Thông tin PCB - Ưu điểm của radar thời tiết PCB

Radar thời tiết là một loại radar thời tiết, là công cụ chính để theo dõi và cảnh báo thời tiết đối lưu mạnh. Radar thời tiết PCB hoạt động bằng cách phát ra một loạt sóng điện từ xung, sử dụng sự tán xạ và hấp thụ sóng điện từ từ các hạt mưa như mây, mưa và tuyết, để phát hiện sự phân bố không gian và cấu trúc thẳng đứng của lượng mưa và sử dụng nó như một hệ thống cảnh báo sớm và theo dõi lượng mưa.

Radar thời tiết chủ yếu là xung, phát ra các xung có thời lượng rất ngắn ở một tần số lặp đi lặp lại nhất định, sau đó nhận được tín hiệu tiếng vang bị tán xạ trở lại bởi các hạt mưa. Bằng cách phân tích và đánh giá những tiếng vang của lượng mưa này, chúng ta có thể xác định các tính chất vĩ mô và vi vật lý khác nhau của lượng mưa. Nhiều công thức lý thuyết và thực nghiệm khác nhau đã được phát triển để mô tả mối quan hệ giữa công suất tiếng vang của lượng mưa và cường độ của lượng mưa, và sử dụng chúng, chúng ta có thể đo lường sự phân bố cường độ mưa trong vùng phủ sóng radar cũng như tổng lượng mưa dựa trên công suất tiếng vang. Do sự phản xạ tín hiệu tương đối yếu từ mây, mưa và tinh thể băng, điều này đặt ra tiêu chuẩn cao hơn về hiệu suất thu radar.

Phân loại radar

Phân loại theo phương pháp quét ăng ten

Tùy thuộc vào cách ăng ten được quét, radar có thể được chia thành hai loại: radar quét cơ học và radar mảng pha. Vào đầu những năm 2000, ngành công nghiệp radar của Trung Quốc chủ yếu là radar quét cơ học, tập trung phát sóng tín hiệu, sử dụng vòng quay của bàn xoay cơ học để dẫn sóng tín hiệu theo các hướng khác nhau để phát hiện các mục tiêu khác nhau. Tuy nhiên, do hiệu quả quay cơ học thấp và phạm vi phát hiện và mục tiêu hạn chế, rất khó để thích ứng với xu hướng phát triển trường điện từ ngày càng phức tạp. Trong những năm gần đây, công nghệ mảng pha đã được sử dụng ngày càng nhiều trong lĩnh vực radar. Không giống như radar quét cơ học cho phép điều khiển chùm radar bằng ăng ten quay, radar mảng pha sử dụng "phaser điện tử" để hoàn thành việc quét. Do đó, radar mảng pha đã được cải thiện đáng kể về tốc độ phản hồi, tần số cập nhật, khả năng theo dõi đa mục tiêu và độ phân giải, trở thành hướng phát triển chính của ngành công nghiệp radar hiện nay. Mặc dù radar mảng pha có tính năng vượt trội, nhưng việc thực hiện công nghệ của nó rất phức tạp và tốn kém, từ lâu đã được sử dụng chủ yếu trong lĩnh vực quân sự. Giá cao đã trở thành một yếu tố quan trọng cản trở việc áp dụng quy mô lớn của nó trong lĩnh vực dân sự.

Theo các băng tần khác nhau, radar chủ yếu có thể được chia thành băng tần S, băng tần C, băng tần X, v.v. (hoặc được chia nhỏ thành radar ngoài đường chân trời, radar vi sóng, radar sóng milimet và LiDAR). Thông thường, các radar tần số thấp hơn có phạm vi tìm kiếm rộng hơn, nhưng độ chính xác của chúng sẽ giảm tương ứng. Nhà nước có các quy định nghiêm ngặt về việc sử dụng băng tần để ngăn chặn radar dân sự gây nhiễu cho radar quân sự và hệ thống thông tin liên lạc.

Tùy thuộc vào đơn vị máy phát/máy thu, radar có thể được chia thành hai loại: radar mảng pha chủ động (AESE) và radar mảng pha thụ động (PESE). Sự khác biệt cốt lõi giữa chúng là mô-đun T/R (tức là mô-đun máy phát/máy thu). Mảng ăng-ten của radar mảng pha chủ động bao gồm nhiều mô-đun máy phát/máy thu, do đó bề mặt của nó được bao phủ bởi các cụm T/R nổi bật và mỗi mô-đun T/R được trang bị chức năng máy phát và máy thu, do đó còn được gọi là radar mảng pha chủ động. Ngược lại, radar mảng pha thụ động chỉ được trang bị một máy phát và máy thu trung tâm, tất cả các đơn vị bức xạ chia sẻ mô-đun T/R trung tâm này, ăng-ten của nó có hình dạng phẳng, năng lượng tần số cao do máy phát tạo ra được phân phối qua mạng phân phối đến các đơn vị khác nhau của mảng ăng-ten, tín hiệu phản xạ từ mục tiêu cũng được thu thập bởi các đơn vị ăng-ten riêng lẻ, sau đó được gửi đến máy thu để thống nhất và khuếch đại, do đó còn được gọi là radar mảng pha thụ động.

Về mặt chức năng, vì mỗi bộ tản nhiệt của radar mảng pha chủ động được trang bị các cụm máy phát/máy thu có thể tự tạo và nhận sóng điện từ, nên tốc độ phản hồi, phạm vi quét, khả năng theo dõi đa mục tiêu, độ tin cậy và khả năng chống nhiễu của nó tốt hơn đáng kể so với các hệ thống radar trước đó. Ngoài ra, radar mảng pha chủ động có thể đồng thời tạo thành nhiều chùm tia độc lập, thực hiện nhiều chức năng như tìm kiếm, nhận dạng, theo dõi, dẫn đường và phát hiện thụ động. Radar mảng pha thụ động chỉ có một máy phát và máy thu trung tâm, năng lượng tần số cao của nó được máy tính tự động phân phối cho từng bộ tản nhiệt của mảng ăng ten, tín hiệu phản xạ mục tiêu cần được khuếch đại đồng đều bởi máy thu, do đó kém hơn radar mảng pha chủ động về công suất, hiệu quả, điều khiển chùm tia và độ tin cậy. Tuy nhiên, chi phí và độ khó kỹ thuật của radar mảng pha thụ động là tương đối thấp.

Radar thời tiết PCB

Hầu hết các bước sóng thường được sử dụng cho radar thời tiết PCB nằm trong phạm vi 1-10cm. Do sự phân rã của bước sóng 10cm nhỏ hơn, nó phù hợp hơn để phát hiện bão, mưa lớn và mưa đá. Thường được sử dụng trong nước là 713 quả mìn (5,6 cm), 714 radar (10 cm) và 711 radar (3,2 cm), có thể phát hiện các hệ thống thời tiết trong phạm vi vài trăm km xung quanh các trạm radar.

Ưu điểm của radar thời tiết PCB

1. Tín hiệu radar thời tiết PCB có thể xuyên qua các vật liệu như mây và cao su.

2. Mạch radar thời tiết PCB có thể xác định tốc độ, khoảng cách và vị trí của các vật thể trong quá trình di chuyển.

3. Tín hiệu/xung từ radar thời tiết PCB không yêu cầu phương tiện truyền thông (dây) để truyền vì chúng có thể truyền trong không gian, nước và không khí.

4. Radar thời tiết PCB hoạt động ở tần số cao để tiết kiệm rất nhiều dữ liệu.

5. Tín hiệu từ radar thời tiết PCB có thể bao phủ một khu vực rộng lớn mà không cần thêm chi phí.

Các thành phần cơ bản của radar thời tiết PCB bao gồm:

1. Máy phát: Tín hiệu từ máy phát dạng sóng không đủ mạnh đối với radar. Do đó, mục đích của máy phát là khuếch đại tín hiệu bằng cách sử dụng bộ khuếch đại công suất.

2. Người nhận: Người nhận sử dụng bộ xử lý người nhận, chẳng hạn như siêu ngoại sai, để phát hiện và xử lý tín hiệu phản xạ.

Ăng-ten: Bao gồm phản xạ parabol, mảng phẳng hoặc mảng pha điều khiển bằng điện. Nó chịu trách nhiệm gửi và nhận xung.

3. Duplex: Duplex là một thiết bị cho phép ăng-ten hoàn thành nhiệm vụ của máy phát và máy thu. Cách Duplex hoạt động

Nguyên tắc hoạt động của radar thời tiết PCB

Radar thời tiết PCB là một công cụ được sử dụng để phát hiện các hiện tượng thời tiết như mưa, mây và bão trong khí quyển. Nguyên tắc hoạt động cơ bản của nó là sử dụng chùm radar để phát sóng điện từ vào khí quyển. Khi những sóng điện từ này gặp phải vật chất như giọt nước và tinh thể băng trong khí quyển, chúng trải qua sự tán xạ và phản xạ. Những sóng phản xạ này sẽ được người nhận nhận và chuyển đổi thành tín hiệu điện. Thông tin như lượng mưa, mây, bão trong khí quyển có thể thu được thông qua xử lý và phân tích tín hiệu.

Các máy phát của radar thời tiết PCB thường sử dụng sóng điện từ tần số cao với bước sóng từ 1 đến 10 cm có thể xuyên qua mây và lượng mưa mà không bị hấp thụ hoặc tán xạ. Máy phát radar phát ra sóng điện từ vào khí quyển, truyền theo một hướng cụ thể để tạo thành chùm radar. Khi một chùm radar gặp phải các vật liệu như giọt nước và tinh thể băng trong khí quyển, nó trải qua sự tán xạ và phản xạ, được nhận bởi máy thu và chuyển đổi thành tín hiệu điện.

Bộ thu cho radar thời tiết PCB thường sử dụng bộ thu có độ nhạy cao và có thể nhận được tín hiệu điện yếu. Sau khi nhận được sóng phản xạ, máy thu sẽ chuyển đổi nó thành tín hiệu điện và thu được thông tin về lượng mưa, mây, bão trong khí quyển thông qua xử lý và phân tích tín hiệu. Quá trình xử lý và phân tích tín hiệu bao gồm các bước như lọc, khử nhiễu, giải điều chế và giải điều chế. Thông tin cuối cùng thu được có thể được sử dụng để dự đoán thời tiết và phát triển các biện pháp ứng phó.

Radar PCB có thể được mô tả là mạch điện tử chịu trách nhiệm tạo, gửi và nhận tín hiệu tần số vô tuyến. Ngoài ra, nó có một cấu trúc ăng-ten được gắn trong các lớp tần số cao có thể phát ra các thùy radar được tạo ra bởi các mạch tần số vô tuyến.

Ngoài ra, khi cùng một ăng-ten đánh trúng mục tiêu và trải qua phân tích mạch tần số vô tuyến, nó sẽ nhận được xung radar phản xạ. Thông thường, bảng mạch radar hiện đại này sẽ được trang bị một mạch kỹ thuật số ở phía sau, giúp phân tích bất kỳ tiếng vang nào, trong khi ăng ten và tần số vô tuyến được đặt một phần ở phía trước.

Các yếu tố chính của radar thời tiết PCB

Phạm vi

Radar có một ăng-ten có thể phát tín hiệu tốc độ ánh sáng tới mục tiêu. Sau khi bắn trúng mục tiêu, tín hiệu sẽ được phản xạ vào ăng-ten. Khoảng cách giữa vật thể và radar xác định khoảng cách. Thông thường, tốt nhất là sử dụng phạm vi rộng hơn vì nó cho phép người dùng đạt được các mục tiêu xa xôi.

Tần số lặp lại xung

Việc truyền tín hiệu radar phải xảy ra trong tất cả các chu kỳ đồng hồ với khoảng thời gian trễ thích hợp giữa các chu kỳ đồng hồ này. Lý tưởng nhất, thiết bị sẽ nhận được tiếng vang của tín hiệu trước khi truyền nó đến xung tiếp theo. Tương tự như vậy, chức năng của radar PCB cũng tương tự, gửi tín hiệu định kỳ để tạo thành sóng xung hẹp hình chữ nhật.

Sự chậm trễ giữa hai xung đồng hồ này sẽ tạo thành thời gian lặp lại của xung. Với ý nghĩ này, tần số lặp lại xung là nghịch đảo của thời gian lặp lại xung. Điều này giúp xác định khi nào PCB radar sẽ gửi tín hiệu.

Xác định khoảng cách tối đa

Mỗi xung đồng hồ cần truyền một tín hiệu. Ngoài ra, tiếng vang của xung đồng hồ hiện tại chỉ có thể nhận được nếu có một khoảng thời gian ngắn giữa xung đồng hồ hiện tại và xung tiếp theo. Tuy nhiên, bạn sẽ thấy tầm bắn của mục tiêu ngắn hơn bình thường. Đó là lý do tại sao bạn phải chọn độ trễ giữa các khoảng thời gian này một cách khôn ngoan.

Thông thường, bạn phải nhận được tiếng vang của xung đồng hồ hiện tại trước khi phát xung tiếp theo. Bằng cách này, tín hiệu sẽ cung cấp cho bạn một cái nhìn rất rõ ràng về hình ảnh và phạm vi thực tế của đối tượng, đó là phạm vi tối đa của sự rõ ràng.

Phạm vi tối thiểu

Trái ngược với phạm vi này, phạm vi phủ sóng tối thiểu này đề cập đến thời gian cần thiết để tiếng vang đến ăng-ten sau khi truyền ban đầu chiều rộng xung.

Radar thời tiết PCB đóng một vai trò không thể thay thế trong việc giám sát và cảnh báo thời tiết thiên tai.