NADAJNIKI RADAROWE

Linie długie

Linia długa jest układem elektrycznym o równomiernie rozłożonych parametrach (o
stałych rozłożonych). Można ją sobie wyobrazić jako obwód złożony z nieskończenie
dużej liczby małych cewek indukcyjnych, kondensatorów i rezystorów, równomiernie
rozłożonych wzdłuż przewodów.

Kryterium umożliwiającym zaliczenie linii do jednej lub drugiej kategorii jest nie jej
fizyczna długość, ale współmierność jej długości z długością fali. Linia energetyczna
przesyłająca energię elektryczną o częstotliwości 50 Hz (λ= 6000 km) o długości
kilkudziesięciu kilometrów nie jest linią długą, zaś przewód o długości 10 cm dla
częstotliwości 10 GHz (λ = 3 cm) jest linią długą.

Po zamknięciu przełącznika p, od źródła wzdłuż linii zacznie się rozchodzić fala
napięcia u

p

i fala prądu i

p

zwane falami padającymi. Ponieważ linia jest nieskończenie

długa, to fale ten nigdy nie osiągną końca linii. Stosunek napięcia do prądu fal
padających, tj. u

p

/i

p

jest stały i nazywany jest właśnie impedancją falową (lub

impedancją charakterystyczną) linii Z

0

.

           

gdzie L

1

, C

1

– indukcyjność i pojemność przypadająca na jednostkę długości linii.

Linie długie

Wnioski:
• linia długa potrafi gromadzić energię elektryczną;
• linia długa potrafi kształtować prostokątne impulsy napięcia na obciążeniu, przy
czym czas trwania impulsu można dowolnie ustalać, zmieniając długość linii.

Linia długa jest najlepszym układem znanym w technice impulsowej do
kształtowania impulsów prostokątnych, jednak względy konstrukcyjne powodują,
że jest rzadko stosowana w praktyce. Chcąc na przykład ukształtować impuls o
czasie trwania 1μs, musielibyśmy zużyć 150 metrów kabla przy założeniu, że
prędkość propagacji fali w linii jest równa prędkości światła. Ponieważ w
radiolokacji należy kształtować impulsy o dużej mocy, należałoby stosować linie o
bardzo dużej wytrzymałości na wysokie napięcia, co oczywiście zwiększałoby ich
wymiary fizyczne.

Linie sztuczne

Analiza schematu zastępczego linii długiej nasunęła myśl zbudowania układu z
szeregowo połączonych ogniw LC o skupionych parametrach, czyli zbudowanego z
kondensatorów i cewek indukcyjnych. W ten sposób każde ogniwo staje się
równoważne pewnemu skończonemu odcinkowi linii, a całość zastępuje linię z
równomiernie rozłożonymi parametrami. Uzyskany w ten sposób układ nazywamy
linią sztuczną.

Linie sztuczne są szeroko stosowane w urządzeniach impulsowych, głównie do
kształtowania i opóźniania impulsów. Im więcej ogniw posiada linia sztuczna i im
mniejsza jest indukcyjność i pojemność każdego ogniwa, tym bliższe są właściwości
linii sztucznej właściwościom linii długiej, tzn. kształtowany impuls bardziej będzie
zbliżony do impulsu prostokątnego. W praktyce stosuje się od kilku do kilkunastu
ogniw LC.

Modulatory impulsowe

Modulator impulsowy jest bardzo istotnym urządzeniem nadajnika każdego radaru
impulsowego. Zadaniem modulatora jest formowanie impulsów prostokątnych o
bardzo dużej mocy, tj. o wysokim napięciu rzędu kilku, a nawet kilkudziesięciu
tysięcy woltów i dużym impulsowym prądzie rzędu setek amperów. Impulsy te
doprowadzane są do generatora i/lub końcowych stopni wzmacniających nadajnika
radarowego, dostarczając im energię niezbędną do wygenerowania impulsów ultra
wielkiej częstotliwości bardzo dużej mocy. Parametry impulsów modulujących, takie
jak czas trwania impulsu, częstotliwość ich powtarzania, moc impulsu, decydują o
parametrach impulsów sondujących radaru.

Modulatory impulsowe

Typowy układ blokowy modulatora impulsowego, przedstawiony na rysunku, składa
się ze źródła prądu, elementu zabezpieczającego źródło przed zwarciem,
przełącznika oraz elementu gromadzącego energię. Impulsy o dużej mocy
przekazywane są do obciążenia, którym jest generator ultra wielkiej częstotliwości
(u.w.cz.). W czasie trwania impulsu, element gromadzący energię jest dołączony do
generatora za pomocą przełącznika ustawionego w położenie 2. W tym czasie
generowany jest impuls sondujący. Następnie przełącznik przełączany jest w
położenie 1, generator nie pracuje - następuje przerwa miedzy kolejnymi impulsami,
podczas której energia elektryczna ze źródła prądu jest akumulowana w elemencie
gromadzącym energię. Energia Wi wytwarzanego przez modulator impulsu wynosi

W radarowych modulatorach impulsowych w roli elementu gromadzącego energię
stosuje się linie sztuczne. Oprócz gromadzenia energii kształtują one impuls
prostokątny o zadanym czasie trwania. W roli przełączników stosowane są
tyrystory, a w starszych konstrukcjach gazowane, sterowane lampy przełączające
zwane tyratronami. Elementy te są sterowane impulsami z czasosteru, a zatem
wytwarzanie impulsów modulujących jest zsynchronizowane z pracą innych
podzespołów radaru, w tym wskaźnika optycznego

Nadajnik stacji koherentnej

Opisany tu nadajnik jest przykładem nowoczesnego rozwiązania stosowanego w
radarach w pełni koherentnych o bardzo dobrych właściwościach MTI. Konstrukcja
nadajnika składa się z bloku sygnału wzbudzenia oraz czterech wzmacniaczy
mikrofalowych, z których w pierwszym i drugim zastosowano lampy z falą bieżącą
(LFB), a w trzecim i czwartym amplitrony. Lampy wzmacniające są modulowane
impulsami z modulatorów, przy czym amplitrony odpowiadające za ostateczne
wzmocnienie mocy modulowane są przez opisane wcześniej modulatory impulsowe z
kształtowaniem impulsów przez linię sztuczną.

Nadajnik stacji koherentnej

„Mózgiem” nadajnika jest blok sygnału wzbudzenia. Wykonuje on następujące
zadania:



generowanie

i

kształtowanie

impulsowych

sygnałów

pośredniej

częstotliwości (p.cz.) z liniową modulacją częstotliwości wewnątrz każdego
impulsu, niezbędną do zapewnienia stacji radiolokacyjnej kompresji sygnałów
echa w torze odbiorczym;

 dwustopniowa przemiana częstotliwości impulsów p.cz. na impulsy u.w.cz.;

 generowanie sygnałów dla pierwszej i drugiej przemiany częstotliwości w

torze odbiorczym (sygnały pierwszej i drugiej heterodyny);

 generowanie ciągłego sygnału odniesienia dla układu tłumienia ech stałych

(TES), będącego techniczną realizacją właściwości MTI;

 wytwarzanie sygnałów kontrolnych dla systemu szybkiej kontroli

funkcjonowania (SKF) radaru;

 wytwarzanie sygnałów kontrolnych dla sprawdzania parametrów odbiornika.

Blok sygnału wzbudzenia umożliwia szybkie przestrajanie radaru (nadajnika i
współbieżnie odbiornika) między kolejnymi impulsami sondującymi, umożliwiając
funkcjonowanie radaru w następujących rodzajach pracy:

praca na jednej wybranej częstotliwości nośnej;

praca na dwóch naprzemiennych częstotliwościach nośnych;

praca z losowym przestrajaniem częstotliwości nośnej.

Nadajnik stacji koherentnej

Bloki wzmacniaczy mikrofalowych wzmacniają impulsy o niewielkiej mocy do
wymaganej wartości, następnie są one doprowadzane do anteny i wyemitowane w
przestrzeń.

Ponieważ blok wzbudzenia wykorzystuje sygnał odniesienia ze stabilnego
generatora kwarcowego zarówno do kształtowania impulsów sondujących, jak i do
przemiany częstotliwości w odbiorniku, to zmiana częstotliwości nadajnika, czy to
zamierzona (przestrajanie), czy też niezamierzona (dryft częstotliwości),
przekładają się na równoczesną, współbieżną zmianę częstotliwości pracy
nadajnika i odbiornika. Umożliwia to pozbycie się skomplikowanych i zawodnych
układów automatycznej regulacji częstotliwości (ARCz) stosowanych we
wcześniejszych konstrukcjach radarów.

Zdolność stacji radiolokacyjnej do szybkiej zmiany częstotliwości nośnej od impulsu
do impulsu, uodpornia ją na działanie zakłóceń stosowanych na polu walki przez
wroga, a zastosowanie kompresji sygnałów echa znacznie poprawia dokładność
pomiaru odległości oraz rozróżnialność odległościową.