Kecepatan cahaya sekitar 300.000 km per detik. Kesalahan hanya 1 ms akan menghasilkan sekitar 300 km, yang terlalu banyak kesalahan untuk radar. Saya kira itu membutuhkan akurasi pada urutan 10 mikrodetik untuk mendapatkan kisaran akurasi 3 km.
Apa yang ingin saya ketahui adalah bagaimana akurasi mikrodetik diintegrasikan ke dalam osiloskop sehingga operator manusia secara visual dapat melihat perbedaan 1 ms. Apa terjemahannya? Misalnya, 1 perbedaan mikrodetik menempatkan jarak blip 10 milimeter? Saya mengerti bahwa osiloskop menerjemahkan sinyal menjadi tegangan, tetapi yang tidak saya dapatkan adalah, bagaimana penundaan waktu diproses dan ditampilkan di layar? Apakah ini membutuhkan tabung vakum?
oscilloscope
history
radar
DrZ214
sumber
sumber
Jawaban:
Tampilan radar PPI (plan position indicator) dasar - jenis yang memiliki garis terang yang menyapu layar melingkar seperti jarum detik pada jam - bekerja berdasarkan prinsip bahwa elektronik menghasilkan "sapuan" berkas elektron dalam jalur radial, sedangkan sinyal dari penerima radar mengontrol intensitasnya. Setiap kali sinyal kuat diterima, titik terang dibuat di layar. Posisi "blip" berhubungan langsung dengan posisi target yang menciptakannya di dunia nyata.
Sirkuit analog pada zaman itu dapat dengan mudah memiliki bandwidth 10 MHz atau lebih, memungkinkan resolusi jangkauan sekitar 15 meter (50 kaki) atau lebih. (Ingatlah bahwa sinyalnya harus melakukan dua kali perjalanan, sehingga Anda mendapatkan dua kali resolusi yang mungkin Anda harapkan.) Katakan bahwa kisarannya diatur ke 75 km (sekitar 45 mil). Sinyal akan memakan waktu sekitar 0,5 ms untuk kembali ke penerima pada kisaran maksimum, yang berarti bahwa untuk setiap pulsa yang ditransmisikan, berkas elektron pada layar harus bergerak dari tengah ke tepi layar dalam jumlah waktu tersebut. Sirkuit untuk melakukan ini tidak lebih rumit daripada generator sapuan horizontal osiloskop biasa. Pengaturan jarak pendek membutuhkan penyapuan yang lebih cepat, tetapi masih masuk akal.
Output dari generator pulsa juga dapat ditambahkan ke sinyal intensitas untuk membuat rentang "penanda" pada layar - lingkaran konsentris yang memberikan operator cara yang lebih baik untuk menilai jarak ke target.
Generator gigi gergaji menyediakan sinyal sapuan dasar dari tengah ke tepi layar. Ada beberapa cara untuk membuatnya berputar secara sinkron dengan posisi fisik antena. Versi paling awal sebenarnya memutar gulungan defleksi secara mekanis di sekitar leher layar CRT. Model kemudian menggunakan potensiometer khusus yang memiliki fungsi sinus dan cosinus yang dibangun di dalamnya - sinyal sapuan (dan komplemennya) diaplikasikan ke terminal akhir, penghapus diputar oleh motor sinkron, dan dua ketukan memberikan sinyal ke (sekarang diperbaiki) pelat defleksi X dan Y. Namun kemudian, modulasi sinus / kosinus ini dilakukan sepenuhnya secara elektronik.
Salah satu masalah adalah bahwa tampilan ini tidak terlalu cerah, terutama karena fosfor yang bertahan lama digunakan untuk menghasilkan gambar yang "bertahan" cukup lama untuk berguna. Mereka harus digunakan di ruangan yang gelap, kadang-kadang dengan tudung di atasnya yang bisa dilihat oleh operator. Saya tidak hidup selama Perang Dunia II, tetapi saya melakukan beberapa pekerjaan pada awal 1980-an pada sebuah chip yang dapat mendigitalkan dan "merasterisasi" sinyal dari perangkat radar sehingga dapat ditampilkan pada monitor TV konvensional. Monitor seperti itu dapat dibuat lebih terang (fosfor persistensi pendek) - cukup terang untuk digunakan langsung di menara kontrol bandara, misalnya, sehingga operator menara tidak perlu bergantung pada pesan verbal dari operator radar yang terpisah. di ruangan lain. Chip itu bahkan mensimulasikan "peluruhan lambat" fungsi tampilan analog. Saat ini, setiap osiloskop digital murah memiliki fitur "kegigihan variabel" ini. :-)
Secara alami, saya harus mensimulasikan pemindaian radial dari tampilan analog ketika menulis sinyal penerima ke dalam buffer bingkai video. Saya menggunakan ROM untuk mengubah posisi sudut antena yang dilaporkan menjadi nilai sinus / cosinus, yang diumpankan ke sepasang generator DDS untuk menghasilkan urutan alamat memori X dan Y untuk setiap sapuan.
sumber
Lingkup analog tradisional pada dasarnya adalah tabung hampa udara (CRT) dengan gigi gergaji timebase dan sinyal diterapkan langsung ke pelat horizontal dan vertikal untuk mengarahkan balok ke lokasi bergerak di layar.
Tabung vakum juga akan digunakan dalam sirkuit penguat untuk menghasilkan tegangan besar yang dibutuhkan pada pelat untuk memindahkan balok.
AFAIK, setiap ruang lingkup era WWII bekerja berdasarkan prinsip ini, sehingga tabung hampa udara merupakan bagian inheren dari desain ruang lingkup.
Lendutan horizontal didorong oleh gelombang gigi gergaji. Kecepatan perubahan gigi gergaji ini menentukan penskalaan antara waktu dan posisi horizontal di layar. Dalam cakupan hari ini, penskalaan dapat di mana saja dari beberapa picoseconds per sentimeter ruang layar hingga berjam-jam per sentimeter. Pada tahun 1940-an, skala tertinggi tidak akan menjadi picoseconds per sentimeter, tetapi bisa jadi itu adalah microseconds per sentimeter.
Jelas ada sedikit kerumitan ekstra dalam tampilan radar tradisional di mana sumbu "horizontal" (timebase, sesuai dengan jangkauan dalam sistem radar) diputar di sekitar tengah layar untuk menunjukkan posisi antena saat diputar, dan saya Saya tidak yakin bagaimana ini dapat dicapai (saya bisa membayangkan beberapa kemungkinan yang berbeda). Tetapi ini tidak mengubah titik fundamental bahwa resolusi "jangkauan" radar di layar hanya akan ditentukan oleh seberapa cepat tegangan pelat defleksi "horisontal" ditingkatkan.
sumber
Radar SCR-270 yang hadir di Pearl Harbor pada 7 Desember 1941 memiliki karakteristik sebagai berikut:
Ini menggunakan sejumlah besar tabung vakum termasuk CRT (Seluruh radar ditempati 4 trailer besar). Tautan berikut menunjukkan jejak osiloskop yang sebenarnya ketika pesawat Jepang yang mendekat terdeteksi:
http://www.pearl-harbor.com/georgeelliott/scope.html .
sumber
Pertimbangkan tabung vakum 12SK7: gram 0,002, resistansi pelat 0,8MegOhms, kisi kapasitansi 6pF, kapasitansi keluaran (pelat) 7pF.
Prediksi bandwidth oleh gm / C. Asumsikan nodal C adalah 6p + 7p + 7p parasit = 20pF.
Bandwidth adalah 0,002 / 20e-12 = 0,0001 * e + 12 = 1e + 8 = 100MegaRadians / detik atau 16MHz; menggunakan aturan praktis Tektronix sebesar 0,35 / bandwidth untuk respon sistem multi-tahap, atau 0,35 / 16MHz, Trise adalah 20 menit; 20nS menyediakan 20 kaki satu arah, 10 kaki 2 arah, resolusi.
http://www.r-type.org/pdfs/6sk7.pdf
sumber
Jika saya mengerti dengan benar, pertanyaannya adalah tentang bagaimana elektronik layar radar dapat secara akurat mengatasi kecepatan cahaya. Di sini saya akan menunjukkan bahwa tampilan elektronik radar dapat berjalan lebih lambat dari yang Anda harapkan.
Katakanlah radar dirancang untuk jarak 100 mil. Pembulatan untuk kenyamanan, ini sekitar 160 km.
Seperti yang Anda catat, gelombang radar bergerak sekitar 3e8 meter per detik. Jadi waktu yang dibutuhkan gelombang radar untuk melakukan perjalanan ke jangkauan maksimumnya adalah:
Seperti yang Anda catat juga, defleksi X dan Y pada tampilan lingkup dikendalikan oleh input tegangan independen. Mari kita pertimbangkan pengaturan a-scope sederhana . Jalankan defleksi X dari sirkuit yang menghasilkan sapuan dari -V ke + V (paling kiri ke kanan pada tampilan). (Ini kemungkinan besar merupakan rangkaian tabung.) Sirkuit ini dirancang sedemikian rupa sehingga total waktu yang dibutuhkan untuk beralih dari rel ke rel adalah 1ms. Sapuan ini kemungkinan akan dipicu oleh sinyal waktu yang sama yang memicu transmisi radar.
Lendutan Y diumpankan oleh penerima radar. Blip akan muncul pada posisi sweep apa pun ketika refleksi diterima. Akibatnya, refleksi kemudian dirasakan oleh penerima, semakin jauh ke kanan blip muncul di layar.
Yang perlu diperhatikan adalah bahwa ketika gelombang radar bergerak 200 mil (di sana dan kembali lagi), titik pada tampilan ruang lingkup hanya harus berjalan beberapa inci! Dalam hal ini, tampilan elektronik dapat berjalan jauh lebih lambat daripada "kecepatan cahaya." Sapuan 1ms mudah dicapai dalam elektronik tabung. Ini adalah kelas teknologi yang sama dengan memperkuat sinyal audio. Sebagai perbandingan, periode sapuan horizontal yang digunakan di setiap televisi NTSC lama adalah sekitar 0,064 ms.
Sistem radar dapat dikalibrasi dengan menempatkan target pada rentang yang diketahui dan menyesuaikan sirkuit sehingga jumlah yang ditampilkan sesuai dengan kebenaran di lapangan. (Mengkalibrasi sistem pasti merupakan bentuk seni!)
sumber
Nya300000 k ms .
Salah satu caranya adalah memodulasi sinyal radar dengan gelombang sinus, dan kemudian mengukur perbedaan fase sinyal modulasi antara sinyal yang dikirim dan yang dikembalikan - perbedaan ini selalu sebanding dengan jarak. Kelemahannya adalah bahwa kembalinya dari beberapa gema akan mengganggu, dan membuat sinyal kembali yang menunjukkan jarak di suatu tempat di tengah di antara keduanya.
Model selanjutnya akan menggunakan radar "kicauan", di mana frekuensi modulasi akan menjadi gigi gergaji, memungkinkan gema yang berbeda dibedakan dan jarak ke masing-masing diukur secara akurat.
sumber