Chirped Pulse Amplification (CPA) adalah teknik optik, pemenang Hadiah Nobel 2018 dalam fisika, yang digunakan untuk memproduksi pulsa laser pendek pada intensitas yang cukup tinggi sehingga media penguatan akan menghancurkan dirinya sendiri melalui fenomena nonlinier jika mencoba memperkuat pulsa langsung, dengan mengapit penguat antara tandu pulsa dan kompresor.
Adalah cerita rakyat umum dalam optik bahwa teknik ini awalnya dikembangkan untuk penguatan sinyal radar di suatu tempat di awal jangkauan sejarah elektronik, dan itu masuk akal bahwa jika Anda memiliki amplifier tabung vakum yang rapuh atau sesuatu, Anda dapat menukar kisi-kisi difraksi optik untuk pandu gelombang mikro dispersif yang tepat, atau apa pun yang mereka gunakan pada tahun enam puluhan, dan akan sangat membantu melindungi elektronik sensitif dari penggorengan.
Untuk mencoba dan melampaui pemahaman yang samar-samar itu, saya mencoba untuk melihat dengan tepat masalah amplifikasi radar apa yang menjadi target dari kerja regangan-perkuat-kompres yang asli (Saya tidak yakin apakah nama CPA sudah digunakan selama pengembangannya. , bahkan apakah itu benar-benar digunakan untuk menggambarkan sistem seperti itu dalam konteks elektronik), apa yang digunakan untuk elektronik ketika membuat lompatan ke optik pada tahun 1985, dan lebih umum seperti apa sejarah perkembangannya. Namun, ada beberapa sisi kasar saya tidak begitu yakin dan saya berharap SE ini adalah tempat yang bagus untuk bertanya tentang mereka.
Kertas BPA asli,
Kompresi pulsa optik berkicau diperkuat. D. Strickland dan G. Mourou. Optik Comms. 55 , 447 (1985) .
mengakui bahwa teknik ini analog dengan solusi yang sudah digunakan dalam radar, dan mengirimkan pembaca ke ulasan ramah pemula di
Radar-array bertahap. E. Brookner. Scientific American 252 , Februari 1985, hlm. 94-102. .
tapi ini sedikit jalan buntu bibliografi karena tidak memiliki referensi. Secara khusus, saya dikejutkan oleh fakta bahwa teknik memiliki perbedaan yang signifikan.
Dalam optik, kami ingin memiliki pulsa pendek dan kami ingin membuatnya kuat. Ini kemudian memungkinkan kita untuk menyelidiki fenomena optik nonlinier, yang dapat mencapai beberapa derajat yang cukup ekstrim . Ini berarti kita perlu mengompres nadi sebelum kita menggunakannya untuk melakukan apa pun yang kita inginkan.
Di dalam deskripsi Strickland dan Brookner, di sisi lain, jelas bahwa elektronik hanya benar-benar peduli tentang mengompresi pulsa sebelum analisis terakhirnya, dan bahwa sistem sangat senang dengan mengeluarkan pulsa yang tidak terkompresi untuk berinteraksi dengan pesawat atau grapefruit apa pun objek logam berukuran 'di luar sana, dan melakukan kompresi sesudahnya.
Pandangan ini ditekankan oleh laporan Rochester yang lebih mudah diakses,
Ulasan LLE , Laporan Triwulan, Oktober-Desember 1985 . Laboratorium untuk Laser Energi, Rochester, NY. §3B, hlm. 42-46 .
Mencoba sedikit lebih detail, saya jadi sedikit bingung. Wikipedia merujuk pembaca yang tertarik ke review dari tahun 1960, setelah teknologi itu telah diklasifikasikan,
Pulse Compression-Key untuk Transmisi Radar yang Lebih Efisien. Masak CE. Proc IRE 48 , 310 (1960) .
tetapi saya berjuang untuk memahami apa masalah yang mereka coba selesaikan. Dari pengantar Cook,
Dalam kebanyakan kasus, permintaan untuk meningkatkan jangkauan deteksi belum mengorbankan persyaratan taktis normal untuk jumlah minimum tertentu dari kemampuan penyelesaian jangkauan. Menghadapi situasi ini, perancang tabung radar telah dipaksa untuk berkonsentrasi pada peningkatan kekuatan puncak tabung mereka, karena pertimbangan taktis tidak diizinkan memperluas jangkauan deteksi dengan meningkatkan daya rata-rata dengan menggunakan pulsa yang ditransmisikan lebih luas. Akibatnya, dalam banyak situasi, tabung bertenaga tinggi digunakan secara tidak efisien sejauh menyangkut daya rata-rata. Untuk mengimbangi inefisiensi ini, para insinyur telah mengembangkan teknik integrasi pasca-deteksi untuk memperluas jangkauan deteksi radar. Teknik-teknik ini juga menyebabkan inefisiensi lebih lanjut sejauh penggunaan daya rata-rata total yang tersedia dipertimbangkan.
Tidak jelas di sini apa 'persyaratan taktis' yang dipertaruhkan di sini, dan mengapa dan bagaimana dampaknya terhadap lebar pulsa, daya rata-rata, dan persyaratan daya puncak pada sistem.
Paten oleh Dicke dan Darlington agak membantu dalam menentukan apa masalahnya, terutama dengan referensi untuk memicu antena sebagai batas daya puncak pulsa radar baik di dalam amplifier maupun elemen output yang datang setelah itu. (Ini berbeda dengan kasus BPA optik, di mana masalahnya adalah media penguatan laser memiliki ambang intensitas di atas yang efek nonliniernya seperti pemfokusan diri dan filamen laser). akan menghancurkan media penguatan, tetapi tidak apa-apa untuk menyinari pulsa intensitas tinggi di cermin atau elemen 'output' lainnya.) bahwa ada lebih banyak hal yang terjadi di sini yang tidak saya lihat dengan jelas.
Untuk membungkus kumpulan kebingungan ini menjadi beberapa pertanyaan yang lebih konkret:
- Apa persyaratan khusus tentang daya puncak dan rata-rata serta lebar pulsa radar yang dirancang untuk diatasi oleh radar? Apakah ini semata-mata kekhawatiran 'internal' mengenai elektronik, atau adakah tujuan dan batasan eksternal yang sulit dipenuhi?
- Apakah nama 'amplifikasi denyut nadi' pernah digunakan dalam konteks radar?
- Apakah BPA gaya optik - regangkan, perkuat, kompres, dan kemudian gunakan pulsa - digunakan sama sekali dalam aplikasi radar, atau dalam bidang elektronik yang lebih luas?
Jawaban:
Saya bukan ahli radar, tapi saya pikir saya cukup memahami konsep umum untuk mencoba menjawab pertanyaan Anda.
Masalah mendasar dalam radar adalah mendapatkan daya yang memadai untuk rentang total dan resolusi pengaturan waktu yang baik untuk resolusi jangkauan. Sulit untuk membangun amplifier daya tinggi untuk frekuensi gelombang mikro. Anda ingin memiliki banyak energi di setiap pulsa yang ditransmisikan, tetapi Anda juga ingin menjaga agar pulsa tersebut tetap pendek. Solusinya, seperti yang Anda temukan dalam optik, adalah meregangkan pulsa dengan men-kicunya, yang memungkinkan penguat daya beroperasi pada daya yang lebih rendah untuk waktu yang lebih lama untuk mendapatkan energi pulsa yang sama.
Sekarang, di radar, tidak masalah jika Anda tidak memampatkan pulsa lagi sebelum menyuapkannya ke antena - pulsa berkicau bekerja sama baiknya dengan pulsa terkompresi dalam hal mendeteksi objek.
Bahkan, Anda mendapatkan keuntungan tambahan ketika pantulan kembali, karena sekarang Anda dapat memperkuat sinyal kicau di penerima (mendapatkan beberapa keuntungan yang sama seperti pada penguat pemancar mengenai daya puncak-ke-rata-rata), dan Anda dapat menggunakan "filter yang cocok" untuk mengompresi pulsa sebelum deteksi, yang memiliki keuntungan tambahan dengan menolak banyak sumber gangguan potensial juga. Pulsa sempit yang keluar dari filter penerima memberi Anda resolusi waktu yang Anda butuhkan.
Umumnya tidak, karena amplifikasi bukan satu-satunya alasan digunakannya kicau.
Tidak sepengetahuan saya, tapi itu pasti akan layak.
sumber
Persyaratan taktis yang dibicarakan Cook adalah deteksi target yang andal dalam kebisingan dan gangguan, ini adalah masalah deteksi, dan resolusi target yang dapat diandalkan terhadap latar belakang yang koheren, ini adalah masalah diskriminasi.
Dalam radar pulsa konvensional, kedua masalah ini diselesaikan dengan meningkatkan energi pulsa dan mengurangi lebar pulsa. Pulsa yang lebih pendek memiliki peluang lebih baik untuk dilihat dengan sendirinya daripada yang lebih lama ketika beberapa target hadir secara bersamaan dan karena rasio sinyal-terhadap-derau output filter yang cocok tidak tergantung pada bentuk pulsa dan maksimum di antara semua kemungkinan noise filter, masalah taktis diselesaikan dengan memiliki sinyal radar sehingga filter yang cocok memiliki panjang yang sesingkat mungkin sehingga pengembalian beberapa target dipisahkan dengan baik dalam waktu. Jadi untuk kinerja radar, yang penting bukanlah apa yang dimaksud dengan pulsa radar, tetapi apa yang terjadi setelah pulsa bergema keluar dari filter yang cocok. Karena amplitudo keluaran filter yang cocok, dan karenanya SNR-nya, sebanding dengan energi pulsa yang ditransmisikan, kita dapat memanipulasi, memodulasi, apa yang kita transmisikan dan mencapai kinerja taktis yang sama selama SNR yang diterima dan panjang pulsa filter pasca pencocokan sama.
Karena kinerjanya tergantung pada energi pancar dan tidak tergantung pada daya pancar, dan semua pemancar radar terbatas daya, perancang radar tidak pernah dengan sengaja menggunakan modulasi amplitudo dan semua modulasi intra-pulsa adalah fase atau frekuensi. Khas dan tertua dalam radar pulsa konvensional adalah radar kicauan tetapi ada banyak skema modulasi frekuensi atau fase lainnya. Sementara kicauan adalah yang tertua dan secara konseptual paling sederhana, untuk radar yang sangat sensitif itu jarang digunakan. Alasan untuk itu adalah bahwa output dari filter yang cocok untuk radar kicauan menghasilkan output jauh (disebut time sidelobes) dari puncak yang diinginkan yang lebih tinggi dalam amplitudo dan lebih lama dalam waktu (dering) daripada kadang-kadang diinginkan. "Dering" tingkat tinggi ini mencegah pembedaan target yang lebih kecil dengan output dari target yang lebih besar yang dekat dengannya.
sumber