دوپلکسور

دوپلکسور

اسلاید 1: بسم الله الرحمن الرحیم عنوانها:ayat ebrahimi 1.دوپلکسور2. بررسي رادار AN/AWG-9 و AN/APG-71 تامکت 

اسلاید 2: دوپلکسور: تعریف: دوپلكسور يك شبكه سه قطبي است كه اجازه ارسال ودريافت سيگنالهاي الكتروز مغناطيسي را از طريق يك آنتن مي دهد، در حاليكه گيرنده حساس را از توان فرستنده محافظت مي نمايد.در يك دوپلكسورايده آل، تما م توان فرستنده توسط آنتن تشعشع مي شود و در گيرنده چيزي ظاهرنخواهد شد. همچنين، تمام سيگنالهاي دریافت شده به قطب گيرنده تحويل مي شود. در اكثرحالت، سيگنال دريافتي معرف انرژي ارسالي است كه بوسيله يك هدف منعكس شده و توسط آنتن جذب شده است. براي يك سيستم موج پيوسته (c w) انتقال و دريافت به طور همزمان رخ مي دهد. در حاليكه در يك سيستم پالس، اين عمل به صورت پشت سرهم رخ مي دهد. در حالت پالسي، آنتن اساساً به صورت تقسيم بندي زماني استفاده مي شود.دو پلکسورها برای سیستم های پالسی:برای سیستمهای که از یک فرستنده پالسی استفاده می کنند، معمولاً دو پلکسور شامل یک ترتیب اتصالات است که به یک آنتن مشترک اجازه تقسیم بندی زمان بین فرستنده و گیرنده را می دهد در اکثر کاربردهای توان – بالا عمل کلید زنی بوسیله لامپهای پر شده از گاز TR ( ارسال و دریافت) و ATR( ضد ارسال و ضد دریافت) فراهم می شود نمونه های موجبری در شکل 1 نشان داده شده اند.لامپ TR یک وسیله دو قطبی است که افت کمی را برای سیگنال های با سطح – کم و افت انعکاسی شدید برای سیگنالهای با سطح – زیاد ارائه می دهد. این لامپ در اصل یک کلید تک قطبی تک جهته می باشد که بوسیله یک سیگنال مایکروویو با سطح – بالا فعال می شود.یک نمونه تک طبقه ای در بخش (الف) شکل 2 نشان داده شده است.در هر فلانژ یک پنجره شیشیه ای نفوذ ناپذیر برای جلوگیری از نشت گاز ( معمولاً آرگون) به خارج از محیط موجبر قرار داده شده است.

اسلاید 3: شکل 1.نمونه های موجبری از لامپهای نوع گازی TRو ATR (فلانژها نشان داده نشده اند)

اسلاید 4: در شکل بالا ( الف ) مخروطهای خازنی و واشر های القایی یک مدار تشدید موازی را در وسط موجبر تشکیل می دهند بیان کیفی ذیل طرز کار لامپ TR را توصیف می کند:وقنی که یک سیگنال مایکروویو توان – بالا به لامپ پر شده از گاز برخورد می کند میدان الکتریکی بین مخروطها به حد کافی بزرگ می شود تا گاز یونیزه نماید. در این حالت امپدانس بین مخروط بسیار کم است (عملا یک مدار اتصال کوتاه است) . بعنوان نتیجه بیشتر سیگنال تابشی منعکس می شوند و در نتیجه قسمت کمی از آن از طریق لامپ TR ارسال می شود برای یک سیگنال با سطح پایین، میدان الکتریکی جهت یونیزه نمودن گاز ناکافی است. و و بنابراین لامپTR رفتاری شبیه فیلتر میانگذر نشان می دهد فرکانس مرکزی و پهنای باند سیستم تابعی از فاصله هوایی بین مخروطها و ابعاد واشر ها می باشند. پهنای باند مفید برای نمونه تک طبقه تنها چند درصد است . دستگاههای چند طبقه ای معمولاً جهت دستیابی به پهنای باند های بزرگتر نیاز می باشد.

اسلاید 5: لامپ ATR وسیله یک قطبی است که امپدانس ورودی آن تابعی از سطح توان مایکروویو تابشی می باشد. نمونه موجبری آن در بخش (ب) از شکل 3 نشا ن داده شده که شامل یک واشر تشدد در فلانژ ورودی است که توسط یک خط اتصال کوتاه شده به فاصله ربع طول موج ادامه پیدا کرده است . مدخل واشر دارای یک مسدود کننده شیشه ای جهت ماندن گاز داخل موجبر می باشد وقتی یک سیگنال با سطح بالا به لامپ ATR برخورد می کند گاز یونیزه شده و یک مدار اتصال کوتاه مجازی در صفحه واشر تشدید بوجود می آید. از طرف دیگر یک سیگنال با سطح پایین به جلوتر از مدار تشدید ارسال و توسط مداراتصال کوتاه منعکس می شود چون اتصال کوتاه به فاصله ربع طول موج قرار داده شده است. امپدانس در صفحه واشر بی نهایت می شود ( مدار اتصال باز ) پس در هر دو حالت سطح – بالا و پایین قدر مطلق ضرائب انعکاس واحد شده ولی زوایایشان 180 اختلاف فاز دارند.مثالی از دوپلکسور که از لامپهای TR,ATRاستفاده می کنند در شکل 2 نشان داده شده است. این نوع دوپلکسور را بعنوان دو پلکسور انشعابی می شناسند و مورد استفاده در کاربردهای باند باریک پیدا می کند. یک نمونه موجبری عملی در بخش ( الف) شکل نشان داده شده است این نمونه شامل دو پیوند ( تی ) صفحه E می باشد که به اندازه 4λg/از هم فاصله داده شده اند( یک لامپ TR و یک لامپ ATR) قطبهای آنتن گیرنده و فرستنده مطابق شکل هستند در بحثی که پی می گیریم فرض شده است که وقتی گاز بوسیله سیگنال مایکروویو با سطح بالا یونیزه می شود. واشر تشدید در لامپ ATR و مخروط خازنی در لامپ TR اتصال کوتاه خواهند شد وقتی فرستنده پالسی روشن میشود گاز در هر لامپ یونیزه خواهد شد این حالت را می توان با مدار معادل ( بخش (ب)شکل) بوسیله بستن دو کلید تک قطبی یک جهته ارائه نمود. بدلیل خط 2λg/ یک شرط امپدانس صفر در تمام طول دیواره پهن موجبر وجود خواهد داشت. بعنوان نتیجه ، توان فرستنده بطور کامل به آنتن تحویل می شود. وقتی پالس فرستنده به اتمام رسید ، گاز در داخل لامپ غیر یونیزه می شود این حالت می تواند توسط باز نمودن دو کلید در مدار معادل ارائه شود. اکنونATR مدار بازی را در دیواره پهن موجبر اصلی فراهم می نماید، که در نتیجه بطور موثری عدم اتصال فرستنده از آنتن را سبب می شود.

اسلاید 6: این مدار باز به یک مداراتصال کوتاه در صفحه ( تی ) صفحه –E شامل لامپ TR تبدیل می شود. چون لامپ TR اکنون در وضعیت افت –کم خود می باشد . سیگنال دریافت شده در قطب آنتن به قطب گیرنده تحویل می شود. شکل2:یک سیستم دوپلکسور انشعابی با استفاده از لامپهای TR و ATR توجه:در شکل 2 قسمت (ب) کلیدها برای سیسگنالهای با سطح پایین باز و برای سیگنالهای با سطح بالا بسته خواهد بود.

اسلاید 7: نموداری از توان گیرنده بعنوان تابعی از زمان برای یک نمونه سیستم دوپلکسور نوع گازی در شکل 3 نشان داده شده است . فرستنده پالسی در حین فاصله زمانی0≤t≤Ʈ روشن و در حین فاصله زمانی <t<TrƮخاموش می باشد.که T پهنای پالس و 1/Tr=ƒr فرکانس تکرار پالس می باشد. بخشی از زمان که فرستنده روشن است بعنوان زمان کارکرد شناخته و بوسیله ƒrƮ=Tr /Ʈ داده می شود.برای مثال ، فرستنده ای با پهنای باندو فرکانس تکرار1000Hz ،دارای زمان کارکرد 001/0 (10/0 درصد) می باشد. چون پالس کوتاه مدت با انرژی زیاد در شروع پالس فرستنده اعمال می شود، یونیزه شد گاز در لامپ TR زمان محدودی خواهد داشت.این به معنای پدیدار شدن مقداری ار انرژی فرستنده در قطب گیرنده قبل از رسیدن به لامپ TR به حالت افت – بالای خود می باشد. برای اکثر سیستمهای خوش طراحی شده، نشت پالس کوتاه مدت ( با ناحیه هاشور زده مشخص شده ) بسیار کمتر از یک ارگ می باشد. بعد از پالس کوتاه مدت اولیه ، گاز به طور کامل یونیزه شده و توان نشتی اساساً برای باقیمانده زمان پالس ثابت می باشد. این نشت هموار ناشی از این حقیقت است که ستون گاز یونیزه شده در لامپ TR یک مدار اتصال کوتاه نبوده و دارای امپدانس محدودی است.برای مثال اگر افت فرستنده به گیرنده 70DB و توان قله فرستنده 100 KW باشد، نشست هموار 10MW خواهد بود که سطح قابل قبولی برای اکثر گیرنده های راداری می باشد. در عمل ، ستونهای گاز یونیزه شده در هر دو لامپ ATR, TR داری مقادیر مقاومتی محدودی است.

اسلاید 8: شکل3:توان گیرنده بعنوان تابعی از زمانبرای یک نمونه سیستم دوپلکسور نوع گازی

اسلاید 9: نتیجه این مقاومت ، جذب بخشی از پالس فرستنده توسط گاز یونیزه شده می باشد این بعنوان افت جرقه ای شناخته شده و ملاحظه مهمی در طراحی دوپلکسورهای توان بالا می باشد.عوامل بسیاری وجود دارند که باید در طراحی یک دوپلکسور برای سیستم پالسی در نظر گرفته شوند . این ها شامل پهنای باند ، افت جرقه ای ، افت داخلی برای سطح پایین توان ورودی ، قابلیت حمل توان، نشت های پالس کوتاه مدت و هموار، زمان بازیافتی و عمر لوله می باشند.سازشهایی در طراحی اغلب ، نیاز هستند زیرا تصحیح یک مشخصه ممکن است به اعوجاج دیگری ختم می شوند. برای مثال ، نشست پالس کوتاه مدت را می توان با یک سیستم keep alive (روشن نگهدار) در لامپ TR کاهش داد . لیکن؛ این معمولاً باعث افت داخلی بیشتر و عمر لامپ کوتاهتر می شود .ساختار دوپلکسوری که به طور وسیعی در سیستمهای باند وسیع مورد استفاده است. در شکل 4 نشان داده است. این ساختار را بعنوان دوپلکسور متعادل شده می شناسند که شامل یک جفت دورگه 3DB و یک بخش TR مضاعف می باشد. از لحاظ توضیحی یک نمونه موجبری که از دو تزویج کننده شیار کوچک ریبلت استفاده شده ، مشخص شده است وقتی فرستنده پالسی روشن است ، دامنه و فاز برای سیگنالها به لامپهای TR همانند شکل وارد می شوند.

اسلاید 10: این سیگنالها ی توان بالا لامپهای TR را روشن می کنند و تولید امپدانس کمی ( به طور ایده آل اتصال کوتاه) در وسط موجبرها می نمایند که به نوبت باعث منعکس شده سیگنالها می شوند . با لامپهای TR قرار داده شده، در صفحه عرضی یکسان ، سیگنالهای منعکسه هم فاز، به قطب آنتن می رسند، که بطور ایده آل ، تمام پالس فرستنده (a) به آنتن تحویل داده می شود. که این در شکل اشاره شده داده است.زمانیکه پالس فرستنده به پایان برسد لامپهای TR غیر یونیزه شده و به حالت کم افتشان باز می گردد و سیگنال دریافت شده توسط آنتن (a) به طور کامل به قطب گیرنده تحویل داده می شود در این حالت دورگه ها باعث تقسیم سیگنال دریافت شده و سپس ترکیب مجدد مطابق شکل انجام می گیرد.دوپلکسور متعادل شده دارای سه مزیت است: اول: برخلاف نوع انشعابی ، نیازی به طول بحرانی خطوط ندارد و بنابراین قابلیت کارآیی باند وسیعتری را خواهد داشت.دوم: توانایی حمل توان بیشتری دارد زیرا لامپ TR فقط نسبت به نصف توان فرستنده عکس العمل خواهد داشت . سوم: عمل دو رگه ها کاهش مهمی (عملاً 5 تا 10Db) در نشت پالس کوتاه مدت و هموار برای گیرنده فراهم می نماید.

اسلاید 11: شکل 4:یک سیستم دوپلکسور متعادل شدهبا استفاده از یک جفت تزویج کننده شیار کوچک ریبلت ویک بخش TR اضافی

اسلاید 12: در حقیقت اگر نشت از طریق هر لامپ TR یکسان باشد هیچ سیگنالی در گیرنده ظاهر نمی شوند . این بدلیل آنست که نشتی در قطب گیرنده با 180 اختلاف فاز وارد می شوند. در حالیکه در قطب 4 هم فاز و توسط بار تطبیق شده جذب می شوند.انواع سیستمهای دوپلکسوری دیگری نیز وجود دارند که پیوند های دو رگه را با وسایل فریت و یا نیمه هادی ترکیب می کنند. در یک روش ، از یک دوران دهنده فریتی در ترکیب با یک لامپ TR یا یک محدود کننده نیمه هادی استفاده می شود.البته هر دورگه 3Db مي تواند بعنوان يك دوپلكسور غير فعال بكار گرفته شود.( ليكن، اين يك مورد ايده آل آن نمي باشد. زيرا نيمي از توان فرستنده همانند نيمي از سيگنال دريافتي تلف مي شود ،شکل 5 را نگاه کنید). شکل 5:نموداری از یک دوپلکسور غیر فعال

اسلاید 13: بررسي رادار AN/AWG-9 و AN/APG-71 تامکت  رادار: AN/AWG-9اين رادار در هواپيماي F-14 Tomcatدر حقيقت براي هدايت و کنترل موشک هاي قدرتمند فينيکس به وجود آمد.AN/AWG-9 از نخستين سيستم هاي راداري بود که مجهز به يک پردازنده سيگنال مستقل براي فيلتر اطلاعات برگشتي و شناسايي دقيق هدف بود.سیستم رادار AWG-9     26 واحد پاور دارد که شامل : دو قسمت تامين برق، سه قسمت کامپيوتر همه منظوره، پنج پردازنده سيگنال، چهار بخش کنترل رادار، سه قسمت فرستنده، سه بخش هدايت موشک، پنج يونيت مرتبط با دستگاه هاي نمايش دهنده رادار ویک آنتن رادار میباشد.آنتن آرایه ایی دو وجهی چاک دار این رادار 914 میلیمتر قطر دارد.رادار AWG-9 برای تشخیص  دوست از دشمن  یا همان سیستم IFF دارای 2 ردیف از 6 دوقطبی آرایه ایی  (آرایش داده شده) است.قدرت خروجي رادار AN/AWG-9 در حدود 10 کيلووات است. قسمت فرستنده اين رادار مي تواند امواج ادامه دار يا CW، امواج پالسي و امواج پالس دوپلر PD را توليد نمايد.

اسلاید 14: سيستم راداري AN/AWG-9 قادر به تشخيص اهداف در ارتفاعات بسيار پايين، حتي در ارتفاع بيست متري و هدف هايي در ارتفاعات بسيار بالا مانند ارتفاع بيست و پنج کيلومتري است.در حالت عادي و شرايط بهينه، برد اين رادار به 340 کيلومتر مي رسد.

اسلاید 15: مزيت اينکه AN/AWG-9 مجهز به پردازنده سيگنال است غير از ارائه تصويري واضح از اوضاع بيرون هواپيما، مي تواند در قابليت Look Down-Shoot Down يا نگاه به پايين- شليک به پايين نيز در نظر گرفته شود. وجود پردازنده سيگنال به رادار کمک مي کند که به راحتي امواج بازگشتي حاصل از برخورد با زمين را از امواج حاصل از برگشت از يک هواپيما تميز داده و بدين ترتيب، با نگاه به پايين قادر به جستجو و اسکن فضاي زير هواپيما و ارتفاعات پايين تر نيز باشد که اين مسئله در هواپيماهاي رهگير بسيار حائز اهميت است.بزرگترين و قابل توجه ترين توانايي رادار AN/AWG-9 در تشخيص همزمان تعداد 24 عدد هدف پرنده در سرعت ها و ارتفاعات مختلف است که البته، تامکت با کمک چنين راداري مي تواند شش عدد از اين بيست و چهار هدف را درگير کرده و دريک زمان به همه آن ها با موشک هاي فينيکس حمله ور شود.AN/AWG-9 نيز به حالت TWS-Track While Scan مجهز است. در اين حالت رادار براي هر هدف فايل مشخصي در کامپيوتر دروني ايجاد مي کند که اين فايل حاوي فاصله هدف تا هواپيما و موقعيت آن است. هر لحظه که رادار امواج جديدي از سوي هدف دريافت کند، رادار آن را با اطلاعات قبلي مقايسه کرده و در صورت مشاهده تغيير فايل مربوط بدان هدف را Update و به روز رساني خواهد کرد. اين خاصيت به رادار کمک مي کند که تنها قفل کردن آن متوجه يک هدف نباشد و رادار به راحتي بتواند اهداف ديگر را نيز در يک زمان اسکن نمايد.

اسلاید 16: حالت جستجوي پالس دوپلر يا PDS اطلاعاتي از قبيل فاصله تا هدف و سمت آن را براي خلبان فراهم مي کند. حالت ديگري نيز براي يافتن اطلاعات فاصله تا هدف وجود دارد که بدان RWS نيز مي گويند. در اين حالت رادار با توليد امواجي با فرکانس بسيار بالا، مي تواند نرخ تغيير فاصله و زماني که طي آن هدف به يک ميزان مشخص به هواپيما نزديک مي شود را نيز پيدا کرده و به اين شکل داده هاي دقيقي از موقعيت هدف را به خلبان گزارش مي کند.

اسلاید 17: حالت Pulse Doppler Single Target Track يا PDSTT نيز براي مواقعي به کمک خلبان مي آيد که هدف او در حال انجام مانورهاي شديد بوده و به وسيله حالت اسکن عادي قابل تراک کردن نباشد. در اين حالت اگرچه رادار تنها بر روي يک هدف قفل است، اما تعقيب هدف در چنين شرايطي بسيار قابل اعتماد بوده و امکان گم کردن هدف بسيار کم است. همچنين در اين حالت سيستم JAT يا Jam Angle Track نيز فعال مي باشد که براي تعقيب هدف هايي که از سيستم هاي اخلالگر الکترونيکي ECM استفاده مي کنند کاربرد گسترده اي دارد.حالت Vertical Scan Lock-on يا VSL نيز براي نبرد هاي نزديک بسيار کار آمد است. در اين حالت جستجو، مي تواند به صورت عمودي چهل درجه از فضاي مقابل هواپيما را اسکن نمايد. در دورزدن هاي سريع که در نبرد هاي داگفايت به وجود مي آيد، هواپيما تقريباً به حالت گردش روي يک بال در مي آيد که در چنين شرايطي، اسکن VSL مي تواند تمام فضاي جلوي هواپيما را براي قفل کردن روي هدفي که در نزديکي هواپيما قرار دارد پوشش دهد.حالت Pilot Rapid Location يا PRL هم يک حالت قفل راداري است. در اين حالت، خلبان روي صفحه HUD محدودي اي دايره اي شکل را مي بيند که اين محدوده در حقيقت همان محدود امواج رادار هستند. براي هدف گيري و قفل روي هدف، خلبان بايد هواپيماي هدف را به صورت بصري درون اين دايره به اصطلاح گير بيندازد، يعني هواپيما را به سمتي که هدف در آن قرار دارد متمايل کند. اين حالت در نبرد هاي نزديک که هواپيماي دشمن به طور چشمي قابل روئيت است کاربرد زيادي دارد.

اسلاید 18: حالت ديگري نيز براي رادار تواناي AN/AWG-9 وجود دارد که به Infra Red Search and Track يا IRST مشهور است. در اين حالت خلبان رادار را خاموش مي کند و به کمک سيستم جستجوي مادون قرمز به دنبال رد حرارتي گرماي موتورهاي هواپيماهاي دشمن مي گردد. مزيت اين حالت اين است که چون رادار خاموش است و هيچ موجي منتشر نمي شود، هيچگاه خلبان دشمن نمي تواند پي به وجود هواپيماي خودي پي ببرد. در صورت يافتن امواج مادون قرمز حرارتي هواپيماي دشمن، رادار به صورت اتوماتيک روشن شده و روي هدف قفل مي گردد و در اين حالت، خلبان مي تواند قبل از اينکه دشمن قادر به انجام کاري باشد يا مثلاً سيستم هاي ضد عمل الکترونيکي خود را فعال نمايد، موشک خود را روانه هدف کند.

اسلاید 19: مشخصات فنی رادار پر قدرت AN/AWG-9 کشور سازه: ایالات متحده امــــــریکا USA وزن: 590 کیلوگرمظرفیت: 0.79 cu mپالس جستجو: 63 ناتیکال مایل برابر117 کیلومترPSTT یا پالس رهگیری تک هدف: 91 کیلومترPDS یا مد جستجوی پالس داپلر از یک هدفی با اندازه 5 مترمربع: 213 کیلومترRWS و TWS : برابر 167 کیلومترVSL و PRL :برابر 9 کیلومتربرد موج پیوسته روشن کننده برای موشک اسپـــــــــــارو: برابر 70 کیلومتر

اسلاید 20: رادار: AN/APG-71مدل D تامکت، رادار قديمي AN/AWG-9 که شايد طراحي نخستين آن مربوط به سال 1968 مي شد دستخوش تغييرات نسبي زيادي گشته و به جز سيستم تامين نيروي برق و فرستنده رادار، کليه اجزاي ديگر رادار قديمي تعويض شده و به مدل هاي جديد تغيير يافتند.

اسلاید 21: بر خلاف رادار AN/AWG-9 که پردازش آن بيشتر بر اساس پردازش آنالوگ بود، رادار جديد AN/APG-71 از پردازنده سيگنال رقمي بهره مي جويد که علاوه بر بهبود عملکرد، امواج ساطع شده از سوي اين رادار خطر کمتري براي شناسايي شدن توسط هواپيماهاي دشمن را دارند. سرعتي که رادار در آن به پردازش اطلاعات مي پرداخت، در رادار AN/APG-71 به ميزان شش برابر افزايش يافته است.رادار  دیجیتال APG-71 ساخت کمپانی هیوز و توسعه داده شده ی رادار AWG-9  که با رهگیری زاویه ی تکپالس, سیستم ضد اقدام متقابل یا ECCM  به همرا ه یک آنتن جدید. رادار APG-71    قابلیت پردازش سیگنال دیجیتال را با سرعت زیاد دارد .در رادار AN/AWG-9هنگام پرواز چند جنگنده در فرميشن يا آرايش پروازي نزديک به هم، امواج راداري تنها مي توانند يک برخورد را تشخيص دهند. درنتيجه چنين عملي، روي صفحه سکوپ رادار به جاي نشان دادن چند جنگنده در حال پرواز در کنار يکديگر، به دليل نزديکي جنگنده ها تنها يک نشان از وجود جنگنده ديده مي شود که خود مشکل بزرگي در شناسايي توانايي هاي هدف محسوب مي شود. در حالت عادي براي برگشت امواج جداگانه و تشخيص جداگانه اهداف، مي بايست فاصله بين اهداف حداقل 150 متر باشد. اما سيستم راداري AN/APG-71 به مدد بهره گيري از سامانه هاي افزايش وضوح ديد رادار داراي قدرت بيشتري در شناسايي اهداف بوده مي تواند از کوچکترين فضا براي تشخيص جنگنده هاي مختلف استفاده نمايد و بدين شکل، يکي از مشکلات عمده رادار هاي نسل قبل را مرتفع کند. البته بايد اين مسئله را نيز در نظر داشت که چنين قوه تشخيصي، به فاصله پنجاه مايلي محدود مي شود و در فواصل بيشتر اين سيستم همانند يک رادار معمولي عمل خواهد کرد و قادر به تشخيص جداگانه جنگنده هاي در حال پرواز در کنار هم نخواهد بود.

اسلاید 22: کل رادار AN/APG-71 داراي وزني بالغ بر 500 کيلوگرم است. اين رادار به دليل توليد فرکانس هاي قوي موج هاي راداري گرماي زيادي توليد مي کند که به وسيله سيستم تهويه هوا خنک مي شود.

اسلاید 23: پایان