1 / 24

Systemskisse enkelt radarsystem Pulsa radar

Systemskisse enkelt radarsystem Pulsa radar. Avstand til mål (Range):. Eksempel: tid fram og tilbake t = 18.5 m s:. Coherens. Det er her eit heilt antal bølgjelengder mellom to bølgjetoppar. Kan studere faseforskyvningar frå puls til puls som blir reflektert frå eit objekt.

glenna
Download Presentation

Systemskisse enkelt radarsystem Pulsa radar

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. Systemskisse enkelt radarsystemPulsa radar Avstand til mål (Range): Eksempel: tid fram og tilbake t = 18.5 ms:

  2. Coherens Det er her eit heilt antal bølgjelengder mellom to bølgjetoppar Kan studere faseforskyvningar frå puls til puls som blir reflektert frå eit objekt. Brukar det til å finne dopplerforskyvning.

  3. Senderdelen i radar Vi tar først for oss incoherent radar der pulsane har tilfeldig fase. Vi tar etterpå for oss senderdelen i coherent radar der fasen til pulsane kan brukast til å finne dopplerforskyvning.

  4. Sender Enkel pulsa radar (ikkje coherent): Synkronizer: Pulsgenerator som styrer Puls Repetisjons Frekvens (PRF). Typisk 600 Hz til 6000 Hz Modulator: Gir ein høg-effekts negativ spenningspuls på ca -20kV til katoden på magnetronen for kvar synkroniseringspuls. Transmitter: Magnetron som gir høgeffekts (kW) radiofrekvensbølgje. Typisk frekvensområde 1 - 10 GHz ( 30 cm - 3 cm)

  5. Magnetron Katode

  6. Magnetron - elektronbanar Elektrisk kraft akselererer elektron mot anode: Magnetisk kraft bøyer av elektronbanen: Banen til eit enkelt elektron er i første omgang berre avhengig av utgangsvinkel. Seinare vil også dei induserte felta påverke elektronbanane.

  7. Magnetron - elektronbanar Sirkelbane med radius r rundt katoden er mulig dersom: NB! Dette er ei grov tilnærming for å vise dimensjonering av magnetfelt. Nøyaktig radarfrekvens er bestemt av induktans L og kapasitans C til hulromma.

  8. Magnetron - induserte felt Det blir etablert induserte elektriske felt mellom hulrom-segmenta Ved punkt B blir elektronane retardert i forhold til rotasjonsretning Ved punkt A blir elektronane akselerert i forhold til rotasjonsretning. Resultatet er at det blir danna ”eiker” som i eit hjul. ”Eikene” er elektronskyer som roterer med ein rotasjonsfrekvens fr nær syklotronfrekvensen fc Eit bestemt hulrom blir passert med frekvens f = 4 fr

  9. Slik oppstår det induserte feltet Når den negative elektronskya passerer eit segment oppstår det ein strøm I som flyttar ladning mellom segmenta. Strømmen I induserer eit magnetfelt B inne i hulrommet.Hulrommet er ein spole med N=1 vikling, lengde l, tverrsnitt A og induktans L I x x x x x x Segmenta dannar platekondensatorar med indusert elektrisk felt Eog med kapasitansC - - B Hulrommet blir ei svingekrets med resonansfrekvens: E + + Justerer frekvensen ved å endre kr , skruer inn jern i hulrom f.eks. Elektronsky (negativ)

  10. Magnetron-uttak av energi B Med magnetisk dipolantenne Direkte ut i bølgeleder

  11. Oppgåver magnetron Målet med oppgåvene er konkretisere virkemåten til magnetronen, å setja teknologien i samanheng med fysikk- og elektro-teori og å gi eleven inntrykk av dimensjoneringa av magnetronen. Det sylindriske rommet mellom anode og katode i ein magnetron har radius a=1,0 cm. Spenninga på katoden er -20kV. Katode har radius b=1,0 mm. Magnetronen har 8 hulrom. Finn farten til eit elektron like før det treffer anoden. Vurder om vi må rekne relativistisk. Finn elektrisk kraft på elektronet der. • Finn magnetfeltet (B) som trengs for saman med E-feltet å halde eit elektron med denne farten i sirkelbane her. • Finn vinkelfarten, rotasjonsfrekvensen og radarfrkvensen denne sirklingsfarten vil gi. • Finn magnetisk kraft på elektronet. • Ville det vera grov tilnærming å sjå bort frå elektrisk kraft når vi reknar ut rotasjonsfrekvensen? • Ei elektromagnetisk bølgje forplantar seg i innerveggen av anoden (slow wave structure). Kva fart går denne bølgja med? • Vi ser på eit hulrom som ein spole med 1 vinding, diameter 3 mm og lengde 10 mm, og opninga mellom anodesegmenta som ein platekondensator med plateavstand 1 mm og areal 0,5 cm2. Rekn ut tilnærma verdiar for induktans L og kapasitanc C. Finn resonansfrekvens for LC-koplinga. i • Juster dimensjoneringa av segmenta og hulromma til resonansfrekvensen=radarfrekvensen.

  12. Fasit magnetronoppgåver

  13. Magnetronsimulator 1. Legg inn dataene frå magnetronoppgåva i magnetronsimulatoren. 2. Juster dimensjoneringa av hulromma (og evt. relativ permeabilitet) til resonansfrekvensen er lik radarfrekvrensen.Klikk på biletet av Excel-reknearket for å starte Excel!

  14. Sender Coherent radar f.eks. pulsa doppler radar Exciter: Genererer kontinuerleg lav effekt signal med kontrollert frekvens og fase til transmitter og til receiver (miksesignal). Transmitter: Høgeffektforsterkar f.eks. traveling-wave tube, klystron eller Crossed-Field Amplifier (CFA)

  15. Travelling Wave Tube (TWT) RF-signal går i ein spiralforma bølgjeleder som er konstruert slik at farten i framoverretning er litt mindre enn elektronfarten i elektronstråla. Elektronane blir vekselvis akselerert og retardert og bunkar seg saman. I netto skjer det energioverføring frå elektronstråle til RF-signal. Forsterkning opp til 107 og bandbreidde 5 - 20 % for høgeffektsrøyr, opptil 2 oktavar (f.eks. 1-4 MHz) for laveffektsrøyr. Pulsmodulerer ved å la eit kontrollsignal variere spenninga på eit gitter framfor katoden.

  16. TWT

  17. Cross-Field Amplifier(CFA) Liknar magnetron med ”crossed” E-felt og B-felt. Katode K som sender ut elektronar som dannar elektronsky med ”eiker”. B E ”Eikene” blir danna av RF-inn-signalet K Hulromma i magnetronen sin anode er erstatta av ein ”slow wave structure” som gjer at signalet langs innsida av anoden har tilnærma lik fart med elektron- ”eikene” RF-ut-signalet har samme frekvens som RF-inn-signalet. Modulerer ved å slå på og av katodespenning. RF inn RF ut SPY1 har 42 CFA i parallell, inngangssignalet kjem frå 4 TWT. Pulseffekt typisk 100kW.Bandbreidde 10-15%

  18. CFA

  19. Transmisjonslinje for mikrobølgjer

  20. Transmisjonsmedium - koaksialkabel Senterleder og skjerm med dielektrikum mellom. E B Energien transportert som elektromagnetisk bølgje i dielektrikum Typisk demping: 500 MHz: 0.23 dB/m Signaleffekt halvert i 13 m kabel 3000 MHz: 0.6 dB/m Signaleffekt halvert i 5 m kabel Kompendium Philips Elektronikindustrier AB: Radar Techniques

  21. y a x z y Transmisjonsmedium - waveguide Rektangulært messing-røyr. Energien transportert som elektromagnetisk bølgje inne i røyret. Ståande bølgje i y-retning, progressiv bølgje i x-retning Sjå på som sum av to bølgjer som går med vinkel a med x-retning E-felt, TE10-mode FråLeif Fausa: Elektromagnetiske bølger og bølgeledere, SKSK

  22. Waveguide-TE-modi E-felt og B-felt i TE10 - mode TE10 = Transverse Electric 1 halvbølgje i a-retning 0 halvbølgjer i b-retningen Andre TE-modi: Eks. l=3 cm: a>1,5 cm a>3 cm a>4,5 cm FråLeif Fausa: Elektromagnetiske bølger og bølgeledere, SKSK

  23. Waveguide-TE20-mode TE20 = Transverse Electric 2 halvbølgje i a-retning 0 halvbølgjer i b-retningen a Større a => meir sikk-sakk Mindre effektiv transmisjon Prøver å unngå! b Blanding av ulike modi => øydelegg pulsformer og coherens. a FråLeif Fausa: Elektromagnetiske bølger og bølgeledere, SKSK

  24. Demping i waveguide Typisk demping for TE10-mode: 3 GHz: 0.04 dB/m Signaleffekt halvert i 75 m bølgjeleder 10 GHz: 0.2 dB/m Signaleffekt halvert i 15 m bølgjeleder Kompendium Philips Elektronikindustrier AB: Radar Techniques

More Related