www.radartutorial.eu www.radartutorial.eu Noções básicas de radar

Modulador de Radar

A energia de radiofrequência no radar é transmitida em pulsos curtos com durações de tempo que podem variar de 1 a 50 microssegundos ou mais. Para gerar esse pulso curto de alta potência, é necessário um modulador especial que gere uma alta voltagem para o tubo do transmissor no momento da transmissão. Este modulador de radar liga a tensão do ânodo para o tubo de alta potência durante a duração do pulso. Portanto, às vezes é chamado de modulador de radar „ligado / desligado“.

No entanto, os amplificadores de alta potência que utilizam amplificadores de campo cruzado (amplitron) também exigem um modulador de radar, pois eles só podem obter a tensão do ânodo durante a duração do pulso de transmissão.

alta tensão
da fonte de
alimentação
diodo de
carregamento
bobina de carga
rede de formação de pulso
C1
R1
Tiratron
transformador de pulso

Figura 1: Modulador Tiratron

alta tensão
da fonte de
alimentação
diodo de
carregamento
bobina de carga
rede de formação de pulso
C1
R1
Tiratron
transformador de pulso

Figura 1: Modulador Tiratron

alta tensão
da fonte de
alimentação
diodo de
carregamento
bobina de carga
rede de formação de pulso
C1
R1
transformador de pulso

Figura 1: Modulador Tiratron (imagem interativa)

charging diode Filament transformer for the thyratron pulse-forming network Thyratron

Figura 2: Modulador do radar VHF russo P-18 “Spoon Rest D”, usando um tiratron.

Este modulador usa uma rede formadora de pulsos para armazenamento de energia. Essa rede formadora de pulsos é carregada com o dobro da tensão da fonte de alimentação de alta tensão durante o carregamento usando o campo magnético da bobina de carregamento. Esta bobina de carregamento limita simultaneamente a corrente de carregamento. Um diodo de carregamento é inserido para que a rede formadora de pulsos não seja descarregada através da resistência interna da fonte de alimentação após o carregamento.

O hidrogênio tiratron opera como um interruptor eletrônico e é controlado por um gatilho curto. A combinação R-C separa a entrada de tireatron da tensão de polarização do pré-amplificador. O transformador de pulso é usado para ajustar as impedâncias durante a descarga.

Como um circuito para armazenar energia, o modulador de tiratron usa essencialmente uma seção curta da linha de transmissão artificial que é conhecida como rede de formação de pulso (PFN). Através do caminho de carregamento, este PFN é carregado na voltagem dupla da fonte de alimentação de alta voltagem, com a ajuda do campo magnético da impedância de carregamento. Simultaneamente, essa impedância de carregamento limita a corrente de carregamento. O diodo de carregamento evita que o PFN se descarregue novamente com a resistência intrínseca da fonte de alimentação.

A função do tiratron é atuar como um interruptor eletrônico que requer um gatilho positivo de apenas 150 volts. O thyratron requer uma ponta aguçada para um pulso de disparo e depende de uma queda repentina na tensão do ânodo (controlada pela rede formadora de pulsos) para finalizar o pulso e cortar o tubo. A combinação R-C atua como um escudo DC e protege a grade do tiratron. Esse pulso de gatilho inicia a ionização do tiratron completo pela tensão de carga. Essa ionização permite a condução da rede de formação de pulso carregada através do transformador de pulso. O pulso de saída é então aplicado a um estágio auto-oscilante, como um magnetron.

Figura 2: Modulador do radar VHF russo P-18 “Spoon Rest D” usando um tiratron.

 
fonte de
alimentação
de alta
tensão
rede formadora de pulsos
campo magnético

Figura 3: Diagrama de circuito equivalente para o percurso de carga de um modulador com cadeia de atraso e tiratron

 
fonte de
alimentação
de alta
tensão
rede formadora de pulsos
campo magnético

Figura 3: Diagrama de circuito equivalente para o percurso de carga de um modulador com cadeia de atraso e tiratron

O caminho da carga

Como condição inicial, assume-se que o circuito não está energizado. Na figura, o tiratron é mostrado como um interruptor aberto.

Quando a fonte de alimentação é ligada (observe o salto de tensão marrom no diagrama à direita), a corrente flui através do diodo de carga e da bobina de carga e carrega os capacitores da rede de formação de pulso (PFN). As bobinas do PFN ainda não estão funcionais (com indutividade muito pequena). No entanto, a indução da impedância de carga oferece alta resistência indutiva à corrente e cria um forte campo magnético. O carregamento dos capacitores segue uma função exponencial (desenho de linha verde). A auto-indução da bobina de carregamento se sobrepõe a isso.

tensão aumentada pela auto-indução
(fonte de
alimentação
de alta tensão)
tensão de carga
de um capacitor
tensão de carregamento
sem diodo de
carregamento
UC

Figura 4: Diagramas de correntes de carga de um modulador com cadeia de atraso e tiratron

tensão aumentada pela auto-indução
(fonte de
alimentação
de alta tensão)
tensão de carga
de um capacitor
tensão de carregamento
sem diodo de
carregamento
UC

Figura 4: Diagramas de correntes de carga de um modulador com cadeia de atraso e tiratron

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

Se os capacitores estiverem carregados com a tensão da fonte de alimentação, diminui a corrente e o campo magnético quebra. A quebra do campo magnético causa uma indução adicional de uma tensão. Este continua o carregamento dos capacitores até a voltagem dupla da fonte de alimentação. Agora, os capacitores seriam descarregados (curva azul) sobre a resistência das fontes de alimentação, mas o diodo de carga cortou essa direção atual e a energia permanece armazenada nos capacitores.

O caminho da descarga
rede formadora de pulsos
C1
R1
Tiratron
(demitido)
transformador de pulso

Figura 5: caminho das correntes de descarga

rede formadora de pulsos
C1
R1
Tiratron
(demitido)
transformador de pulso

Figura 5: caminho das correntes de descarga

Quando um pulso de disparo positivo é aplicado à grade do tiratron, o tubo se ioniza, fazendo com que a rede formadora de pulsos seja descarregada através do tireatron e do primário do transformador de pulso. (O tiratron é „demitido“.)

O thyratron disparado aterra a linha de pulso na bobina de carregamento e no diodo de carregamento de forma eficaz. Portanto, uma corrente flui pela duração τ através da bobina primária do transformador de pulso para o terra e do solo através do tiratron, que agora está conduzindo para o outro lado da rede de formação de pulso. O pulso de alta tensão para o tubo transmissor pode ser obtido na bobina secundária do transformador de pulso. Exatamente nesse período, um dispositivo oscilante oscila na frequência de transmissão. Devido às propriedades indutivas do PFN, a tensão de descarga positiva tem uma tendência a balançar negativa.

Se a impedância do oscilador e do circuito do transformador de pulso corresponder adequadamente à impedância da linha, o pulso de tensão que aparece no primário do transformador é igual a metade da tensão na qual a linha foi carregada inicialmente.

descarga
de um capacitor
tensão de descarga de uma
rede formadora de pulsos
τ

Figura 6: diagrama das correntes de descarga

descarga
de um capacitor
tensão de descarga de uma
rede formadora de pulsos
τ

Figura 6: diagrama das correntes de descarga


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