RADAR è un sistema di rilevamento a base elettromagnetica che funziona irradiando onde elettromagnetiche e quindi studiando l'eco o le onde riflesse.

La forma completa di RADAR è RAdio Detection And Rangoscia. Il rilevamento si riferisce alla presenza o meno del target. Il bersaglio può essere fisso o mobile, cioè non stazionario. La distanza si riferisce alla distanza tra il radar e il bersaglio.

I radar possono essere utilizzati per varie applicazioni a terra, in mare e nello spazio. Ilapplications dei radar sono elencati di seguito.

• Controllo del traffico aereo
• Sicurezza della nave
• Percepire i luoghi remoti
• Applicazioni militari

In qualsiasi applicazione del radar, il principio di base rimane lo stesso. Parliamo ora del principio del radar.

Principio di base del radar

Il radar viene utilizzato per rilevare gli oggetti e trovare la loro posizione. Possiamo capire il filebasic principle di Radar dalla figura seguente.

Come mostrato nella figura, Radar consiste principalmente di un trasmettitore e un ricevitore. Utilizza la stessa antenna sia per la trasmissione che per la ricezione dei segnali. La funzione ditransmitter è trasmettere il segnale Radar nella direzione del bersaglio presente.

L'obiettivo riflette questo segnale ricevuto in varie direzioni. Il segnale, che viene riflesso all'indietro verso l'Antenna, viene ricevuto dalreceiver.

Terminologia dei sistemi radar

Di seguito sono riportati i termini di base, utili in questo tutorial.

• Range
• Frequenza di ripetizione dell'impulso
• Intervallo massimo non ambiguo
• Intervallo minimo

Ora, discutiamo di questi termini di base uno per uno.

Gamma

Viene chiamata la distanza tra Radar e target Range del target o semplicemente range, R. Sappiamo che Radar trasmette un segnale al target e di conseguenza il target invia un segnale di eco al Radar con la velocità della luce, C.

Lascia che il tempo impiegato dal segnale per viaggiare dal radar al bersaglio e di nuovo al radar sia "T". La distanza bidirezionale tra il radar e il bersaglio sarà 2R, poiché la distanza tra il radar e il bersaglio è R.

Ora, la seguente è la formula per Speed.

$$Speed= \frac{Distance}{Time}$$

$$\Rightarrow Distance=Speed\times Time$$

$$\Rightarrow 2R=C\times T$$

$$R=\frac{CT}{2}\:\:\:\:\:Equation\:1$$

Possiamo trovare il file range of the target sostituendo i valori di C & T nell'equazione 1.

Frequenza di ripetizione dell'impulso

I segnali radar dovrebbero essere trasmessi ad ogni impulso di clock. La durata tra i due impulsi di clock dovrebbe essere scelta opportunamente in modo tale che il segnale di eco corrispondente all'impulso di clock presente debba essere ricevuto prima del successivo impulso di clock. Un tipicoRadar wave form è mostrato nella figura seguente.

Come mostrato in figura, Radar trasmette un segnale periodico. Sta avendo una serie di stretti impulsi di forma rettangolare. Viene chiamato l'intervallo di tempo tra i successivi impulsi di clockpulse repetition time, $T_P$.

Viene chiamato il reciproco del tempo di ripetizione dell'impulso pulse repetition frequency, $f_P$. Matematicamente, può essere rappresentato come

$$f_P=\frac{1}{T_P}\:\:\:\:\:Equation\:2$$

Pertanto, la frequenza di ripetizione dell'impulso non è altro che la frequenza alla quale il radar trasmette il segnale.

Intervallo massimo non ambiguo

Sappiamo che i segnali radar dovrebbero essere trasmessi ad ogni impulso di clock. Se selezioniamo una durata più breve tra i due impulsi di clock, il segnale di eco corrispondente all'impulso di clock attuale verrà ricevuto dopo il successivo impulso di clock. A causa di ciò, la portata del target sembra essere inferiore alla portata effettiva.

Quindi, dobbiamo selezionare la durata tra i due impulsi di clock in modo tale che il segnale di eco corrispondente all'impulso di clock attuale venga ricevuto prima che inizi l'impulso di clock successivo. Quindi, otterremo il vero raggio del bersaglio ed è anche chiamato intervallo massimo non ambiguo del bersaglio o semplicemente,maximum unambiguous range.

Sostituto, $R=R_{un}$ e $T=T_P$ nell'equazione 1.

$$R_{un}=\frac{CT_P}{2}\:\:\:\:\:Equation\:3$$

Dall'equazione 2, otterremo il tempo di ripetizione dell'impulso, $T_P$ come il reciproco della frequenza di ripetizione dell'impulso, $f_P$. Mathematically, può essere rappresentato come

$$T_P=\frac{1}{f_P}\:\:\:\:\:Equation\:4$$

Sostituisci, equazione 4 nell'equazione 3.

$$R_{un}=\frac{C\left ( \frac{1}{f_P} \right )}{2}$$

$$R_{un}=\frac{C}{2f_P}\:\:\:\:\:Equation\:5$$

Possiamo usare l'Equazione 3 o l'Equazione 5 per calcolare l'intervallo massimo non ambiguo del bersaglio.

• Otterremo il valore del raggio massimo non ambiguo del target, $R_{un}$ sostituendo i valori di $C$ e $T_P$ nell'equazione 3.

• Allo stesso modo, otterremo il valore dell'intervallo massimo non ambiguo del target, $R_{un}$ sostituendo i valori di $C$ e $f_P$ nell'equazione 5.

Intervallo minimo

Otterremo il file minimum rangedel bersaglio, quando consideriamo il tempo necessario affinché il segnale di eco riceva al Radar dopo che il segnale è stato trasmesso dal Radar come larghezza di impulso. È anche chiamato il raggio più corto del bersaglio.

Sostituto, $R=R_{min}$ e $T=\tau$ nell'equazione 1.

$$R_{min}=\frac{C\tau}{2}\:\:\:\:\:Equation\:6$$

Otterremo il valore della portata minima del target, $R_{min}$ sostituendo i valori di $C$ e $\tau$ nell'equazione 6.

L'equazione della portata del radar è utile per conoscere la portata del bersaglio theoretically. In questo capitolo, discuteremo la forma standard dell'equazione della portata del radar e quindi discuteremo delle due forme modificate dell'equazione della portata del radar.

Otterremo quelle forme modificate dell'equazione della portata del radar dalla forma standard dell'equazione della portata del radar. Ora, parliamo della derivazione della forma standard dell'equazione della portata del radar.

Derivazione dell'equazione della portata del radar

La forma standard dell'equazione della portata del radar è anche chiamata come forma semplice dell'equazione della portata del radar. Ora, deriviamo la forma standard dell'equazione della portata del radar.

Lo sappiamo power densitynon è altro che il rapporto tra potenza e area. Quindi, la densità di potenza,$P_{di}$ a distanza, R dal radar può essere rappresentato matematicamente come:

$$P_{di}=\frac{P_t}{4\pi R^2}\:\:\:\:\:Equation\:1$$

Dove,

$P_t$

La suddetta densità di potenza è valida per un'antenna isotropa. In generale, i radar utilizzano antenne direzionali. Pertanto, la densità di potenza,$P_{dd}$ a causa dell'antenna direzionale sarà -

$$P_{dd}=\frac{P_tG}{4\pi R^2}\:\:\:\:\:Equation\:2$$

L'obiettivo irradia la potenza in direzioni diverse dalla potenza di ingresso ricevuta. La quantità di potenza che viene riflessa verso il radar dipende dalla sua sezione trasversale. Quindi, la densità di potenza$P_{de}$ del segnale di eco al Radar può essere rappresentato matematicamente come -

$$P_{de}=P_{dd}\left (\frac{\sigma}{4\pi R^2}\right )\:\:\:\:\:Equation\:3$$ Sostituisci, equazione 2 nell'equazione 3.

$$P_{de}=\left (\frac{P_tG}{4\pi R^2}\right )\left (\frac{\sigma}{4\pi R^2}\right )\:\:\:\:\:Equation\:4$$

La quantità di power, $P_r$ received dal Radar dipende dall'apertura effettiva, $A_e$ dell'antenna ricevente.

$$P_r=P_{de}A_e\:\:\:\:\:Equation\:5$$

Sostituisci, equazione 4 nell'equazione 5.

$$P_r=\left (\frac{P_tG}{4\pi R^2}\right )\left (\frac{\sigma}{4\pi R^2}\right )A_e$$

$$\Rightarrow P_r=\frac{P_tG\sigma A_e}{\left (4\pi\right )^2 R^4}$$

$$\Rightarrow R^4=\frac{P_tG\sigma A_e}{\left (4\pi\right )^2 P_r}$$

$$\Rightarrow R=\left [\frac{P_tG\sigma A_e}{\left (4\pi\right )^2 P_r}\right ]^{1/4}\:\:\:\:\:Equation\:6$$

Forma standard dell'equazione della portata del radar

Se il segnale dell'eco ha una potenza inferiore a quella del segnale minimo rilevabile, il radar non può rilevare il bersaglio poiché è oltre il limite massimo della portata del radar.

Pertanto, possiamo dire che la portata del bersaglio è detta portata massima quando il segnale di eco ricevuto ha la potenza uguale a quella del segnale minimo rilevabile. Otterremo la seguente equazione, sostituendola$R=R_{Max}$ e $P_r=S_{min}$ nell'equazione 6.

$$R_{Max}=\left [\frac{P_tG\sigma A_e}{\left (4\pi\right )^2 S_{min}}\right ]^{1/4}\:\:\:\:\:Equation\:7$$

L'equazione 7 rappresenta il standard formdell'equazione della portata del radar. Utilizzando l'equazione di cui sopra, possiamo trovare la portata massima del bersaglio.

Forme modificate dell'equazione della portata del radar

Conosciamo la seguente relazione tra il guadagno dell'antenna direzionale, $G$ e apertura effettiva, $A_e$.

$$G=\frac{4\pi A_e}{\lambda^2}\:\:\:\:\:Equation\:8$$

Sostituisci, equazione 8 nell'equazione 7.

$$R_{Max}=\left [ \frac{P_t\sigma A_e}{\left ( 4\pi \right )^2S_{min}}\left ( \frac{4\pi A_e}{\lambda^2} \right ) \right ]^{1/4}$$

$$\Rightarrow R_{Max}=\left [\frac{P_tG\sigma {A_e}^2}{4\pi \lambda^2 S_{min}}\right ]^{1/4}\:\:\:\:\:Equation\:9$$

L'equazione 9 rappresenta il modified formdell'equazione della portata del radar. Utilizzando l'equazione di cui sopra, possiamo trovare la portata massima del bersaglio.

Otterremo la seguente relazione tra apertura effettiva, $A_e$ e il guadagno dell'antenna direzionale, $G$ dall'equazione 8.

$$A_e=\frac{G\lambda^2}{4\pi}\:\:\:\:\:Equation\:10$$

Sostituto, equazione 10 nell'equazione 7.

$$R_{Max}=\left [\frac{P_tG\sigma}{\left (4\pi\right )^2 S_{min}}(\frac{G\lambda^2}{4\pi})\right ]^{1/4}$$

$$\Rightarrow R_{Max}=\left [\frac{P_tG^2 \lambda^2 \sigma}{\left (4\pi\right )^2 S_{min}}\right ]^{1/4}\:\:\:\:\:Equation\:11$$

L'equazione 11 rappresenta another modified form dell'equazione della portata del radar. Utilizzando l'equazione di cui sopra, possiamo trovare la portata massima del bersaglio.

Note - Sulla base dei dati forniti, possiamo trovare la portata massima del bersaglio utilizzando una di queste tre equazioni

• Equazione 7
• Equazione 9
• Equazione 11

Problemi di esempio

Nella sezione precedente, abbiamo ottenuto le forme standard e modificate dell'equazione della portata del radar. Ora, risolviamo alcuni problemi usando queste equazioni.

Problema 1

Calcola il maximum range of Radar per le seguenti specifiche -

• Potenza di picco trasmessa dal Radar, $P_t=250KW$
• Guadagno di trasmissione dell'antenna, $G=4000$
• Apertura effettiva dell'antenna ricevente, $A_e=4\:m^2$
• Sezione trasversale radar del bersaglio, $\sigma=25\:m^2$
• Potenza del segnale minimo rilevabile, $S_{min}=10^{-12}W$

Soluzione

Possiamo usare quanto segue standard form dell'equazione della portata del radar per calcolare la portata massima del radar per determinate specifiche.

$$R_{Max}=\left [\frac{P_tG \sigma A_e}{\left (4\pi \right )^2 S_{min}}\right ]^{1/4}$$

Substitute tutti i parametri indicati nell'equazione precedente.

$$R_{Max}=\left [\frac{ \left ( 250\times 10^3 \right )\left ( 4000 \right )\left ( 25 \right )\left ( 4 \right )}{\left ( 4\pi \right )^2 \left ( 10^{-12} \right )} \right ]^{1/4}$$

$$\Rightarrow R_{Max}=158\:KM$$

quindi, il maximum range of Radar per determinate specifiche è $158\:KM$.

Problema 2

Calcola il maximum range of Radar per le seguenti specifiche.

• Frequenza operativa, $f=10GHZ$
• Potenza di picco trasmessa dal Radar, $P_t=400KW$
• Apertura effettiva dell'antenna ricevente, $A_e=5\:m^2$
• Sezione trasversale radar del bersaglio, $\sigma=30\:m^2$
• Potenza del segnale minimo rilevabile, $S_{min}=10^{-10}W$

Soluzione

Conosciamo la seguente formula per operating wavelength, $\lambda$ in termini di frequenza operativa, f.

$$\lambda =\frac{C}{f}$$

Sostituto, $C=3\times 10^8m/sec$ e $f=10GHZ$ nell'equazione sopra.

$$\lambda =\frac{3\times 10^8}{10\times 10^9}$$

$$\Rightarrow \lambda=0.03m$$

Così la operating wavelength,$\lambda$ è uguale a $0.03m$, quando la frequenza operativa, $f$ è $10GHZ$.

Possiamo usare quanto segue modified form dell'equazione della portata del radar per calcolare la portata massima del radar per determinate specifiche.

$$R_{Max}=\left [\frac{P_t \sigma {A_e}^2}{4\pi \lambda^2 S_{min}}\right ]^{1/4}$$

Substitute, i parametri indicati nell'equazione precedente.

$$R_{Max}=\left [ \frac{\left ( 400\times 10^3 \right )\left ( 30 \right )\left ( 5^2 \right )}{4\pi\left ( 0.003 \right )^2\left ( 10 \right )^{-10}} \right ]^{1/4}$$

$$\Rightarrow R_{Max}=128KM$$

quindi, il maximum range of Radar per determinate specifiche è $128\:KM$.

I fattori che influenzano le prestazioni del radar sono noti come fattori di prestazione del radar. In questo capitolo, discutiamo di questi fattori. Sappiamo che quanto seguestandard form dell'equazione della portata del radar, utile per calcolare la portata massima del radar per determinate specifiche.

$$R_{Max}=\left [\frac{P_tG\sigma A_e}{\left (4\pi\right )^2 S_{min}}\right ]^{1/4}$$

Dove,

$P_t$ è la potenza di picco trasmessa dal Radar

$G$ è il guadagno della trasmissione dell'antenna

$\sigma$ è la sezione trasversale radar del bersaglio

$A_e$ è l'apertura effettiva dell'antenna ricevente

$S_{min}$ è la potenza del segnale minimo rilevabile

Dall'equazione di cui sopra, possiamo concludere che quanto segue conditions deve essere considerato per ottenere la portata massima del Radar.

• Potenza di picco trasmessa dal Radar $P_t$ dovrebbe essere alto.
• Guadagno dell'antenna trasmittente $G$ dovrebbe essere alto.
• Sezione trasversale radar del bersaglio $\sigma$ dovrebbe essere alto.
• Apertura effettiva dell'antenna ricevente $A_e$ dovrebbe essere alto.
• Potenza del segnale minimo rilevabile $S_{min}$ dovrebbe essere basso.

È difficile prevedere la portata del bersaglio dalla forma standard dell'equazione della portata del radar. Ciò significa che il grado di precisione fornito dall'equazione della portata del radar rispetto alla portata del bersaglio è inferiore. Perché, i parametri come la sezione trasversale radar del bersaglio,$\sigma$ e minimo segnale rilevabile, $S_{min}$ siamo statistical in nature.

Segnale minimo rilevabile

Se il segnale dell'eco ha una potenza minima, il rilevamento di quel segnale dal radar è noto come minimum detectable signal. Ciò significa che il radar non è in grado di rilevare il segnale di eco se tale segnale ha una potenza inferiore a quella di potenza minima.

In generale, Radar riceve il segnale di eco oltre al rumore. Se il valore di soglia viene utilizzato per rilevare la presenza del target dal segnale ricevuto, viene chiamato tale rilevamentothreshold detection.

Dobbiamo selezionare il valore di soglia appropriato in base alla forza del segnale da rilevare.

• Un valore di soglia alto dovrebbe essere scelto quando la forza del segnale da rilevare è alta, in modo da eliminare il segnale di rumore indesiderato presente in esso.

• Allo stesso modo, un valore di soglia basso dovrebbe essere scelto quando la forza del segnale da rilevare è bassa.

Il seguente figure illustra questo concetto -

UN typical waveformdel ricevitore Radar è mostrato nella figura sopra. L'asse xe l'asse y rappresentano rispettivamente il tempo e la tensione. Il valore rms del rumore e il valore di soglia sono indicati con linee tratteggiate nella figura sopra.

Abbiamo considerato tre punti, A, B e C nella figura sopra per identificare i rilevamenti validi e quelli mancanti.

• Il valore del segnale nel punto A è maggiore del valore di soglia. Quindi, è un filevalid detection.

• Il valore del segnale nel punto B è uguale al valore di soglia. Quindi, è un filevalid detection.

• Anche se il valore del segnale nel punto C è più vicino al valore di soglia, è a missing detection. Perché il valore del segnale nel punto C è inferiore al valore di soglia.

Quindi, i punti A e B sono rilevamenti validi. Considerando che, il punto C è un rilevamento mancante.

Rumore del ricevitore

Se il ricevitore genera una componente di rumore nel segnale, che viene ricevuto dal ricevitore, quel tipo di rumore è noto come rumore del ricevitore. Ilreceiver noiseè un componente indesiderato; dovremmo cercare di eliminarlo con alcune precauzioni.

Tuttavia, esiste un tipo di rumore noto come rumore termico. Si verifica a causa del movimento termico degli elettroni di conduzione. Matematicamente, possiamo scriverethermal noise power, $N_i$ prodotto al ricevitore come -

$$N_i=KT_oB_n$$

Dove,

$K$ è la costante di Boltzmann ed è uguale a $1.38\times 10^{-23}J/deg$

$T_o$ è la temperatura assoluta ed è uguale a $290^0K$

$B_n$ è la larghezza di banda del ricevitore

Persona di merito

Il Figure of Merit, F non è altro che il rapporto tra input SNR, $(SNR)_i$ e output SNR, $(SNR)_o$. Matematicamente, può essere rappresentato come:

$$F=\frac{(SNR)_i}{(SNR)_o}$$

$$\Rightarrow F=\frac{S_i/N_i}{S_o/N_o}$$

$$\Rightarrow F=\frac{N_oS_i}{N_iS_o}$$

$$\Rightarrow S_i=\frac{FN_iS_o}{N_o}$$

Sostituto, $N_i=KT_oB_n$ nell'equazione sopra.

$$\Rightarrow S_i=FKT_oB_n\left ( \frac{S_o}{N_o}\right )$$

La potenza del segnale di ingresso avrà un valore minimo, quando l'SNR di uscita avrà un valore minimo.

$$\Rightarrow S_{min}=FKT_oB_n\left ( \frac{S_o}{N_o}\right )_{min}$$

Sostituisci, quanto sopra $S_{min}$ nella seguente forma standard dell'equazione della portata del radar.

$$R_{Max}=\left [\frac{P_tG\sigma A_e}{\left (4\pi\right )^2 S_{min}}\right ]^{1/4}$$

$$\Rightarrow R_{Max}=\left [\frac{P_tG\sigma A_e}{\left (4\pi\right )^2 FKT_oB_n\left ( \frac{S_o}{N_o}\right )_{min}}\right ]^{1/4}$$

Dall'equazione di cui sopra, possiamo concludere che quanto segue conditions deve essere considerato per ottenere la portata massima del Radar.

• Potenza di picco trasmessa dal Radar, $P_t$ dovrebbe essere alto.
• Guadagno dell'antenna trasmittente $G$ dovrebbe essere alto.
• Sezione trasversale radar del bersaglio $\sigma$ dovrebbe essere alto.
• Apertura effettiva dell'antenna ricevente $A_e$ dovrebbe essere alto.
• La cifra di merito F dovrebbe essere bassa.
• Larghezza di banda del ricevitore $B_n$ dovrebbe essere basso.

In questo capitolo discuteremo brevemente i diversi tipi di Radar. In questo capitolo vengono fornite brevemente le informazioni sui tipi di radar. I radar possono essere classificati come seguetwo types in base al tipo di segnale con cui può essere utilizzato il radar.

• Radar a impulsi
• Radar a onda continua

Ora, parliamo di questi due tipi di radar uno per uno.

Radar a impulsi

Il Radar, che funziona con un segnale a impulsi, è chiamato Pulse Radar. I radar a impulsi possono essere classificati nei due tipi seguenti in base al tipo di bersaglio che rileva.

• Radar a impulsi di base
• Radar di indicazione del bersaglio mobile

Parliamo ora brevemente dei due radar.

Radar a impulsi di base

Il Radar, che funziona con un segnale a impulsi per rilevare bersagli fissi, è chiamato Basic Pulse Radaro semplicemente, Pulse Radar. Utilizza un'antenna singola sia per la trasmissione che per la ricezione dei segnali con l'aiuto di Duplexer.

L'antenna trasmetterà un segnale a impulsi ad ogni impulso di clock. La durata tra i due impulsi di clock deve essere scelta in modo tale che il segnale di eco corrispondente all'impulso di clock presente venga ricevuto prima del successivo impulso di clock.

Radar di indicazione del bersaglio mobile

Il radar, che funziona con un segnale a impulsi per il rilevamento di bersagli non stazionari, è chiamato Moving Target Indication Radar o semplicemente, MTI Radar. Utilizza un'antenna singola sia per la trasmissione che per la ricezione dei segnali con l'aiuto di Duplexer.

MTI Radar utilizza il principio di Doppler effect per distinguere i bersagli non stazionari dagli oggetti stazionari.

Radar a onda continua

Viene chiamato Radar, che opera con segnale o onda continua Continuous Wave Radar. Usano l'effetto Doppler per rilevare bersagli non stazionari. I radar a onda continua possono essere classificati nei due tipi seguenti.

• Radar a onda continua non modulato
• Radar a onda continua modulato in frequenza

Parliamo ora brevemente dei due radar.

Radar a onda continua non modulato

Il Radar, che opera con segnale continuo (onda) per il rilevamento di bersagli non stazionari è chiamato Radar a onda continua non modulata o semplicemente, CW Radar. È anche chiamato CW Doppler Radar.

Questo radar richiede due antenne. Di queste due antenne, un'antenna viene utilizzata per trasmettere il segnale e l'altra per ricevere il segnale. Misura solo la velocità del bersaglio ma non la distanza del bersaglio dal radar.

Radar a onda continua modulato in frequenza

Se il radar Doppler CW utilizza la modulazione di frequenza, quel radar viene chiamato onda continua modulata in frequenza (FMCW)Radar o radar Doppler FMCW. È anche chiamato radar a modulazione di frequenza a onda continua o radar CWFM.

Questo radar richiede due antenne. Tra queste, un'antenna viene utilizzata per la trasmissione del segnale e l'altra per la ricezione del segnale. Misura non solo la velocità del bersaglio ma anche la distanza del bersaglio dal radar.

Nei nostri capitoli successivi, discuteremo in dettaglio le operazioni di tutti questi radar.

Il Radar, che funziona con un segnale a impulsi per il rilevamento di bersagli fissi, è chiamato Basic Pulse Radar o semplicemente, Pulse Radar. In questo capitolo, discutiamo del funzionamento di Pulse Radar.

Diagramma a blocchi del radar a impulsi

Pulse Radar utilizza una singola antenna sia per la trasmissione che per la ricezione dei segnali con l'aiuto di Duplexer. Di seguito è riportato il fileblock diagram di Pulse Radar -

Vediamo ora il file function di ogni blocco di Pulse Radar -

• Pulse Modulator - Produce un segnale modulato a impulsi e viene applicato al trasmettitore.

• Transmitter - Trasmette il segnale modulato a impulsi, che è un treno di impulsi ripetitivi.

• Duplexer- È un interruttore a microonde, che collega alternativamente l'antenna alla sezione del trasmettitore e alla sezione del ricevitore. L'antenna trasmette il segnale modulato a impulsi, quando il duplexer collega l'antenna al trasmettitore. Allo stesso modo, il segnale ricevuto dall'antenna verrà inviato all'amplificatore RF a basso rumore, quando il duplexer collega l'antenna all'amplificatore RF a basso rumore.

• Low Noise RF Amplifier- Amplifica il debole segnale RF ricevuto dall'Antenna. L'uscita di questo amplificatore è collegata al Mixer.

• Local Oscillator- Produce un segnale con frequenza stabile. L'uscita dell'oscillatore locale è collegata al mixer.

• Mixer- Sappiamo che Mixer può produrre sia la somma che la differenza delle frequenze ad esso applicate. Tra le quali, la differenza delle frequenze sarà di tipo Frequenza Intermedia (IF).

• IF Amplifier- L'amplificatore IF amplifica il segnale a frequenza intermedia (IF). L'amplificatore IF mostrato in figura consente solo la Frequenza Intermedia, che si ottiene dal Mixer e la amplifica. Migliora il rapporto segnale / rumore in uscita.

• Detector - Demodula il segnale, che si ottiene all'uscita dell'amplificatore IF.

• Video Amplifier - Come suggerisce il nome, amplifica il segnale video, che si ottiene all'uscita del rivelatore.

• Display - In generale, visualizza il segnale video amplificato sullo schermo CRT.

In questo capitolo abbiamo discusso come funziona il radar a impulsi e come è utile per rilevare bersagli fissi. Nei nostri capitoli successivi, discuteremo i radar, che sono utili per rilevare bersagli non stazionari.

In questo capitolo, impareremo l'effetto Doppler nei sistemi radar.

Se l'obiettivo non è fermo, si verificherà un cambiamento nella frequenza del segnale che viene trasmesso dal Radar e che viene ricevuto dal Radar. Questo effetto è noto comeDoppler effect.

Secondo l'effetto Doppler, otterremo i seguenti due possibili casi:

• Il frequency del segnale ricevuto increase, quando l'obiettivo si sposta nella direzione del radar.

• Il frequency del segnale ricevuto decrease, quando il bersaglio si allontana dal radar.

Ora, deriviamo la formula per la frequenza Doppler.

Derivazione della frequenza Doppler

La distanza tra Radar e target non è altro che il Range del target o semplicemente range, R. Pertanto, la distanza totale tra il Radar e il target in un percorso di comunicazione bidirezionale sarà 2R, poiché il Radar trasmette un segnale al target e di conseguenza il target invia un segnale di eco al Radar.

Se $\lambda$ è una lunghezza d'onda, quindi il numero di lunghezze d'onda N presenti in un percorso di comunicazione bidirezionale tra il Radar e il target sarà uguale a $2R/\lambda$.

Sappiamo che una lunghezza d'onda $\lambda$ corrisponde ad un'escursione angolare di $2\pi$radianti. Così latotal angle of excursion prodotta dall'onda elettromagnetica durante il percorso di comunicazione bidirezionale tra il Radar e il bersaglio sarà uguale a $4\pi R/\lambda$ radianti.

Di seguito è riportata la formula matematica per angular frequency, $\omega$ -

$$\omega=2\pi f\:\:\:\:\:Equation\:1$$

La seguente equazione mostra la relazione matematica tra la frequenza angolare $\omega$ e angolo di fase $\phi$ -

$$\omega=\frac{d\phi }{dt}\:\:\:\:\:Equation\:2$$

Equate i termini del lato destro dell'equazione 1 e dell'equazione 2 poiché i termini del lato sinistro di queste due equazioni sono gli stessi.

$$2\pi f=\frac{d\phi }{dt}$$

$$\Rightarrow f =\frac{1}{2\pi}\frac{d\phi }{dt}\:\:\:\:\:Equation\:3$$

Substitute,$f=f_d$ e $\phi=4\pi R/\lambda$ nell'equazione 3.

$$f_d =\frac{1}{2\pi}\frac{d}{dt}\left ( \frac{4\pi R}{\lambda} \right )$$

$$\Rightarrow f_d =\frac{1}{2\pi}\frac{4\pi}{\lambda}\frac{dR}{dt}$$

$$\Rightarrow f_d =\frac{2V_r}{\lambda}\:\:\:\:\:Equation\:4$$

Dove,

$f_d$ è la frequenza Doppler

$V_r$ è la velocità relativa

Possiamo trovare il valore della frequenza Doppler $f_d$ sostituendo i valori di $V_r$ e $\lambda$ nell'equazione 4.

Substitute, $\lambda=C/f$ nell'equazione 4.

$$f_d =\frac{2V_r}{C/f}$$

$$\Rightarrow f_d =\frac{2V_rf}{C}\:\:\:\:\:Equation\:5$$

Dove,

$f$ è la frequenza del segnale trasmesso

$C$ è la velocità della luce ed è uguale a $3\times 10^8m/sec$

Possiamo trovare il valore della frequenza Doppler, $f_d$ sostituendo i valori di $V_r,f$ e $C$ nell'equazione 5.

Note - Sia l'equazione 4 che l'equazione 5 mostrano le formule della frequenza Doppler, $f_d$. Possiamo usare l'equazione 4 o l'equazione 5 per la ricercaDoppler frequency, $f_d$ sulla base dei dati forniti.

Problema di esempio

Se il radar funziona a una frequenza di $5GHZ$, quindi trova il file Doppler frequency di un aereo che si muove con una velocità di 100KMph.

Soluzione

Dato,

La frequenza del segnale trasmesso, $f=5GHZ$

Velocità dell'aereo (obiettivo), $V_r=100KMph$

$$\Rightarrow V_r=\frac{100\times 10^3}{3600}m/sec$$

$$\Rightarrow V_r=27.78m/sec$$

Abbiamo convertito la velocità data dell'aereo (target), che è presente in KMph nel suo equivalente m / sec.

Lo sappiamo, la velocità della luce, $C=3\times 10^8m/sec$

Ora, di seguito è riportato il file formula for Doppler frequency -

$$f_d=\frac{2Vrf}{C}$$

Substitute i valori di ð ?? '‰ ð ??' Ÿ, $V_r,f$ e $C$ nell'equazione precedente.

$$\Rightarrow f_d=\frac{2\left ( 27.78 \right )\left ( 5\times 10^9 \right )}{3\times 10^8}$$

$$\Rightarrow f_d=926HZ$$

Pertanto, il valore di Doppler frequency, $f_d$ è $926HZ$ per le specifiche fornite.

Il radar di base utilizza la stessa antenna sia per la trasmissione che per la ricezione dei segnali. Possiamo usare questo tipo di Radar, quando il bersaglio è fermo, cioè non in movimento e / o quando quel Radar può essere azionato con un segnale a impulsi.

Il Radar, che opera con segnale continuo (onda) per il rilevamento di bersagli non stazionari, si chiama Radar a Onda Continua o semplicemente CW Radar. Questo radar richiede due antenne. Tra queste, un'antenna viene utilizzata per la trasmissione del segnale e l'altra per la ricezione del segnale.

Diagramma a blocchi del radar CW

Sappiamo che il radar doppler CW contiene due antenne: antenna trasmittente e antenna ricevente. La figura seguente mostra il fileblock diagram del radar CW -

Lo schema a blocchi di CW Doppler Radar contiene una serie di blocchi e l'estensione function di ogni blocco è menzionato di seguito.

• CW Transmitter - Produce un segnale analogico con una frequenza di $f_o$. L'uscita del trasmettitore CW è collegata sia all'antenna trasmittente che al mixer-I.

• Local Oscillator - Produce un segnale con una frequenza di $f_l$. L'uscita dell'oscillatore locale è collegata a Mixer-I.

• Mixer-I- Il mixer può produrre sia la somma che la differenza delle frequenze ad esso applicate. I segnali aventi frequenze di$f_o$ e $f_l$vengono applicati a Mixer-I. Quindi, il Mixer-I produrrà l'uscita con frequenze$f_o+f_l$ o $f_o−f_l$.

• Side Band Filter- Come suggerisce il nome, il filtro della banda laterale consente particolari frequenze della banda laterale - frequenze della banda laterale superiore o frequenze della banda laterale inferiore. Il filtro della banda laterale mostrato nella figura sopra produce solo la frequenza della banda laterale superiore, ovvero$f_o+f_l$.

• Mixer-II- Il mixer può produrre sia la somma che la differenza delle frequenze ad esso applicate. I segnali aventi frequenze di$f_o+f_l$ e $f_o\pm f_d$vengono applicati al Mixer-II. Quindi, il Mixer-II produrrà l'uscita con frequenze di 2$f_o+f_l\pm f_d$ o $f_l\pm f_d$.

• IF Amplifier- L'amplificatore IF amplifica il segnale a frequenza intermedia (IF). L'amplificatore IF mostrato in figura consente solo la Frequenza Intermedia,$f_l\pm f_d$ e lo amplifica.

• Detector - Rileva il segnale, che sta avendo frequenza Doppler, $f_d$.

• Doppler Amplifier - Come suggerisce il nome, l'amplificatore Doppler amplifica il segnale, che ha la frequenza Doppler, $f_d$.

• Indicator - Indica la velocità relativa relativa alle informazioni e se l'obiettivo è in entrata o in uscita.

I radar doppler CW forniscono misurazioni accurate di relative velocities. Quindi, questi sono usati principalmente, dove l'informazione della velocità è più importante della gamma effettiva.

Se il radar doppler CW utilizza la modulazione di frequenza, quel radar si chiama FMCW Doppler Radar o semplicemente, FMCW Radar. È anche chiamato radar a modulazione di frequenza a onda continua o radar CWFM. Misura non solo la velocità del bersaglio ma anche la distanza del bersaglio dal radar.

Diagramma a blocchi del radar FMCW

Il radar FMCW viene utilizzato principalmente come altimetro radar per misurare l'altezza esatta durante l'atterraggio dell'aereo. La figura seguente mostra il fileblock diagram del radar FMCW -

FMCW Radarcontiene due antenne - antenna trasmittente e antenna ricevente come mostrato in figura. L'antenna trasmittente trasmette il segnale e l'antenna ricevente riceve il segnale eco.

Lo schema a blocchi del radar FMCW è simile allo schema a blocchi del radar CW. Contiene pochi blocchi modificati e alcuni altri blocchi oltre ai blocchi presenti nello schema a blocchi di CW Radar. Ilfunction di ogni blocco di FMCW Radar è menzionato di seguito.

• FM Modulator - Produce un segnale modulato in frequenza (FM) con frequenza variabile, $f_o\left (t \right )$ e si applica al trasmettitore FM.

• FM Transmitter- Trasmette il segnale FM con l'aiuto dell'antenna trasmittente. Anche l'uscita del trasmettitore FM è collegata a Mixer-I.

• Local Oscillator- In generale, l'oscillatore locale viene utilizzato per produrre un segnale RF. Ma, qui viene utilizzato per produrre un segnale con una frequenza intermedia,$f_{IF}$. L'uscita dell'oscillatore locale è collegata sia al Mixer-I che al Balanced Detector.

• Mixer-I- Il mixer può produrre sia la somma che la differenza delle frequenze ad esso applicate. I segnali aventi frequenze di$f_o\left (t \right )$ e $f_{IF}$vengono applicati a Mixer-I. Quindi, il Mixer-I produrrà l'uscita con frequenza$f_o\left (t \right )+f_{IF}$ o $f_o\left (t \right )-f_{IF}$.

• Side Band Filter- Consente solo le frequenze della banda laterale, cioè le frequenze della banda laterale superiore o le frequenze della banda laterale inferiore. Il filtro della banda laterale mostrato nella figura produce solo la frequenza della banda laterale inferiore. cioè$f_o\left (t \right )-f_{IF}$.

• Mixer-II- Il mixer può produrre sia la somma che la differenza delle frequenze ad esso applicate. I segnali aventi frequenze di$f_o\left (t \right )-f_{IF}$ e $f_o\left (t-T \right )$vengono applicati al Mixer-II. Quindi, il Mixer-II produrrà l'uscita con frequenza$f_o\left (t-T \right )+f_o\left (t \right )-f_{IF}$ o $f_o\left (t-T \right )-f_o\left (t \right )+f_{IF}$.

• IF Amplifier- L'amplificatore IF amplifica il segnale a frequenza intermedia (IF). L'amplificatore IF mostrato in figura amplifica il segnale avente frequenza di$f_o\left (t-T \right )-f_o\left (t \right )+f_{IF}$. Questo segnale amplificato viene applicato come ingresso al rilevatore bilanciato.

• Balanced Detector - Viene utilizzato per produrre il segnale di uscita avente frequenza di $f_o\left (t-T \right )-f_o\left (t \right )$ dai due segnali di ingresso applicati, che hanno frequenze di $f_o\left (t-T \right )-f_o\left (t \right )+f_{IF}$ e $f_{IF}$. L'uscita del rilevatore bilanciato viene applicata come ingresso all'amplificatore a bassa frequenza.

• Low Frequency Amplifier- Amplifica l'uscita del rilevatore bilanciato al livello richiesto. L'uscita dell'amplificatore a bassa frequenza viene applicata sia al contatore della frequenza commutata che al contatore della frequenza media.

• Switched Frequency Counter - È utile per ottenere il valore della velocità Doppler.

• Average Frequency Counter - È utile per ottenere il valore di Range.

Se il radar viene utilizzato per rilevare il bersaglio mobile, allora il radar dovrebbe ricevere solo il segnale di eco dovuto a quel bersaglio mobile. Questo segnale di eco è quello desiderato. Tuttavia, nelle applicazioni pratiche, Radar riceve i segnali di eco dovuti a oggetti stazionari oltre al segnale di eco dovuto a quel bersaglio mobile.

Vengono chiamati i segnali di eco dovuti a oggetti (luoghi) stazionari come terra e mare cluttersperché questi sono segnali indesiderati. Pertanto, dobbiamo scegliere il Radar in modo tale che consideri solo il segnale di eco dovuto al bersaglio mobile ma non i clutter.

A tale scopo, Radar utilizza il principio dell'effetto Doppler per distinguere i bersagli non stazionari dagli oggetti stazionari. Questo tipo di radar è chiamato Moving Target Indicator Radar o semplicemente,MTI Radar.

Secondo Doppler effect, la frequenza del segnale ricevuto aumenterà se l'obiettivo si sta muovendo verso la direzione del Radar. Allo stesso modo, la frequenza del segnale ricevuto diminuirà se il bersaglio si sta allontanando dal radar.

Tipi di radar MTI

Possiamo classificare i radar MTI nei seguenti two types in base al tipo di trasmettitore utilizzato.

• Radar MTI con trasmettitore amplificatore di potenza
• Radar MTI con trasmettitore dell'oscillatore di potenza

Ora, parliamo di questi due radar MTI uno per uno.

Radar MTI con trasmettitore amplificatore di potenza

MTI Radar utilizza una singola antenna sia per la trasmissione che per la ricezione dei segnali con l'aiuto del Duplexer. Ilblock diagram di MTI Radar con trasmettitore amplificatore di potenza è mostrato nella figura seguente.

Il function di ciascun blocco di MTI Radar con trasmettitore amplificatore di potenza è menzionato di seguito.

• Pulse Modulator - Produce un segnale modulato a impulsi e viene applicato all'amplificatore di potenza.

• Power Amplifier - Amplifica i livelli di potenza del segnale modulato a impulsi.

• Local Oscillator - Produce un segnale con frequenza stabile $f_l$. Quindi, è anche chiamato oscillatore locale stabile. L'uscita dell'oscillatore locale viene applicata sia al Mixer-I che al Mixer-II.

• Coherent Oscillator - Produce un segnale con una frequenza intermedia, $f_c$. Questo segnale viene utilizzato come segnale di riferimento. L'output di Coherent Oscillator viene applicato sia al Mixer-I che al Phase Detector.

• Mixer-I- Il mixer può produrre la somma o la differenza delle frequenze ad esso applicate. I segnali aventi frequenze di$f_l$ e $f_c$vengono applicati a Mixer-I. Qui, il Mixer-I viene utilizzato per produrre l'uscita, che ha la frequenza$f_l+f_c$.

• Duplexer- È un interruttore a microonde, che collega l'antenna alla sezione del trasmettitore o alla sezione del ricevitore in base al requisito. L'antenna trasmette il segnale avente frequenza$f_l+f_c$quando il duplexer collega l'antenna all'amplificatore di potenza. Allo stesso modo, l'antenna riceve il segnale con frequenza di$f_l+f_c\pm f_d$ quando il duplexer collega l'Antenna al Mixer-II.

• Mixer-II- Il mixer può produrre la somma o la differenza delle frequenze ad esso applicate. I segnali che hanno frequenze$f_l+f_c\pm f_d$ e $f_l$vengono applicati al Mixer-II. Qui, il Mixer-II viene utilizzato per produrre l'uscita, che ha la frequenza$f_c\pm f_d$.

• IF Amplifier- L'amplificatore IF amplifica il segnale a frequenza intermedia (IF). L'amplificatore IF mostrato in figura amplifica il segnale avente frequenza$f_c+f_d$. Questo segnale amplificato viene applicato come ingresso al rilevatore di fase.

Phase Detector - Viene utilizzato per produrre il segnale di uscita con frequenza $f_d$ dai due segnali di ingresso applicati, che hanno le frequenze di $f_c+f_d$ e $f_c$. L'uscita del rilevatore di fase può essere collegata al cancellatore di linea di ritardo.

Radar MTI con trasmettitore dell'oscillatore di potenza

Lo schema a blocchi del Radar MTI con trasmettitore dell'oscillatore di potenza è simile allo schema a blocchi del Radar MTI con trasmettitore dell'amplificatore di potenza. I blocchi corrispondenti alla sezione del ricevitore saranno gli stessi in entrambi gli schemi a blocchi. Mentre i blocchi corrispondenti alla sezione del trasmettitore possono differire in entrambi gli schemi a blocchi.

Il block diagram di MTI Radar con trasmettitore oscillatore di potenza è mostrato nella figura seguente.

Come mostrato in figura, MTI Radar utilizza la singola Antenna sia per la trasmissione che per la ricezione dei segnali con l'ausilio del Duplexer. Iloperation di MTI Radar con trasmettitore oscillatore di potenza è menzionato di seguito.

• L'uscita di Magnetron Oscillator e l'uscita di Local Oscillator vengono applicate a Mixer-I. Questo produrrà ulteriormente un fileIF signal, la cui fase è direttamente correlata alla fase del segnale trasmesso.

• L'output di Mixer-I viene applicato all'oscillatore coerente. Pertanto, la fase di output dell'oscillatore coerente saràlockedalla fase del segnale IF. Ciò significa che anche la fase dell'uscita del Coherent Oscillator sarà direttamente correlata alla fase del segnale trasmesso.

• Quindi, l'uscita di Coherent Oscillator può essere utilizzata come segnale di riferimento per confrontare il segnale di eco ricevuto con il segnale trasmesso corrispondente utilizzando phase detector.

Le attività di cui sopra verranno ripetute per ogni nuovo segnale trasmesso.

Sistemi radar - Cancelli di linea di ritardo

In questo capitolo apprenderemo gli annullamenti della linea di ritardo nei sistemi radar. Come suggerisce il nome, la linea di ritardo introduce una certa quantità di ritardo. Quindi, la linea di ritardo viene utilizzata principalmente nel cancellatore di linea di ritardo per introdurre un filedelay del tempo di ripetizione dell'impulso.

Delay line cancellerè un filtro che elimina le componenti CC dei segnali di eco ricevuti da bersagli fissi. Ciò significa che consente ai componenti CA di segnali di eco ricevuti da bersagli non stazionari, cioè bersagli mobili.

Tipi di cancellatori di linea di ritardo

I cancellatori di linea di ritardo possono essere classificati come segue two types in base al numero di linee di ritardo presenti in esso.

• Annullatore di linea di ritardo singolo
• Doppio ritardo di cancellazione della linea

Nelle sezioni successive, discuteremo di più su questi due cancellatori di linea di ritardo.

Annullatore di linea di ritardo singolo

La combinazione di una linea di ritardo e un sottrattore è nota come Cancellatore di linea di ritardo. È anche chiamato cancellatore di linea di ritardo singolo. Ilblock diagram del ricevitore MTI con cancellatore di linea di ritardo singolo è mostrato nella figura sotto.

Possiamo scrivere il file mathematical equation del segnale di eco ricevuto dopo l'effetto Doppler come -

$$V_1=A\sin\left [ 2\pi f_dt-\phi_0 \right ]\:\:\:\:\:Equation\:1$$

Dove,

A è l'ampiezza del segnale video

$f_d$ è la frequenza Doppler

$\phi_o$ è lo sfasamento ed è uguale a $4\pi f_tR_o/C$

Otterremo il file output of Delay line canceller, sostituendo $t$ di $t-T_P$ nell'equazione 1.

$$V_2=A\sin\left [ 2\pi f_d\left ( t-T_P\right )-\phi_0 \right ]\:\:\:\:\:Equation\:2$$

Dove,

$T_P$ è il tempo di ripetizione dell'impulso

Otterremo il file subtractor output sottraendo l'equazione 2 dall'equazione 1.

$$V_1-V_2=A\sin\left [ 2\pi f_dt-\phi_0 \right ]-A\sin\left [ 2\pi f_d\left ( t-T_P\right )-\phi_0 \right ]$$

$$\Rightarrow V_1-V_2=2A\sin\left [ \frac{ 2\pi f_dt-\phi_0-\left [ 2\pi f_d\left ( t-T_P \right )-\phi_0 \right ]}{2}\right ]\cos\left [ \frac{ 2\pi f_dt-\phi_o+2\pi f_d\left ( t-T_P \right )-\phi_0 }{2}\right ]$$

$$V_1-V_2=2A\sin\left [ \frac{2\pi f_dT_P}{2} \right ]\cos\left [ \frac{2\pi f_d\left ( 2t-T_P \right )-2\phi_0}{2} \right ]$$

$$\Rightarrow V_1-V_2=2A\sin\left [ \pi f_dT_p \right ]\cos\left [ 2\pi f_d\left ( t-\frac{T_P}{2} \right )-\phi_0 \right ]\:\:\:\:\:Equation\:3$$

L'output di sottrattore viene applicato come input a Full Wave Rectifier. Pertanto, l'uscita di Full Wave Rectifier appare come quella mostrata nella figura seguente. Non è altro che il filefrequency response del cancellatore di linea di ritardo singolo.

Dall'equazione 3, possiamo osservare che la risposta in frequenza del singolo cancellatore di linea di ritardo diventa zero, quando $\pi f_dT_P$ è uguale a integer multiples of $\pi$ Questo significa, $\pi f_dT_P$ è uguale a $n\pi$ Matematicamente, può essere scritto come

$$\pi f_dT_P=n\pi$$

$$\Rightarrow f_dT_P=n$$

$$\Rightarrow f_d=\frac{n}{T_P}\:\:\:\:\:Equation\:4$$

Dall'equazione 4, possiamo concludere che la risposta in frequenza del singolo cancellatore di linea di ritardo diventa zero, quando la frequenza Doppler $f_d$ è uguale a multipli interi del reciproco del tempo di ripetizione dell'impulso $T_P$.

Conosciamo la seguente relazione tra il tempo di ripetizione dell'impulso e la frequenza di ripetizione dell'impulso.

$$f_d=\frac{1}{T_P}$$

$$\Rightarrow \frac{1}{T_P}=f_P\:\:\:\:\:Equation\:5$$

Otterremo la seguente equazione, sostituendo l'equazione 5 nell'equazione 4.

$$\Rightarrow f_d=nf_P\:\:\:\:\:Equation\:6$$

Dall'equazione 6, possiamo concludere che la risposta in frequenza del singolo cancellatore di linea di ritardo diventa zero, quando la frequenza Doppler, $f_d$ è uguale a multipli interi della frequenza di ripetizione dell'impulso $f_P$.

Velocità alla cieca

Da quanto appreso finora, il singolo cancellatore di linea di ritardo elimina le componenti CC dei segnali di eco ricevuti da target fissi, quando $n$è uguale a zero. In aggiunta a ciò, elimina anche le componenti AC dei segnali di eco ricevuti da bersagli non stazionari, quando la frequenza Doppler$f_d$ è uguale a numero intero (other than zero) multipli della frequenza di ripetizione dell'impulso $f_P$.

Quindi, vengono chiamate le velocità relative per le quali la risposta in frequenza del singolo cancellatore di linea di ritardo diventa zero blind speeds. Matematicamente, possiamo scrivere l'espressione per velocità cieca$v_n$ come -

$$v_n=\frac{n\lambda}{2T_P}\:\:\:\:\:Equation\:7$$

$$\Rightarrow v_n=\frac{n\lambda f_P}{2}\:\:\:\:\:Equation\:8$$

Dove,

$n$ è un numero intero ed è uguale a 1, 2, 3 e così via

$\lambda$ è la lunghezza d'onda operativa

Problema di esempio

Un radar MTI opera a una frequenza di $6GHZ$ con una frequenza di ripetizione dell'impulso di $1KHZ$. Trova il primo, il secondo e il terzoblind speeds di questo radar.

Soluzione

Dato,

La frequenza operativa di MTI Radar, $f=6GHZ$

Frequenza di ripetizione dell'impulso, $f_P=1KHZ$.

Di seguito è riportata la formula per operating wavelength $\lambda$ in termini di frequenza operativa, f.

$$\lambda=\frac{C}{f}$$

Sostituto, $C=3\times10^8m/sec$ e $f=6GHZ$ nell'equazione precedente.

$$\lambda=\frac{3\times10^8}{6\times10^9}$$

$$\Rightarrow \lambda=0.05m$$

Così la operating wavelength $\lambda$ è uguale a $0.05m$, quando la frequenza operativa f è $6GHZ$.

Sappiamo quanto segue formula for blind speed.

$$v_n=\frac{n\lambda f_p}{2}$$

Sostituendo, $n$= 1,2 & 3 nell'equazione precedente, otterremo le seguenti equazioni rispettivamente per la prima, la seconda e la terza velocità del cieco.

$$v_1=\frac{1\times \lambda f_p}{2}=\frac{\lambda f_p}{2}$$

$$v_2=\frac{2\times \lambda f_p}{2}=2\left ( \frac{\lambda f_p}{2} \right )=2v_1$$

$$v_3=\frac{3\times \lambda f_p}{2}=3\left ( \frac{\lambda f_p}{2} \right )=3v_1$$

Substitute i valori di $\lambda$ e $f_P$ nell'equazione della prima velocità cieca.

$$v_1=\frac{0.05\times 10^3}{2}$$

$$\Rightarrow v_1=25m/sec$$

quindi, il first blind speed $v_1$ è uguale a $25m/sec$ per le specifiche fornite.

Otterremo i valori di second & third blind speeds come $50m/sec$& $75m/sec$ rispettivamente sostituendo il valore di ð ?? '£ 1 nelle equazioni della seconda e terza velocità cieca.

Doppio ritardo di cancellazione della linea

Sappiamo che un singolo cancellatore di linea di ritardo è costituito da una linea di ritardo e un sottrattore. Se due di tali cancellatori di linea di ritardo sono collegati in cascata, quella combinazione viene chiamata Doppio cancellatore di linea di ritardo. Ilblock diagram di Double delay line canceller è mostrato nella figura seguente.

Permettere $p\left ( t \right )$ e $q\left ( t \right )$essere l'ingresso e l'uscita del primo cancellatore di linea di ritardo. Otterremo la seguente relazione matematica dafirst delay line canceller.

$$q\left ( t \right )=p\left ( t \right )-p\left ( t-T_P \right )\:\:\:\:\:Equation\:9$$

L'uscita del primo cancellatore di linea di ritardo viene applicata come ingresso al secondo cancellatore di linea di ritardo. Quindi,$q\left ( t \right )$sarà l'ingresso del secondo cancellatore di linea di ritardo. Permettere$r\left ( t \right )$essere l'uscita del secondo cancellatore di linea di ritardo. Otterremo la seguente relazione matematica dalsecond delay line canceller.

$$r\left ( t \right )=q\left ( t \right )-q\left ( t-T_P \right )\:\:\:\:\:Equation\:10$$

Sostituire $t$ di $t-T_P$ nell'equazione 9.

$$q\left ( t-T_P \right )=p\left ( t-T_P \right )-p\left ( t-T_P-T_P \right )$$

$$q\left ( t-T_P \right )=p\left ( t-T_P \right )-p\left ( t-2T_P \right )\:\:\:\:\:Equation\:11$$

Substitute, Equazione 9 ed Equazione 11 nell'Equazione 10.

$$r\left ( t \right )=p\left ( t \right )-p\left ( t-T_P \right )-\left [ p\left ( t-T_P \right )-p\left ( t-2T_P \right ) \right ]$$

$$\Rightarrow r\left ( t \right )=p\left ( t \right )-2p\left ( t-T_P \right )+p\left ( t-2T_P \right )\:\:\:\:\:Equation\:12$$

Il advantagedel doppio ritardo di cancellazione della linea è che rifiuta ampiamente il disordine. L'uscita di due cancellatori della linea di ritardo, che sono collegati in cascata, sarà uguale al quadrato dell'uscita del singolo cancellatore della linea di ritardo.

Quindi, l'ampiezza dell'uscita del doppio cancellatore di linea di ritardo, che è presente nel ricevitore radar MTI sarà uguale a $4A^2\left ( \sin\left [ \pi f_dT_P \right ] \right )^2$.

Le caratteristiche di risposta in frequenza del doppio cancellatore di linea di ritardo e della combinazione in cascata di due cancellatori di linea di ritardo sono le stesse. Iladvantage del cancellatore di linea di ritardo nel dominio del tempo è che può essere utilizzato per tutte le gamme di frequenza.

Sistemi radar - Tracking Radar

Il radar, che viene utilizzato per tracciare il percorso di uno o più bersagli, è noto come Tracking Radar. In generale, esegue le seguenti funzioni prima di avviare l'attività di tracciamento.

• Rilevamento del bersaglio
• Portata del bersaglio
• Trovare gli angoli di elevazione e azimut
• Trovare lo spostamento di frequenza Doppler

Quindi, Tracking Radar traccia il bersaglio tracciando uno dei tre parametri: portata, angolo, spostamento di frequenza Doppler. La maggior parte dei radar di rilevamento utilizza l'estensioneprinciple of tracking in angle. Ora, parliamo di cos'è il tracciamento angolare.

Monitoraggio angolare

I raggi a matita dell'antenna radar eseguono il tracciamento in angolo. L'asse dell'antenna radar è considerato come la direzione di riferimento. Se la direzione del bersaglio e la direzione di riferimento non sono la stessa, allora ci saràangular error, che non è altro che la differenza tra le due direzioni.

Se il segnale di errore angolare viene applicato a un sistema di servocomando, sposterà l'asse dell'antenna radar verso la direzione del bersaglio. Sia l'asse dell'antenna radar che la direzione del bersaglio lo farannocoincidequando l'errore angolare è zero. Esiste un meccanismo di feedback nel Tracking Radar, che funziona fino a quando l'errore angolare diventa zero.

Di seguito sono riportati i file two techniques, che vengono utilizzati nel tracciamento angolare.

• Lobing sequenziale
• Scansione conica

Parliamo ora di queste due tecniche una per una.

Lobing sequenziale

Se i raggi dell'antenna vengono alternati tra due modelli alternativamente per tracciare il bersaglio, viene chiamato sequential lobing. Viene anche chiamata commutazione sequenziale e commutazione dei lobi. Questa tecnica viene utilizzata per trovare l'errore angolare in una coordinata. Fornisce i dettagli sia dell'ampiezza che della direzione dell'errore angolare.

La figura seguente mostra un esempio di lobing sequenziale polar coordinates.

Come mostrato nella figura, i raggi dell'antenna passano alternativamente dalla Posizione 1 alla Posizione 2. L'errore angolare θ è indicato nella figura sopra. Il lobing sequenziale fornisce la posizione del bersaglio con elevata precisione. Questo è il principaleadvantage di lobing sequenziale.

Scansione conica

Se il raggio dell'antenna ruota continuamente per tracciare un bersaglio, viene chiamato conical scanning. La modulazione di scansione conica viene utilizzata per trovare la posizione del target. La figura seguente mostra un esempio di scansione conica.

Squint angleè l'angolo tra l'asse del fascio e l'asse di rotazione ed è mostrato nella figura sopra. Il segnale di eco ottenuto dal target viene modulato ad una frequenza uguale alla frequenza alla quale ruota il raggio dell'antenna.

L'angolo tra la direzione del target e l'asse di rotazione determina il amplitude of the modulated signal. Quindi, la modulazione di scansione conica deve essere estratta dal segnale di eco e quindi deve essere applicata al sistema di servocontrollo, che sposta l'asse del raggio dell'antenna verso la direzione del bersaglio.

Sistemi radar - Parametri dell'antenna

Un Antenna o Aerial è un trasduttore, che converte l'energia elettrica in onde elettromagnetiche e viceversa.

Un'antenna ha i seguenti parametri:

• Directivity
• Efficienza di apertura
• Efficienza dell'antenna
• Gain

Ora, discutiamo questi parametri in dettaglio:

Direttività

Secondo la definizione standard, "Il rapporto tra la massima intensità di radiazione dell'antenna in oggetto e l'intensità di radiazione di un'antenna isotropa o di riferimento, che irradia la stessa potenza Directivity. "

Sebbene un'antenna irradi potenza, la direzione in cui irradia le cose è molto importante. L'Antenna oggetto di studio è definita comesubject Antenna. La sua intensità di radiazione è focalizzata in una particolare direzione, mentre sta trasmettendo o ricevendo. Quindi, si dice che l'antenna abbia la sua direttività in quella particolare direzione.

• Il rapporto tra l'intensità della radiazione in una data direzione da un'antenna e l'intensità della radiazione mediata in tutte le direzioni, è definito come Directivity.

• Se quella particolare direzione non è specificata, allora la direzione in cui si osserva la massima intensità può essere presa come direttività di quell'antenna.

• La direttività di un'antenna non isotropa è uguale al rapporto tra l'intensità della radiazione in una data direzione e l'intensità della radiazione della sorgente isotropa.

Mathematically, possiamo scrivere l'espressione per Direttività come -

$$Directivity=\frac{U_{Max}\left (\theta,\phi\right )}{U_0}$$

Dove,

$U_{Max}\left (\theta,\phi\right )$ è la massima intensità di radiazione del soggetto Antenna

$U_0$ è l'intensità della radiazione di un'antenna isotropa.

Efficienza di apertura

Secondo la definizione standard, “Aperture efficiency di un'antenna è il rapporto tra l'area radiante effettiva (o area effettiva) e l'area fisica dell'apertura. "

Un'antenna irradia potenza attraverso un'apertura. Questa radiazione dovrebbe essere efficace con perdite minime. Anche l'area fisica dell'apertura dovrebbe essere presa in considerazione, poiché l'efficacia della radiazione dipende dall'area dell'apertura, fisicamente sull'antenna.

Mathematically, possiamo scrivere l'espressione per l'efficienza di Aperture $\epsilon_A$ come

$$\epsilon _A=\frac{A_{eff}}{A_p}$$

Dove,

$A_{eff}$ è l'area effettiva

$A_P$ è l'area fisica

Efficienza dell'antenna

Secondo la definizione standard, “Antenna Efficiency è il rapporto tra la potenza irradiata dell'antenna e la potenza in ingresso accettata dall'antenna. "

Qualsiasi antenna è progettata per irradiare potenza con perdite minime, per un dato ingresso. L'efficienza di un'antenna spiega quanto un'antenna è in grado di fornire efficacemente la sua uscita con perdite minime nella linea di trasmissione. È anche chiamatoRadiation Efficiency Factor dell'Antenna.

Mathematically, possiamo scrivere l'espressione per l'efficienza dell'antenna 𝜂𝑒 come -

$$\eta _e=\frac{P_{Rad}}{P_{in}}$$

Dove,

$P_{Rad}$ è la quantità di potenza irradiata

$P_{in}$ è la potenza di ingresso per l'antenna

Guadagno

Secondo la definizione standard, “Gain di un'antenna è il rapporto tra l'intensità della radiazione in una data direzione e l'intensità della radiazione che si otterrebbe se la potenza accettata dall'antenna fosse irradiata isotropicamente. "

Semplicemente, Gaindi un'antenna tiene conto della direttività dell'antenna insieme alle sue prestazioni effettive. Se la potenza accettata dall'antenna è stata irradiata isotropicamente (ciò significa in tutte le direzioni), l'intensità della radiazione che otteniamo può essere presa come riferimento.

• Il termine Antenna gain descrive quanta potenza viene trasmessa nella direzione della radiazione di picco a quella di una sorgente isotropa.

• Il guadagno viene solitamente misurato in dB.

• A differenza della direttività, il guadagno dell'antenna tiene conto anche delle perdite che si verificano e quindi si concentra sull'efficienza.

Mathematically, possiamo scrivere l'espressione per Antenna Gain $G$ come -

$$G=\eta_eD$$

Dove,

$\eta_e$ è l'efficienza dell'antenna

$D$ è la direttività dell'antenna

Sistemi radar - Antenne radar

In questo capitolo, impariamo a conoscere le antenne, utili nella comunicazione radar. Possiamo classificare le antenne radar nelle seguentitwo types in base alla struttura fisica.

• Antenne paraboliche a riflettore
• Antenne per lenti

Nelle nostre sezioni successive, discuteremo in dettaglio i due tipi di antenne.

Antenne paraboliche a riflettore

Le antenne a riflettore parabolico sono le antenne a microonde. Una conoscenza del riflettore parabolico è essenziale per comprendere in profondità il funzionamento delle antenne.

Principio di funzionamento

Parabola non è altro che il Locus dei punti, che si muovono in modo tale che la sua distanza dal punto fisso (chiamato fuoco) più la sua distanza da una linea retta (chiamata direttrice) sia costante.

La figura seguente mostra il file geometry of parabolic reflector. I punti F e V sono rispettivamente il fuoco (viene fornito il feed) e il vertice. La linea che unisce F e V è l'asse di simmetria.$P_1Q_1, P_2Q_2$ e $P_3Q_3$sono i raggi riflessi. La linea L rappresenta la direttrice su cui giacciono i punti riflessi (per dire che sono allineati).

Come mostrato in figura, la distanza tra F e L è costante rispetto alle onde messe a fuoco. L'onda riflessa forma un fronte d'onda collimato, fuori dalla forma parabolica. Il rapporto tra la lunghezza focale e la dimensione dell'apertura (ovvero$f/D$ ) è conosciuto come “f over D ratio”. È un parametro importante del riflettore parabolico e il suo valore varia da0.25 to 0.50.

Il law of reflectionafferma che l'angolo di incidenza e l'angolo di riflessione sono uguali. Questa legge, se usata insieme a una parabola, aiuta la messa a fuoco del raggio. La forma della parabola quando utilizzata allo scopo di riflettere le onde, mostra alcune proprietà della parabola, che sono utili per costruire un'antenna, utilizzando le onde riflesse.

Proprietà della parabola

Di seguito sono riportate le diverse proprietà di Parabola:

• Tutte le onde originate dal fuoco si riflettono sull'asse parabolico. Quindi, tutte le onde che raggiungono l'apertura sono in fase.

• Poiché le onde sono in fase, il raggio di radiazione lungo l'asse parabolico sarà forte e concentrato.

Seguendo questi punti, i riflettori parabolici aiutano a produrre un'elevata direttività con una larghezza del fascio più stretta.

Costruzione e funzionamento di un riflettore parabolico

Se viene utilizzata un'antenna a riflettore parabolico per transmitting a signal, il segnale dal feed esce da un'antenna a dipolo o un'antenna a tromba, per focalizzare l'onda sulla parabola. Significa che le onde escono dal punto focale e colpiscono il riflettore paraboloide. Questa onda ora viene riflessa come fronte d'onda collimato, come discusso in precedenza, per essere trasmessa.

La stessa antenna è usata come un receiver. Quando l'onda elettromagnetica colpisce la forma della parabola, l'onda viene riflessa sul punto di alimentazione. L'antenna a dipolo o l'antenna a tromba, che funge da antenna ricevente alla sua alimentazione riceve questo segnale, per convertirlo in segnale elettrico e lo inoltra al circuito del ricevitore.

Il guadagno del paraboloide è una funzione del rapporto di apertura $D/\lambda$. L'effettiva potenza irradiata(ERP) di un'antenna è la moltiplicazione della potenza in ingresso fornita all'antenna e il suo guadagno di potenza.

Di solito un'antenna a tromba a guida d'onda viene utilizzata come radiatore di alimentazione per l'antenna riflettore paraboloide. Insieme a questa tecnica, abbiamo i seguenti due tipi di feed forniti all'antenna del riflettore paraboloide.

• Cassegrain Feed
• Feed gregoriano

Cassegrain Feed

In questo tipo, l'alimentazione si trova al vertice del paraboloide, a differenza del riflettore parabolico. Un riflettore di forma convessa, che funge da iperboloide, è posto di fronte all'alimentazione dell'Antenna. È anche conosciuto comesecondary hyperboloid reflectoro sub-riflettore. È posizionato in modo tale che uno dei suoi fuochi coincida con il fuoco del paraboloide. Pertanto, l'onda viene riflessa due volte.

La figura sopra mostra il modello di lavoro del mangime cassegrain.

Feed gregoriano

Il tipo di alimentazione in cui sono presenti una coppia di determinate configurazioni e in cui la larghezza del raggio di alimentazione viene progressivamente aumentata mentre le dimensioni dell'antenna sono mantenute fisse è noto come Gregorian feed. Qui, l'iperboloide a forma convessa di Cassegrain è sostituito da un riflettore paraboloide di forma concava, che è ovviamente di dimensioni più piccole.

Questi riflettori del tipo di alimentazione gregoriana possono essere utilizzati nei seguenti quattro modi:

• Sistemi gregoriani che utilizzano riflettore ellissoidale sub-riflettore ai fuochi F1.

• Sistemi gregoriani che utilizzano un riflettore ellissoidale sub-riflettore ai fuochi F2.

• Sistemi Cassegrain che utilizzano sub-riflettore iperboloide (convesso).

• Sistemi Cassegrain che utilizzano un sub-riflettore iperboloide (concavo ma il feed essendo molto vicino ad esso).

Tra i diversi tipi di Antenne a riflettore, i riflettori parabolici semplici ed i riflettori parabolici di alimentazione Cassegrain sono quelli più comunemente usati.

Antenne per lenti

Le antenne con lenti utilizzano la superficie curva sia per la trasmissione che per la ricezione dei segnali. Queste antenne sono costituite da vetro, dove vengono seguite le proprietà convergenti e divergenti della lente. Ilfrequency range di utilizzo di Lens Antenna inizia a 1 GHz ma il suo utilizzo è maggiore a 3 GHz and above.

È necessaria una conoscenza di Lens per comprendere a fondo il funzionamento di Lens Antenna. Ricordiamo che una normale lente in vetro funziona suprinciple of refraction.

Costruzione e funzionamento dell'antenna dell'obiettivo

Se si presume che una sorgente di luce sia presente in un punto focale di una lente, che si trova a una distanza focale dalla lente, i raggi attraversano la lente come collimati o parallel rays sul fronte delle onde piane.

Ci sono due fenomeni che si verificano quando i raggi cadono da lati diversi di una lente. Sono dati qui -

• I raggi che passano attraverso il centro della lente sono meno rifratti dei raggi che passano attraverso i bordi della lente. Tutti i raggi vengono inviati parallelamente al fronte d'onda piano. Questo fenomeno di Lens è chiamato comeDivergence.

• La stessa procedura viene invertita se un raggio di luce viene inviato dal lato destro al lato sinistro della stessa lente. Quindi il raggio viene rifratto e si incontra in un punto chiamato punto focale, a una distanza focale dalla lente. Questo fenomeno è chiamatoConvergence.

Il diagramma seguente ci aiuterà a capire meglio il fenomeno.

Il ray diagramrappresenta il punto focale e la lunghezza focale dalla sorgente all'obiettivo. I raggi paralleli ottenuti sono anche chiamati raggi collimati.

Nella figura sopra, la sorgente nel punto focale, a una distanza focale dalla lente, è collimata nel fronte d'onda piano. Questo fenomeno può essere invertito, il che significa che la luce, se inviata dal lato sinistro, converge sul lato destro della lente.

È per questo motivo reciprocity, la lente può essere utilizzata come antenna, poiché lo stesso fenomeno aiuta a utilizzare la stessa antenna sia per la trasmissione che per la ricezione.

Per ottenere le proprietà di focalizzazione a frequenze più alte, l'indice di rifrazione dovrebbe essere inferiore all'unità. Qualunque sia l'indice di rifrazione, lo scopo di Lens è quello di raddrizzare la forma d'onda. Sulla base di ciò, vengono sviluppati E-plane e H-plane Lens, che ritardano o accelerano anche il fronte d'onda.

Sistemi radar - Ricevitore con filtro abbinato

Se un filtro produce un'uscita in modo tale da massimizzare il rapporto tra la potenza di picco in uscita e la potenza media del rumore nella sua risposta in frequenza, allora quel filtro viene chiamato Matched filter.

Questo è un criterio importante, che viene considerato durante la progettazione di qualsiasi ricevitore radar. In questo capitolo, discutiamo la funzione di risposta in frequenza del filtro abbinato e la risposta all'impulso del filtro abbinato.

Funzione di risposta in frequenza del filtro abbinato

La risposta in frequenza del filtro Matched sarà proporzionale al complesso coniugato dello spettro del segnale in ingresso. Matematicamente, possiamo scrivere l'espressione perfrequency response function, $H\left (f\right )$ del filtro con corrispondenza come -

$$H\left (f\right )=G_aS^\ast\left (f\right )e^{-j2\pi ft_1}\:\:\:\:\:Equation\:1$$

Dove,

$G_a$ è il guadagno massimo del filtro con corrispondenza

$S\left (f\right )$ è la trasformata di Fourier del segnale di ingresso, $s\left (t\right )$

$S^\ast\left (f\right )$ è il complesso coniugato di $S\left (f\right )$

$t_1$ è l'istante di tempo in cui il segnale osservato è massimo

In generale, il valore di $G_a$è considerato come uno. Otterremo la seguente equazione sostituendo$G_a=1$ nell'equazione 1.

$$H\left (f\right )=S^\ast\left (f\right )e^{-j2\pi ft_1}\:\:\:\:\:Equation\:2$$

La funzione di risposta in frequenza, $H\left (f\right )$ del filtro con corrispondenza ha l'estensione magnitude di $S^\ast\left (f\right )$ e phase angle di $e^{-j2\pi ft_1}$, che varia in modo uniforme con la frequenza.

Risposta all'impulso del filtro abbinato

In time domain, otterremo l'output, $h(t)$ del ricevitore con filtro abbinato applicando la trasformata di Fourier inversa della funzione di risposta in frequenza, $H(f)$.

$$h\left (t\right )=\int_{-\infty }^{\infty }H\left (f\right )e^{-j2\pi ft_1}df\:\:\:\:\:Equation\:3$$

Substitute, Equazione 1 nell'Equazione 3.

$$h\left (t\right )=\int_{-\infty }^{\infty }\lbrace G_aS^\ast\left (f\right )e^{-j2\pi ft_1}\rbrace e^{j2\pi ft}df$$

$$\Rightarrow h\left (t\right )=\int_{-\infty }^{\infty }G_aS^\ast\left (f\right )e^{-j2\pi f\left (t_1-t\right )}df\:\:\:\:\:Equation\:4$$

Conosciamo la seguente relazione.

$$S^\ast\left (f\right )=S\left (-f\right )\:\:\:\:\:Equation\:5$$

Substitute, Equazione 5 nell'Equazione 4.

$$h\left (t\right )=\int_{-\infty }^{\infty }G_aS(-f)e^{-j2\pi f\left (t_1-t\right )}df$$

$$\Rightarrow h\left (t\right )=\int_{-\infty }^{\infty }G_aS^\left (f\right )e^{j2\pi f\left (t_1-t\right )}df$$

$$\Rightarrow h\left (t\right )=G_as(t_1−t)\:\:\:\:\:Equation\:6$$

In generale, il valore di $G_a$è considerato come uno. Otterremo la seguente equazione sostituendo$G_a=1$ nell'equazione 6.

$$h(t)=s\left (t_1-t\right )$$

L'equazione precedente dimostra che il impulse response of Matched filter è l'immagine speculare del segnale ricevuto circa un istante di tempo $t_1$. Le figure seguenti illustrano questo concetto.

Il segnale ricevuto, $s\left (t\right )$ e la risposta all'impulso, $h\left (t\right )$ del filtro abbinato corrispondente al segnale, $s\left (t\right )$ sono mostrati nelle figure sopra.

Sistemi radar - Display radar

Uno strumento elettronico, che viene utilizzato per visualizzare i dati visivamente è noto come display. Quindi, lo strumento elettronico che mostra visivamente le informazioni sul bersaglio di Radar è noto comeRadar display. Mostra le informazioni sul segnale di eco visivamente sullo schermo.

Tipi di visualizzazioni radar

In questa sezione, impareremo i diversi tipi di display radar. I display radar possono essere classificati nei seguenti tipi.

A-Scope

È un display radar bidimensionale. Le coordinate orizzontali e verticali rappresentano rispettivamente la portata e l'ampiezza dell'eco del bersaglio. In A-Scope avviene la modulazione della deflessione. È più adatto permanually tracking Radar.

B-Scope

È un display radar bidimensionale. Le coordinate orizzontali e verticali rappresentano rispettivamente l'angolo azimutale e la portata del bersaglio. In B-Scope avviene la modulazione dell'intensità. È più adatto permilitary Radars.

C-Scope

È un display radar bidimensionale. Le coordinate orizzontali e verticali rappresentano rispettivamente l'angolo azimutale e l'angolo di elevazione. In C-Scope avviene la modulazione dell'intensità.

D-Scope

Se il fascio di elettroni viene deviato o il punto modulato in intensità appare sul display Radar a causa della presenza del bersaglio, allora è noto come blip. C-Scope diventa D-Scope, quando i blip si estendono verticalmente per fornire la distanza.

E-Scope

È un display radar bidimensionale. Le coordinate orizzontali e verticali rappresentano rispettivamente la distanza e l'angolo di elevazione. In E-Scope, avviene la modulazione dell'intensità.

F-Scope

Se l'antenna radar è puntata sul bersaglio, F-Scope visualizza il bersaglio come un blip centralizzato. Quindi, gli spostamenti orizzontale e verticale del blip rappresentano rispettivamente gli errori di puntamento orizzontale e verticale.

G-Scope

Se l'antenna radar è puntata sul bersaglio, G-Scope visualizza il bersaglio come blip centralizzato lateralmente. Gli spostamenti orizzontali e verticali del blip rappresentano rispettivamente gli errori di puntamento orizzontale e verticale.

H-Scope

È la versione modificata di B-Scope per fornire le informazioni sull'angolo di elevazione del bersaglio. Visualizza il target come due blip, ravvicinati. Questo può essere approssimato a una breve linea luminosa e la pendenza di questa linea sarà proporzionale al seno dell'angolo di elevazione.

I-Scope

Se l'antenna radar è puntata sul bersaglio, I-Scope visualizza il bersaglio come un circle. Il raggio di questo cerchio sarà proporzionale alla distanza del bersaglio. Se l'antenna radar è puntata sul bersaglio in modo errato, I-Scope visualizza il bersaglio come un segmento invece che come un cerchio. La lunghezza dell'arco di quel segmento sarà inversamente proporzionale all'entità dell'errore di puntamento.

J-Scope

È la versione modificata di A-Scope. Visualizza il target come deflessione radiale dalla base dei tempi.

K-Scope

È la versione modificata di A-Scope. Se l'antenna radar è puntata sul bersaglio, K-Scope visualizza il bersaglio come una coppia di deflessioni verticali, che hanno la stessa altezza. Se l'antenna radar è puntata sul bersaglio in modo errato, si verificherà un errore di puntamento. Quindi, l'entità e la direzione dell'errore di puntamento dipendono dalla differenza tra le due deflessioni verticali.

L-Scope

Se l'antenna radar è puntata sul bersaglio, L-Scope visualizza il bersaglio come due segnali orizzontali di uguale ampiezza. Un punto orizzontale si trova a destra della base dei tempi verticale centrale e l'altro si trova a sinistra della base dei tempi verticale centrale.

M-Scope

È la versione modificata di A-Scope. Un segnale del piedistallo regolabile deve essere spostato lungo la linea di base finché non coincide con le deviazioni del segnale, che provengono dalla posizione orizzontale del bersaglio. In questo modo è possibile determinare la distanza del bersaglio.

N-Scope

È la versione modificata di K-Scope. Un segnale del piedistallo regolabile viene utilizzato per misurare la distanza.

O-Scope

È la versione modificata di A-Scope. Otterremo O-Scope, includendo una tacca regolabile in A-Scope per misurare la distanza.

P-Scope

È un display Radar, che utilizza la modulazione dell'intensità. Visualizza le informazioni del segnale di eco come vista in pianta. La portata e l'angolo azimutale vengono visualizzati in coordinate polari. Quindi, è chiamatoPlan Position Indicator o il PPI display.

R-Scope

È un display Radar, che utilizza la modulazione dell'intensità. Le coordinate orizzontali e verticali rappresentano rispettivamente la distanza e l'altezza del bersaglio. Quindi, si chiamaRange-Height Indicator o RHI display.

Sistemi radar - Duplexer

Nella comunicazione a due vie, se si suppone di utilizzare la stessa antenna sia per la trasmissione che per la ricezione dei segnali, è necessario il Duplexer. Duplexerè un interruttore a microonde, che collega l'Antenna alla sezione del trasmettitore per la trasmissione del segnale. Pertanto, il Radar non può ricevere il segnale durante il tempo di trasmissione.

Allo stesso modo collega l'Antenna alla sezione del ricevitore per la ricezione del segnale. Il Radar non può trasmettere il segnale durante l'orario di ricezione. In questo modo, Duplexer isola entrambe le sezioni trasmettitore e ricevitore.

Tipi di duplexer

In questa sezione, impareremo i diversi tipi di duplexer. Possiamo classificare i Duplexer in quanto seguethree types.

• Duplex di tipo branch
• Duplex bilanciato
• Circolatore come Duplexer

Nelle nostre sezioni successive, discuteremo in dettaglio i tipi di duplexer.

Duplex di tipo branch

Il duplexer di tipo branch è costituito da due interruttori: interruttore di trasmissione-ricezione (TR) e interruttore anti-trasmissione-ricezione (ATR). La figura seguente mostra il fileblock diagram di Duplex di tipo Branch -

Come mostrato in figura, i due interruttori TR e ATR sono posti a una distanza di $\lambda/4$ dalla linea di trasmissione ed entrambi gli interruttori sono separati da una distanza di $\lambda/4$. Ilworking di Duplex di tipo Branch è menzionato di seguito.

• Durante transmission, sia TR che ATR sembreranno un circuito aperto dalla linea di trasmissione. Pertanto, l'Antenna sarà collegata al trasmettitore tramite la linea di trasmissione.

• Durante reception, ATR apparirà come un cortocircuito sulla linea di trasmissione. Quindi, l'antenna sarà collegata al ricevitore attraverso la linea di trasmissione.

Il duplex di tipo Branch è adatto solo per radar a basso costo, poiché ha una capacità di gestione della potenza inferiore.

Duplex bilanciato

Sappiamo che a two-hole Directional Couplerè una giunzione della guida d'onda a 4 porte costituita da una guida d'onda primaria e una guida d'onda secondaria. Ci sono due piccoli fori, che saranno comuni a queste due guide d'onda.

Il Balanced Duplexer è costituito da due tubi TR. La configurazione di Balanced Duplexer pertransmission lo scopo è mostrato nella figura seguente.

Il segnale, che viene prodotto dal trasmettitore, deve raggiungere l'antenna affinché l'antenna trasmetta quel segnale durante il tempo di trasmissione. Ilsolid lines with arrow marks mostrato nella figura sopra rappresenta come il segnale raggiunge l'antenna dal trasmettitore.

Le linee tratteggiate con le frecce mostrate nella figura sopra rappresentano il segnale, che è trapelato dai tubi Dual TR; questo raggiungerà solo il carico abbinato. Quindi, nessun segnale è stato raggiunto al ricevitore.

La configurazione di Balanced Duplexer per reception lo scopo è mostrato nella figura sotto riportata.

Sappiamo che l'antenna riceve il segnale durante l'orario di ricezione. Il segnale ricevuto dall'Antenna deve raggiungere il ricevitore. Ilsolid lines with arrow marksmostrato nella figura sopra rappresenta come il segnale raggiunge il ricevitore dall'antenna. In questo caso, i tubi Dual TR passano il segnale dalla prima sezione della guida d'onda alla sezione successiva della guida d'onda.

Il duplexer bilanciato ha capacità di gestione della potenza elevata e larghezza di banda elevata rispetto al duplexer di tipo branch.

Circolatore come Duplexer

Sappiamo che il file functionality del circolatore è che se applichiamo un ingresso a una porta, allora sarà prodotto nella porta, che è adiacente ad essa in senso orario. Non c'è uscita alle restanti porte del circolatore.

Quindi, si consideri un circolatore a 4 porte e collegare il trasmettitore, l'antenna, il ricevitore e il carico abbinato rispettivamente a port1, port2, port3 e port4. Ora, vediamo come funziona il file4-port circulator funziona come duplexer.

Il segnale, che viene prodotto dal trasmettitore, deve raggiungere l'Antenna perché l'Antenna trasmetterà quel segnale durante transmissiontempo. Questo scopo sarà raggiunto quando il trasmettitore genera un segnale sulla porta 1.

Il segnale, che viene ricevuto dall'Antenna, deve raggiungere il ricevitore durante receptiontempo. Questo scopo sarà raggiunto quando l'Antenna presente sulla porta 2 riceverà un segnale esterno.

La figura seguente mostra il file block diagram di circolatore come Duplexer -

La figura sopra è costituita da un circolatore a 4 porte: il trasmettitore, l'antenna e il carico abbinato sono collegati rispettivamente alle porte 1, 2 e 4 del circolatore, come discusso all'inizio della sezione.

Il ricevitore non è collegato direttamente a port3. Invece, i blocchi corrispondenti al limitatore TR passivo sono posti tra la porta 3 del circolatore e del ricevitore. I blocchi, il tubo TR e il limitatore a diodi sono i blocchi corrispondenti al limitatore TR passivo.

In realtà, il circolatore stesso funge da Duplexer. Non richiede blocchi aggiuntivi. Tuttavia, non fornirà alcun tipo di protezione al ricevitore. Quindi, i blocchi corrispondenti al limitatore TR passivo vengono utilizzati per fornire ilprotection to the receiver.

Sistemi radar - Antenne phased array

Una singola antenna può irradiare una certa quantità di potenza in una particolare direzione. Ovviamente, la quantità di potenza di radiazione sarà aumentata quando useremo insieme un gruppo di antenne. Viene chiamato il gruppo di antenneAntenna array.

Un array di antenne è un sistema radiante composto da radiatori ed elementi. Ciascuno di questo radiatore ha il proprio campo di induzione. Gli elementi sono posizionati così vicini che ognuno giace nel campo di induzione del vicino. Pertanto, il diagramma di radiazione prodotto da loro, sarebbe ilvector sum dei singoli.

Le Antenne irradiano individualmente e mentre sono in array, la radiazione di tutti gli elementi si somma, per formare il fascio di radiazione, che ha alto guadagno, alta direttività e migliori prestazioni, con perdite minime.

Si dice che sia un array di antenne Phased Antenna array se la forma e la direzione del diagramma di radiazione dipende dalle fasi e dalle ampiezze relative delle correnti presenti in ciascuna Antenna di quella matrice.

Modello di radiazione

Consideriamo 'n' elementi di radiazione isotropi, che quando combinati formano un array. La figura riportata di seguito ti aiuterà a capire lo stesso. Lascia che la spaziatura tra gli elementi successivi sia "d" unità.

Come mostrato in figura, tutti gli elementi radianti ricevono lo stesso segnale in ingresso. Quindi, ogni elemento produce una tensione di uscita uguale di$sin \left ( \omega t \right)$. Tuttavia, ci sarà un pariphase difference $\Psi$tra elementi successivi. Matematicamente, può essere scritto come -

$$\Psi=\frac{2\pi d\sin\theta }{\lambda }\:\:\:\:\:Equation\:1$$

Dove,

$\theta$ è l'angolo al quale il segnale in ingresso è incidente su ciascun elemento di radiazione.

Matematicamente, possiamo scrivere le espressioni per output voltages di elementi di radiazione 'n' individualmente come

$$E_1=\sin\left [ \omega t \right]$$

$$E_2=\sin\left [\omega t+\Psi\right]$$

$$E_3=\sin\left [\omega t+2\Psi\right]$$

$$.$$

$$.$$

$$.$$

$$E_n=\sin\left [\omega t+\left (N-1\right )\Psi\right]$$

Dove,

$E_1, E_2, E_3, …, E_n$sono le tensioni di uscita rispettivamente del primo, secondo, terzo, ..., n- ^esimo elemento di radiazione.

$\omega$ è la frequenza angolare del segnale.

Otterremo il file overall output voltage $E_a$della matrice sommando le tensioni di uscita di ciascun elemento presente in quella matrice, poiché tutti quegli elementi di radiazione sono collegati in matrice lineare. Matematicamente, può essere rappresentato come:

$$E_a=E_1+E_2+E_3+ …+E_n \:\:\:Equation\:2$$

Substitute, i valori di $E_1, E_2, E_3, …, E_n$ nell'equazione 2.

$$E_a=\sin\left [ \omega t \right]+\sin\left [\omega t+\Psi\right ]+\sin\left [\omega t+2\Psi\right ]+\sin\left [\omega t+\left (n-1\right )\Psi\right]$$

$$\Rightarrow E_a=\sin\left [\omega t+\frac{(n-1)\Psi)}{2}\right ]\frac{\sin\left [\frac{n\Psi}{2}\right]}{\sin\left [\frac{\Psi}{2}\right ]}\:\:\:\:\:Equation\:3$$

Nell'equazione 3 ci sono due termini. Dal primo termine, possiamo osservare che la tensione di uscita complessiva$E_a$ è un'onda sinusoidale avente una frequenza angolare $\omega$. Ma sta avendo uno spostamento di fase di$\left (n−1\right )\Psi/2$. Il secondo termine dell'equazione 3 è unamplitude factor.

La grandezza dell'equazione 3 sarà

$$\left | E_a \right|=\left | \frac{\sin\left [\frac{n\Psi}{2}\right ]}{\sin\left [\frac{\Psi}{2}\right]} \right |\:\:\:\:\:Equation\:4$$

Otterremo la seguente equazione sostituendo l'Equazione 1 nell'Equazione 4.

$$\left | E_a \right|=\left | \frac{\sin\left [\frac{n\pi d\sin\theta}{\lambda}\right]}{\sin\left [\frac{\pi d\sin\theta}{\lambda}\right ]} \right |\:\:\:\:\:Equation\:5$$

Viene chiamata l'equazione 5 field intensity pattern. Il modello di intensità del campo avrà i valori di zero quando il numeratore dell'equazione 5 è zero

$$\sin\left [\frac{n\pi d\sin\theta}{\lambda}\right ]=0$$

$$\Rightarrow \frac{n\pi d\sin\theta}{\lambda}=\pm m\pi$$

$$\Rightarrow nd\sin\theta=\pm m\lambda$$

$$\Rightarrow \sin\theta=\pm \frac{m\lambda}{nd}$$

Dove,

$m$ è un numero intero ed è uguale a 1, 2, 3 e così via.

Possiamo trovare il file maximum valuesdel modello di intensità di campo utilizzando la regola L-Hospital quando sia il numeratore che il denominatore dell'equazione 5 sono uguali a zero. Possiamo osservare che se il denominatore dell'equazione 5 diventa zero, anche il numeratore dell'equazione 5 diventa zero.

Ora, otteniamo la condizione per cui il denominatore dell'equazione 5 diventa zero.

$$\sin\left [\frac{\pi d\sin\theta}{\lambda}\right ]=0$$

$$\Rightarrow \frac{\pi d\sin\theta}{\lambda}=\pm p\pi$$

$$\Rightarrow d\sin\theta=\pm p\lambda$$

$$\Rightarrow \sin\theta=\pm \frac{p\lambda}{d}$$

Dove,

$p$ è un numero intero ed è uguale a 0, 1, 2, 3 e così via.

Se consideriamo $p$ come zero, otterremo il valore di $\sin\theta$come zero. In questo caso, otterremo il valore massimo del pattern di intensità di campo corrispondente almain lobe. Otterremo i valori massimi del pattern di intensità di campo corrispondenti aside lobes, quando consideriamo altri valori di $p$.

La direzione del diagramma di radiazione del phased array può essere regolata variando le fasi relative della corrente presente su ciascuna antenna. Questo è iladvantage di phased array a scansione elettronica.