专利名称：用于脉冲发射机的动态补偿线性调压器的制作方法
技术领域：
本发明的背景1、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)脉冲发生机。
2、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毫秒的时间段以大约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(Modes)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—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毫秒时间发送数据串。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或更多毫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—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，该调压器典型地向发射机提供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)。
随着新型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A/D转换器、微处理器和D/A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)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15V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1250毫秒，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毫秒，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，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毫秒或更长时间。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，内部温度监测器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上产生随探测器50所探测温度幅值变化的数字信号。图3还示出了电压探测器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A/D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A/D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。D/A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。
权利要求
在本发明的实施例中所声明的专有特性或权利定义如下1、在具有电源、与该电源相连接的电容器组、与电容器组相连接的线性调压器和与线性调压器相连接的发射机的脉冲发射机系统中，改进包括—用于探测电容器组温度并由此产生指示该温度的输出信号的温度传感器；及—用于由温度传感器接收信号，并根据温度值产生一调整信号的处理器；及—与电源相连以接收调整信号并根据所检测温度改变电源输出的电路。
2.根据权利要求1的装置，还包括一电压监测器，以产生一指示一电压要求的输出到该处理器，以便使该电路接收根据电压要求的调节信号，并根据它改变电源输出。
3.根据权利要求1的装置，还包括一用以向处理器输出指示发射机要求的引脚接口模块，以便该电路根据发射机要求接收一个调节信号，并根据其改变电源输出。
4.根据权利要求2的装置，还包括一用以向处理器输出指示发射机要求的引脚接口模块，以便该电路根据发射机要求接收一个调节信号，并根据其改变电源输出。
5.根据权利要求4的装置，其中温度检测器、电压监测器和引脚接口模块的输出独立地提供给处理器，以使调节信号随温度、电压要求和发射要求改变，该电路并据此改变电源的输出。
6.根据权利要求5的装置，其中温度传感器和电压监测器的输出被从模拟信号转换成数字信号，以提供给处理器。
7.根据权利要求6的装置，其中调节信号被从数字信号转换成模拟信号，以提供给相应电路。
8.根据权利要求1的装置，其中该发射机能够产生一串DELM应答的发射。
9.根据权利要求8的装置，其中DELM应答可能持续长达多于2000毫秒。
10.根据权利要求9的装置，其中供给发射机的电压可为40伏。
11.根据权利要求3的装置，其中脉冲发射机系统安装于飞机上，且发射要求取决于飞机类型。
12.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，此方法包括以下各步A)探测电容器组的环境温度；及B)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。
13.权利要求12的方法还包括以下各步C)探测电容器组上的电压；及D)当电容器组上最小电压高于一预定值时，调节源的输出，以减小电容器组上的电压。
14.权利要求12的方法中，发射机安装于飞机上，该方法还包括以下各步E)检测发射机所安装的飞机的类型；及F)调整源的输出，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。
15.权利要求13的方法中，该发射机安装于飞机上，该方法还包括以下各步E)检测发射机所安装的飞机的类型；及F)调整源的输出，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。
全文摘要
一根据调压器的温度、发射所要求的最小电压和特定飞机装置的要求改变脉冲发射机的线性调压器的供电电压,以减小调压器内的热量耗散问题的系统。
文档编号H04B1/04GK1187914SQ96194772
公开日1998年7月15日 申请日期1996年11月15日 优先权日1995年11月21日
发明者詹姆斯·R·特罗克塞尔, 保罗·W·施维尔曼 申请人:霍尼韦尔公司