Eski 2. Dünya Savaşı radarları zaman gecikmesini nasıl doğru bir şekilde ölçtüler ve bunu bir osiloskopa nasıl entegre ettiler?

Işık hızı saniyede yaklaşık 300.000 km'dir. Sadece 1 ms'lik bir hata yaklaşık 300 km kapalı kalmasına neden olur ve bu da bir radar için çok fazla hata yapar. 3 km menzil doğruluğunu elde etmek için 10 mikrosaniye sırasındaki hassasiyete ihtiyacı olduğunu tahmin ediyorum.

Yine de bilmek istediğim şey, mikrosaniye doğruluğunun osiloskoba nasıl entegre edildiği ve böylece bir insan operatörünün görsel olarak 1 ms'lik bir farkı görebilmesi. Çeviri neydi? Örn, 1 mikrosaniye farkı blip'i 10 milimetre uzağa mı koyuyor? Bir osiloskobun bir sinyali gerilime çevirdiğini anlıyorum, fakat anlamadığım şey, zaman gecikmesi nasıl işleniyor ve ekranda gösteriliyor? Bu vakum tüpleri gerektirdi mi?

Temel PPI (plan konum göstergesi) radar ekranı - saatin ikinci eli gibi dairesel bir ekranın etrafında dolaşan parlak bir çizgiye sahip olan tür - elektron demetinin elektron ışınının "süpürülmesini" ürettiği prensibi üzerine çalışır. radyal yol, radar alıcısından gelen sinyal yoğunluğunu kontrol ederken. Ne zaman güçlü bir sinyal alınsa, ekranda parlak bir nokta oluşturulur. “Blip” pozisyonu doğrudan gerçek dünyada onu yaratan hedef pozisyonuna karşılık gelir.

Bu dönemin analog devreleri, 10 MHz veya daha fazla bir bant genişliğine sahip olabilir ve 15 metre (50 fit) veya daha fazla bir aralıkta çözünürlük çözünürlüğüne izin verir. (Sinyalin iki sefer yapması gerektiğini unutmayın , bu nedenle aksi takdirde beklediğiniz iki katı çözünürlük elde edersiniz.) Menzilin 75 km (yaklaşık 45 mil) olarak ayarlandığını söyleyin. Sinyalin alıcıya maksimum aralıkta geri dönmesi yaklaşık 0,5 ms sürer; bu, iletilen her darbe için, ekrandaki elektron ışınının o süre içinde ekranın ortasından kenarına doğru hareket etmesi gerektiği anlamına gelir. Bunu yapacak devre normal bir osiloskopun yatay tarama üreticisinden daha karmaşık değildir. Daha kısa menzil ayarları daha hızlı süpürme gerektirir, ancak yine de mantıklıdır.

Bir puls üretecinin çıktısı, göstergede "işaretler" aralığı oluşturmak için yoğunluk sinyaline de eklenebilir - operatöre bir hedefe olan mesafeyi değerlendirmek için daha iyi bir yol sağlayan eş merkezli daireler.

Testere dişi jeneratörü, merkezden ekranın kenarına temel tarama sinyalini sağlar. Antenin fiziksel konumu ile senkronize olarak dönmesini sağlamanın bir çok yolu vardı. En eski versiyonlar, CRT ekranın boynundaki saptırma bobinlerini gerçekte mekanik olarak döndürdüler. Daha sonra modeller, içine sinüs ve kosinüs fonksiyonları olan özel bir potansiyometre kullandılar - uç terminallere süpürme sinyali (ve tamamlayıcısı) uygulandı, silecek senkron motor tarafından döndürüldü ve iki kılavuz sinyallere sinyalleri verdi. (şimdi sabit) X ve Y saptırma plakaları. Daha sonra yine, bu sinüs / kosinüs modülasyonu tamamen elektronik olarak yapıldı.

Bir sorun, bu ekranların çok yararlı olmadıkları, özellikle de uzun süre kalıcı olan fosforların faydalı olacak kadar "oyalanabilen" bir görüntü üretmek için kullandıklarıydı. Karanlık bir odada, bazen operatörün içine bakabileceği başlıklar ile kullanılmak zorundalardı. İkinci Dünya Savaşı sırasında hayatta değildim, ama 1980'lerin başında bir radar setinden gelen sinyalleri geleneksel bir TV ekranında gösterebilecek şekilde sayısallaştırıp “rasterleştiren” bir çip üzerinde bazı çalışmalar yaptım. Böyle bir monitör çok daha parlak hale getirilebilir (kısa süreli fosforlar) - örneğin bir havaalanının kontrol kulesinde doğrudan kullanılabilecek kadar parlak, örneğin, kule operatörünün ayrı bir radar operatöründen gelen sözlü mesajlara güvenmesine gerek kalmadı başka bir odada. Çip bile "yavaş bozunum" u simüle ediyor Analog ekranın işlevi. Günümüzde her ucuz dijital osiloskop bu "değişken kalıcılığı" özelliğine sahiptir. :-)

Doğal olarak, alıcı sinyalini video çerçevesi tamponuna yazarken analog ekranın radyal taramasını simüle etmek zorunda kaldım. Antenin bildirilen açısal konumunu sinüs / kosinüs değerlerine dönüştürmek için bir ROM kullandım, her tarama için bir X ve Y bellek adresi dizisi üretmek üzere bir çift DDS jeneratörüne beslendi.

Bu vakum tüpleri gerektirdi mi?

Geleneksel bir analog kapsam esasen timebase testere dişi ile bir vakum tüpüdür (CRT) ve ışını ekranda hareketli bir yere yönlendirmek için doğrudan yatay ve dikey plakalara sinyal uygulanır.

Yükseltici devrelerde, ışını hareket ettirmek için plakalar üzerinde ihtiyaç duyulan büyük voltajları üretmek için vakum tüpleri de kullanılmış olacaktı.

AFAIK, İkinci Dünya Savaşı döneminin her kapsamı bu ilke üzerinde çalıştı, bu nedenle vakum tüpleri kapsam tasarımının doğal bir parçasıydı.

Yine de bilmek istediğim, bir insan operatörünün görsel olarak 1 ms'lik bir farkı görebilmesi için milisaniye doğruluğunun osiloskoba nasıl entegre edildiği.

Yatay sapma testere dişi dalgası ile tahrik edildi. Bu testere dişinin dönüş hızı, ekrandaki zaman ve yatay konum arasındaki ölçeklemeyi belirledi. Mevcut bir gün kapsamında ölçekleme, santimetre ekran alanı başına birkaç pikosaniyeden santimetre başına saate kadar herhangi bir yerde olabilir. 1940'lı yıllarda, en yüksek ölçek santimetre başına pikosaniye olmazdı, fakat santimetre başına mikrosaniye olabilirdi.

Açıkça görüldüğü gibi, "radar sistemindeki menzile karşılık gelen zaman çizelgesi" ekseninin "yatay" ekseninin ekranın ortasının etrafında döndürüldüğü ve radarın anten yönünü gösterdiği geleneksel radar ekranında biraz fazla karmaşıklık var. Bunun nasıl yapıldığından emin değilim (birkaç farklı olasılık hayal edebiliyorum). Ancak bu, radarın ekrandaki "menzil" çözünürlüğünün, "yatay" yön değiştirme plakasının voltajının ne kadar hızlı bir şekilde azaldığı ile belirleneceği temel noktasını değiştirmez.

7 Aralık 1941'de Pearl Harbor'da bulunan SCR-270 radar aşağıdaki özelliklere sahipti:

• İletim Frekansı: 105 MHz
• Darbe genişliği: 10-25 µsec
• Tekrarlama oranı: 621 Hz
• Güç Seviyesi: 100 kW
• Maksimum menzil: 250 mil
• Doğruluk: 4 mil, 2 derece

CRT de dahil olmak üzere çok sayıda vakum tüpü kullandı (Radarın tamamı 4 büyük römorku işgal etti). Aşağıdaki link yaklaşmakta olan Japon uçakları tespit edildiğinde gerçek osiloskop izini göstermektedir:

http://www.pearl-harbor.com/georgeelliott/scope.html .

12SK7 vakum tüpünü göz önünde bulundurun: 0.002 gm, 0.8MegOhms levha direnci, 6pF ızgara kapasitansı, 7pF çıkış (levha) kapasitans.

Bant genişliğini gm / C ile tahmin edin. C düğümünün 6p + 7p + 7p parazitik = 20pF olduğunu varsayalım.

Bant genişliği 0.002 / 20e-12 = 0.0001 * e + 12 = 1e + 8 = 100MegaRadians / saniye veya 16MHz; Çok kademeli sistemlerin veya 0.35 / 16MHz'in tepkisi için Tektronix'in üstün kuralı 0.35 / bant genişliği kullanılarak Trise 20 nanosaniyedir; 20nS, 20 fit bir yöne, 10 fit 2 yöne, çözünürlük sağlar.

http://www.r-type.org/pdfs/6sk7.pdf

Doğru anlarsam, radar ekranı elektroniklerinin ışık hızlarıyla nasıl başa çıkabileceği ile ilgili bir soru. Burada, radar ekranı elektroniğinin beklediğinizden daha yavaş çalışabileceğini göstereceğim.

Diyelim ki radar 100 mil menzil için tasarlandı. Rahatlık için yuvarlama, bu yaklaşık 160km.

Ayrıca not ettiğiniz gibi, kapsam göstergesinin X ve Y sapmaları bağımsız voltaj girişleri tarafından kontrol edilir. Basit bir düşünelim a-kapsam kurulum. X sapmasını -V'den + V'ye (bir ekranda en soldan en sağa) bir tarama üreten bir devreden çalıştırın. (Bu büyük olasılıkla bir tüp devresiydi.) Devre, raydan demiryoluna gitmek için harcanan toplam süre 1ms olacak şekilde tasarlanmıştır. Bu tarama büyük olasılıkla radarın iletimini tetikleyen aynı zamanlama sinyali tarafından tetiklenir.

Y sapması, radar alıcısı tarafından beslenir. Yansıma alındığında, tarama pozisyonu ne olursa olsun, kabarcık görünecektir. Sonuç olarak, daha sonra bir yansıma alıcı tarafından algılanır, sağ tarafta ne kadar uzak olursa ekranda belirir.

Unutulmaması gereken şey, radar dalgası 200 mil (orada ve tekrar) seyahat ederken, kapsam göstergesindeki noktanın sadece birkaç inç sürmesi gerektiğidir! Bu anlamda ekran elektroniği "ışık hızından" daha yavaş çalışabilir. Tüp elektroniğinde kolayca 1ms'lik bir tarama elde edilir. Ses sinyallerini yükseltmekle aynı teknoloji sınıfıdır. Karşılaştırma için, her eski NTSC televizyon setinde kullanılan yatay tarama süresi yaklaşık 0,064 ms idi.

Radar sistemi, bilinen bir aralığa bir hedef konularak ve devrelerin ayarlanmasıyla görüntülenen miktarların temel gerçeğe uygun olması için kalibre edilebilir. (Sistemi kalibre etmek bir sanat formu olmalı!)

$300000\frac{\mathrm{km}}{\mathrm{s}}$

Bir yol, radar sinyalini sinüs dalgası ile modüle etmektir ve daha sonra iletilen ve geri gönderilen sinyal arasındaki modülasyon sinyalinin faz farkını ölçmektir - bu fark daima mesafe ile orantılıdır. Dezavantajı, çoklu ekolardan geri dönüşün karışacağı ve her ikisi arasında ortada bir yerde bir mesafe gösteren bir geri dönüş sinyali yaratacağıdır.

Daha sonra modeller, farklı yankıların ayırt edilmesine ve her birinin mesafesinin doğru bir şekilde ölçülmesine izin veren modülasyon frekansının testere dişi olacağı bir radar "cıvıltı" kullanır.