Radarový vysílač
Úkoly radarového vysílače
Radarový vysílač generuje krátký vysokofrekvenční impuls s vysokým výkonem. Od radarového vysílače se vyžadují následující technické vlastnosti:
- Radarový vysílač musí být schopen generovat požadovaný VF výkon s požadovanou impulsní silou.
- Radarový vysílač musí mít vhodnou šířku pásma.
- Radarový vysílač musí generovat rádiový výkon s dostatečnou frekvenční stabilitou, aby bylo možné další zpracování signálu.
- Radarový vysílač musí být snadno modulovatelný, aby splňoval požadavky na tvar impulsu.
- Radarový vysílač musí být účinný, spolehlivý v provozu, snadno se udržovat, měl by mít dlouhou životnost a nízké náklady.
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.
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% | |
Tabulka 1: Technologie vysílačů pro pulzní radary
Zdroj: Tracy V. Wallace, Georgia Tech Research Institute, Atlanta, Georgia.