用于脉冲发射机的动态补偿线性调压器

本发明的领域

本发明涉及发射机，尤其涉及在短时间段以大功率发送的射频(RF)脉冲发射 机。

先前技术的描述

空中交通指挥系统，如ATCRBS(空中交通指挥雷达信标系统)，使用机载发射 机(发送-应答器)，它在近15微秒的时间段以大约400瓦的RF功率发送数据串， 以监测雷达探测区域内的飞机位置。更新型的空中交通指挥系统，如模式选择(Mode S)与交通碰撞避免系统(TCASII)一起工作，以提供比ATCRBS系统更多的数据， 并且要发送—应答器以同一功率发送更长的消息。Honeywell公司制造了用于商 业和经常往返飞机的Mode S发送—应答单元(表示为SX-852)。该系统需能够在 近120微秒时间发送数据串。更新的Mode S数据链路发送—应答器，如 Honeywell设计的早期工程模型XS-950需要更长的能量延续时间，以提供下行 线路扩展长度消息(DELM)。这样的系统可能需要2150或更多微秒的时间发送脉冲 时间长度。

由于该发射机在发送过程中不能从飞机电源中瞬间提取400瓦能量，典型的 作法是，采用一大电容组，向发射机提供电流。并且在发射过程中，电容电压允 许降落，同时，一线性调压器使供给发射机的电压保持恒定值。在发射过程中， 该调压器一般向发射机提供50安培电流，电容电压由66伏的标称值降至一较低 的电压值，取决于发送时间和电容值，但不会降到使发射机的电压低于40伏。发 送时间越长。电容组上的电压降越大。电压下降率与所提取的电流成正比。与电 容成反比。发送后，电源以比放电低得多的速率向电容组充电。线性调压器输出 保持在所要求的40伏，其输入电压在发送过程中，从66伏到约46伏变化，由此 耗散峰值功率可达1300瓦(50安培×26伏)。

随着新的更长发射时间要求的出现，电源设计中出现问题。所选择的方案是 1)增大电容，该方案造成占用太大的空间，重量大的问题；或者2)提高施加在电 容上的电压，该方案产生要求线性调压器散失更多热量这一问题。这些问题使得 在低温下(该单元必须在-55摄氏度和+70摄氏度之间工作)情况更坏。在低温下， 电容器的电容值最低，等效串联电阻最高。因此，设计者必须提高加于电容器上 的电压，以在低温(-55)保持性能要求，这使得高温(+70)散热问题更严重。

本发明的简要说明

本发明使电容组上电压可根据温度和其它变量被动态地由微处理器控制。以 使在高温情况下，电容组上的电压可降低以减小散热需求，而在低温情况下，电 容上的电压可升高以提供所要求的性能。在优选实施例中，通过温度传感器，经 模/数转换器、微处理器和数/模转换器，以根据温度升高或降低由未调电源供给 的电压。本发明也可操作用以监测电容组上的最小电压；当其超过所需最小值时， 可降低该电压；及监测特定的飞机装置，以根据所需的飞机设备容量控制所施加 的电压(例如DELM数据信道发送容量)。

在本发明的又一方面，提出一种补偿射频脉冲发射机的方法，该发射机以高 功率进行短时间发射，并包括一向电容器组提供能量的电压源，该电容器组向发 射机供电，其中包括以下步骤：探测电容器组的温度；及调节电源输出，以便当所 探测温度低时，提高供给电容器组的电压，当所探测温度高时，降低供给电容器 组的电压。其中还可包括以下各步骤：探测电容器组上的电压；及当电容器组上最 小电压高于一预定值时，调节该电源的输出，以减小电容器组上的电压。其中该 发射机可被安装于飞机上，该方法还可包括以下各步骤：检测发射机所安装的飞机 的类型；及调整该电源的输出，当飞机是要求较长发射时间的飞机时，提高供给 电容器组的电压；当飞机是要求较短发射时间的飞机时，降低供给电容器组的电 压。

附图的简要说明

图1是空中交通指挥发送-应答系统的框图；

图2是电容器组上电压随时间变化图；

图3是本发明的框图

图4是本发明电源部分的简要框图。

优选实施例的详细说明

本发明将根据机载飞机交通指挥发送—应答系统及与其一致的电压及元件而 进行描述。应该明白，本发明的原理对其它任何短时间采用高功率脉冲串的发射 系统均适用。如图1，空中交通指挥系统10，如上文所提及的XS-950，包含一 由连接于升压电源箱14的箭头12所指示的来自飞机的电源(通常为115V交流或 28V直流)，升压电源箱14可操作把飞机的115伏交流或28伏直流作转换，以在 线16上提供可被系统使用的约为66伏直流的可调电源。电容器组18，包含三个 电容C1，C2和C3被连接于线16和地之间。电容器组18由升压电源14供电，直 到存储66伏电压。线16上的电压提供给线性调压器20，该调压器用于在向发射 机24(图中通过线28与天线26相连)输出线22上产生约40伏特的可调电压。

在操作过程中，发射机产生短时间RF能量脉冲，以提供涉及飞机位置和有限 数量的数据的通信。在这些发射时间，如图2所示，电容器组18迅速放电到一 较低电压，此后，发射结束后，又以较慢的速度充电至66伏，图2中，电容器组 18的电压随时间变化示于图线25。可以看出，当发射机处于″开″状态，如时间 线29中的折点27所示，电压由约66伏降至46伏，而后当脉冲结束时，电压更 缓慢地回到66伏电压值。在实际应用中，对于较坏情形DELM应答，折点27可能 代表大约2150微秒，充电时间可能大约在100毫秒。对于非DELM应答，折点27 可能代表约15至120微秒，电容电压可能比图2所示的降落小得多。

随着更长发射时间这一要求的出现(从而允许更大量的信息发射和DELM发 射)，由于设计者被迫或者增加电容器组的电容，或者提高加于电容器组的电压， 或者两者都采用，从而产生许多困难。增加电容产生的问题是：附加的铝电解电 容占去印刷线路板的大量空间(典型值为每个占用3平方英寸的线路板空间)，并 附加了重量，而空间和重量是非常宝贵的。提高电压以给电容器组提供到达最低 允许电压(此处发射机要40伏工作电压)的更长的放电时间产生的问题是：增加了 线性调压器的热量耗散。当意识到系统必须工作于-55至+70摄氏度之间，为了为 最坏情况(-55摄氏度，此时电容性能最差)提供满意的性能，设计者必须牺牲热 量耗散(在70摄氏度情况最坏)。

如图3所示，本发明通过根据温度和其它变量控制电源输出，以减轻先前技 术中的问题。图3中与图1具有相同参考号的单元具有相同的功能。线12上飞机 电源向改进的升压电源14A提供115伏交流或28伏直流。升压电源14A在线16 上提供一随条件在约5伏直流至约66伏直流变化的电压，如图1中使用的。电容 器组18连接于线16和地之间，以使电压(55伏至66伏)存储于电容C1，C2和C3， 以向线性调压器20供电。线性调压器20在线22上向通过线28与天线26连接的 发射机24提供一恒定40伏电压。如图1，发射机24产生高功率的短时间发射脉 冲，但对于现代的DELM的要求，该脉冲可能长达2150微秒或更长时间。在发射 脉冲期间，电容器组18以与图2近似的方式放电至一较低电压值，而后，发射后， 通过升压电源14A充电至所需电压值。

为克服线性调压器20中的热量耗散问题，电容器组18的电压根据温度、根 据发射所要求的最低实际电压、根据特定飞机装备来加以控制。更确切地，在高 温情况下，电容器组18上电压可降低，以减少热量耗散。在一个设计中，66伏 电源降至61伏，而不牺牲系统性能。这相当于线性调压器中节省20％的电能和 在升压电源中附加省耗。更进一步的节能可通过在DELM应答产生之后，动态检测 电容器组的电压，从而得以实现。若在DELM应答后电容器组上的电压超过在线性 调压器输入处所要求的最小值+46V，该电压可进一步减低一应答后最低电压与+46V 的差值。对于不要求DELM应答能力的飞机，电容电压可设定为约+55V的低固定 电压值。这样可节省附加功耗。

如图3，内部的温度传感器50用于探测电容器组18的内部温度。温度传感 器50的输出通过线52提供给模/数转换器54，以在总线56上产生随传感器50 所探测温度幅值变化的数字信号。图3还示出了电压监测器60，它探测电容器组 18上的电压，它提供一表示发射后的电压的输出，即图2中曲线25下部的电压。 若该电压比需值高，供给电容器组18的电压可被降低，以节省更多能量。电容 电压信号通过线62提供给模/数转换器54，以使线56上的输出也具有随电容器 组电压变化的分量。微处理器64接收来自模/数转换器54的数字输出。该输出是 温度和电容器组电压的指示，并接收来自程序引脚接口探测器70的线68上的输 入，该探测器确认发射机所安装的飞机，并告之微处理器是否需要DELM发射的较 高规格。得知温度、电容器组电压和DELM发射规格，微处理器确定(例如，根据 查表或线性方程)电源14A所需产生的最优电压，并在线72上将信号提供给数/ 模转换器74。数/模转换器产生一指示所需电压的模拟信号，并通过线78将此信 号提供给升压电源14A。

升压电源14A包括示于图4的输出电压控制电路。图4示出了一电阻80。其 第一端在输入端81连接到图3的输出线16。电阻80的第二端接至节点82。电阻 84和86串联后与电阻88并联接于节点82和地之间。节点82的电压通过如箭头 90所示的连接，供给升压电源开关控制电路(未示出)。升压电源开关控制电路用 以增加或减少输入端81处的电容器组电压，以便使连接90上的电压保持在一固 定电压值上。这里，可选择电阻80，84，86和88的大小，以便当点90处的电压 将近66V时，节点82的电压接近3V。

为根据本发明在端子81处提供改变的电压，图4提供一升压电源电路的改动。 指示供给电容器组18所需电压的图3中线78上的信号被提供在端子100上。该 信号经电阻102供给节点104。节点104通过电容106与地连接，并通过一电阻108 与串联电阻84和86之间的节点110连接。依据端子100上的信号，可向上述升 压电源电路提供一附加电压，结果节点82处的电压被改变，使升压电源开关控制 电路适当增加或减少电容器组电压，以使节点82处的电压接近3V。点81处的 电压可从+66V(当端子100上电压最小)，变化到约+55V(当端子100上电压最大)。

因此，我们已提供了通过根据温度、根据DELM发射所需最小电压及根据由特 定装备所要求的飞机规格，调节供给线性调压器的输出功率，从而用最小的功率 提供最优的性能的系统。

对于本技术领域的精通者，还可以进行许多改进和变化。例如，升压电源输 出可以许多常用方式被改变。以便向线性调压器提供结果最优电压。由此，我们 不想仅限于与所选实施例相关联的特定结构，而只想通过以下权利要求加以限制。