Blockschaltbild eines Empfängers für ein Wetterradar
Blockschaltbild eines Empfängers für ein Wetterradar
Linearer Empfänger hoher Dynamik
Bei Wetterradargeräten wird gemessen, nicht nur geortet. Dieser Grundsatz schlägt sich auch im Blockschaltbild für einen Empfänger in einem Wetterradar nieder.
Dieser Empfänger muss fest gegen starke Festzielstörungen sein, benötigt eine sehr hohe Dynamik, eine extreme Empfindlichkeit und vor allem eine sehr gute Genauigkeit. Änderungen in der Linearität der Verstärkung müssen dem Radar Signal Prozessor bekannt sein, um bei der notwendigen Dynamikkompression im Empfänger die Amplitude des Originals wieder herstellen zu können. Deshalb sind einfache STC- Schaltungen und logarithmische ZF- Verstärker mit Demodulation, wie sie bei Luftraumaufklärungsradargeräten verwendet werden, generell nicht geeignet.
Ein solcher logarithmischer Verstärker wird jedoch mit einem nachfolgenden Analog-/Digital-Wandler genutzt, um ein Steuersignal für einen geregelten Dämpfungssteller (Attenuator) zu erzeugen. Dieses Signal wird auch an den Radar Signal Prozessor geleitet, damit der aktuelle Stand des Attenuators in der Berechnung der Amplitude berücksichtigt werden kann.
Dieser A/D-Wandler muss extrem schnell sein, damit die Dämpfung auf das aktuelle Echosignal wirken kann. Es werden Flash-ADC- Schaltkreise verwendet, die eine Verzögerung um eine Nanosekunde aufweisen. Trotzdem muss das Signal im linearen Empfänger um diese Zeit verzögert werden, um Schaltspitzen zu vermeiden. Dieser Bereich von Verzögerungszeiten lässt sich aber allein durch koaxiale Umwegleitungen von wenigen Metern Kabellänge erreichen.
Bild 1: Blockschaltbild eines Wetterradars mit linearem Empfänger hoher Dynamik
Es handelt sich hier um ein kohärentes Radar. Alle Frequenzen und Taktimpulse werden aus der hochstabilen Frequenz eines Masteroszillators abgeleitet und haben somit einen gesicherten Phasenbezug untereinander. Durch mehrfache Frequenzvervielfachung und Mischung der Zwischenergebnisse wird die STALO- Frequenz erzeugt. Sie liegt um die Zwischenfrequenz (IF) über der Sendefrequenz.
Auch die Zwischenfrequenz wird aus der Frequenz des Masteroszillators abgeleitet. Oft wird dieser Generator noch als COHO bezeichnet, da er den Phasenbezug (Kohärenz) im Empfangsweg sichert. Aus der STALO- und der COHO- Frequenz wird die Sendefrequenz gemischt. Im Modulator wird der Sendeimpuls mit noch kleiner Leistung als ein kurzer Abschnitt von dieser Dauerstrichfrequenz generiert. Dieser Impuls wird verstärkt und mit großer Leistung von der Antenne abgestrahlt. Die Senderendstufe ist ein Mehrkammerklystron, welches eine hohe Impulsleistung bei kurzer Sendeimpulsdauer ermöglicht.
Eine Umschaltung der Impulsfolgefrequenz ist möglich, sollte aber immer mit einer Umschaltung der Sendeimpulsdauer verknüpft werden, damit das Radar ständig mit dem gleichen Tastverhältnis (Duty Cycle) arbeitet. Das allerdings setzt eine Regelmöglichkeit für die Empfängerbandbreite voraus. Für einen kompletten Volumenscan können unterschiedlich lange Impulsperioden genutzt werden, da es in einem sehr steilen Höhenwinkel nicht nötig ist, bis in die Ionosphäre hinein nach Wolken Ausschau zu halten. In Höhenwinkeln ab 15…20° ist eine geringere Reichweite völlig ausreichend. Dadurch braucht die Empfangszeit nicht mehr so lang zu sein wie bei der großen Reichweite während einer Abstrahlung bei geringerem Höhenwinkel. Der komplette Volumenscan kann deswegen in viel kürzerer Zeit beendet werden.