Transmisor de radar
Tareas de un transmisor de radar
El transmisor de radar genera un pulso corto de alta frecuencia con gran potencia. Un transmisor de radar debe tener las siguientes características técnicas:
- El transmisor de radar debe ser capaz de generar la potencia de RF necesaria con la potencia de pulso requerida.
- El transmisor de radar debe tener un ancho de banda de RF adecuado.
- El transmisor de radar deberá generar la potencia de RF con una estabilidad de frecuencia suficiente para permitir el procesamiento posterior de la señal.
- El transmisor de radar deberá ser fácilmente modulable para cumplir con los requisitos de la forma del pulso.
- El transmisor de radar debe ser eficiente, fiable en su funcionamiento, fácil de mantener, debe tener una larga vida útil y tener un bajo coste.
El núcleo del transmisor de radar es siempre la etapa de salida de alta potencia, por lo que este capítulo trata principalmente de las diferentes posibilidades de generación de potencia.
Generadores de alta potencia auto-oscilantes
Un diseño de transmisor utilizado con frecuencia es el oscilador auto-oscilante, como un transmisor de magnetrón, que es conmutado por un pulso de alto voltaje. Este pulso de alta tensión como fuente de alimentación para el transmisor es proporcionado por un modulador de radar especial. Este sistema de transmisión también se llama POT (Power-Oszillator-Transmitter). Las unidades de radar con un POT son no coherentes o pseudocoherentes. (El término coherencia tiene un significado esencial en la medición de las velocidades en el radar Doppler).
Figura 1: Un transmisor pseudocoherente del P-37.
Aquí se muestra un armario de transmisión del histórico radar ruso P-37 „Bar Lock”. Este es un transmisor típico (POT) con un magnetrón como oscilador de alta potencia que alimenta su energía de RF directamente en un sistema de guía de ondas. Puedes ver este magnetrón con sus fuertes imanes permanentes en el nivel medio del gabinete del transmisor. A la derecha está el bloque modulador con el tiratrón. En el nivel inferior se encuentran el transformador de impulsos, la cadena de retardo con el diodo de carga y el transformador de alta tensión.
El radar tenía 5 de estos gabinetes transmisores en funcionamiento, tres alimentaban la antena inferior y dos la superior. Para la refrigeración, todo el armario tenía una corriente de aire que lo atravesaba, cuyos ventiladores estaban fijados a la pared exterior del armario. Al abrir las puertas del armario se apagó la alta tensión. Si la puerta se abría mucho, un dispositivo mecánico llegaba a descargar los conjuntos de alta tensión por cortocircuito.
Transmisor como amplificador de alta potencia
Otro sistema es el PAT (Power-Amplifier-Transmitter). En este sistema de transmisión, el pulso transmisor se genera con baja potencia en un generador de funciones arbitrarias y posteriormente se lleva a la potencia necesaria mediante un amplificador (amplitrón, klystron, tubo de onda viajera o un amplificador de estado sólido). Las unidades de radar con un PAT son, en la mayoría de los casos, totalmente coherentes.
Un caso especial del PAT es la antena activa, en la que cada elemento de antena individual o grupos de elementos de antena están equipados con su propio amplificador.
Los módulos de transmisión/recepción de estado sólido son conjuntos atractivos para el diseño de radares con antenas phased array activas. No obstante, la aplicación de la tecnología de tubos sigue siendo de actualidad, sobre todo porque ofrece un espectro de potencia aún mayor que la tecnología de semiconductores.
Resumen
En la siguiente tabla se comparan los diseños de transmisores utilizados actualmente en la tecnología de radar:
| Tecnología | Frecuencia de corte superior | pulso/potencia media | ganancia típica | ancho de banda típico | |
|---|---|---|---|---|---|
| POT | Magnetrón | 95 GHz | 1 MW / 500 W )¹ | - | Fijo…10% |
| Diodo Impatt | 140 GHz | 30 W / 10 W )¹ | - | Fijo…5% | |
| Oscilador de interacción extendida (EIO) | 220 GHz | 1 kW / 10 W )² | - | 0.2% (elec.) 4% (mech.) | |
| PAT | Helix tubo de onda viajera (TWT) | 95 GHz | 4 kW / 200 W )¹ | 40…60dB | de una a varias octavas |
| Ring-loop TWT | 18 GHz | 8 kW / 400 W )¹ | 40…60dB | 5…15% | |
| Coupled-cavity TWT | 95 GHz | 100 kW / 25 kW )¹ | 40…60dB | 5…15% | |
| Klystron de interacción extendida (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.) | |
| Amplificador de campo cruzado (Amplitron) | 18 GHz | 500 kW / 1 kW )¹ | 10…20dB | 5…15% | |
| Semiconductor bipolar de silicio | 5 GHz | 300 W / 30 W )³ | 5…10dB | 10…25% | |
| Semiconductor de efecto de campo de GaAs | 30 GHz | 15 W / 5 W )¹ | 5…10 dB | 5…20% | |
Tabla 1: Tecnologías de transmisión para radares de pulso
Fuente: Tracy V. Wallace, Georgia Tech Research Institute, Atlanta, Georgia.