincil ışıyıcılar boynuzlu ışıyıcılardan oluşturulmuşsa, o zaman alınan yankı işaretlerinin paylaşılması bir tek-darbe dubleks aygıtı ile yapılır.