www.radartutorial.eu www.radartutorial.eu Radiolokační vysílače

Radarový vysílač

Úkoly radarového vysílače

Radarový vysílač generuje krátký vysokofrekvenční impuls s vysokým výkonem. Od radarového vysílače se vyžadují následující technické vlastnosti:

Jádrem radarového vysílače je vždy výstupní stupeň s vysokým výkonem, proto se tato kapitola zabývá především různými možnostmi generování výkonu.

Samokmitající generátory vysokého výkonu

Často používanou konstrukcí vysílače je samokmitající oscilátor, například magnetronový vysílač, který je spínán vysokonapěťovým impulsem. Tento vysokonapěťový impuls jako zdroj napájení vysílače zajišťuje speciální radarový modulátor. Tento vysílací systém se také nazývá POT (Power-Oszillator-Transmitter). Radarové jednotky s POT jsou buď nekoherentní, nebo pseudokoherentní. (Termín koherence má zásadní význam při měření rychlostí v dopplerovském radaru).

Obrázek 1: Pseudokoherentní vysílač z P-37.

Permanentmagnet Permanentmagnet Magnetron Steuerblock für die Stromversorgung Hohlleiterabschnitt mit Druckluftschlauch Hochspannungstransformator Modulatorblock Thyratron Ladediode Laufzeitkette Impulstransformator Hochspannungskondensator Hochleistungswiderstände

Obrázek 1: Pseudokoherentní vysílač z P-37.

Na obrázku je skříň vysílače z historického ruského radaru P-37 „Bar Lock”. Jedná se o typický vysílač (POT) s magnetronem jako výkonným oscilátorem, který přivádí vysokofrekvenční energii přímo do vlnovodného systému. Tento magnetron se silnými permanentními magnety můžete vidět ve střední úrovni skříně vysílače. Vpravo je blok modulátoru s tyratronem. Na nižší úrovni se nachází pulzní transformátor, zpožďovací řetězec s nabíjecí diodou a vysokonapěťový transformátor.

Radar měl v provozu 5 těchto vysílacích skříní, tři napájely spodní anténu, dvě horní anténu. Pro chlazení celé skříně byl použit proud vzduchu, jehož ventilátory byly připevněny k vnější stěně skříně. Otevřením dveří skříně se vypnulo vysoké napětí. Pokud byly dveře otevřeny velmi dokořán, mechanické zařízení dokonce vybíjelo vysokonapěťové sestavy jejich zkratováním.


Vysílač jako zesilovač vysokého výkonu

Dalším systémem je PAT (Power-Amplifier-Transmitter). V tomto vysílacím systému je vysílací impuls generován s malým výkonem v generátoru libovolné funkce a následně je zesilovačem (amplitronem, klystronem, elektronka s postupující vlnou (Permaktron) nebo polovodičovým zesilovačem) přiveden na potřebný výkon. Radarové jednotky s PAT jsou ve většině případů plně koherentní.

Zvláštním případem PAT je aktivní anténa, kde je buď každý jednotlivý anténní prvek, nebo skupina anténních prvků vybavena vlastním zesilovačem.

Polovodičové vysílací/přijímací moduly jsou atraktivní sestavy pro konstrukci radarů s aktivními anténami s fázovým uspořádáním. Přesto je použití elektronkové technologie stále aktuální, především proto, že nabízí ještě výrazně vyšší výkonové spektrum než polovodičová technologie.

Přehled

Následující tabulka porovnává konstrukce vysílačů, které se v současné době používají v radarové technologii:

Technologie Horní mezní frekvence pulsní / průměrný výkon typický zisk typická šířka pásma
POT Magnetron 95 GHz 1 MW / 500 W )¹ - Pevný…10%
Impatt dioda 140 GHz 30 W / 10 W )¹ - Pevný…5%
Rozšířený oscilátor interakce (EIO) 220 GHz 1 kW / 10 W )² - 0.2% (el.)
4% (mech.)
PAT Helix elektronka s postupující vlnou (TWT) 95 GHz 4 kW / 200 W )¹ 40…60dB jedna až několik oktáv
Kroužková smyčka TWT 18 GHz 8 kW / 400 W )¹ 40…60dB 5…15%
rezonátory se spojenou dutinou TWT 95 GHz 100 kW / 25 kW )¹ 40…60dB 5…15%
Extended Interaction Klystron (EIK) 280 GHz 1 kW / 10 W )² 40…50dB 0.5…1%
Klystron 35 GHz 50 kW / 5 kW )¹ 30…60dB 0.1…2% (inst.)
1…10% (mech.)
Zesilovač křížového pole (Amplitron) 18 GHz 500 kW / 1 kW )¹ 10…20dB 5…15%
Silikonový bipolární polovodič 5 GHz 300 W / 30 W )³ 5…10dB 10…25%
Polovodič GaAs 30 GHz 15 W / 5 W )¹ 5…10 dB 5…20%
)¹ měřeno v pásmu X
)² měřeno při 95 GHz
)³ měřeno při 1 GHz

Tabulka 1: Technologie vysílačů pro pulzní radary
Zdroj: Tracy V. Wallace, Georgia Tech Research Institute, Atlanta, Georgia.