Verstärkungsregelungen
An einem in einer Radarstation eingesetzten Verstärker wird eine hohe Anforderung gestellt. Er muss sehr kleine Signale verarbeiten können und darf gleichzeitig durch sehr große Signale nicht übersteuert werden. Deswegen werden spezielle Verstärkungsregelungen eingesetzt.
| englisch | russisch | deutsch | |
| STC | sensitivity time control |
Временная Автоматическая Регулировка Усиления |
entfernungs- (also: zeit-) abhängige automatische Verstärkungsregelung (Siemens- Neudeutsch: GTC: Gain Time Control) |
| AGC | automatic gain control |
Шумовая Автоматическая Регулировка Усиления |
rauschabhängige Automatische Verstärkungs- Regelung |
| MGC | main gain control |
Ручная Регулировка Усиления |
Handregelung |
| log amp | logarithmic amplifier |
Логарифмический усилитель | logarithmischer Verstärker |
Tabelle 1: Verstärkungsregelungen
STC - Verstärker
Bild 1: STC-Diagramm (rot): Die Verstärkung als Funktion der Zeit kompensiert die entfernungsabhängige Amplitude der Echosignale (grün)
Echos, die zu Beginn der Empfangszeit einer PRT am Empfänger eintreffen, stammen aus dem Nahbereich und haben daher eine große Amplitude. Echosignale, die am Ende einer Empfangszeit empfangen werden, haben eine kleine Amplitude, da sie von weiter entfernten Zielen stammen.
Beim STC- Verstärker (Sensitivity Time Control) wird die Verstärkung im Verlauf der Empfangszeit kontinuierlich erhöht. Der Verstärkungsfaktor ist also zeitabhängig. Die nebenstehende Abbildung (Bild 1) zeigt den prinzipiellen Verlauf der Verstärkung im Abhängigkeit von der Zeit bzw. von der Entfernung. Idealerweise ist der Verstärkungsfaktor V proportional zu R4. In der Praxis wird dieser Verlauf häufig durch die entstehende e- Funktion beim Laden eines Kondensators angenähert.
In einigen Radargeräten kann es durchaus vorkommen, dass statt der zeitabhängigen Verstärkung eine zeitabhängige Dämpfung eingesetzt wird. Man spricht in diesem Zusammenhang dann von Nahechodämpfung.
Automatische Verstärkungsregelung
Bild 2: Blockschaltbild AGC- Schaltung
Bild 2: Blockschaltbild AGC- Schaltung
Bild 2: Blockschaltbild AGC- Schaltung
In dieser Variante der Verstärkungsregelung wird aus dem Nutzsignal eine Regelspannung gewonnen, die die Verstärkung einer oder mehrerer Verstärkerstufen regelt. Damit diese Regelspannung nicht zu einer Gegenkopplung wird, muss sie durch eine Diode und einen Ladekondensator gleichgerichtet werden. Damit wird diese Schaltung aber sehr träge und kann nur eine über mehrere PRP' s konstante Regelspannung liefern.
In der Praxis werden solche Schaltungen genutzt, um die Wirkung von Rauschstörungen auf den Empfänger zu mildern, die sonst zu einer Übersteuerung führen würden.
Main Gain Control
Oft ist dies nur ein Potenziometer, welches bestenfalls eine Regelspannung einstellt. Ebenso oft wird diese Einstellung unterschätzt und falsch genutzt.
Denn es hilft nicht, die Empfängerempfindlichkeit bis zum Anschlag hochzudrehen. Deswegen sieht man nicht mehr Ziele auf dem Bildschirm! Und die, die man dann sieht, sind fast alle übersteuert bzw. schwächere Zielsignale gehen im Rauschen unter. Noch höhere Verstärkung, und auf dem PPI- Scope werden die übersteuerten Bereiche sogar dunkelgetastet.
Natürlich sollte die Verstärkung des Empfängers so hoch wie
möglich sein,
aber:
nur so hoch, dass das ebenfalls verstärkte Grundrauschen nicht stört!
Anleitung für eine optimale Verstärkungseinstellung:
- Die Regler Video und Helligkeit am Sichtgerät auf Linksanschlag drehen
- Den Regler Helligkeit so weit nach rechts drehen, bis der Auslenkstrahl gerade noch erahnt werden kann.
- Den Regler Video (Verstärkung) so weit nach rechts drehen, bis die ersten Rauschspitzen zu sehen sind
- Den Vorgang 1-3 nach einer halben Stunde wiederholen, wenn sich die Augen an die Dunkelheit gewöhnt haben.
Logarithmischer Verstärker
Eine weitere Möglichkeit zur Verringerung der Echodynamik ist der Einsatz eines sogenannten logarithmischen Verstärkers. Sein Name kommt daher, weil seine Kennlinie einen logarithmischen Verlauf hat. Charakteristisch für einen logarithmischen Verstärker ist, dass er kleine Signale stark, große Signale hingegen weniger stark verstärkt. Dadurch ist es möglich, bei hoher Empfindlichkeit auch noch sehr starke Echos verzerrungsfrei zu verarbeiten.
Bild 3: Blockschaltbild eines logarithmischen Verstärkers
Bild 3: Blockschaltbild eines logarithmischen Verstärkers
Bild 3: Blockschaltbild eines logarithmischen Verstärkers
Der Logarithmische Verstärker besteht aus mehreren hintereinandergeschalteten Verstärkern. Die Anzahl der Verstärkerstufen bestimmt die Dynamik des Verstärkers. Der Gesamtverstärker hat eine annähernd logarithmische Kennlinie. Dadurch ergibt sich ein Verstärkungsfaktor, der von der Eingangsamplitude abhängt.
Sobald eine Verstärkerstufe übersteuert, entsteht auf Grund der Signalverzerrung eine Gleichspannung am unteren Ausgang der Verstärkerstufe. Ab einer bestimmten Höhe der Gleichspannung schaltet die Schwellwertschaltung durch und ein Strom fließt über Ra. Alle nachfolgenden Stufen übersteuern ebenfalls und liefern daher keinen Verstärkungsbeitrag, allerdings jeweils einen Strom- Betrag. Die Ströme addieren sich über Ra zum Strom Iges.
In der Praxis ist es durchaus üblich, sowohl logarithmische als auch STC- Verstärker in einem Empfänger zu verwenden.
Dynamische STC-Kurve
Bild 4: Diagramm von dynamischen STC-Kurven
Die Größe der Festzielechos, die abhängig vom aktuellen Seitenwinkel der Antenne variieren, diktiert die Bezugsgröße der STC-Kurve. Deswegen messen moderne Radarempfänger den Pegel der Festzielechos für jede Range-Cell und setzen die STC-Dämpfung dann abhängig vom Seitenwinkel und der Entfernung. In den meisten Fällen wird jedoch nur eine von mehreren Standardkurven mit verschiedener Steigung verwendet.
Das hat den Vorteil, dass die sonst an den Flanken auftretenden und die Effektivität des MTI-Systems negativ beeinflussenden abrupten Verstärkungsveränderungen vermieden werden. Im Falle von langen Sendeimpulsen wie sie bei der Pulskompression verwendet werden, würden sich solche Amplitudenveränderungen innerhalb des Impulses fatal auswirken.
Dynamische STC-Kurven werden prinzipiell durch PIN-Dioden - Schaltungen erzeugt, welche durch die gewählten Vorspannungen eine annähernd lineare Dämpfungscharakteristik gewährleisten.