Ly thuyet radar xung HH

CHƯƠNG NGUN LÝ RADAR HÀNG HẢI §1 KHÁI NIỆM CHUNG Radar phương tiện vơ tuyến điện dùng để phát xác định vị trí mục tiêu so với trạm radar Vì radar sử dụng rộng rãi lĩnh vực qn giao thơng Đặc biệt ngành đường biển đường khơng Thuật ngữ RADAR viết tắc Radio Detection And Ranging , tức dùng sóng vơ tuyến để xác định phương vị khoảng cách tới mục tiêu Dù ngun lý radar nhàkhoa học Anh Mỹ phát chiến tranh giới thứ hai , việc dùng tín hiệu dội thiết bị hàng hải khơng phải phát minh Trước có radar, hành hải sương mù gần bờ biển gồ ghề , tàu thuyền thổi hồi còi , bắn phát súng , gõ chng Khoảng thời gian từ phát tín hiệu âm đến nhận tín hiệu phản hồi khoảng cách từ tàu tới bờ biển vách đá, đồng thời hướng nghe tín hiệu dội cho biết góc phương vị tương đối (góc mạn) bờ biển so với tàu Từ đời đến nay, radar khơng ngừng cải tiến, ngày hồn thiện Cùng phát triển ngành khoa học , ứng dụng thành tựu tự động hóa , kỹ thuật điện , với phát triển vơ tuyến điện tử ; tính kỹ thuật , khai thác hoạt động radar nâng cao khơng ngừng Đến với tính ưu việt , tất loại tàu hàng hải biển trang bị radar Radar sâu phục vụ đời sống Với cán hàng hải , để dẫn tàu an tồn cần phải biết xác vị trí tàu chuyển động tương quan với mục tiêu biển Radar sẵn sàng cung cấp thơng tin cách xác nhanh chóngtrong khoảng thời gian ngắn để tránh va , xác định vị trí tàu… Từ vấn đề quan trọng , radar trở thành phương tiện dẫn đường chủ yếu đảm bảo an tồn cho tàu hành hải Đặc biệt hành hải nơi có mật độ tàu thuyền lớn, hành hải ven bờ, sương mù, băng, đêm tối , tầm nhìn xa bị hạn chế… Đặc biệt loại radar phát xung sử dụng hầu hết tàu biển §2 NGUN LÝ HOẠT ĐỘNG NGUN LÝ CHUNG Để đo khoảng cách, radar xung sử dụng ngun lý sau: dùng sóng điện từ siêu cao tần (sóng radio) phát vào khơng gian dạng xung radio thu lại sóng phản xạ từ mục tiêu trở Cơng thức tính: D= C *t đó: - D : khoảng cách từ radar đến mục tiêu - C : tốc độ truyền sóng (3*108 m/s) - t : thời gian truyền sóng (đi phản xạ trở về) Tính chất sóng radio: - Lan truyền khơng gian theo đường thẳng - Tốc độ lan truyền khơng đổi: C = 3*108 m/s - Mang lượng lớn, gặp mục tiêu phản xạ trở Khối đồng Máy phát Khối chuyển mạch Khối báo Anten Máy thu Mơ tả ngun lý chung radar theo sơ đồ khối Diễn giải: Máy phát tạo xung điện từ siêu cao tần, qua chuyển mạch, tới anten, xạ vào khơng gian Xung radio gặp mục tiêu phản xạ trở về, qua mạch vào máy thu, qua khuếch đại sửa đổi tín hiệu cho ta tín hiệu quan sát hình NGUN LÝ RADAR XUNG Radar trang bị cho ngành hàng hải, hàng khơng loại dùng ngun lý radar xung Radar có nhiệm vụ phát xác định tọa độ mục tiêu so với trạm radar hàng hải, tọa độ xác định hệ tọa độ cực thơng qua khoảng cách góc 2.1 Xung điện Là đại lượng biến thiên nhanh theo qui luật định (chu kỳ định), đặc trưng tần số f bước sóng λ Cơng thức: f = C λ Hiện xung điện dùng radar có loại sau: - xung nhọn - xung cưa - xung vng - xung siêu cao tần (xung radio) Các đặc trưng xung radio xạ vào khơng gian thám sát mục tiêu: - chiều dài xung : τx chu kỳ lập xung : Tx Thơng thường nay: - τx = 0.01 ÷ µs Tx = 1000 ÷ 4000 µs Ta nhận thấy τx αng + 57.3da/D A A B B ab a b α < αng α > αng 10 Tần số trung tần nhỏ nhiều đảm bảo ngun dạng tín hiệu phản xạ Sở dĩ làm để chọn tần số thích hợp cho máy thu làm việc, nâng cao tính kinh tế chất lượng máy thu Thường : ftt = 60 Mhz fk = 9460 Mhz ft = 9400 Mhz Theo sơ đồ tương đương, tín hiệu phản xạ qua phân nhánh T1, tín hiệu từ dao động ội qua phân nhánh T2 Nhờ tác dụng D1, D2 khung LC ta lấy ftt Tạp âm máy thu chủ yếu dao động nội gây Với sơ đồ trộn cân bằng, phần tạp âm chủ yếu loại trừ Xét pha : D1 dòng có pha ύtt1 = ύk – ύt D2 dòng có pha ύtt2 = ύk – (ύt – π ) = ύtt1 + π Vậy tín hiệu trung tần qua cuộn L chiều lấy qua biến áp T3 Tạp âm : dòng tạp âm fk gây qua đèn pha ngược chiều nên chúng loại trừ qua cuộn L III Bộ dao động nội: Bộ dao động nội có nhiệm vụ tạo dao động siêu cao tần với cơng suất nhỏ đưa sang trộn, với tần số cho trừ tần số tín hiệu phản xạ trở tần số trung tần chuẩn Cơng suất dao động nội tạo khoảng iΜw Bộ dao động nội có u cầu : Có hệ số nhiễu ồn nhỏ Hoạt động tần số ổn định Khi cần thay đổi tần số phương pháp hay điện Bộ dao động nội thường sử dụng đèn siêu cao tần cổ điển Klistron diode Gunn Đèn Klistron : ( HÌNH VẼ) Đèn bao gồm ống hình trụ thủy tinh có độ chân khơng cao, liên kết với hộp cộng hưởng Anode đèn có dâng lưới Ngồi đèn có cực phản xạ gắn với nguồ chiều tạo điện áp âm so với cathode Ở hộp cộng hưởng có vít điều chỉnh thể tích buồng cộng hưởng có móc ghép để lấy dao động siêu cao tần đưa sang trộn Hoạt động : Các điện tử bật từ cathode, tác dụng điện trường anode-cathode chuyển động anode Vì anode có dạng lưới nên số điện tử tới anode tạo thành dòng anode ia, số điện tử gia tốc chuyển động vượt qua anode phía cực F Khi qua hốc cộng hưởng, điện tử kích thích hốc cộng hưởng Trên hốc cộng hưởng xuất dao động siêu cao tần, có tần số f mà ta mong muốn Trong q trình dao động, hốc cộng hưởng tạo hai vách lưới hốc điện trường biến thiên Khi điện tử tới vách lưới vào thời điểm – +, điện tử tăng tốc độ tới cực phản xạ Do cực phản xạ mang điện áp âm so với cathode, điện tử bị bật ngược trở lại với vận tốc nhỏ Những điện tử tới vách lưới vào thời điểm + -, bị cản qua vách lưới với vận tốc nhỏ, bị cực phản xạ đẩy trở lại với vận tốc lớn Các điện tử tới vách lưới vào thời điểm điện trường bị bật ngược trở lại với vận tốc trung bình Người ta chế tạo ( cách thay đổi điện áp thể tích hốc cộng hưởng ) cho lớp điện tử nói trở hốc cộng hưởng lúc điện tử bổ sung lượng để trì tần số fk 31 Ở người ta dùng móc ghép lấy tần số fk đưa sang trộn Người ta dùng vít điều chỉnh thể tích để hộp cộng hưởng với tần số fk cần thay đổi lớn Để điều chỉnh tần số fk khoảng thay đổi nhỏ, người ta thay đổi điện áp đặt vào cực phản xạ núm điều chỉnh TUNE mặt máy radar Ưu điểm : việc chế tạo tương đối đơn giản, dễ điều chỉnh tần số, làm viện ổn định, kích thước nhỏ, đảm bảo cơng suất đủ lớn để biến đổi tần số dãi sóng cm Nhược điểm : Độ nhiễu ồn thân tương đối lớn Diode Gunn : ( HÌNH VẼ ) Cấu tạo : loại diode khơng tiếp giáp, thường dùng loại hợp chất GeAs, InSb, InAs … đặt bên hộp cộng hưởng Hoạt động : Dựa tượng Gunn : Khi có điện trường đủ lớn đặt vào đầu hợp chất bán dẫn ( hồn tồn tinh khiết ) nhận hợp chất bán dẫn dao động siêu cao tần, kết hợp với hốc cộng hưởng lấy dao động siêu cao tần làm dao động nội Để điều chỉnh tần số dao động nội, ta thay đổi thể tích hốc cộng hưởng thay đổi điện áp dặt vào diode Gunn Diode Gunn thường dùng mạch có cơng suất nhỏ Ưu điểm : + Gọn, nhẹ, dễ chế tạo, cơng suất tiêu thụ nhỏ + Đường đặt tính tuyến tính đèn Klistron + Độ nhiễu ồn thân nhỏ + Cơng suất phát đủ lớn, dãi tần làm việc rộng Nhược điểm : dễ hư hỏng IV Bộ tự động điều chỉnh tần số: Hiệu làm việc radar phụ thuộc nhiều vào ổn định tần số trung tần ftt Khi ftt thay đổi hệ số khuếch đại máy thu thay đổi lớn Vì người ta lắp mạch tự động điều chỉnh tần số đảm bảo máy thu cộng hưởng tốt ( Để điều chỉnh tần số trung tần tần số trung tần chuẩn người ta điều chỉnh tần số dao động nội Có cách : tay tự động ) Sơ đồ mạch tự động điều chỉnh tần số : ( HÌNH VẼ ) Hạn chế AFC : giảm cơng suất tín hiệu đưa vào trộn AFC Trộn AFC : trộn tín hiệu từ hạn chế AFC đưa sang với tần số dao động nội Phân biệt tần số : kiểm tra xem tần số trung tần AFC lớn hay nhỏ so với tần số trung tần chuẩn Bộ điều khiển : tạo điện áp điều khiển Uđkh đặt vào cực phản xạ đèn Klistron Hoạt động : 32 Khi máy phát phát sóng phần tín hiệu qua hạn chế AFC tới trộn cân AFC mạch điểu chỉnh tần số giống hệt trộn máy thu có thơng số Bộ trộn AFC trộn tín hiệu với tín hiệu từ dao động nội đưa sang thành tín hiệu trung tần AFC ( fttAFC ) Khi đèn magnetron phát sóng tăng fttAFC giảm ngược lại, qua mạch phân biệt tần số cho thấy có thay đổi tần số so với tần số trung tần chuẩn, thay đổi thành tín hiệu điện để đưa sang mạch điều khiển Mạch điều khiển tác động làm cho dao động nội thay đổi cho tần số fk phát đảm bảo đưa sang trộn máy thu trộn với tín hiệu phản xạ trở đạt tần số trung tần chuẩn V Bộ khuếch đại trung tần : Tín hiệu phản xạ máy thu có lượng thấp Để có đủ khả làm việc, người ta khuếch đại lên tín hiệu giữ ngun hình dạng độ dài biên độ lớn lên nhiều, với lượng lớn Tùy loại radar mà khuếch đại trung tần sử dụng đèn điện tử hay bán dẫn, bố trí số tầng khuếch đại nhiều hay ít, hệ số khuếch đại lớn hay nhỏ Thơng thường điện áp khỏi tầng khuếch đại cỡ ÷ 1.5 v Khi sử dụng nhiều tầng khuếch đại hệ số khuếch đại tích hệ số khuếch đại tầng Ta thay đổi hệ số qua nút điều chỉnh GAIN bố trí mặt máy máy thu Thơng thường khuếch đại trung tần thiết kê để khuếch đại tần số 60 Mhz, nhiên có loại tần số 35 Mhz, 40 Mhz … Số lượng hệ số khuếch đại thiết kế cho : Hệ số khuếch đại lớn, khộng bị méo điều chỉnh theo thời gian Thay đổi dãi thơng cho xung ngắn dài khác Tránh nhiễu tạp âm, giảm độ ồn, tăng độ nhạy máy thu VI Bộ tách sóng : Tín hiệu phản xạ, qua khuếch đại trung tần có tần số cao, để đưa tới ống phóng tia điện tử phải tách xung thị tần Muốn dùng mạch tách sóng tách xung thị tần khỏi xung cao tần Bộ tách sóng có loại : tách sóng chu kỳ nửa chu kỳ Nó có cấu tạo đơn giản gồm tụ điện C1 đóng vai trò lọc xung cao tần, tụ điện C2 lấy xung thị tần, diode ( đèn điện tử ) tách sóng điện trở để thành phần chiều ( HÌNH VẼ ) Dao động nằm đường bao khơng gây sụt áp qua tụ C1 ( Uc = Ic * Xc