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Radarmodulator

Der Radarmodulator erzeugt für die Dauer des Sendemoments eine Hochspannung für die Senderöhre. Dieser Radarmodulator schaltet praktisch für die Dauer des Sendeimpulses nur die Anodenspannung für die Senderöhre zu. Wegen dieser Schaltfunktion wird er manchmal auch „keyed on/off“ Radarmodulator genannt.

Meist werden mit einem solchen Modulator selbst schwingende Hochleistungsgeneratoren wie zum Beispiel Magnetrone angesteuert. Jedoch auch mit Kreuzfeldverstärkern (Amplitrone) bestückte Hochleistungsverstärker benötigen einen solchen Radarmodulator, da diese nur für die Dauer des Sendeimpulses Hochspannung erhalten dürfen.

Hoch-
spannungs-
erzeugung
Ladediode
Ladedrossel
Laufzeitkette
C1
R1
Thyratron
Impulstransformator

Bild 1: Prinzipschaltbild eines Radarmodulators

Hoch-
spannungs-
erzeugung
Ladediode
Ladedrossel
Laufzeitkette
C1
R1
Thyratron
Impulstransformator

Bild 1: Prinzipschaltbild eines Radarmodulators

Hoch-
spannungs-
erzeugung
Ladediode
Ladedrossel
Laufzeitkette
C1
R1
Impulstransformator
Hochspannung Ladediode ladedrossel Laufzeitkette Thyratron R/C-Kombination Impulstrafo

Bild 1: Prinzipschaltbild eines Radarmodulators (interaktives Bild)

Ladediode Heiztrafo für das Thyratron Laufzeitkette Thyratron

Bild 2: Modulatorblock des Radars P-18
(interaktives Bild)

Dieser Modulator benutzt zur Energiespeicherung eine Laufzeitkette. Diese Laufzeitkette wird auf dem Ladeweg mit Hilfe des Magnetfeldes der Ladedrossel auf die doppelte Spannung des Hochspannungsnetzteils aufgeladen. Diese Ladedrossel begrenzt gleichzeitig den Ladestrom. Damit nach erfolgter Aufladung der Laufzeitkette diese sich nicht über den Innenwiderstand des Netzteils entlädt, ist eine Ladediode eingefügt.

Das Thyratron arbeitet als elektronischer Schalter und wird durch einen nadelförmigen Impuls gesteuert. Die R-C Kombination trennt gleichspannungsmäßig das Thyratrongitter von der Vorstufe. Der Impulstrafo dient zur Widerstandsanpassung während des Entlademomentes.

Bild 2: Modulatorblock des Radars P-18

Hoch-
spannungs-
erzeugung
Laufzeitkette
Magnetfeld

Bild 3: Ersatzschaltbild Ladeweg

Hoch-
spannungs-
erzeugung
Laufzeitkette
Magnetfeld

Bild 3: Ersatzschaltbild Ladeweg

Der Ladeweg

Als Ausgangszustand wird angenommen, dass die Schaltung spannungslos ist. In der Grafik ist das Thyratron als offener Schalter dargestellt.

Nach dem Einschalten (der olivgrüne Spannungssprung im Diagramm) fließt der Strom über die Ladediode, dann über die Ladedrossel und lädt die Kondensatoren der Laufzeitkette auf. Die Spulen der Laufzeitkette haben jetzt noch eine untergeordnete Funktion. Die Induktivität der Ladedrossel aber setzt dem Einschaltstrom einen großen induktiven Widerstand entgegen und baut ein starkes Magnetfeld auf. Das Aufladen der Kondensatoren folgt einer Exponentialfunktion (grün dargestellt). Dem überlagert sich die Gegeninduktion der Ladedrossel.

Spannungsüberhöhung durch das Magnetfeld
(geschaltete
Spannung)
Ladekurve eines Kondensators
(ohne Ladedrossel)
Ladekurve
ohne Ladediode
UC

Bild 4: Diagramme Ladespannungen

 
Spannungsüberhöhung durch das Magnetfeld
(geschaltete
Spannung)
Ladekurve eines Kondensators
(ohne Ladedrossel)
Ladekurve
ohne Ladediode
UC

Bild 4: Diagramme Ladespannungen

 UC = U0 · (1 - cosωr · t)
ωr2= 1 (1)
LDr · ΣC

Ab dem Moment, in dem die Kondensatoren sich auf die durch das Netzteil gelieferte Spannung aufgeladen haben, verringert sich der Ladestrom und das in der Ladedrossel befindliche Magnetfeld bricht zusammen. Damit wird durch die nun folgende Induktion eine zusätzliche Spannung erzeugt, die die Kondensatoren weiter auflädt, bis das Magnetfeld völlig zusammengebrochen ist. Nun würden sich die Kondensatoren wieder über das Netzteil entladen (hellblaue Kurve), aber die Ladediode sperrt diese Stromrichtung und die Energie bleibt somit in den Kondensatoren gespeichert.

Der Entladeweg
Laufzeitkette
C1
R1
Thyratron
(gezündet)
Impulstransformator

Bild 5: Ersatzschaltbild Entladeweg

Laufzeitkette
C1
R1
Thyratron
(gezündet)
Impulstransformator

Bild 5: Ersatzschaltbild Entladeweg

Nachdem die Laufzeitkette aufgeladen wurde, kann über die R-C Kombination ein Zündimpuls an das Thyratron geführt werden. Das Thyratron zündet und es fließt der Entladestrom über den Impulstrafo.

Der 1. Kondensator beginnt sich über das gezündete Thyratron und den Impulstrafo zu entladen. Das würde nach einer Exponentialfunktion erfolgen, doch jetzt wirkt die Gegeninduktion der Spulen in der Laufzeitkette: er wird durch die anderen Kondensatoren leicht verzögert nachgeladen.

Entladekurve
eines Kondensators
Entladekurve
einer Laufzeitkette
τ

Bild 6: Diagramme Entladeströme

Entladekurve
eines Kondensators
Entladekurve
einer Laufzeitkette
τ

Bild 6: Diagramme Entladeströme

Für die Dauer τ fließt also ein Strom durch den Impulstrafo. Auf der Sekundärseite kann ein Hochspannungsimpuls für die Senderöhre abgegriffen werden, die dann genau für diese Zeit auf der Sendefrequenz schwingt. Die Rückflanke der Entladekurve ergibt sich aus der Entladekurve eines einzelnen Kondensators der Laufzeitkette. Die grüne Entladekurve entspricht einem Kondensator mit der Summe der Kapazität der Einzelkondensatoren. In der Praxis kann sogar ein Überschwingen durch die Induktivität der Primärwicklung des Impulstransformators entstehen.

Am effektivsten wird die Energie übertragen, wenn der Innenwiderstand der Laufzeitkette gleich dem Innenwiderstand des Impulstransformators ist. Somit erhält der Impulstransformator nur die Hälfte der Spannung, der andere Teil fällt über dem Innenwiderstand der Laufzeitkette ab.