SISTEMI COERENTI IN RICEZIONE
di Renato Croci
Con lo scopo di fornire una panoramica
su come sui primi radar si implementava l'MTI, avendo a disposizione per
generare potenza a microonde, solo il magnetron...
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Durante i primi anni del Radar, l'unico dispositivo disponibile capace
di fornire elevate potenze nel campo delle microonde era il magnetron (si,
quello che' c'e' nel forno a microonde di casa), che non era un amplificatore,
ma un oscillatore di potenza: in applicazioni impulsate - tipiche dei radar
- l'energia ad RF e' generata quando viene applicato al catodo un impulso
di alta tensione. Ma, come in ogni oscillatore, non vi e' modo di predire
la fase con cui si inneschera' l'oscillazione: per ogni impulso, la fase sara'
casuale e completamente indipendente da quella degli altri impulsi.
Mentre cio' non costituisce un problema in applicazioni che utilizzano
solo l'informazione di ampiezza (p.es., il ground mapping), lo e' invece
per applicazioni MTI. Lo schema
tipico di un radar MTI mantiene memoria della fase degli impulsi trasmessi
derivandoli dagli stessi oscillatori usati per la ricezione.
Il problema venne risolto adottando un approccio ribaltato: anziche' derivare
il segnale trasmesso da un riferimento di fase nota, si utilizza la fase
del tramettitore, "memorizzandola", come riferimento per il ricevitore. Questa
tecnica e' nota come "coerenza in ricezione" ("coherent-on-receive") -
contro la "coerenza in trasmissione" dei sistemi che impiegano un amplificatore
di potenza, e lo schema implementativo classico e' riportato di seguito.
Nello schema, l'oscillatore locale a microonde (LO1 nello schema classico) e' usato per
il solo ricevitore, ed e' chiamato "STALO" (da "STAble Local Oscillator").
Essendo la frequenza del magnetron scarsamente precisa e poco stabile, la
frequenza dello STALO e' agganciata a quella del magnetron per mezzo di
un controllo automatico di frequenza (AFC), che utilizza un discriminatore
di frequenza affinche la differenza tra le frequenze del magnetron e dello
STALO corrisponda alla frequenza intermedia del ricevitore.
L'impulso trasmesso e' accoppiato nella catena ricevente, e a frequenza
intermedia e' impiegato per agganciare in fase il COHO ("COHerent Oscillator")
che e' l'oscillatore che fornisce il riferimento al phase detector.
I due approcci "classici" alla realizzazione del COHO sono:
- linea di ritardo: il segnale a frequenza intermedia e' ricircolato in
una linea di ritardo (spesso realizzata tramite un lungo cavo) con un ritardo
pari alla durata dell'impulso. Il segnale di uscita e' reiniettatto nella
linea stessa dopo averne compensato le perdite tramite un amplificatore,
per tutta la durata del PRI.
- oscillatore agganciato: si utilizza un oscillatore il cui guadagno di
anello viene temporaneamente ridotto sotto l'unita' in modo da interrompere
l'oscillazione, quindi si ripristina la condizione di oscillazione mentre
viene applicato l'impulso di riferimento. In questo modo, si garantisce l'innesco
dell'oscillazione con la stessa fase dell'impulso stesso.
Un'altro possibile approccio al recupero della coerenza utilizza un normale
oscillatore come COHO. La fase dell'impulso trasmesso e' memorizzata campionando
le componenti I e Q del segnale accoppiato, e questa informazione e' impiegata
per controllare un phase shifter che altera la fase del riferimento inviato
dal COHO al phase detector.
La principale limitazione delle tecniche di coerenza in ricezione e' che
la memoria della fase di trasmissione e' mantenuta solo per la durata di
un PRI. Quando e' trasmesso un nuovo impulso, il sistema si aggancia sulla
nuova fase perdendo memoria di quella precedente. Di conseguenza, eventuali
echi di seconda traccia all'uscita del ricevitore hanno fase totalmente casuale,
impedendone la cancellazione da parte dei filtri MTI. Di conseguenza,
l'MTI e' inefficace nei confronti di echi di traccia multipla.
Un'altro possibile metodo per impiegare oscillatori di potenza in applicazioni
MTI e' tramite il cosiddetto "priming". Come si fa nello schema coerente
in ricezione con il COHO, le oscillazioni del magnetron (o altro tipo di
tubo) sono inizializzate sulla fase di un impulso di riferimento iniettato
mentre esso viene innescato, ottenendo un sistema coerente in trasmissione
Per realizzare l'aggancio e' comunque necessaria la capacita' di amplificare
a media potenza (dell'ordine dei W) l'impulso di riferimento, capacita'
che non era disponibile durante i primi anni dell'uso del radar. Quando
tale capacita' comincio' a diventare disponibile, erano ormai disponibili
anche i primi tubi amplificatori di potenza (klystron, e poi TWT) rendendo
generalmente non conveniente questo approccio, e relegandolo ad applicazioni
particolari.
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Ultimo aggiornamento: Dec, 28, 03