|
Signalgeneratorer i Svenska Flygvapnet
Skrivet av Lennart Torstensson 2001
INNEHÅLL
Olika tillverkare
Signalgeneratorns utveckling
Större inköp till Flygvapnet
Mikrovågsgeneratorer
FörordAtt exakt fastställa när den första signalgeneratorn kom till flygvapnet har varit omöjligt. De äldsta uppgifterna kommer från mitten av 1930-talet. Från början var de enbart avsedda för underhåll av flygradio. Centrala Flygverkstaden i Västerås (CVV) skötte bland annat underhåll av flygradio fram till mitten av 1940-talet. När det startades en Central Flygverkstad i Arboga CVA (1945) flyttades flygradiounderhållet till den nya verkstaden. John Wirselius som började arbeta på CVV år 1938 har berättat att den första flygradion som han arbetade med var från början av 1920-talet. Vid den tiden fanns ingen talförbindelse, endast morsetelegrafering.
När talförbindelsen sedan kom var det endast AM-modulering fram till 1970-talet i flygradio.
I samband med länkuppbyggnaden under 1950-talet kom FM-modulering. Signalgeneratorer fanns, enligt John Wirselius, redan 1928 när han började arbeta på en radioaffär.
Mätinstrumentunderhåll startades på CVA i april 1947 med John Wirselius som den först anställde. Nedanstående sammanställning är baserad på de beskrivningar, kataloger och uppföljningar som finns på Celsius Metech i Arboga.
Olika tillverkareAmerikanska tillverkareFöre 2:a världskriget verkar det, av beskrivningar att döma, som om de flesta signalgeneratorerna till flygvapnet kom från USA.
I USA var signalgeneratortillverkningen koncentrerad till några städer på östkusten.
General Radio, som före kriget troligen var världens största mätinstrumenttillverkare, låg i en förort till Boston som heter Cambridge. Firman startade 1915. I Boonton N.J. fanns Ferris, Boonton Radio Corporation, Airad, Measurements och i närheten RCA.
Mot slutet av 1940-talet började Hewlett Packard (numera Agilent) tillverka signalgeneratorer och blev snart världsledande.
I USA var även Polarad en framstående tillverkare av mikrovågsgeneratorer fram till slutet av 1980-talet (köptes senare av Rohde & Schwarz och lades ner efter några år).
Europeiska tillverkareI Europa har Rohde & Schwarz, som startade 1933, Marconi (numera IFR) som startade 1936, Radometer som startade 1935 och Philips som är ett mycket gammalt företag, tillverkat signalgeneratorer. Det finns inget som tyder på att Svenska Flygvapnet köpt signalgeneratorer från dessa tillverkare före kriget men däremot efter.
Svenska tillverkareI Sverige har det funnits en tillverkare av signalgeneratorer för radioservice. Från början hette firman CEMEK men efter en namntvist med en cementvarufirma bytte den namn till AB Mikrovolt. Lennart Gruen startade firman i slutet av 1940-talet och höll på i cirka 20 år. Det har funnits ytterligare några firmor i Sverige som tillverkat generatorer. Magnetic som ursprungligen började med tillverkning av brusfaktormetrar tillverkade även mikrovågsgeneratorer och en speciell generator för test av en radar. Magnetic köptes upp av Ericsson och instrumenttillverkningen såldes till en firma i Göteborg som heter Ranatec AB.
Microlab (ej att förväxla med Microlab FXR), Sivers LAB och Skandinaviska Processinstrument har gjort några signalgeneratorer avsedda för inmätning av radarstationer. Microlab försvann efter att ha misslyckats med en högeffektmeter för radarstationer. Skandinaviska Processinstrument (en avknoppning från KTH), tillverkade mätinstrument för pappersindustrin. Med hjälp av mikrovågor mätte man, under tillverkningen, fuktigheten hos papper. Sivers LAB har tidigare varit kända för bra frekvensmetrar men efter det att denna marknad försvunnit har man övergått till att tillverka YIG-oscillatorer.
M. Stenhardt AB hade under 1950-talet en viss tillverkning innan man gick över till att bli en ren agenturfirma. Bland annat tillverkade man en MF-generator och en kristallkalibrator. Det var troligen armen som köpte dessa instrument men de kan även ha funnits inom flygvapnet.
Additron (ägaren hette Josefsson) tillverkade i början av 1970-talet två varianter av en kristallstyrd signalgenerator för kontroll av flygradio.
Andra tillverkareFörutom ovan nämnda firmor har det köpts eller varit aktuellt att köpa signalgeneratorer från följande firmor:
Signalgeneratorns utveckling.Signalgeneratorer för radiounderhåll.Grundkonstruktionen för en avancerad signalgenerator var redan 1936 enligt nedanstående figur, om man bortser från likriktardel och LF-oscillator. Denna konstruktion för AM-generatorer var vanlig ända tills rörgeneratorerna ersattes av transistoriserade varianter vid slutet av 1960-talet. Givetvis förekom en mängd förändringar under denna tidsperiod speciellt i fråga om rörtyper, dämparkonstruktion och utgångskonstruktion. Ferris 16 B som troligen fanns inom flygvapnet var byggd enligt denna konstruktionsprincip (beskrivningen finns kvar).
Fig 1
Enklare signalgeneratorer saknade buffert och förstärkar/modulatorrör. Moduleringsdjupet hos dessa signalgeneratorer var begränsat till cirka 40 % och man fick en stor oönskad frekvensmodulering (incidental FM). Enligt John Wirselius användes i slutet av 1930-talet en signalgenerator General Radio 605B på CVV. General Radio hade en signalgenerator typ 805 som saknade buffertrör men hade förstärkarrör. Den oönskade frekvensmoduleringen angavs som negligerbar. Priset var $ 850 år 1945 för modell 805-C.
Fig.2 General Radio 605B
Dämparna i 1930-talsgeneratorer var i allmänhet en kombination av stegdämpare och reostat. Utgångsimpedansen varierade med utnivåinställningen och utgångskontakten var polskruv. Detta är förmodligen förklaringen till att de i allmänhet saknar specifikation för utnivå. I mitten av 1940-talet kom väsentliga förbättringar i utnivåsystemen. Som exempel kan nämnas Measurements modell 80 som kom 1945 och senare inköptes till flygvapnet. Man använde en baretter-brygga för mätning av utnivån och dämparen var en pistongdämpare (waveguide beyond cut-off) och utgången var en koaxialkontakt (typ N men den benämningen hade inte kommit).
Fig 3
Pistongdämparen i modell 80 var en rak cirkulär (ett rör) vågledare. (Fig. 3) där man matade in signalen i ena ändan av röret med en spole och tog ut signalen i den andra ändan av röret med en spole (plunger) som var förskjutbar inne i röret. Ju närmare spolarna kom varandra desto högre utnivå. Pistongdämparen är en dämpare som fortfarande används som normal vid riksmätplatser. Dämpningen är helt proportionell mot avståndet mellan in- och utmatningsspole vilket innebär att en noggrann längdmätning ger en noggrann dämpning. För signalgeneratorer har pistongdämparen en nackdel i form av en hög inkopplingsdämpning. När man matar in signalen i vågledaren får man inte en ren mod (vanligen använder man TE 11) utan det bildas även en del parasitmoder. Parasitmoderna dämpas snabbt ut och när man har ca 20 dB dämpning mellan in- och utmatningsspole har de minimal påverkan. I signalgeneratorer hade man inte råd med 20 dB inkopplingsdämpning utan man var tvungen att även använda den del där parasitmoderna påverkade. Detta innebär att utnivåskalan blir komprimerad vid höga nivåer (större dämpning per längdenhet beroende på parasitmodernas snabba dämpning). Pistongdämparen hade förutom noggrann dämpning även konstant impedans vid nivåändringar.
Från mitten av 1940-talet till mitten av 1960-talet förekom inga stora förändringar av signalgeneratorns grundkonstruktioner. De förbättringar som kom inom denna tidsperiod var nya rörtyper och bättre avstämningskondensatorer.
Transistorns intåg1964 kom en "Pre-releas data" från Marconi om en transistoriserad signalgenerator typ 2002. Marconi påstod i reklamen att det var världens första transistoriserade signalgenerator. Signalgeneratorns frekvensområde var dock begränsat till 72 MHz.
I och med transistorns intåg var man tvungen att införa en ny typ av AM-modulator och det blev en diodmodulator. Nu försvann den oönskade frekvensmoduleringen vid AM-modulering men den ersattes av en oönskad fasmodulering i diodmodulatorn. I allmänhet är den så liten att den inte stör mätningarna.
Vid slutet av 1960-talet kom Rohde & Schwarz med en transistoriserad signalgenerator typ SMDA som täckte frekvensområdet 0,4 - 404 MHz. Förutom att den var transistoriserad hade den en ny typ av dämpsats. Dämpsatsen bestod av en 140 mm lång resistiv platta som var monterad i en vågledare med dimensioner så att man låg under gränsfrekvensen för ledning. Man matade in signalen i ena änden på plattan och tog ut den dämpade signalen med ett grafitstift som fördes längs plattan. Principiellt sett fungerade den på samma sätt som en pistongdämpare men man fick lägre inkopplingsdämpning. I likhet med pistongdämparen fanns en kompression av utnivåskalan vid höga nivåer. Signalgeneratorn typprovades i februari 1969 för flygvapnets räkning och resulterade i en första beställningen på 100 exemplar.
KavitetsavstämningDet kom även en ny typ av oscillator i signalgeneratorer vid slutet av 1960-talet. Singer som under senare delen av 1960-talet köpt upp ett antal instrumentfirmor konstruerade en kavitetsavstämd oscillator inom frekvensområdet 250...512 MHz. Tidigare var det endast inom mikrovågsområdet som man använde kavitetsavstämning. Signalgeneratorn hette SG 1000 och täckte i sitt ursprungliga utförande 7,75 - 512MHz (frekvenser under 250 MHz fick man genom frekvensdelning). Det finns ett datablad för denna signalgenerator från augusti 1969. Signalgeneratorn hade även inbyggd räknare (ovanligt vid denna tidpunkt). Signalgeneratorn typprovades under V31 1970 och inköptes i 1 exemplar av FMV och placerades på CVA. HP förbättrade denna konstruktion och kom i slutet av 1971 med HP 8640B där man även kunde faslåsa utsignalen med den inbyggda räknaren. Signalgeneratorn typprovades (en prototyp) i december 1972 för armens räkning. Armen köpte ett stort antal och därefter har både marinen och flygvapnet köpt denna typ.
Syntetiserade oscillatorerVid mitten av 1970-talet blev kravet på bättre frekvensstabilitet hos signalgeneratorn så stort att man gick över till syntetiserade oscillatorer. Redan 1965 fanns det en syntetiserad signalgenerator med inbyggd räknare från Gertsch (ett Singerföretag) men priset 12000 dollar var högt. Med hjälp av nya komponenter och nya konstruktioner blev det möjligt att tillverka syntetiserade signalgeneratorer till ett acceptabelt pris på 1970-talet. Syntetiseringen gjorde det även möjligt att styra signalgeneratorn med en dator.
Man kan säga att det finns två grundprinciper för syntetisering nämligen riktig syntes (man använder de fyra räknesätten) och kvasisyntes. Fördelen med riktig syntes är snabbhet och en utfrekvens som har exakt samma frekvensfel som den inbyggda referensoscillatorn (kristallstyrd) eller om man använder yttre referens den externa generatorns frekvensfel. Nackdelen med denna princip är hög tillverkningskostnad. Vid kvasisyntes använde man sig i början av faslåsta slingor (loops). Om man ville ha en bra frekvensupplösning gick det åt många slingor (en för varje dekad). Många slingor innebär högt pris och man har då på olika sätt modifierat dem. Ett sätt är att använda "fractional-N divider" en delare som inte är begräsad till heltal och man kan då spara slingor. En nackdel med denna konstruktion är att signalgeneratorns utfrekvens vid vissa frekvenser inte är exakt relaterad till referensoscillatorn (i de flesta fall är felet så litet att det kan förbises). På senare tid har det även blivit möjligt att använda snabba D/A omvandlare för frekvensgenerering i slingorna.
Datorstyrda signalgeneratorerEfter 1980 har det inte köpts några signalgeneratorer, som saknat möjlighet för datorstyrning, till flygvapnet för radiounderhåll. Under de senaste 20 åren har signalgeneratorernas konstruktion ändrats radikalt, mycket beroende på de moderna "radiotelefonerna" (t.ex. GSM, DECT). Dessa system har inneburit att man varit tvungna att sätta in I/Q-modulatorer i signalgeneratorerna. Det är endast armen som köpt ett större antal av dessa generatorer. Datorstyrning innebar att man inte längre kunde använda sig av pistongdämpare men i och med mikroprocessorns och minneskretsarnas ankomst kunde man använda resistiva dämpare och korrigera felen. Reläerna i resistiva dämpare är i regel signalgeneratorns svagaste punkt när det gäller driftsäkerhet och man har nu tagit fram elektroniska dämpare (halvledare) men priset man får betala är sämre SVF.
Större inköp till FlygvapnetInköp i slutet av 50-taletI slutet av 1950-talet gjorde flygvapnet sin första kända storbeställning av signalgeneratorer. Det blev Marconi som med sin TF 801B/1 i konkurrens med HP 608D tog hem ordern på ca 80 exemplar. Marconi hade problem med kvalitén och det medförde att HP därefter fick sälja ca 140 st 608D i mindre upphandlingar.
Fig. 4 HP 608D Upphandling 1963Nästa storupphandling av signalgeneratorer var 1963 och då köptes 42 generatorer typ CEMEK AMFM3. Denna svensktillverkade signalgenerator var då troligen världens bästa generator. Den hade utvecklats åt armen som under "pappa Björklunds" ledning hade utsatt den för extremt hårda skak- och vibrationstester. De mekaniska kraven hade till följd att det var en mängd selekterade komponenter istället för potentiometrar och variabla kondensatorer.
Upphandling 19691966 började sökandet efter en ny signalgenerator. Första
försöket var ett typprov av Radiometers MS 27 men den motsvarade inte kraven.
Högsta frekvens vid denna tidpunkt var 200 MHz. Efter en offertförfrågan
typprovades signalgeneratorer från Neuwirth och Eicke +Paulus men de motsvarade
inte kraven. 1968 skrevs en ny kravspecifikation men nu var kravet på högsta
frekvens 400 MHz. Det dröjde ända till i februari 1969 innan det fanns en
lämplig signalgenerator. Rohde & Schwarz hade då kommit med en signalgenerator
SMDA som uppfyllde kraven.
Fig. 5 Rohde & Schwarz SMDA Upphandling 19781978 var det återigen aktuellt att köpa signalgeneratorer men nu var kraven inte så högt ställda och priset fick inte vara för högt. Striden stod mellan Wavetek 3001-03-07 och Racal 9081. Wavetek fick ordern som omfattade 47 enheter. Som ett kuriosum kan nämnas att en dollar kostade Skr 4,60. Kvaliten var inte den allra bästa men de är fortfarande i drift.
Upphandling 1986Den senaste och kanske den sista stora beställningen av signalgeneratorer var 1986 då Rohde & Schwarz fick en beställning på 20 signalgeneratorer typ SMG och med option på ytterligare 15 enheter som senare utlöstes. Närmaste konkurrent var Adret 741. Numera har radioprovaren i stort sett konkurrerat ut signalgeneratorn vid komradiotest.
MikrovågsgeneratorerBakgrundBehovet av mikrovågsgeneratorer kom inte förrän efter andra världskriget då radarn gjorde sitt intåg. Till en början var det S- och X-bandsgeneratorer som erfordrades. Av den äldsta dokumenterade mikrovågsgeneratorns (TS-35A/AP) beskrivning att döma är det inte otroligt att den är köpt som surplus. Radarutrustningen som monterades i Mosquiton på F1 1948 var ju rester från kriget (uppgifter från Bernt Edin som var med vid monteringen). Det finns ytterligare några beskrivningar sedan andra världskriget som tyder på att det köpts surplusmateriel efter kriget.
Efter andra världskriget tog Massachusetts Institute of Technology fram en serie böcker “Radiation Laboratory Series” omfattande 28 band som var färdiga 1947. Böckerna är en sammanfattning av de rön som gjorts inom elektroniken under 2:a världskriget. Band 11 “Technique of Microwave Measurements” behandlar bland annat mikrovågsgeneratorer.
Av boken Microwave Measurements framgår att det vid krigsslutet fanns tre olika oscillatorrör för generering av mikrovågssignaler. Rören var magnetroner, klystroner och lighthouserör (senare kom även ett närbesläktat rör “disk-seal tube”). Magnetronen var konstruerad för höga effekter och fick ingen användning som oscillatorrör i mikrovågsgeneratorer. Man hade tydligen stora problem med att konstruera pulsmodulerade mikrovågsgeneratorer med lighthouserör (parallellplans-trioder) så det blev i stort sett endast klystroner som oscillatorrör. Senare blev ”disk‑seal”-trioden vanlig som oscillatorrör i signalgeneratorer upp till ca 1200 MHz (Övre gränsfrekvensen för röret var ca 4 GHz). Den högsta gränsfrekvensen för klystronförsedda mikrovågsgeneratorer inom flygvapnet är 21 GHz (HP 628A).
Konstruktion av HF-enhetenHF-enheten i en mikrovågsgenerator bestod ursprungligen huvudsakligen av fyra delar en oscillator, en dämpare, en frekvensmeter och en effektmeter. Vanligen hade mikrovågsgeneratorn även en inbyggd pulsgenerator.
Fig 6
Frekvensmetern ersattes senare i de flesta signalgeneratortyperna med en frekvensskala men med sämre frekvensnoggrannhet som följd. Polarad hade en genialisk konstruktion med en spiralformad skiva som påverkade kavitetsavstämningen. Spiralformen var i sin tur justerbar. Oscillatorröret i TS-35A/AP var en reflexklystron 2K25.
Mikrovågsgeneratorerna inom flygvapnet var under tidsperioden sent 1940-tal till slutet av 1970-talet försedda med klystronoscillatorer. Dämparna var i allmänhet pistongdämpare men det förekom även några med en skivdämpare (en ferritskiva fördes in i vågledaren).
Klystronoscillatorer hade sina begränsningar när det gällde svepmätningar. Vid större svepbredder var man tvungen att använda motorer för att få tillräckligt stor frekvensändring. Vid slutet av 1950-talet kom BWO-röret (backward wave) som helt eliminerade motoravstämningen. Vid mitten av 1980-talet tog halvledarbestyckade mikrovågsoscillatorer helt över marknaden och det är nu nästan omöjligt att få tag på klystroner som reservdelar.
Moderna syntetiserade svepgeneratorer med pulsmodulering har i stort sett helt ersatt den konventionella mikrovågsgeneratorn.
Leverantörer av mikrovågsgeneratorer till flygvapnetMed några få undantag var det HP, Polarad och Magnetic som levererade mikrovågsgeneratorer till flygvapnet under tidsperioden 1950 – 1980.
Polerads generatorer var relativ lätta och relativt enkla att justera (alla mikrovågsgeneratorer med klystronoscillator var svåra att justera så att man fick en bra pulsmodulering samtidigt som frekvensen stämde med frekvensskalan). HP:s mikrovågsgeneratorer var till en början mycket tunga och klumpiga (t.ex. vägde HP 620B 31kg) men senare kom en serie som var mer hanterbara (8614A, 8616A). Utsignal och justeringar var helt acceptabla i båda konstruktionerna.
Magnetits signalgeneratorer var hanterbara, men oscillatorkonstruktionen var inte den bästa med dyrbara reparationer och justeringar som följd (det var svårt att få till en bra puls). Under 1982 typprovades halvledarbestyckade mikrovågsgeneratorer från Wavetek, Giga och HP varefter FMV beställde totalt 14 mikrovågsgeneratorer (4 typer) från Giga. Efter dessa inköp av traditionella mikrovågsgeneratorer har FMV endast gjort ett större inköp och det var syntetiserade svepgeneratorer från Wiltron (nu köpt av Anritsu).
|
