EMS Leeromgeving · Inhoud · Hoofdstuk 5 · §5.28 · English version

§5.28 De zender: van magnetron tot solid-state

Open §5.28 in de academy

Wat de zender moet kunnen

De zender (§ 5.2) wekt de radiofrequente pulsen op. Daarvoor bestaan twee fundamenteel verschillende ontwerpen, en het verschil bepaalt wat de radar kan:

Die bekende fase heet coherentie, en zonder coherentie geen dopplerverwerking: om een kleine faseverschuiving van puls tot puls te meten (§ 5.11), moet de radar weten met welke fase elke puls vertrok.

Magnetron: de klassieke oscillator

De magnetron is de buis die radar in de Tweede Wereldoorlog praktisch maakte. Elektronen draaien in een sterk magneetveld langs een ring van resonantieholtes en wekken zo direct een krachtige microgolf op. De magnetron is compact, robuust en goedkoop — hij zit nog steeds in vrijwel elke scheepsnavigatieradar (en in je magnetron in de keuken).

Zijn nadelen volgen uit het feit dat hij een oscillator is: elke puls start met een willekeurige fase, en de frequentie verloopt licht met temperatuur en slijtage. Een magnetronradar is daarom niet-coherent. Met een truc kan hij toch MTI doen: de radar meet bij elke zendpuls de fase en zet daar een lokale referentie-oscillator op gelijk. Dat heet pseudo-coherent of coherent-on-receive — goed genoeg voor eenvoudige MTI, maar te grof voor hoogwaardige pulse-doppler.

Coherente versterkerketen

Een coherente radar bouwt zijn zendsignaal op uit twee stabiele oscillatoren. De STALO (stable local oscillator) levert een hoge, stabiele frequentie; de COHO (coherent oscillator) een lagere referentie. Hun som wordt versterkt tot de zendpuls. Bij ontvangst mengt de radar de echo met dezelfde STALO terug naar de middenfrequentie (§ 5.29) en vergelijkt hem met de COHO: elke faseverschuiving is dan doppler, niet toeval.

STALO COHO menger eindtrap klystron/TWT/GaN duplexer antenne fasedetector IF-versterker menger echo I/Q → signaalprocessor
Coherente radar: STALO en COHO vormen samen het zendsignaal én de referentie waartegen de echo wordt vergeleken (stippellijnen = oscillatorsignalen).

Voor de eindversterker zijn er vier families:

VersterkerKenmerkTypisch gebruik
Klystronzeer hoog vermogen en hoge versterking, maar smalbandig (enkele procenten)grote grondradars, illuminators
Travelling-wave tube (TWT)zeer breedbandig (tot een octaaf en meer), minder piekvermogenvliegtuigradars, PESA's (§ 5.15.4) en vooral jammers
Crossed-field amplifier (CFA)compact en efficiënt, gemiddelde versterkingscheepsradars, o.a. de eindtrap van AN/SPY-1
Solid-state (GaAs, GaN)laag piekvermogen per transistor, zeer betrouwbaar; lange pulsen met pulse compressionT/R-modules van AESA's (§ 5.15.5), moderne surveillanceradars

Solid-state zenders leveren geen megawattpulsen. Ze compenseren dat met lange pulsen en een hoge duty cycle (§ 5.10.3): hetzelfde gemiddelde vermogen, uitgesmeerd in de tijd, en via pulse compression toch een fijne range-resolutie.

Voor de EW-specialist

Elke zender laat een vingerafdruk achter. Een magnetron verraadt zich door kleine frequentiesprongen van puls tot puls; een buizenzender door de karakteristieke stijg- en daaltijd van zijn puls en door onbedoelde modulatie op de puls (UMOP). Op dat niveau kan ESM niet alleen een radartype maar soms een individueel exemplaar herkennen: specific emitter identification (SEI). En omdat jammers breedbandig moeten zijn, is de TWT ook de werkpaard-buis van de EW-wereld.

Verder lezen

Radartutorial.eu beschrijft elke buis met doorsnedes en werkingsprincipe: radarzenders.