IT9067513A1 - Sistema radar - Google Patents

Description

DESCRIZIONE dell'invenzione industriale dal titolo:

"Sistema radar"

Il progetto di un trasmettitore a frequenza radar coerente è un elemento importante nel settore dei radar moderni. La trasmissione radar coerente consistente o nel funzionamento ad onda continua o in quello ad impulsi costituisce la base dei radar doppler usati essenzialmente contro bersagli aerei. L'elaborazione di segnale del radar è in grado di far uso della natura coerente del segnale trasmesso per separare il ritorno radar dalle riflessioni interferenti, perticolarmente dal "clutter" di terra. I radar doppler ad onda continua e ad impulsi sono usati dagli aerei e dai cerca—missili nell'attacco aria a aria.

Per ottenere un segnale corente è noto disporre di una sorgente di bassa potenza, spettralmente pura che è amplificata tramite una catena di amplificatori costituita da un numero compreso fra uno e moltissimi stadi di amplificazione per ottenere la richiesta potenza di uscita.

Questi stadi possono essere costuiti da amplificatori a larga banda o oscillatori ad aggancio ad iniezione agenti da amplificatori quando le caratteristiche del puro segnale di entrata sono imposte sull'oscillatore ad aggancio di iniezione per ottenere un segnale di uscita spettralmente coerente.

Un esempio di un amplificatore ad un solo stadio, ad alto guadagno, è costituito dal tubo ad onde progressive. Questi dispositivi e i loro alimentatori sono particolarmente grandi, per cui per piccole applicazioni di radar e missili è spesso preferibile una catena di amplificatori a guadagno inferiore. Esempi di questi dispositivi a guadagno inferiore sono gli amplificatori allo stato solido (FET e IMPATT) e i tubi quale i magnetron e gli amplificatori a campo incrociato .

Il componente critico nella catena di trasmettitori sarà lo stadio di uscita a potenza più alta ed è particolarmente importante far funzionare questo dispositivOial rendimento massimo e col minimo di rumore supplementare aggiunto al segnale di entrata. Se lo stadio di uscita è un oscillatore ad aggancio ad iniezione, allora è importante assicurare che il segnale di aggancio ad iniezione non sia troppo vicino al bordo della larghezza di banda di aggancio ad iniezione dello stadio di uscita, altrimenti una potenza supplementare può dover essere aggiunta per agganciare ad iniezione l'oscillatore e un rumore supplementare verrà a sommarsi al segnale trasmesso. Un esempio di tale dispositivo è un magnetron ad aggancio ad iniezione ad elevata potenza media.

Nei dispositivi pratici si è trovato che lo stadio di uscita d'aggancio ad iniezione ha probabilmente una larghezza di banda agganciata ad iniezione che à minore della larghezza di banda del sistema. Ulteriori derive nella frequenza dell'oscillatore con l'età o la temperatura possono sspostare la frequenza centrale del dispositivo su estese gamme spesso maggiori della larghezza di banda ad aggancio ad iniezione del dispositivo. Ciò può condurre non soltanto a degradazioni delle prestazioni, ma al guasto completo della catena di trasmettitori se il segnale di entrata all'ultimo stadio non è più entro la sua larghezza di banda.

Per evitare tali problemi, può essere intrapreso un esteso sviluppo degli stadi di uscita a potenza superiore per aumentare la larghezza di banda ad aggancio ad iniezione e ridurre le derive e le incertezze. Comunque tale lavoro è molto costoso e si verificheranno ancora variazioni di frequenza.

Lo scopo della presente invenzione è di procurare una catena di trasmettitori ad aggancio ad iniezione che sia in grado di funzionare con dispositivi correnti in modo da tener conto delle derive dei trasmettitori e mantenere una purezza spettrale e efficienza della catena dei trasmettitori di elevata qualità.

Secondo la presente invenzione, in un sistema radar coerente impiegante un oscillatore ad aggancio d'iniezione per la generazione di un segnale trasmesso, l'oscillatore avendo una larghezza di banda di aggancio ad iniezione entro la quale il segnale di uscita dell'oscillatore è agganciato in frequenza al segnale di iniezione, il sistema comprende una sorgente radar dalla quale è derivato il segnale e.d iniezione e mezzi di retroazione per controllare la frequenza della sorgente radar dipendentemente dalla differenza di fase fra il segnale ad iniezione e il segnale di uscita dell'oscillatore in modo da ridurre la differenza di fase e tendere a mantenere la frequenza del segnale ad iniezione al centro della larghezza di banda di aggacio ad iniezione.

I mezzi a retroazione possono comprendere un anello includente un rivelatore sensibile alla fase e un oscillatore controllato in tensione sintonizzabile facente parte della sorgente radar, la frequenza della sorgente radar essendo variabile in modo continuo in risposta alla differenza di fase.

Un oscillatore a frequenza fissa avente uno spettro relativamente puro è preferibilmente accoppiato nell'anello per imporre il suo spettro sul segnale d'iniezione. La sorgente radar può così comprendere un oscillatore a frequenza fissa a spettro relativamente puro e un ulteriore oscillatore controllato in tensione controllato in un ulteriore anello di retroazione per 'produrre una frequenza di uscita uguale alla differenza tra la frequenza fissa e l'oscillatore controllato in tensione sintonizzabile, la frequenza di uscita essendo la frequenza della sorgente radar, e lo spettro dell' oscllaltore a frequenza fissa essendo imposto sul segnale della sorgente radar.

In alternativa, la sorgente radar può comprendere una pluralità di oscillatori a frequenza fissa aventi frequenza operative sequenziali separate da una frazione della larghezza di banda di aggancio, ad iniezione, mezzi di selezione per selezionare uno degli oscillatori a frequenza fissa in modo da determinare la frequenza del segnale di iniezione, i mezzi di selezione essendo sensibili alla differenza di fase in un anello di retroazione per selezionare gli oscillatori a frezuneza fissa in modo da tendere a ridurre 1ε. differenza di fase. La frequenza dell'oscillatore a frequenza fissa selezionato può allora costituire la frequenza del segnale di iniezione.

In alternativa, quando un sistema radar doppler include mezzi che forniscono un segnale a frequenza intermedia da un segnale ricevuto e un segnale di oscillatore locale, la frequenza dell'oscillatore a frequenza fissa selezionato può costituire una frequenza di oscillatore locale del sistema, il sistema includendo un ulteriore anello a retroazione includente un oscillatore controllato in tensione che frornisce la frequenza del segnale di iniezione, l'oscillatore controllato in tensione essendo controllato dipendentemente dalla differenza tra, da una parte, la frequenza intermedia a spostamento doppler, e, dall'altra parte, la differenza fra la frequenza dell'oscillatore locale e la frequenza del segnale di iniezione.

In un sistema radar agile in frequenza come il suddetto, in cui l'oscillatore agganciato ad iniezione può essere sintonizzabile sull'agilità della gamma di frequenza la sorgente laser può comprendere una pluralità di oscillatori a frequenza fissa aventi frequenze di funzionamento attraverso tutta la gamma di agilità di frequenza, il sistema includendo mezzi logici di selezione per selezionare gli oscillatori a frequenza fissa su una base casuale o predeterminata e selezionare la frequenza di uscita dell'oscillatore agganciato ad iniezione in corrispondenza del selezionato oscillatore a frequenza fissa, il sistema comprendente inoltre un primo anello a retroazione includente un rivelatore sensibile alla fase che risponde alla differenza di fase per controllare un oscillatore controllato in tensione sintonizzabile, e un ulteriore anello di retroazione comprendente un ulteriore ascillatore controllato che from isce la frequenza di sorgente, l'ulteriore oscillatore con1:rollato in tensione essendo controllato in risposta alla diffrenza fra la frequenza del selezionato oscillatore a frequenza fissa e la frequenza dell'oscillatore controllato in tensione sintonizzabile, la disposizione essendo tale che per ciascun oscillatore a frequenza fissa selezionata l'oscillatore controllato in tensione sintonizabile è controllato in modo da mantenere la frequenza della sorgente laser entro la larghezza di banda di aggancio d'iniezione dell'oscil latore agganciato ad iniezione.

Alcune forme di attuazione del sistema radar coerente secondo l'invenzione saranno ora descritte, a titolo di esempio, con riferimento ai disegni annessi in cui:

la figura 1 è uno schema a blocchi semplificato delle parti di canale somma significative di un noto trasmettitore/ricevitore radar;

la figura 2{a) è un grafico della differenza di fase in funzione della frequenza di funzionamento per un oscillatore ad aggancio ad iniezione, la differenza di fase essendo fra il segnale di aggancio ad iniezione ed il segnale di uscita;

la figura 2(b) è un grafico della precedente differenza di fase variabile nel tempo a partire dall'eccitazione, ossia in un funzionamento ad impulsi;

la figura 3 è uno schema a blocchi dei componenti trasmettitori del sistema radar rappresentante l'oscillatore agganciato ad iniezione controllante la frequenza ad iniezione mediante l'anello di retroazione e un oscillatore a controllo di tensione (VCO);

la figura 4 è uno schema a blocchi simile, ma rappresentante il controllo della frequenza di iniezione mediante un anello a retroazione e selezione di un banco di oscillatori a frequenza fissa;

la figura 5 mostra un sistema simile a quello della figura 3 ma avente una selezione controllata esternamente di frequenza di funzionamento fondamentale e il sistema di retroazione di figura 3 per il controllo fine della frequenza di funzionamento relativamente alla larghezza di banda di aggancio d'iniezione;

la figura 6 mostra un'ulteriore alternativa in cui il controllo della frequenza d'iniezione avviene, come in figura 4, mediante selezione da un banco di oscillatori a frequenza fissa ma in cui, a differenza delle figure 3 e 4, comprende la frequenza dell'oscillatore locale direttamente uguale alla frequenza della sorgente laser e rende la frequenza trasmessa funzione cella frequenza di spostamento doppler.

I principi trattati in questo documento si applicano pure tanto al funzionamento continuo che impulsato, benché per comodità di descrizione questa distinzione non sia sempre fatta in modo esplicite.

Un esempio di canale somma di sistema radar é particolarmente la catena di trasmettitori facente uso di un certo numero di amplificatori intermedi e/o oscillatori agganciati ad iniezione è rappresentato in figura 1. Il principio di funzionamento è il seguente.

Il trasmettitore e ricevitore operano tramite un canale comune (2) in cui i segnali somma di uscita e di entrata sono separati da un elemento duplessatore (4). Nella figura 1 ciò è rappresentato da un cireolatore, benché possa pure essere impiegato in luogo di questo un interruttore. Le indicazioni di frequenza senza parentesi si applicano direttamente a questa figura 1. Le indicazioni alternative in parentesi si applicano ad una forma di attuazione rappresentata in figura 6 e descritta in seguito. Il segnale trasmesso ad una frequenza indicata con fμ deriva da uno stadio di uscita (6) del trasmettitore ed è preceduto da una catena di amplificatori intermedi (8). Il numero di stadi intermedi varia da zero, per uno stadi1'; di uscita (6) a guadagno molto alto (per esempio un TWT) ad un numero elevato N. Valori di N uguali a tre e quattro sono del tutto pratici e sono possibili numeri superiori.La natura coerente dei processi di amplificazione è messa in evidenza dall'uso della frequenza fu per indicare la stessa frequenza in ciascun stadio della catena di trasmettitori.

La sorgente (IO) di frequenza radar (RF) spettralmente pura è l'origine del segnale richiesto e una delle sue uscite è usata quale entrata della catena di trasmettitori (8). Una seconda uscita à sfalsata dalla prima mediante l'uso di un oscillatore sintonizzabile (12). Questa uecita è usata quale riferimento nel mescolatore RF (14) per mescolare il segnale ricevuto portandolo ad una frequenza intermedia (IF) per ulteriore elaborazione nel ricevitore IF (16).

Per mantenere un funzionamento coerente è importante che la frequenza in tutta la catena dei trasmettitori, e la sua purezza spettrale siano mantenute e che le due uscite della sorgente RF (10) siano coerenti. In particolare se lo stadio di uscita del trasmettitore dovesse presentare una deriva in modo da non poter più amplificare il segnale di entrata (fμ) l'intera operazione del radar cesserebbe.

Nell'esempio rappresentato, il radar opera nel modo di funzionamento ad impulsi. Un generatore di temporizzazione (18) è usato per emettere segnali (22) che commutano i vari stadi del trasmettitore inserendoli e disinserendoli ad una prescritta frequenza di ripetizione d'impulsi e durata d'impulsi. Inoltre quando il trasmettiore è inserito, l'interruttore di cancellazione (20) del ricevitore RF è chiuso per proteggere il ricevitore. Tale catena coerente di trasmettitori può operare coi segnali di temporizzazione eliminati e quindi potrebbe usare un funzionamento ad onda continua (CV) purché gli elementi della catena siano scelti convenientemente. In tal caso, l'oscillatore sintonizzabile (12) può essere regolato in modo da attuare un'adeguata separazione del segnale trasmesso e ricevuto oppure il canale di trasmettitore e il canale di ricezione di somma possono essere separati.

In uno qualsiasi dei casi precedenti, in cui il trasmettitore è impulsato o ad onda continua, e se il trasmettitore e il ricevitore .sono duplessati insieme o esistono quali canali separati, i principi della catena di trasmettitori coerenti e ricevitore attuata negli elementi (6) e (12) e le loro uscite rimangono gli stessi.

Il principio della catena di amplificatore agganciato ad iniezione è che uno o più dei componenti della catena di trasmettitori funzioneranno come oscillatori ad aggancio ad iniezione anziché come amplificatori. I dispositivi che operano in questo modo comprendono magnetron e dispositivi IMPATT. Per agganciare ad iniezione un oscillatore è necessario fornire un segnale di entrata che sia prossimo alla "frequenza di marcia libera" dell'oscillatore entro la "banda di. aggancio ad iniezione". Se ciò si verifica, la purezza spettrale del segnale di entrata che è progettata perchè sia molto buona è imposta sull'uscita dell'oscillatore, e questa uscita ha la frequenza di entrata anziché la frequenza di marcia libera dell'oscillatore. Per ottenere una catena coerente di trasmettitori come rappresentato nella figura 1 e sopra descritta, è necessario mantenere i segnali entro la banda di aggancio ad iniezione degli appropriati oscillatori che sono così agganciati ad iniezione e agiscono da amplificatori agganciati ad iniezione.

I vari dispositivi sono migliori se sono agganciati al centro delle bande di aggacio ad iniezione, e mentre il segnale di entrata si sposta verso il bordo della banda, tra i segnali di entrata e di uscita è introdotta una differenza di fase. Una volta che la differenza di fase raggiunge π/2 radianti, l'oscillatore non è più adeguatamente agganciato e in effetti ben prima di questo punto si verifica una degradazione del guadagno di aggancio e rumore.

Per qualsiasi oscillatore agganciato ad iniezione ad un guadagno di aggancio di iniezione ragionevolmente elevato :

Dove sin 0 è la differenza di fase fra il segnale di entrata e di uscita allo stato di regime (ossia dopo che si sono smorzati eventuali transitori dovuti all'avviamento), W è la pulsazione del segnale di aggancio, è la pulsazione di marcia libera e K è una funzione della larghezza di banda di aggancio del dispositivo, del carico esterno e del tipo di dispositivo.

Nella figura 2a è rappresentato un grafico che riassume la situazione di cui sopra

In un trasmettitore ad onda continua, la fase 0 sarà stabilita eubito dopo l'inserzione dell'interruttore e cosi varierà soltanto lentamente con la variazione nel tempo dei parametri e W . In un sistema ad impulsi vi è un transitorio all’inizio di ciascun impulso di cui bisogna tenere conto o trascurando il periodo d'avviamento o mediando su un periodo relativamente grande.

Un esempio di transitori di fase all'inizio degli impulsi agganciati ad iniezione è rappresentato nella figura 2b, presa dall'articolo "Spectra of short, locked magnetron pulses" B. Vyse e J.M. Gissing. TRANS IEEE Voi. ED-18 No. 3 Marzo 1971 in cui viene trattata la teoria dei magnetron agganciati ad iniezione. In questa figura è stato esaminato un progetto specifico di magnetron ed è tracciato il transitorio di fase di avviamento per differenti valori di f -f . FL è la frequenza di entrata e f la frequenza di marcia libera del magnetron. Il transitorio di fase inizia sempre positivo e poi tende al valore limite dato dalla equazione di cui sopra, ossia, nel caso particolare:

La durata del transitorio di fase và fino a 100 ms, per cui per qualsiasi impulso più lungo di questo si ottiene lo stato di regime in cui l'errore di fase può essere usato per determinare lo stato di aggancio ad iniezione del magnetron. Una simile relazione è trovata per altri oscillatori agganciati ad iniezione in cui la durata del transitorio dipende dalla larghezza di banda di aggancio ad iniezione degli oscillatori. Nella rotazione che segue, gli impulsi saranno sempre abbastanza lunghi per cui la fase sia essenzialmente assestata. In pratica se vengono usati impulsi più corti, la misura della fase potrebbe essere conpensata mediante scalatura per dare una valutazione realisticet della fase finale, cosicché i progetti sono ugualmente applicabili a questo tipo di durata d'impulso, come pure ai sistemi CW come già spiegato.

Mei progetto di catene di trasmettitori agganciati ad iniezione, come rappresentato in figura 1 e sopra descritro, il principio usato consiste nel definire una frequenza alla quale opera la sorgente RF spettralmente pura e poi per allineare gli amplificatori e gli oscillatori in modo che questi componenti siano in grado di amplificare fedelmente questo segnale. Per gli oscillatori, ciò significa che il segnale deve sempre essere contenuto entro la banda di aggancio ad iniezione dell'oscillatore e le derive devono essere minimizzate e le larghezze di banda massimizzate al fine di rendere questo fatto possibile.

Lo scopo delle forme di attuazione in seguito descritte è di far uso delle precedenti osservazioni per ridurre questa esigenza nei dispositivi ad alta potenza e alto costo. In pratica, sarà usata la tecnica impiegata sul dispositivo a banda più stretta/tasso di deriva più alto che, ai fini di questa trattazione, si suppone lo stadio di uscita, benché la tecnica potrebbe altrettanto bene essere impiegata sugli stadi intermedi. Il dispositivo più difficile da agganciare ad iniezione sarà quello col più elevato rapporto R tra la deriva totale di frequenza D (in tutte le rispettive condizioni ambientali e di funzionamento) e la larghezza di banda di aggancio ad iniezione B, ossia:

R = D/B

Il procedimento indicato in queste realizzazioni consiste nel permettere al dispositivo con il più elevato valore di R {supposto essere lo stadio di uscita) di definire la frequenza di funzionamento del sistema e di allineare il resto del sistema con questo componente. Così facendo si ottengono i seguenti vantaggi:

(a) La catena di trasmettitori opera soddisfacentemente per derive del dispositivo di uscita sostanzialmente maggiori della larghezza di banda di aggancio ad iniezione del più stretto stadio di banda;

(b) La frequenza di aggancio ad iniezione può essere scelta in modo da ottimizzare la potenza trasmessa e minimizzare il rumore aggiunto;

(c) Si evitano sviluppi di componenti di maggior potenza potenza e quindi costo più elevato;

(d) L'aggancio della catena di trasmettitori è robusto nei riguardi delle perturbazioni poiché fa parte di un sistema ad anello chiuso.

Una caratteristica fondamentale delle forme di attuazione che saranno descritte è l'uso della differenza di fase fra il segnale di entrata e di uscita dell'oscillatore agganciato ad iniezione per determinare lo spostamento relativo di frequenza fra le frequenze di marcia libera e agganciata ad iniezione. Questa differenza di fase è usata come parte di un anello di controllo per mantenere la frequeinza di aggancio ad iniezione entro la larghezza di banda dell'oscillatore e ridurre al minimo il rumore aggiunto come in seguito spiegato.

Nella forma di attuazione rappresentata in figura 3, un oscillatore di riferimento è sintonizzato in modo continuo per realizzare questo obiettivo. Un progetto alternativo successivamente descritto fa uso di più oscillatori commutati .

Si fa ora riferimento alla figura 3. Un oscillatore ad alta potenza (38) è usato nel modo agganciato ad iniezione impiegando il segnale di entrata al cireolatore (36) quale segnale di iniezione. L'uscita dell'oscillatore attraversa lo stesso cireolatore (36) per raggiungere l'uscita (42) del trasmettitore che va all 'antenna della trasmissione nello spazio libero attraverso un cireolatore non rappresentato. Il segnale di entrata all'oscillatore (38) ha origine nel VCO a frequenza fondamentale (30) ed è amplificato (32) da più amplificatori (N) il cui numero può variare da zero in avanti. Questi amplificatori potrebbero pure includere oscillatori agganciati ad iniezione. I due stadi di uscita (32) e (38) possono operare nel modo d'onda continua, o possono essere impulsati, e le entrate di pulsatura sono indicate con (34) e (40) rispettivamente per. gli stadi amplificatori intermedio e di uscita. L'oscillatore di uscita può tipicamente essere un magnetron funzionante in un modo agganciato ad iniezione.

Per mantenere la frequenza di entrata al centro della banda del magnetron, sono usati due accoppiatori, uno, 35, sul lato di entrata del magnetron e uno, 37, sul lato di uscita. I due segnali RF provenienti da questi accoppiatori sono poi introdotti in un rivelatore sensibile alla fase (PSD) (44), la cui uscita è proporzionale al prodotto delle ampiezze dei due segnali di entrata (che sono reattivamente ben noti) moltiplicati per sin 0 dove é è l'angolo di fase fra i due segnali. Come sopra trattato con riferimento alla figura 2, la differenza di fase indica la posizione relativa della frequenza di aggancio ad iniezione entro la banda del magnetron.

Questo segnale è ora introdotto nell'integratore (47) che è in grado di livellare le fluttuazioni dell'uscita PSD. Se la catena di trasmettitori è impulsata, allora può essere necessario un circuito di campionamento e tenuta (46) all'entrata dell'integratore (47) per assicurare che le valide uscite di fase della PSD (44) non siano contaminate con inutili entrate di rumore.

L'uscita dell'integratore è ora usata, con una scalatura di tenuta per dare un appropriato guadagno di anello chiuso (vedi in seguito); in modo da controllare la frequenza del VCO a frequenza radar 48. Questo oscillatore che è esterno all'anello chiuso 58 deve avere buone bande laterali di rumore quando è usata una frequenza laser minore della frequenza necessaria per l'aggancio ad iniezione della catena di trasmettitori. Questa è mescolata con un segnale avente sotanzialmente la stessa frequenza in un rivelatore sensibile alla fase (50) e il segnale di uscita, bassa frequenza/video è integrato nell'integratore (52). L'uscita dell'integratore è usata per controllare un oscillatore controllato in tensione (30) alla frequenza richiesta per l'aggancio ad iniezione della catena di trasmettitori e centrare la frequenza nella banda di aggancio ad iniezione. Un accoppiatore (31) preleva una parte di questo segnale per mescolarlo con un oscillatore (56) spettralmente puro a frequenza fissa nel mescolatore (54) che dà la richiesta frequenza di riferimento in corrispondenza del PSD (50).

Lo scopo dell'anello 58 è di imporre lo spettro "d ose in" dell'oscillatore (56) che, essendo di frequenza -fissa può essere spettralmente molto puro, sullo spettro "d ose ir." del VCO (30), e eliminare per filtraggio l'altra banda laterale. Poiché il VCO (30) è sintonizzabile, il suo spettro sarà meno puro di quello dell'oscillatore a frequenza fissa (56). Lo spettro entro la larghezza di banda dell'anello 58 è cosi determinato dall'oscillatore a frequenza fissa migliore (56). Un altro accoppiatore (53) è previsto per dare la frequenza di riferimento per il primo oscillatore locale per il ricevitore (non rappresentato)

Lo scopo dell'anello 60 è di controllare la frequenza del segnale ad aggancio ad iniezione in modo che sia entro la banda di aggancio ad iniezione del magnetron ad alta potenza (38) variando il VCO (48). Idealmente, il segnale sarebbe controllato in modo da trovarsi vicino al centro della banda e ciò dà potenzialmente un migliore rumore aggiunto, un più elevato guadagno e un certo aumento di efficienza. La larghezza di banda di questo anello è relativamente bassa poiché è destinata a seguire le derive del magnetron. Tipiche derive massime per esempio di 5 a 10 MHz/secondo che potrebbero verificarsi durante una fase iniziale di riscaldamento potrebbero essere seguite, ad una precisione da 0,5 a 1 MHz, con un guadagno di anello di circa lOrad/s, ossia 1,5 Hz. Anche per variazioni nel tasso tipico di deriva e precisione richiesta, si può vedere che la larghezza di banda sarà relativamente bassa, dell'ordine di alcuni Hertz.

Una tipica larghezza di banda di aggancio ad iniezione potrebbe essere compresa fra 5 MHz (per esempio) a 50 mHz, per cui per mantenere il segnale entro il dieci percento centrale di questa larghezza di banda richiede guadagni dell'ordine di quelli precedenti.

Con questo progetto, si possono ottenere i vantaggi di mantenere un aggancio ad iniezione di elevata qualità del dispositivo di uscita senza maggiori programmi di sviluppo su una larga gamma di condizioni ambientali di riscaldamento e invecchiamento variabili.

E' possibile una implementazione alternativa dello stesso principio di funzionamento. In questo progetto, l'oscillatore di riferimento non è sintonizzato in modo continuo come nel progetto di cui sopra, ma è variato a gradini. Ciò è ottenuto grazie alla disponibilità di un certo numero di frequenze spot dalla sorgente RF fondamentale o di un certo numero di differenti oscillatori RF che possono essere selezionati mediante appropriati circuiti. Ancora una volta i mezzi per selzionare l'oscillatore RF la cui frequenza, è più vicina al centro dello stadio di uscita agganciato ad iniezione usa la differenza di fase fra i segnali di entrata e di uscita di questo oscillatore agganciato ad iniezione.

Tale forma di attuazione sarà ora descritta con riferimento allo schema a blocchi di riportato in figura 4.

Gli amplificatori intermedi, l'oscillatore agganciato ad iniezione, gli accoppiatori (32-38) e il rivelatore sensibile alla fase (44) operano allo stesso modo già descritto con riferimento alla figura 3. L'uscita del rivelatore sensibile alla fase (44) è usata in modo leggermente differente.

in questo caso l'uscita è filtrata in un filtro passa/basso (64) in modo da dare un errore di fase medio fra i segnali di entrata e di uscita del magnetron agganciato ad iniezione. L'entrata può essere campionata e tenuta (62) se necessario, come può essere richiesto in un sistema impulsate , benché i principi di funzionamento valgono sia che l'entrata del filtro sia cosi campionata oppure no, sia che l'uscita del trasmettitore sia impulsata o impiega un funzionamento ad onda continua.

L'uscita del filtro passa/basso è confrontata con tensione di rifeirmento positiva e negativa (Vref<+>, Vref-) (66) in un comparatore (68). Questi livelli di tensione di riferimento sono regolati in modo che la commutazione fra gli oscillatori di riferimento abbia luogo per un dato spostamento di frequenza fra la frequenza di marcia libera dell'oscillatore magnetron agganciato ad iniezione e la sua frequenza di entrata.

Se il livello di riferimento positivo o negativo è attraversatof allora un nuovo oscillatore RF è selezionato dalle linee di controllo di selezione (72). Un certo numero (N) di oscillatori RF può essere selezionato (78) usando gli interruttori a N vie (74) e (76). La selezione dell'uscita dell’oscillatore è effettuata mediante un interruttore (76).

Dato che la potenza residua apparirà quale segnale spurio derivante da un oscillatore alimentato avente la frequenza errata, la potenza di entrata è pure commutata in modo che soltanto l'oscillatore scelto viene alimentato. Questa selezione è effettuata soltanto usando l'interruttore a N vie (74). Quando il comparatore è sganciato, l'uscita del filtro (64) è collegata a terra in modo da assicurare che l'oscillatore RF non sia nuovamente inavvertitamente commutato .

L'uscita dell'oscillatore selezionato è l'entrata della catena di trasmettitori, come in figura 3, attraverso la catena (32) di amplificatori intermedi e l'oscillatore agganciato ad iniezione (38). Inoltre una parte del segnale di riferimento di trasmettitore è prelevata per accoppiamento attraverso l'accoppiatore (80) dando un riferimento per l'oscillatore locale del ricevitore radar in modo da poter mantenere un funzionamento coerente.

A seguito del progetto di figura 4, quando la frequenza centrale dell'oscillatore magnetron di stadi di uscita deriva, è automaticamente selezionato l'appropriato oscillatore RF a frequenza fissa che è più vicino al centro della banda di aggancio ad iniezione del magnetron. La separazione delle sorgenti RF deve chiaramente essere minore della banda di aggancio d"iniezione, e la gamma complessiva di frequenze delle sorgenti deve essere maggiore della prevista deirva del trasmettitore. Il numero di sorgenti dipende allora da quanto vicino alla frequenza centrale del magnetron si desideri sia mantenuta la frequenza di entrata e dal compromesso fra la complessità del sistema e le prestazioni complessive della catena di trasmettitori.

Vi sono ampiamenti e alternative ai progetti di cui sopre.. Il principale ampliamento è quello che include mezzi per operare con una selezione di oscillatori a frequenza fissa come in figura 4 insieme con un trasmettitore sintonizzabile in frequenza come in figura 3.

Questa forma di attuazione è illustrata per una catena di trasmettitori che è agile in frequenza. Nel funzionamento agile in frequenza per un sistema coerente CW o ad impulsi, la coerenze è mantenuta per un periodo durante il quale ha luogo l'integrazione coerente e poi la frequenza data è alterata di un passo discreto. Questo processo può essere ripetuto per un certo numero di frequenze spot.

Se è usata una catena di trasmettitori agile in frequenza impiegante un oscillatore agganciato ad iniezione, allora la frequenza centrale del magnetron può essere periodicamente cambiata e nel contempo la sorgente di frequenza radar è cambiata per assicurare che le due frequenze siano simili. In talo modo può essere usata una larghezza di banda agile in frequenza che è maggiore della larghezza di banda ad aggancio ad iniezione dell'oscillatore agganciato ad iniezione.

E' pure possibile che la frequenza dell'oscillatore di uscita inizi a presentare una deriva nel tempo per cui occorre effettuare insieme i due mezzi di selezione di frequenza., precisamente:

: inseguimento delle derive di frequenza

: fasi discrete per ottenere l'agilità in frequenza

Questo progetto sarà descritto con riferimento alla figura 5 in cui il progetto di sintonizzazione continua di figura 3 è esteso per includere l'agilità in frequenza.

La maggior parte della figura 5 è identica alla figura 3. Le differenze stanno nella presenza di logica di selezione di frequenza, selezione degli oscillatori RF e sintonizzazione dell'oscillatore magnetron agganciato ad iniezione.

Come rappresentato, la logica di selezionedi frequenza (84) è controllata da comandi (86) provenienti dal controllore di modo del processore di segnali digitali o altro dispositivo di controllo. La logica di selezione emette allora (82) il segnale corretto per selezionare l'appropriata frequenza centrale del magnetron agganciato ad iniezione (oscillatore) (38) e dell'oscillatore a frequenza fissa (90) più vicino al centro della banda del magnetron agganciato ad iniezione. Ciò è effettuato mediante l'interruttore RF a N vie (88). In comune col progetto precedente ( figura 4) le entrate di alimentazione in corrente continua agli oscillatori non utilizzati sono pure disabilitate usando l'interruttore (92).

Quando avviene un discreto cambiamento di frequenza, può esservi uno spostamento fra l'oscillatore scelto (90) e la frequenza centrale selezionata del magnetron (38). Questo spostamento da luogo ad una differenza di fase nel PSD (44) e l'anello 60 allora "tira" l'oscillatore (48) in modo che la frequenza risultante sia nel centro della banda. In questo caso la costante di tempo dell'anello deve essere minore di quella di figura 3 poiché deve prelevare eventuali derive o errori in una piccola frazione del tempo d'integrazione coerente. Se un tipico tempo d'integrazione coerente è 10 ms, allora l’operazione di tiro dovrebbe essere completa in (per esempio) 1 ms per cui una costante di tempo tipica è 0,1 ms. Ciò rende il progetto dettagliato dell'anello alquanto più difficile a seguito della sua maggiore larghezza dì banda e pertanto si ha un alimento di sensibilità al rumore. Nessun aumento intrinseco di difficoltà si incontra in un progetto CW e in un progetto doppler ad impulsi sarà ancora integrato un gran numero d'impulsi .

Vi sono più procedimenti alternativi d'implementazione del progetto fondamentale che comportano cambiamenti di dettaglio ma non di principio. Un esempio è costituito dai mezzi di spostamento della sorgente di frequenza del trasmettitore dall’oscillatore locale del sistema radar.

Negli schemi rappresentati nelle figure 3 e 4, la frequenza del trasmettitore è pilotata da una frequenza di sorgente (VCO 30) che non dipende dalla prevista frequenza doppler di bersaglio, mentre il percorso di oscillatore locale è creato mediante mescolamento (53) o (80) con il VCO doppler. E' possibile una configurazione alternativa in cui il segnale trasmesso varia con la frequenza doppler e l’oscillatore del ricevitore è tenuto fisso.

Un esempio di tale progetto è riportato in figura 6. Questo progetto opera sul principio di sintonizzazione discreta di figura 4, ma usa il banco di oscillatori fissi come riferimento per la frequenza L.O. e a una frequenza di tramettitore variabile.

Esiste una variazione alternativa supplementare relativa al tema principale in cui il VCO RF fondamentale /(30) sulle figure 3 e 5/ è eliminato e l'uscita mescolata (54) è usata per la conversione inserita alla frequenza di riferimento. Questa è una variazione minore in queste figure.

Con riferimento ora alla figura 6, il progetto è una modifica di quello illustrato in figura 4.

La sorgente RF è costituita da un banco di "N" oscillatori (78) e dagli interruttori necessari per scegliere fra di loro (74) e (76) con la logica di selezione di figura 4 combinata in un blocco, incorporante gli elementi (62 - (70). La "logica di selezione di banda" riceve un'entrata dal rivelatore sensibile dalla fase (44) che dà un segnale di uscita approssimativamente porporzionale alla differenza di frequenza fra i segnali di entrata e di uscita dell'oscillatore agganciato ad iniezione (38). La catena di amplificatori intermedi (32) amplifica il segnale di sorgente ad una potenza sufficiente per agganciare ad iniezione l'oscillatore finale. Questa parte del progetto è comune con la figura 4.

La differenza stà nel fatto che la frequenza di sorgente RF è emessa attraverso gli amplificatori (100) e (102) dando un segnale che è usato nel percorso del ricevitore per pilotare i primi mescolatori RF, rappresentati nello schema a blocchi semplificato di figura 1 quale mescolare (14), (nella figura 1 i valori alternativi, tra parentesi, di frequenza si applicano al progetto rappresentato in figura 6), in luogo della catena di trasmettitori.

Un'uscita dalla sorgente L.O. è prelevata attraverso l'accoppiatore (101) e si mescola (112) col segnale di riferimento del trasmettitore che ha origine da un oscillatore controllato in tensione (118). Questo VCO è amplificato (120) per dare un segnale conveniente per gli amplificatori intermedi impulsati (32) tramite l'isolatore (124), ed è pure usato, attraverso un accoppiatore (122) e una catena di isolatori (114) per dare al mescolatore (112) il segnale di trasmettitore di riferimento.

L'uscita del mescolatore (112) che è prossima alla frequenza del VCO doppler è poi mescolata con questo segnale (104) nel mescolatore in quadratura (110) per produrre un segnale in bassa frequenza che passa attraverso l'integratore (116) per risintonizzare la frequenza del VCO (118). L'anello è stabile quando l'uscita del mescolatore (110) è zero e questo si verifica quando il VCO (118) è agganciato in fase al VCO doppler e alla sorgente L.O. richiesta.

La logica è controllata dal PSD di rivelazione di aggancio (106) che preleva l'uscita del mescolatore (112) e rivela in modo sensibile alla fase nei riguardi del VCO doppler (104). Se l'anello 130 è fuori aggancio vi è una frequenza di battimento che indica un anello non agganciato e inizia il processo di ricerca/assestamento {108), tramite l'integratore (116) e la logica di selezione di banda come mostrato nella figura 4 (62) (64) (66) (68) e (70).

Claims (13)

1. RIVENDICAZIONI 1. Sistema radar coerente impiegante un oscillatore agganciato ad iniezione per la generazione di un segnale trasmesso, detto oscillatore avendo una larghezza di benda di aggancio ad iniezione entro la quale il segnale di uscita dell'oscillatore è agganciato in frequenza al segnale di iniezione, il sistema comprendendo inoltre una sorgente radar dalla quale è derivato detto segnale di iniezione e mezzi di retroazione; per controllane la frequenza di detta sorgente laser dipendentemente dalla differenza di fase fra detto segnale di iniezione e detto segnale di uscita di oscillatore in modo da ridurre detta differenza di fase e tendere a mantenere la frequenza del segnale di iniezione al centro di detta larghezza di banda ad aggancio ad aniezione.
2. 2. Sistema radar secondo la rivendicazione 1, in cui detti mezzi di retroazione comprendono un anello includente un rivelatore sensibile alla fase e un oscillatore controllato in tensione sintonizzabile costituente parte di detta sorgente radar, la frequenza della sorgente radar essendo variabile in modo continuo in risposta a detta differenza di fase.
3. 3. Sistema radar secondo la rivendicazione 2, in cui un oscillatore a frequenza fissa avente uno spettro relativamente puro è accoppiato in detto anello per imporre detto spettro su detto segnale di iniezione.
4. 4. Sistema radar secondo la rivendicazione 2 o 3, in cui detta sorgente radar comprende un oscillatore a frequenza fissa con spettro relativamente puro e un ulteriore oscillatore controllato in tensione controllato in un ulteriore anello di retroazione per produrre una frequenza di uscite, uguale alla differenza fra detta frequenza fissa e detto oscillatore controllato in tensione sintonizzabile, detta frequenza di uscita essendo la detta frequenza di sorgente radar, e lo spettro di detto oscillatore a frequenza fissa essendo imposto sul segnale di sorgente radar.
5. 5. Sistema radar secondo la rivendicazione 1, in cui detta sorgente radar comprende una pluralità di oscillatori a frequenza fissa aventi frequenze sequenziali di funzionamento separate da una frazione di detta larghezza di banda di aggancio ad iniezione, mezzi diselezione per selezionare uno di detti oscillatori a frequenza fissa per determinare la frequenza di detto segnale di iniezione, i mezzi di selezione essendo sensibili a detta differenza di fase in un anello di retroazione per selezionare detti oscillatori a frequenza fissa in modo da tendere a ridurre detta differenza di fase.
6. 6. Sistema radar secondo la rivendicazione S, in cui la frequenza dell'oscillatore a frequenza fissa selezionata costituisce detta frequenza di segnale di iniezione.
7. 7. Sistema radar doppler secondo la rivendicazione 5, includente mezzi che forniscono un segnale a frequenza intermedia da un segnale ricevuto e un segnale oscillatore locale, in cui la frequenza dell'oscillatore a frequenza fissa selezionato costituisce una frequenza di oscillatore locale per il sistema, il sistema includendo un ulteriore anello a retroazione comprendente un oscillatore controllato in tensione che fornisce la frequenza di segnale di iniezione, detto oscillatore controllato in tensione essendo controllato dipendentemente dalla differenza fra, da una parte, la frequenza intermedia spostata doppler e, dall'altra parte, la differenza fra detta frequenza di oscillatore locale e detta frequenza di segnale di iniezione.
8. 8. Sistema radar secondo la rivendicazione 7, in cui il segnale a frequenza intermedia spostato doppler e un segnale di differenza avente una frequenza uguale a detta differenza fra la frequenza dell'oscillatore locale e la frequenza del segnale di iniezione sono applicati a un rivelatore sensibile alla fase per fornire un'indicazione della condizione di aggancio/fuori aggancio dell'anello di retroazione.
9. 9. Sistema radar secondo la rivendicazione 8 comprendente mezzi sensibili ad una indicazione di una condizione di fuori aggancio per spazzolare detto oscillatore controllato in tensione ad una frequenza alla quale l'ulteriore anello di retroazione acquisisce una condizione di aggancio.
10. 10. Sistema radar agile in frequenza secondo la rivendicazione 1, in cui detto oscillatore ad aggancio d'iniezione è sintonizzabile su una gamma di agilità di frequenza e detta sorgente radar comprende una pluralità di oscillatori a frequenza fissa aventi frequenze di funzionamento in tutta detta gamma di agilità di frequenza, il sistema includendo mezzi logici di selezione per selezionare detti oscillatori a frequenza fissa su una base casuale o predeterminata e selezionare detta frequenza di uscita di detto oscillatore agganciato ad iniezione in corrispondenza con l'oscillatore a frequenza fissa selezionato, il sistema includendo inoltre un prime anello a retroazione includente un rivelatore sensibile alla fase rispondente a detta differenza di fase per controllare un oscillatore controllato in tensione sintonizzabile, e un ulteriore anello di retroazione includente un ulteriore oscillatore controllato in tensione che fornisce la frequenza di sorgente a radar, detto ulteriore oscillatore controllato in tensione esendo controllato in risposta alla differenza fra la frequenza dell'oscillatore a frequenza fissa selezionato e la frequenza di detto oscillatore controllato in tensione sintonizzabile, la disposizione essendo tale che per ciascun oscillatore a frequenza fissa selezionato l'oscillatore controllato in tensione sintonizzabile è controllato in modo da mantenere detta frequenza di sorgente radar entro la larghezza di banda di aggancio ad iniezione dell'oscillatore agganciato ad iniezione.
11. 11. Sistema radar impulsato secondo una qualsiasi precedente rivendicazione comprendente almeno uno stadio amplificatore fra detta sorgente radar e detto oscillatore agganciato ad iniezicne e mezzi temporizzatori per impulsare il funzionamento di detto stadio amplificatore e detto oscillatore agganciato ad iniezione in sincronismo.
12. 12. Sistema radar ad onda continua secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 1 a 10.
13. 13. Sistema radar secondo una qualsiasi 'precedente rivendicazione, in cui detto oscillatore agganciato ad iniezione è un magnetron.