در مسایل راداري همواره قسمت زیادي از سیگنال در محیط انتشار هدر می رود و مقدار کم و ضعیفی از آن به همراه مقدار زی ادي سیگنال ناخواسته دریافت می شود . پس باید سیگنال دریافتی ناخواسته را حذف کرد و بعد سیگنال مورد نظر را تقویت و دمدولاسیون نمود ، اختلاف اساسی اي که بین گیرنده هاي مختلف وجود دارد بعلت نحوه دمدولاسیون سیگنال دریافتی است . از میان انواع مختلف گیرنده هاي رادیویی که در زمانهاي مختلف عرضه شده فقط دو نوع آن از نظر عملی و تجاري داراي اهمیت است، این دو نوع گیرنده عبارتند از و گیرنده هاي سوپر هترودین که در ادامه به بررسی ومقایسه (TRF) گیرنده هاي فرکانس رادیویی تطبیق شده آنها خواهیم پرداخت.
در این مقاله سعی بر آن است اص ول رادار و مدارهاي فرستنده وگیرنده در رادار به طورکلی مورد بررسی قرار گیرد که در این راستا به بررسی عناوین زیر خواهیم پرداخت:
اصول رادار
فرستنده هاي راداري
گیرنده هاي راداري
واژگان کلیدي: رادار، فرستنده، مگنترون، گیرنده، سوپرهترودین
-1 مقدمه:
رادار وسیله اي است براي جمع آوري اطلاعات از اشیا یا هدف هاي محیط به ویژه در فواصل دورکه در آن از تجزیه و تحلیل امواج الکترومغناطیس برگشتی، فاصله، ابعاد، سرعت و بسیاري از خواص هدف موردنظر تعیین می شود . بطور کلی رادار شامل یک فرستنده و یک گیرنده و یک یا چند آنتن است . فرستنده قادر است که توان زیادي را توسط آنتن ارسال دارد و گیرنده تا حد امکان انرژي برگشتی از هدف را جمع می کند، از آنجا که بیشتر رادارها انرژي فرستنده را به صورت پالس ارسال می کنند، بنابراین استفاده از یک آنتن هم براي فرستنده و هم براي گیرنده توسط یک تقسیم ک ننده زمان امکان پذیر خواهد بود. از موارد مهم در طراحی رادار نوع آنتن و پترن تشعشعی آن می باشد . آنتن هاي رادار را معمولا براي مرور نواحی بخصوص از فضا طراحی می کنند که مسیر مرور بستگی به کاربرد آن دارد، آنتن ها در بیشتر رادارها منعکس کننده هاي سهموي با تغذیه شیپور ي یا دو قطبی می باشند. البته در برخی موارد ناچار به استفاده از رادارهایی با آنتن آرایه فازي می باشیم. رادارهاي ،MTI ،CW براي تامین برد راداري مطلوب باید فرستنده از توان کافی برخوردار باشد . رادارهاي آرایه فازي و ... هر یک ویژگیهاي خاصی دارند که بر فرستنده و روش عملکرد آن اثر می گذارد . از مباحثی که باید در طراحی رادار و انتخاب فرستنده مورد توجه قرار گیرد، برد ، ثابت یا متحرك بودن ، وزن، اندازه ، حفاظت و ولتاژ بالا، شرایط مدولاسیون و حتی مسئله خنک کردن آن است. x در برابر اشعه کار گیرنده رادار، آشکار سازي پی امهاي اکوي مورد نظر در حضور نویز ، تداخل یا اکوهاي ناخواسته (کلاتر ) می باشد . گیرنده باید پیامهاي مطلوب را از نامطلوب جدا نموده و پیامهاي مطلوب را تا حدي که اطلاعات هدف براي کاربر قابل نمایش بوده و یا د ر داده پرداز خودکار قابل استفاده باشد، تقویت نماید . ساختار گیرنده رادار نه تنها به شکل موج آشکار شونده بستگی دارد، بلکه به ماهیت اکوهاي کلاتر، تداخل و نویز که با پیامهاي اکو مخلوط می شوند هم بستگی دارد . نویز ممکن است از طریق پایانه آنتن، به همراه پیام مورد نظر، وارد گیرنده خروجی، گیرن ده S/N شود و یا ممکن است در داخل خود گیرنده ایجاد گردد. براي به حداکثر رساندن نسبت و یا معادل آن باشد. بدیهی است که گیرنده باید طوري (Matched Filter) باید داراي یک فیلتر انطباقی طراحی شود که کمترین نویز داخلی را بخصوص در طبقات ورودي که پیام هاي مطلوب در ضعیف ترین حالت خود هستند، ایجاد نماید.
در سیستم هاي راداري از گیرنده هاي سوپر هترودین، بدلیل حساسیت خوب، بهره زیاد، قابلیت گزینش فرکانس و ضریب اطمینان خوب تقریبا همیشه استفاده می شود و هیچ نوع گیرنده اي قابل رقابت با این نوع گیرنده ها نیستند.
-2 اصول رادار:
در واقع اختراع رادار از یک پد یده فیزیکی و بسیار طبیعی به نام انعکاس ناشی شده است . همه ما بارها بازگشت صدا را در مقابل صخره هاي عظیم تجربه کرده ایم. امواج رادیویی و الکترومغناطیس نیز قابلیت انعکاس و بازتاب دارند و رادار بر اساس همین خاصیت ساده بوجود آمد . به کمک امواج الکترومغناطیسی نه تنها از وجود اجسام در فاصله دور باخبر می شویم، بلکه بطور دقیق می توان تعیین کرد ساکن هستند یا از ما دور و یا به ما نزدیک می شوند. حتی سرعت جسم نیز بخوبی قابل محاسبه است . امواج برگشتی توسط دستگاههاي خاص در مبدا تقویت شده و از روي مدت زمان رفت و برگشت این امواج، فاصله بین جسم و رادار اندازه گیري می شود. می توان گفت رادار یک سیستم الکترومغناطیسی است که براي تشخیص و تعیین موقعیت هدفها بکار می رود. این دستگاه بر اساس ارس ال یک شکل موج خاص به طرف هدف و بررسی شکل موج برگشتی کار می کند . با رادار می توان درون محیطی را که براي چشم غیر قابل نفوذ است دید، مثل تاریکی، باران ، مه ، برف ، غبار و غیره، اما مهمترین مزیت رادار، توانائی آن در تعیین فاصله یا موقعیت و حتی ماهیت هدف می باشد. ساده ترین رادارها در حقیقت از یک فرستنده و یک گیرنده رادیویی بوجود آمدند . در ابتدا این وسیله فقط قادر بود وجود شیء را اعلان کند و به هیچ وجه توانایی تشخیص اندازه و ویژه گی هاي دیگر آن را نداشت. یک رادار ساده شامل آنتن ، فرستنده، گیرنده و عنصر آشکار ساز انرژي برگشتی بصورت قابل شناسایی می باشد . آنتن فرستنده پرتوهاي الکترومغناطیسی تولید شده توسط نوسا نگر را دریافت و ارسال می دارد . معمولی ترین شکل موج در رادارها یک قطار از پالسهاي باریک مستطیلی است که موج حامل سینوسی را مدوله می کند. اکنون رادارها در روي زمین و در هوا، دریا و فضا بکار گرفته شده اند، رادارهاي زمینی بیشتر براي آشکار سازي، تعیین موقعیت و ر دیابی هواپیم ا و یا سایر اهداف هوایی مورد استفاده قرار می گیرند . رادارهاي دریایی بعنوان یک وسیله کمکی به کشتیرانی و وسیله اي مطمئن براي تعیین موقعیت شناورها ، خطوط ساحل و دیگر کشتیها و همچنین دیدن هواپیم اها بکار می روند . رادارهاي هوایی براي آشکار سازي هواپی م ا، کشتی و وس ایل نقلیه زمینی و یا نقشه برداري زمین ، اجتناب از طوفان جلوگیري از برخورد با زمین و یا ناوبري می توانند مورد استفاده قرار گیرند . در فضا ،رادار به هدایت اجسام پرنده کمک می کند و براي ارتباط راه دور با زمین و دریا بکار می رود.
در رادارهاي زمینی قضی ه خیلی پیچیده تر از رادارهاي هوایی است، هنگامی که یک رادار پلیس به ارسال پالس موج رادیویی می پردازد بخاطر وجود اجسام بسیار در سر راهش مانند نرده ها، پلها، تپه ها و ساختمانها اکوهاي بسیاري را دریافت می کن د، اما از آنجایی که تمام این اجسام به جزء خودروي مورد نظر ثابت هستند ، سیستم رادار خودروهاي پلیس، باید از میان امواج منعکس شده، فقط آنهایی را انتخاب کند که در آنها پدیده داپلر قابل شناسایی باشد، آن هم به اندازه اي که جسم متحرك اضافه سرعت داشته باشد در ضمن آنتن این رادارها باید دهانه تنگی داشته باشد ، چرا ک ه فقط بر روي یک خودرو تنظیم می شوند . البته امروزه پلیس در برخی کشورها از جمله کشور خودمان از تکنولوژي لیزر براي تعیین سرعت خودروها در بزرگراهها استفاده می کند. این تکنولوژي به نام لیدار شناخته می شود و در این مدل بجاي امواج رادیویی از لیز ر استفاده شده است.
-3 فرستنده هاي راداري:
اولین رادارهایی که قبل از جنگ جهانی د وم با موفقیت آماده بهره برداري شدند، از لامپ خلا معمولی داراي استفاده می کردند. نوسان ساز مگنترون، که باعث پیدایش و توسعه ،VHF شبکه کنترل و مناسب کار در باند رادارهاي مایکروویو در زمان جنگ جهانی دو م شد، یکی از پر مصرف ترین و کاربردي ترین فرستنده هاي راداري بود همچنین تقویت کننده هاي کلیسترون امکان کار با شکل موج ه اي پیچیده تر از رشته پالسهاي معمولی را فراهم کرد.
که از خانواده مگنترون بود و انواع گوناگونی دارد ساخته (CFA) در دهه 1960 تقویت کننده میدان متقاطع شد. ویژگیهاي عمومی آنها باند وسیع، بهره نسبتا کم و کوچکی ابعاد آن می باشد و بیش تر شبیه مگنترون است تا کلیسترون همچنین ابزارهاي نیمه هادي از قبیل ترانزیستورها و دیودهاي بهمنی نیز به عنوان نوعی فرستنده به کار می روند اما توان هر یک به تنهایی کم است. براي تامین برد راداري مطلوب باید فرستنده از توان کافی برخوردار باشد، ام ا در عین حال سایر شرایط لازم رادارهاي آرایه فازي و ... هر یک ویژگیهاي خاصی دارند که بر ،MTI ،CW را هم باید بر آورده نماید . رادارهاي فرستنده و روش عملکرد آن اثر می گذارد . از مباحثی که باید در طراحی رادار و انتخاب فرستنده مورد توجه و ولتاژ بالا ، شرایط مدولاس یون و x قرار گیرد، برد ، ثابت یا متحرك بودن ، وزن، اندازه ، حفاظت در برابر اشعه حتی مسئله خنک کردن آن است . البته از آنجا که فرستنده بخش بزرگی از رادار می باشد چگونگی انتخاب آن بسیار حائز اهمیت است. با توجه به معادله کلاسیک رادار دیدیم که اگر بخواهیم به 2 برابر برد موجود برسیم باید توان ارسالی رادار را 16 برابر کنیم ولی افزایش برد با این روش بسیار پر هزینه است. فرستنده ها بسیار پیچیده تر از ی ک لامپ هستند و شامل تقویت کننده هاي راه انداز ، تقویت کننده هاي توان بالا ، منبع تغذیه براي تولید جریان و ولتاژ
in out P GP A p 2 a R4 = مورد نیاز لامپ، مدولاتور، خنک کننده لامپ، مبدل دما، وسایل ایمنی براي تخلیه جرقه ها، کلید هاي ایمنی، می باشد. راندمانی که براي بیشتر لامپها تعریف x وسایل نشان دهنده وضعیت سیستم و محافظی در برابر اشعه ورودي که براي DC خروجی لامپ به توان RF می باشد که عبارتست از توان RF می شود ، راندمان تبدیل برقراري جریان الکترونها لازم است . البته مهندسین سیستم بیشتر، راندمان کلی فرستنده را مورد توجه قرار می دهند. دو ساختار اصلی براي رادارها وجود دارد یکی نوسان س از توان بالاي خود تحریک از جنس مگنترون و دیگري یک تقویت کننده توان بالا ، که خود شامل یک نوسان ساز پایدار و کم توان است و خروجی آن پس از یک یا چند مرحله تقویت به میزان مورد نیاز تقویت می شود. فرستنده هایی که از تقویت کننده هاي توان بهره می گیرند عموماً داراي توان بیشتري بوده و نیز حجیم ترند ، در عین حال داراي پایداري بیشتري نیز می باشند و سایر رادارهاي داپلر حایز اهمیت است. MTI که این امر براي رادار
مگنترون نوسان سازي است که بیش از هر لامپ دیگري در سیستم هاي راداري کاربرد دارد . مگنترون کلاسیک داراي وزن و اند ازه مناسب، قیمت کم و بازدهی زیاد می باشد . ولتاژ کاري آن به قدري کم است که آن نیز قابلیت اعتماد، طول عمر (دوام) و پایداري (coaxial) نمی شود و نوع هم محور x باعث تولید اشعه بیشتري نسبت به نوع کلاسیک آن دارد و اما تقویت کننده هاي کلیسترون توان بالا، بهره زیاد ، پایداري و و تراکم پالس را در اختیار طراح قرار می دهد و د ر رادارهاي توان بالا MTI بازدهی خوب و لازم براي رادارهاي مشابه تقویت هاي کلیسترون است با این تفاوت که وسعت کاري و TWT مورد توجه قرار می گیرد . لامپ هم از خانواده CFA پهناي باند آن بسیار وسیع تر می باشد و بهره کمتري دار د. تقویت کننده میدان متقاطع یا از پهناي باند وسیعی برخوردار است اما بهره آن نسبتا کمتر است، بنابراین در یک TWT مگنترون بوده و مانند زنجیره تقویت، بیش از یک مرحله تقویت لازم دارد. نوسان ساز مگنترون: این نوسان ساز توان بالا در سال 1939 اخت راع شد و بیش از هر وسیله دیگري در پیدایش و توسعه رادارهاي مایکروویو در زمان جنگ جهانی دوم نقش داشت و از آنجا که میدان الکتریکی آن بر یک میدان مغناطیسی ساکن عمود است، یکی از انواع ابزارهاي میدان متقاطع محسوب می شود . این کاربرد حفره هاي تشدید کننده در ساخت ار مگنترون بود که امکان تولید یک نوسان ساز مایکروویوي کارآمد و با توان و بازدهی زیاد را فراهم کرد.
مگنترون داراي مجموعه اي از حفره ها و شیارهاست که مانند مدارهاي تشدید عمل می کنند و کاري مورد استفاده در فرکانس کمتر ) انجام می دهند . حفره ه ا، معادل سیم پیچ هاي ) LC مشابه مدارهاي تشدید و L نامیده می شود) هر یک از p القاگر، و شیار ها معادل خازن می باشند . در حالت کاري مطلوب ( که حالت ها با هم موازي هستند و فرک انس مگنترون تقریبا برابر فرکانس هر یک از تشدیدکننده ها است . کاتد باید از C جنس سختی باشد تا بتواند در مقابل گرما و تجزیه ناشی از برخوردهاي الکترونی (بمباران معکوس الکترونی ) مقاومت کند . بمباران معکوس الکترونی موجب افزایش دماي کاتد شده و گسیل الکترونهاي ثانویه را به دنبال دارد به همین دلیل است که پس از شروع نوسان، برق سیم گرمساز کم و یا قطع می شود . تقاطع میدانهاي الکتریکی و مغناطیسی باعث می شود که الکترونها تقریبا به محض گسیل شدن از کاتد به طور کامل دسته بین حفره هاي مجاور 180 RF بندي شوند . بهترین حالت کاري مگنترون حالتی است که در آن فاز میدان گویند. p درجه اختلاف فاز داشته باشند که به آن حالت هستند، یعنی می توانند با دو فرکانس (degenerate) از نوع چند فرکانسی p تمام حالتها به جز حالت مختلف متناسب با چرخش نمودار ایستا و عوض شدن جاي گره و شکم ، نوسان کنند. بنابراین در یک مگنترون فرکانس وج ود دارد که مگنترون می تواند در هر یک از این حالتها نوسان کند و این مسئله (n- حفره ( 1 n با p ریشه مشکل پایداري است ولی مگنترون باید فقط براي یک حالت کاري غالب طراحی شود که معمولا حالت را ترجیح می دهند زیرا به آسانی از سایر حالتها جدا می شود. در حفره مرکزي ذخیره می شود می توان با وارد کردن یک محور متحرك (مانند RF چون بیشتر انرژي پیستون) در حفره به طوریکه تماسی با جدار آن نداشته باشد، مگنترون را با اطمینان در یک باند وسیع تنظیم نمود. فرکانس مگنترون معمولی با وارد کردن این عنصر تنظیمی که میزان القاگري (اندوکتانس) مدار تشدید را تغییر می دهد قابل تغییر است . لازم نیست که حرکت عناصر تنظیم زیاد باشد بلکه حرکت کسري از اینچ براي تغییر 5 تا 10 درصدي فرکانس کار کافی است . در مگنترونهاي معمولی، تغییر فرکانس از طریق تغییر ظرفیت خازنی نیز امکان پذیر است . در رادارهاي ب ا تغییر سریع فرکانس، فرکانس مگنترون ممکن است پالس به پالس و به گونه اي تغییر کند که تمام باند تنظیمی را بپوشاند . چنین رادارهایی ممکن است براي تسهیل در کشف هدفهاي داراي سطح مقطع متغیر و کاهش اثر لرزش هدف به کار روند . این تنظیم سریع در یک باند باریک به منظور ایجاد تغییرات فوري فرکانس را گاهی تنظیم موتوري یا تنظیم دید می نامند. تقویت کننده کلیسترون:
کلیسترون نمونه اي از لامپهاي داراي پرتو خطی می باشد، مشخصه بارز لامپهاي داراي پرتو خطی آن است که الکترونهاي صادر شده از کاتد، به صورت یک پرتو استوانه اي و بلند درمی آیند که قبل از رسیدن به ناحیه تمام انرژي پتانسیل میدان الکتریکی را دریافت می کند . لامپهاي کم قدرت ممکن است براي ،RF واکنش جفت کردن پیام با پرتو در دهانه ورودي خود داراي یک شبکه باشند در حالیکه در لامپهاي پر قدرت معمولا در دهانه ورودي شبکه اي وجود ندارد ز یرا شبکه نمی تواند قدرت زیاد را تحمل کند. در مورد پهناي باند باید گفت فرکانس این نوع نوسان ساز به وسیله حفره هاي تشدید آن تعیین می شود که اگر تمام حفره ها براي یک فرکانس تنظیم شده باشند، بهره لامپ زیاد، اما پهناي باند آن کم خواهد بود . به این روش، تنظیم هماهنگ می چند IF گویند. افزایش پهناي باند کلیسترونهاي چند حفره اي به گونه اي مشابه افزایش پهناي باند نوسان ساز مرحله اي است یعنی با تنظیم هر یک از حفره ها به یک فرکانس متفاوت بدست می آید که به آن تنظیم ردیفی گویند. بدین ترتیب پهناي باند گسترش خواهد یافت.
یا لامپ موج سیار: TWT
هم یکی دیگر از انواع لامپهاي با پرتو خطی می باشد و از این لحاظ که واکنش بین پرتو الکترونی و TWT که TWT رخ می دهد با کلیسترون تفاوت دارد . ویژگی خاص TWT در سرتاسر فضاي انتشار RF میدان مورد توجه مهندسین قرار دارد، پهناي باند نسبتا وسیع آن است ، زیرا در کاربري هایی که به تفکیک فاصله اي خوب نیاز باشد و یا اجتناب از اختلالهاي عمومی و یا تداخل بین رادارهاي مجاور مورد توجه باشد ، استفاده از مشابه کلیسترون است، اما معمولا مقادیر آنها اندکی کم تر TWT باند وسیع ضرورت دارد . بهره، بازدهی و توان از کلیسترون با همان ابعاد می باشد . در این تقویت کننده ها یک میدان مغناطیسی محوري هم وجود دارد که RF خود را به میدان DC مانند کلیسترون، تمرکز پرتو الکترونی را حفظ می کند ، پس از اینکه الکترونها انرژي تحویل دادند، به وسیله الکترودها جمع آوري می شوند. کلیسترون می تواند د ر گستره نسبتا وسیعی از ولتاژ پرتو کار کند بدون اینکه تغییر عمده اي در بهره آن هاي پرقدرت در صورتیکه ولتاژ پرتو آنها کاهش یابد دچار نوسان می شوند TWT ایجاد شود در حالیکه بنابراین هر چه پهناي باند لامپ بیشتر باشد، قدرت تحمل پرتو آن در برابر تغییرات ولتاژ هم بیشتر خواهد بود . ها علاوه TWT . هم مشابه نیازهاي کلیسترون است اما مشکلتر از آن می باشد TWT نیازهاي حفاظتی لامپ بر اینکه بعنوان یک لامپ توان بالا در سیستم هاي راداري پرقدرت مورد استفاده قرار می گیرد، در سطوح توان پایین تر نیز بعنوان راه انداز لامپ هاي پرقدرت (از قبیل تقویت کننده هاي میدان متقاطع )، و در رادارهاي آرایه فازي که براي افزایش قدرت از تعداد زیادي لامپ استفاده می کنند، هم به کار می روند.
:CFA تقویت کننده هاي میدان متقاطع یا

هم مانند مگنترون ، وجود میدانهاي الکتریکی و مغناطیسی عمود بر CFA مشخصه بارز تقویت کننده هاي هم می باشد . اینگونه لامپ ها، بازدهی زیاد حدود 40 تا 60 درصد دارند، ولتاژ نسبتا کم، اندازه کوچک و وزن کم دارند و براي استفاده در سیستم هاي سیار، مفید هستند. این تقویت کننده ها، طیف وسیع، توان اوج بالا و پایداري فاز ي خوبی دارند اما بهره آنها چندان بالا نمی باشد البته براي دستیابی به قدرت بیشتر می توان را به طور موازي در مدار قرار داد . این لامپها می تواند به عنوان تقویت کننده بعد از مگنترون CFA تعدادي بعنوان بخش راه انداز و TWT و CFA بعنوان بخش تقویت کننده توان نوسان ساز یا به همراه سایر لامپهاي یا بعنوان فرستنده مجزا در رادارهاي آرایه فازي پرتوان مورد استفاده قرار گیر ند. تقویت کننده میدان متقاطع از اصول واکنش الکترونی مگنترون بهره می گیرند، بنابراین همان ویژگی هاي مگنترون را دار است و (CFA) TWT از جوانبی نیز مشابه CFA . از نظر ظاهري هم مشابه مگنترون هستند ،CFA حتی بسیاري از لامپهاي هستند زیرا تقابل الکترونی در هردوي آنها به رو ش موج متحرك (سیار) صورت می گیرد . اجزاي تشکیل دهنده انواع این تقویت کننده ها عموماً عبارتند از : ساختار کاهنده سرعت موج، کاتد، آند و دریچه هاي ورودي و خروجی الکترون.
فرستنده هاي نیمه هادي:
دو گروه نیمه هادي وجود دارند که در سیستم هاي راداري بعنوان منابع بالقوه انرژي مایکروویو تلقی می شوند یکی تقویت کننده هاي ترانزیستوري و دیگري دیودهاي مایکروویو یک قطبی ، که بعنوان نوسان ساز و یا تقویت کننده با مقاومت منفی، عمل می کنند . در گذشته ترانزیستورهاي دو قطبی سیلیسی در فرکانسهاي و پایین تر) مورد استفاده قرار می گرفتند و دیودها در فرکانسهاي بالاتر به کار می L پایین مایکروویو (باند از جنس گالیوم – آرسنید نیز در فرکانسهاي بالاتر استفاده می شدند، از ویژگیهاي FET رفتند. ترانزیستورهاي این دو نوع مولد امواج مایکروویو ترانزیستوري و دیودي، قدرت کم آنها در مقایسه با لامپهاي پرتوان (قدرتی ) ذکر شده می باشد . به دلیل قدرت کم و سایر ویژگیهاي ابزار نیمه هادي، کاربرد آنها در سیستم هاي راداري با کاربرد لامپهاي پرقدرت متفاوت است . گرچه در زمینه ابزار هاي نیمه هادي، پیشرفتهاي چشمگیري حاصل شده و آنها از ویژگیهایی متفاوت با سایر منابع مایکروویو برخوردارند، اما میزان کاربري آنها در سیستمهاي راداري همچنان محدود است.
ترانزیستورهاي مایکروویو:
از یک ترانزیستور مایکروویو بدست می آید، مم کن است به دهها وات L مقدار انرژي پیوسته اي که در باند برسد، برخلاف لامپهاي خلا، توان اوجی که ترانزیستورها، با پ السهاي باریک می توانند ایجاد کنند فقط در حدود دو برابر توان پیوسته آنها می باشد و این امر باعث می شود که ترانزیستورها، با پالسهاي پهن و ضریب کاري زیاد، کار کنند ولی در رادارهاي تجس سی هوابرد ممکن است پهناي پالس به دهها میکرو ثانیه یا بیشتر هم برسد 0 که خیلی بیشتر از ضریب کار لامپهاي مایکروویو است مواجه شویم. این ضریب کاري زیاد، / و با ضریب کاري 1 طراحان سیستم راداري را متقاعد نمود که فرستنده هاي نیمه هادي نمی توانند جایگزین فرستنده هاي لامپی گردند و براي استفاده از نیمه هادي ها باید مبانی طراحی سیستم را بطور کلی تغییر داد. به هر حال براي استفاده از نیمه هادي ها در سیستم هاي راداري، مشکلات زیادي جدا از قیمت نیز وجود دارد، همانطور که اشاره شد فرستنده هاي نیمه هادي تفاوت چشمگیري با فرستند ه هاي لامپی دارند . بخش اصلی مولد انرژي نسبتا کوچک است، بنابراین براي کسب انرژي مورد نیاز رادار بخشهاي تقویت کننده زیادي باید با هم ترکیب شوند، هر چه فرکانس بالاتر باشد انرژي حاصل از عناصر نیمه هادي کمتر و ترکیب انرژي زیاد PRF بعلت افزایش عناصر مورد نیاز دشوارتر خو اهد بود . رادارهاي ترانزیستوري باید پالسهاي بلند و یا داشته ب اشند که عموماً هیچکدام براي رادار مطلوب نمی باشد به همین دلیل کاربرد آنها محدود و خاص به می شود، در رادارهاي نظامی پالس پهن یک ایراد CW مواردي از قبیل رادارهاي پالس داپلر یا رادارهاي محسوب می شود زیرا با شروع پالس پهن سیستم هاي ایجاد نویز و اختلال می توا نن د فرکانس کاري رادار را مشخص نموده و در خلال دوره پالس، بسرعت سیستم ایجاد نویز و اختلال را بر روي فرکانس صحیح تنظیم کنند و ضمنا شناسایی و ردیابی رادار نیز آسان تر می باشد.
مدولاتورها:
کار مدولاتورها روشن و خاموش کردن لامپ فرستنده به منظور تولید شکل موج مورد نظر می باشد، اگر موج ارسالی به صورت پالس باشد، مدولاتور را پالس ساز هم می گویند . هر لامپ توان بالا، ویژگیهاي خاص خود را دارد که تعیین کننده نوع مدولاتور مورد نیاز می باشد . مثلا مدولاتور مگنترون باید طوري طراحی شود که و TWT قدرت تحمل تمامی انرژي پالس را داشته باشد و یا از سوي دیگر خواهیم دید که تمام انرژي لامپهاي کلیسترون را می توان به وسیله مدولاتورها که فقط بخش کوچکی از کل انرژي پرتو را تحمل می کند قطع و غالبا از نوع کلید کاتدي می باشند CFA وصل نمود . این نوسان ساز ها داراي ک لید آندي هستند ولی لامپهاي نیز داراي عملکرد مستقیم هستند یعنی می CFA که به مدولاتور پرقدرت نیاز دارند البته برخی از لامپهاي روشن شده و با اعمال یک پالس باریک و کم انرژي به الکترود قطع یا همان خامو ش RF توانند با شروع پالس روشن و خاموش می شوند و به ،RF با شروع و خاتمه پالس CFA شوند، همچنین برخی دیگر از لامپهاي مدولاتور نیازي ندارند.
انرژي حاصل از یک منبع ، انرژي در دوره بین پالسی (زمان بین دو پالس )، در یک عنصر ذخیره ساز انرژي ذخیره می گردد . امپدانس شارژ، سرعت تح ویل انرژي به عنصر ذخیره ساز را محدود می کند . در یک زمان بسرعت تخلیه گرد یده و شکل پالس را RF معین، کلید بسته شده و انرژي ذخیره شده از طریق بار یا لامپ عناصر پایه اي یکی
از انواع مدولاتور پالس عنصر ذخیره امپدانس شارژ انرژي منبع انرژي o بار کلید o مسیر دشارژ مسیر شارژ ایجاد می کند . در طول دوره تخلیه بار، امپدانس شارژ از هدر رفتن انرژي موجود در عنصر ذخیره گر جلوگیري می کند.
-4 گیرنده هاي راداري:
کار گیرنده رادار، آشکار سازي پی امهاي اکوي مورد نظر در حضور نویز ، تداخل یا کلاتر می باشد . گیرنده باید پیامهاي مطلوب را از نامطلوب جدا نموده و پیامهاي مطلوب را تا حدي که اطلاعات هدف براي کاربر قابل نمایش بوده و یا د ر داده پرداز خودکار ق ابل استفاده باشد، تقویت نماید . ساختار گیرنده رادار نه تنها به شکل موج آشکار شونده بستگی دارد، بلکه به ماهیت اکوهاي کلاتر ، تداخل و نویز که با پیامهاي اکو مخلوط می شوند هم بستگی دارد . نویز ممکن است از طریق پایانه آنتن، به همراه پیام مورد نظر، وارد گیرنده شود و یا ممکن است در داخل خود گیرنده ایجاد گردد البته در فرکانس هاي مایکروویو که معمولا در رادار به کار می روند، نویزهاي خارجی که از طریق آنتن وارد گیرنده می شوند به قدري ناچیز است که معمولا حساسیت گیرنده را بر حسب نویز داخلی گیرنده تنظیم می کنند ، مقدار نویز داخلی گیرنده را عدد نویز می نامند. خوب بودن گیرنده خروجی آن تعیین می شود. براي به حداکثر رساندن (S/N) بر مبناي بیشترین مقدار نسبت سیگنال به نویز و یا معادل آن باشد. (Matched Filter) نسبت سیگنال به نویز خروجی، گیرنده باید داراي یک فیلتر انطباقی گیرنده راداري را مشخص می کند. IF تابع پاسخ فرکانسی بخش Matched Filter قسمت بدیهی است که گیرنده باید طوري طراحی شود که کمترین نویز داخلی را بخصوص در طبقات ورودي که پیام هاي مطلوب در ضعیف ترین حالت خود هستند، ایجاد نما ید. در طراحی و ساخت گیرنده رادار، همچنین باید دستیا بی به بهره کافی، پایداري فاز و دامنه، برد دینامیک (پویا)، تنظیمات، استحکام و دوام و نیز سادگی و سوختگی هاي ناشی از تداخل (Over load) مورد توجه قرار گیرد، ابزار ایمن سازي در برابر بار اضافی فرستنده هاي مجاور هم باید فراهم گردد . همچنین زمانبندي و پیام مبنا هم براي استخراج صحیح اطلاعات رادارهاي ردگیر یا رادارهایی که براي به حداقل ،MTI هدف ضروري است . رادارهاي خاصی از قبیل رادارهاي رساندن کلاتر طراحی شده اند هم هر یک شرایط خاصی را براي گیرنده ایجاب می کنند . گیرنده هایی که با نیاز دارند . (AFC) فرستنده هاي چند فرکانسی کار می کنند به نوعی سیستم خودکار کنترل فرکانس رادارهایی که با تداخلهاي الکترونیکی مهاجم (ناشی از جنگ الکترونیک ) مواجه می شوند، به گیرنده هایی نیازمندند که بتوانند اثرات این گونه تداخلها را به حداقل برسانند . با توجه به مطالب اخیر طراحان سیستم هاي گیرنده براي تامین شرایط یک سیستم راداري پیشرفته و با کیفیت خوب با مس ایل و ضرورتهاي خاصی روبرو هستند.
: TRF
یک گیرنده ساده منطقی می باشد حسن این نوع گیرنده که امروزه تنها به عنوان گیرنده TRF گیرنده فرکانس ثابت مورد استفاده قرار می گیرد، در سادگی و حساسیت زیاد آن می باشد . که این خود نسبت به و... regenation گیرنده هایی که تا آن زمان مورد استفاده قرار می گرفت مانند گیرنده هاي کریستالی پیشرفت بزرگی بود. که با هم هماهنگ شده اند (تطبیق یافته اند ) براي انتخاب و RF در این نوع گیرنده 2 تا 3 تقویت کننده تقویت فرکانس ورودي و سپس حذف سایر فرکانس ها مورد استفاده قرار می گیرند. سیگنال گزینش شده بعد از اینکه به حد قابل قبولی برسد تقویت و د مدوله (آشکار) می شود. این چنین گیرنده هایی به سادگی براي تنظیم می شوند ولی در فرکانس هاي بالاتر با مشکلاتی مو اجه KHz ورودي فرکانس هاي 535 تا 1640 بودند، که این بیشتر به دلیل خطر ناپایداري ناشی از تقویت زیاد یک فرکانس توسط یک تقویت کننده چند طبقه می باشد. تغییر عرض باند در طول فاصله تنظیم گیرنده است بعلاوه به علت استفاده ،TRF یکی از عیوب گیرنده اجباري از مدار هاي تطبیق شده تک فرک انسی در فرکانس هاي بالا امکان انتخاب فر کانس هاي مختلف به اندازه کافی وجود ندارد ، در عین حال تطبیق بین بلوکهاي مختلف تقویت کننده نیز با مشکلا ت زیادي همراه است . این ضعف ها به همراه مشکلاتی چون ناپایداري، حذف غیرکافی (نامطلوب ) فرکانس هاي مجاور و تغییرات وجود داشت با استفاده از گیرنده سوپر هترودین برطرف شد. TRF پهناي باند که در گیرنده هاي گیرنده سوپر هترودین: در این نوع جدید از گیرنده ها ولتاژ سیگنال ورودي با ولتاژ نوسان ساز محلی جمع شده و معمولا به یک همان نوع مدولاسیون حامل (IF) سیگنال با فرکانس ثابت تبدیل می شوند ، سیگنالی که در این فرکانس میانی اصلی را دارد، در اینجا تقویت و آشکار می شود تا اطلاعات اولیه را تولید نماید بنابراین یک گیرنده سوپر می باشد مضاف ا کًه داراي میکسر ونوسان ساز محلی و تقویت کننده TRF هترودین داراي همان اجزاي اساسی معمولا از 2 یا 3 ترانسفورمر استفاده می شود . با این IF نیز است . در تقویت کننده هاي (IF) فرکانس میانی تعداد زیاد مدارهاي تطبیق شده مضاعف که در یک فرکانس ثابت تعیین شده کار می کنند، این تقویت است که تا حد زیادي تقویت مورد نیاز و در نتیجه حساسیت و پهناي باند لازم براي گیرنده را تامین IF کننده می نمایند. شماي کلی گیرنده سوپرهترودین LO fLO = fc ± fIF تقویت کننده آشکارساز دومین صدا تقویت کنند ه توان Demodulator ̃ RF IF آنتن BT < BRF < 2fIF امواج برگشتی سیگنال هاي ناخواسته BIF ≈ BT اولین تقویت کننده RF مستقل از فرکانسی است که گیرنده روي آن تنظیم شده است، انتخاب گري IF از آنجایی که تقویت کننده و حساسیت گیرنده سوپر هترودین معمولا در تمام باند آن نسبتا یکنواخت بوده و مشکل تغییر پهناي باند که اکثرا براي انتخاب فرکانس RF وجود داشت بوجود نمی آید . در این گیرنده ها از مدارهاي TRF در گیرنده موردنظر و ر د فرکانس هاي تداخلی و ک اهش عدد نویز گیرنده کمک می گیرند. مزایاي گیرنده سوپر هترودین گیرنده ه ایی با بان د ،FM و AM باعث شده تا در مواردي که گیرنده رادیویی مورد نیاز است ، مانند مخابرات جانبی تکی و حتی گیرنده هاي رادار ي، فقط با تغییرات جزیی در اجزاي آن به مناس ب ترین نوع گیرنده با همان اصول اولیه هترودین دست یافت. :(Mixers) میکسرها در بسیاري از گیرنده هاي راداري سوپر هترودین، میکسرها اولین طبقه آنها را تشکیل می دهند . اگر چه عدد نویز گیرنده هایی که در طبقه اول آنها میکسر وجود دارد به کمی گیرنده هاي دیگر نیست اما براي بسیاري از کاربردهاي رادار که عوامل دیگري بجز نویز کم در آنها اهمیت دارند، قابل قبول می باشند . کار میکسرها آن تبدیل کند. دیودهاي شاتکی و IF را با کمترین تلفات و بدون پاسخ هاي نادرست به انرژي RF است که انرژي سیلیکان داراي تماس نقطه اي که اتصال نیمه هادي به فلز در آنها داراي مقاومت غیرخطی می باشد بعنوان GaAs ، میکسر مورد استفاده قرار می گیرند . البته در فرکانسهاي مایکروویوي یا بالاتر در خانواده دیود شاتکی (گالیم- آرسنیک ) نسبت به سیلیکان برتري دارد . دیودهاي شاتکی نسبت به دیودهاي معمولی (داراي تماس نقطه اي ) عدد نویز کمتر ي دارند اما دیودهاي تماس نقطه اي سیلیکان کمتر می سوزند . یکی دیگر از اجزاي نیز از اهمیت خاصی IF است همچنین در طراحی میکسرها تقویت کننده (LO) میکسرها، نوسان ساز محلی برخودار است زیرا در بهبود عدد نویز کلی تاثیر بسزایی دارد. هم ظاهر می شود. اگر بخواهیم که IF در فرکانس ،LO بدلیل رفتار غیرخطی میک سرها، نویز همراه با پیام حذف گردد. یکی از راههاي حذف این نویز، LO گیرنده از بیشترین حساسیت برخوردار باشد، باید نویز همراه با در بین نوسان ساز محلی و میکسر می باشد. فرکانس مرک زي این فیلتر ،RF قرار دادن یک فیلتر باند باریک و فرکانسهاي تصویر، در LO و پهناي طیف آن باید باریک باشد تا نویز موجود در پیام ،LO باید برابر فرکانس بدون مشکلات مربوط به فیلترهاي باند باریک، ،LO میکسر ظاهر نگردد . یکی دیگر از روش هاي حذف نویز استفاده از میکسرهاي متوازن است. استفاده نمی RF در اوایل، گیرنده ه اي سوپر هترودین مایکروویو در ابتداي مدار خود از تقویت کننده هاي ساخته شده اند که عدد نویز مناسبی دارند . تقویت کنند هاي RF کردند اما اکنون تعدادي تقویت کننده ترانزیستوري را می توان در بخش وسیعی از طیف فرکانس راداري مورد استفاده قرار داد، در ترانزیستور هاي نوع گالیوم – آرسنید ، نویز گرمایی بیشتر از نویز شاتکی می باشد، بنابراین با خنک کردن می توان نویز FET آنها را کاهش داد. در سیستم هاي راداري از گیرنده هاي سوپر هترود ین، بدلیل حساسیت خوب، بهره زیاد، قابلیت گزینش فرکانس و ضریب اطمینان خوب تقریبا همیشه استفاده می شود و هیچ نوع گیرنده اي قابل رقابت با این نوع گیرنده ها نیست ند. در طراحی و ساخ ت گیرنده رادار، عوامل بسیاري دخالت دارند، اما در اینجا فقط عدد نویز بدلیل اینکه تعیین کننده حساسیت گیرنده می باشد مورد بحث قرار می گیرد. عدد نویز: عدد نویز، مقدار نویز ایجاد شده توسط یک گیرنده واقعی، نسبت به نویز یک گیرنده ایده آل است و عدد نویز یک شبکه خطی را می توان به صورت زیر تعریف کرد: n F = out out in in S N S N = K B G N n out o T آنها برابر، اما عدد نویز و ( Bn ) در جایی که چند شبکه متوالی داشته باشیم در صورتی که پهناي باند نویز بهره مفید آنها متفاوت باشد نیز خواهیم داشت: 1 2 1 2 1 3 1 2 1 ... 1 1 ... 1 - - + + - + - = + N N t GG G F GG F G F F F ام می باشد. از طرف دیگر می توان نویز i بهره (گین) طبقه ،Gi ام و نیز i عدد نویز شبکه ، Fi که در آن نیز بیان کرد که عبارتست از مقدار دماي موجود در ورودي ( Te ) حاصل از یک شبکه را به صورت دماي نویز در خروجی می گردد بنابراین: DN شبکه که باعث ایجاد نویز N G eD = KT B ... 1 2 3 1 2 1 = + + + GG T G T T T e دماي نویز یک گیرنده چند طبقه عدد نویز یک گیرنده در حین کار رادار افزایش می یابد و باعث کاهش قابلیتهاي آن می گردد . بنابراین در یک رادار عملیاتی باید وسیله اي براي نشان دادن عدد نویز فراهم گردد تا در صورتی که حساسیت گیرنده ب دتر شود، بتوان آن را تشخیص داده و تصحیح نمود . نشان دادن عدد نویز ممکن است به صورت خودکار انجام شود و یا توسط کاربر صورت گیرد . به کمک یک منبع نویز طیف پهن که شدت آن معلوم باشد، از قبیل لامپ گ ازي و یا یک منبع نویز نیمه هادي، می توان عدد نویز گیرنده را اندازه گیري نمود. علاوه بر عدد نویز، عوامل دیگري هم در انتخاب اولین طبقه یک گیرنده موثر هستند . هزینه، سوختن عناصر ، برد دینامیکی ، پهناي باند لحظه اي، مقدار قابلیت تنظیم، پایداري فاز و دامنه و نحوه خنک کردن، نیز بر انتخاب طبقه اول گیرنده تاثیر بسزایی دارند. :(Duplexer) داپلکسر داپلکسر وسیله است که به یک رادار امکان می دهد که هم بعنوان گیرنده و هم بعنوان فرستنده مورد استفاده قرار گیرد . در هنگام ارسال باید گیرنده را در برابر سوختن و یا خرابی محافظت کند و در هنگ ام دریافت باید مسیر را براي عبور پیام اکو باز نماید . داپلکسرها بخصوص در رادارهاي پرقدرت ، از نوعی وسیله گازي (جهت خالی کردن بار خازن خود) و همچنین از قطعات نیمه هادي استفاده می کنن د. در موارد عادي ممکن است توان اوج فرستنده به چند مگاوات برسد و این در حالیست که بهترین توانی که گیرنده می تواند با ایمنی تحمل 60 جدایی ایجاد dB بکند ش اید کمتر از چند وات باشد بنابراین داپلکسر باید بین فرستنده و گیرنده بیش از کند و در عین حال پیامهاي مورد نظر را تضعیف نکند، علاوه بر این در فاصله بین پالسها و یا زمانیکه رادار خاموش است، گیرنده باید در مقابل تابشهاي پرقدرت رادارهاي مجاور ک ه ممکن است با قدرتی کمتر از میزان لازم براي فعال کردن داپلکسر، اما بیش از میزان قابل تحمل براي گیرنده، وارد آنتن رادار گردند، محافظت گردد. براي این کاربرد دوگانه آنتن هاي رادار دو روش اصلی وجود دارد ، در روش قدیمی که بوسیله داپلکسر ارسال – ) TR انشعابی و داپلکسر متوازن انجام می شد و براي انجام عملیات قطع و وصل خود از لامپهاي گازي دریافت) استفاده می کردند و در روش دوم ، براي جداسازي فرستنده و گیرنده از سرکولاتور (موجگردان ) فریت و دیود محدود کننده استفاده می کنند. TR و یک محافظ گیرنده شامل لامپ گازي :(Branch Type Duplexer) داپلکسر انشعابی و TR این نوع داپلکسر از قدیمی ترین اشکال داپلکسر است که مورد استفاده قرار گرفته و شامل یک کلید ضد ارسال – دریافت ) است که هر دوي آنها از نوع گازي هستند . هر گاه فرستنده روشن ) ATR یک کلید یونیزه می شوند و روش ن می شوند (شروع بکار می کنند ). در هنگام دریافت ATR وTR باشد، گاز درون که به فاصله 4 ATR فعال نیستند. مدار باز ATR و TR فرستنده خاموش است و هیچکدام از لامپهاي از l خط انتقال اصلی فاصله دارد در مسیر خط انتقال مانند یک اتصال کوتاه ظاهر می شود و چون این اتصال کوت اه به اندازه 4 با خط انتقالی انشعابی گیرنده فاصله دارد، فرستنده به طور موثري از خط جدا شده و انرژي پیام l اکو مستقیما بسوي گیرنده هدایت می شود. :(Balanced Duplexer) داپلکسر متوازن این داپلکسر شامل دو قطعه موجبر است که به صورت طولی، کنار هم قرار گرفته و از یکی از دایواره ها بهم چسبیده اند و در محل اتصال دیواره باریک و مشترك آنها یک شکاف ایجاد شده که امکان انتقال انرژي بین دو شاخه را فراهم می کند . در حالت ارسال از طریق اولین اتصال شکافدار، انرژي به طور یکسان در هر دو موجبر فعال شده و انرژي را به سمت شاخه آنتن هدایت می کنند و در حالت TR توزیع می شود و هر دو لامپ غیر فعال هستند و پیام اکو از داپلکسر عبور نموده و به گیرنده می رسد. توان قابل تحمل TR دریافت، لامپهاي این داپلکسر از داپلکسرهاي انشعابی بیشتر است و پهناي باند آن هم وسیع تر می باشد. :(TR Tube) لامپهاي ارسال و دریافت پرقدرت، یونیزه و فعال شده و با جذب RF این لامپها یک وسیله گازي هستند که به محض ورود انرژي انرژي به طور ناگهانی و به سرعت غیر فعال می گرد ند. داپلکسرهایی که از ابزارهاي محافظ غیرفعال استفاده می کنند، مدت بازیابی (زمان گذرا) بین کسري از میکروثانیه تا ده ها میکروثانیه دارند و با بکارگیري اصول م التی پلکس (انتخاب سریع انرژي هاي مایکروویو توان بالا)، زمان بازیابی را می توان به زیر 5 نانوثانیه هم رساند. مالتی پلکس یک لامپ خلا است و صفحاتی د ارد که در اثر برخورد یک الکترون ، الکترونهاي ثانویه زیادي الکترونها را وادار به برخوردهاي پیاپی می کند تا با پرتاب الکترونهاي ثانویه، یک ابر ،RF آزاد می کنند . انرژي ورودي حرکت RF الکترونی وسیع ایجاد نماید، این ابر الکترونی به صورت همفاز با نوسانات میدان الکتریکی را جذب م ی کند . ایراد م التی پلکسر آن است که پیچیده بوده و در صورت RF کرده و بخشی از انرژي میدان خاموش بودن دستگاه ایمنی گیرنده را تامین نمی کند. آنتن هاي راداري: نقش آنتن آن است که در حین ارسال، انرژي تابشی را به شکل یک پرتو معین که به جهتی خاص در فضا اشاره دارد متمرکز نماید و در هنگام دریافت، انرژي موجود در پیام اکو را جمع آوري نموده و به گیرنده تحویل دهد بنابراین ، آنتن رادار دو نقش متضاد اما هم ربط را ایفا می کند . این دو نقش عبارتند از بهره ارسال و سطح مفید دریافتی زیاد. سطح مفید وسیعی که براي کشف هدفهاي دور لازم است، باعث باریک شدن پهناي پرتو می گردد و اهمیت پرتوهاي باریک آنجا آشکار می شود که بخواهیم تعیین اندازه زاویه بطور دقیق انجام شود و یا هدفهاي نزدیک بهم از یکدیگر تمیز داده شوند. مزیت فرکانسهاي مایکروویو در سیستم هاي راداري آن است که براي سطوح به ابعاد فیز یکی کوچک ، می توان به راحتی پرتو هاي باریک ایجاد نمود و از ویژگیهاي بارز آنتنهاي راداري، پرتوهاي جهت دار آنها می باشد که معمولا بسرعت می چرخند، با این دو پارامتر می توان محیط را حتی به صورت نقطه اي مورد بررسی قرار داد. در اینجا در مورد هدایت جهت دار پرتو دو تعریف متفاوت اما نزدیک به ه م براي آنتن وجود دارد، توانایی گویند و بهره توان (بهره انرژي) که با (GD ) آنتن در متمرکز کردن انرژي در یک جهت معین را ضریب هدایت نشان داده می شود ، که تلفات هدر دهنده آنتن را هم در نظر می گیرد اما تلفات سیستمی ناشی از G حرف عدم انطباق امپدانس یا قطبیت را شامل نمی شود. G = 2 4 l p e A = 2 4 l p aP A شدت تابش آنتن جهت دار مورد نظر