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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft eine Energiebereitstellungseinheit für eine Wanderfeldröhre, einen Wanderfeldröhrenverstärker mit einer solchen Energiebereitstellungseinheit und eine Radarsystem mit einem Wanderfeldröhrenverstärker, insbesondere einem Wanderfeldröhrenverstärker mit einer genannten Energiebereitstellungseinheit.
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Technischer Hintergrund
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Wanderfeldröhren (auch travelling wave tube, TWT) bzw. Wanderfeldröhrenverstärker (auch travelling wave tube amplifier, TWTA) werden genutzt, um elektrische Signale zu verstärken. Sie erreichen hohe Verstärkungsfaktoren und können hohe Leistungen abgeben. Aus diesem Grunde werden Wanderfeldröhrenverstärker oftmals als Teil von Kommunikationsstrecken genutzt, z. B. Satellitenfunkstrecken, oder auch als Bestandteil von Radarsystemen, um ein Primärsignal zu generieren und auszusenden, welches als Sekundärsignal von Objekten im Umfeld des Radarsystems reflektiert wird und der Umgebungsabbildung dient.
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Wanderfeldröhren werden typischerweise mit Hochspannungen betrieben (1000 Volt oder größer). Diese Hochspannungen werden durch die Energiebereitstellungseinheit aus einer Niederspannung generiert und der Wanderfeldröhre bereitgestellt. Die Niederspannung wird durch die umgebende Komponente (z. B. Satellit oder Radarsystem) bereitgestellt. Wird die Wanderfeldröhre eingeschaltet oder ausgeschaltet, kann es durch die großen Lastsprünge bedingt durch eine schlagartige Veränderung der Leistungsaufnahme zu Einbrüchen der Hochspannung kommen. Je nach Ausgestaltung der Energiebereitstellungseinheit sind eine Reglereinheit und ein Eingangsfilter vorgesehen, um die Schwankungen der Hochspannung davon abzuhalten, auf die Niederspannung zu wirken und damit das Bordnetz der umgebenden Komponente zu beeinflussen.
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Um Rückwirkungen von Hochspannungsschwankungen auf die Niederspannung so gering wie möglich zu halten, kann es erforderlich sein, komplexe und aufwändige Eingangsfilter und Regler vorzusehen.
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Zusammenfassung
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Es kann als Aufgabe der Erfindung betrachtet werden, den Aufwand für und die Komplexität der Energiebereitstellungseinheit, insbesondere der Eingangsfilter und der Regler für die Kopplung zwischen Niederspannung und Hochspannung, zu reduzieren.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche. Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen und aus der folgenden Beschreibung.
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Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung ist eine Energiebereitstellungseinheit für eine Wanderfeldröhre angegeben. Die Energiebereitstellungseinheit ist ausgeführt, eine an einer Niederspannungsschnittstelle anliegende erste Spannung in eine an einer Hochspannungsschnittstelle abgebbare zweite Spannung zu wandeln, wobei die zweite Spannung höher ist als die erste Spannung und wobei die zweite Spannung einer geforderten Betriebsspannung der Wanderfeldröhre entspricht. Die Energiebereitstellungseinheit ist weiter ausgeführt, über eine Signaleingangsschnittstelle ein Signalmuster zu empfangen und ein Steuersignal für den Betrieb der Wanderfeldröhre basierend auf dem Signalmuster über eine Steuerschnittstelle an die Wanderfeldröhre auszugeben. Die Energiebereitstellungseinheit ist weiter ausgeführt, bei einem Wechsel einer Betriebsart der Wanderfeldröhre das Steuersignal schrittweise dem an der Signaleingangsschnittstelle anliegenden Signalmuster anzugleichen.
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Die Energiebereitstellungseinheit wie hierin beschrieben ist insbesondere für eine gepulste Wanderfeldröhre in einem Radarsystem geeignet. Die zweite Spannung ist im Bereich mehrerer Kilovolt (kV), z. B. zwischen 3.000 Volt und 15.000 Volt.
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Gepulste Wanderfeldröhren werden beispielsweise in Radarsystemen verwendet. Ein Radarsystem sendet ein Primärsignal aus und empfängt Reflexionen (sog. Sekundärsignale) dieses Primärsignals von Objekten. Basierend auf den Sekundärsignalen kann ein Abbild der Umgebung erstellt werden. Zum Generieren des Primärsignals kann eine gepulste Wanderfeldröhre verwendet werden. Die gepulste Wanderfeldröhre sendet eine Signalfolge (Primärsignal) aus, wobei die Signalfolge eine Mehrzahl von Signalen ist, welche z. B. als aufeinanderfolgende Pulse gesendet werden. Zwischen zwei aufeinanderfolgenden Pulsen des Primärsignals ist eine Unterbrechung von gleichbleibender oder variierender Dauer (je nach gewünschter Signalfolge). Die Pulse der Signalfolge können von gleichbleibender oder variierender zeitlicher Dauer sein.
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Das Primärsignal wird von der Wanderfeldröhre gemäß dem Steuersignal generiert. Dabei wird das Primärsignal, also das ausgesendete hochfrequente (HF) Signal, insbesondere basierend auf dem Steuersignal und einem HF-Puls generiert, wobei das Steuersignal die Wanderfeldröhre aktiviert und ein an einem HF-Eingang der Wanderfeldröhre anliegender HF-Puls verstärkt wird. Das Steuersignal wiederum wird von der Energiebereitstellungseinheit gemäß dem Signalmuster generiert, welches der Energiebereitstellung von außen zugeführt wird. Im Falle einer gepulsten Wanderfeldröhre in einem Radarsystem wird das Signalmuster von dem Radarsystem vorgegeben und die Energiebereitstellungseinheit erzeugt darauf basierend ein Steuersignal für die Wanderfeldröhre. Das an der Signaleingangsschnittstelle anliegende Signalmuster ist also ein Sollwert für die Ausgestaltung des Primärsignals, wohingegen das Steuersignal basierend auf diesem Sollwert erstellt wird, um das entsprechende Primärsignal durch die Wanderfeldröhre zu generieren.
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Die Wanderfeldröhre wiederum greift auf die Hochspannung zurück um ein Primärsignal gemäß dem Steuersignal zu erzeugen. In anderen Worten definiert das Steuersignal einen Zeitraum, in welchem der an dem HF-Eingang der Wanderfeldröhre anliegende HF-Puls verstärkt wird. Dabei kann die Dauer des Steuersignals während des Betriebs der Wanderfeldröhre geringfügig länger sein als die Dauer des an dem HF-Eingang anliegenden HF-Pulses.
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Im Zusammenhang dieser Beschreibung werden unter dem Begriff der Betriebsart der Wanderfeldröhre insbesondere die beiden Zustände eingeschaltet und ausgeschaltet verstanden und voneinander unterschieden. In dem eingeschalteten Zustand wird das Primärsignal basierend auf dem Steuersignal generiert; dieser Zustand kann auch als gepulster Zustand bezeichnet werden, da in diesem Zustand das Primärsignal als gepulstes Signal gesendet wird. Auch umfasst der eingeschaltete Zustand den Fall, dass zwischen zwei Primärsignalpulsen für eine begrenzte Zeitdauer kein Primärsignal generiert und ausgesendet wird. In dem eingeschalteten Zustand kann die zweite Spannung auf einem vorgegebenen Sollwert sein, d. h. dass die zweite Spannung bereitgestellt wird, unabhängig davon, ob die Wanderfeldröhre auf diese zurückgreift, um das Primärsignal zu generieren. Es sei darauf hingewiesen, dass die Wanderfeldröhre von einer Mehrzahl von Versorgungsspannungen versorgt werden kann. In dem ausgeschalteten Zustand wird kein Primärsignal generiert, insbesondere ist die zweite Spannung in diesem Zustand nicht bereitgestellt.
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Erfolgt nun ein Wechsel der Betriebsart, wird also die Wanderfeldröhre (und mit dieser die Energiebereitstellungseinheit) aus dem ausgeschalteten Zustand in den eingeschalteten Zustand versetzt (oder umgekehrt), so wird das Steuersignal nicht unmittelbar und direkt gemäß dem an der Signaleingangsschnittstelle anliegenden Signalmuster erzeugt, sondern es erfolgt eine schrittweise oder kontinuierliche Angleichung des Steuersignals an das vorgegebene Signalmuster. Eine solche Angleichung betrifft insbesondere die Ausgestaltung des Steuersignals in zeitlicher Hinsicht und betreffend seine Stärke (Amplitude bzw. Intensität) im Vergleich zu dem vorgegebenen Signalmuster. Handelt es sich bei dem Steuersignal um ein gepulstes Signal, so kann eine schrittweise Angleichung insbesondere bedeuten, dass die genannten Parameter des Steuersignals mit jedem Puls so variiert werden, dass sich die Ausgestaltung eines Steuersignalpulses der Ausgestaltung eines Signalmusterpulses nähert.
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Bei einer gepulsten Wanderfeldröhre ist die Leistungsaufnahme maßgeblich von der Einschaltdauer und der Amplitude des Signalmusters (kann auch als Höhe der Gridspannung bezeichnet werden, welche als Signalmuster von einem Radarsystem vorgegeben wird) abhängig. Bei ausgeschalteter Gridspannung nimmt die Wanderfeldröhre keine Leistung auf, d. h. die Energiebereitstellungseinheit befindet sich hinsichtlich ihrer abzugebenden Leistung im Leerlauf. Wird nun die Gridspannung entsprechend dem Signalmuster ein- und ausgeschaltet, also die Wanderfeldröhre aus dem ausgeschalteten Zustand in den gepulsten Zustand versetzt, entspricht das einem Lastsprung an der Energiebereitstellungseinheit von Leerlauf auf Volllast. Das hat üblicherweise zur Folge, dass die Hochspannung einbrechen kann, da die Energiebereitstellungseinheit eine gewisse Zeit erfordert, um entsprechend nach zu regeln. Es kann jedoch gefordert sein, die Hochspannung (zweite Spannung) innerhalb einer gewissen Grenze (Toleranz) zu halten. Dies kann beispielsweise durch einen schnellen Regler erreicht werden, wobei ein schneller Regler zur Folge haben kann, dass die Eingangsseite (erste Spannung) der Energiebereitstellungseinheit ebenfalls Schwankungen in der aufgenommenen Leistung ausgesetzt ist, was nicht erwünscht sein kann.
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Um diese Nachteile zu überwinden, ist vorgesehen, dass das Steuersignal bei einem Wechsel der Betriebsart der Wanderfeldröhre dem Signalmuster angenähert wird, um einen Lastsprung der Wanderfeldröhre und somit einen Einbruch der Hochspannung an der Hochspannungsschnittstelle zu vermeiden. Indem das Signalmuster nicht unmittelbar in ein korrespondierendes Steuersignal umgesetzt und an die Wanderfeldröhre weitergegeben wird, erhöht sich die Last an der Hochspannungsschnittstelle kontinuierlich, so dass der resultierende Lastsprung (und damit der Hochspannungseinbruch) abgemildert wird.
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Beim Einschalten der Wanderfeldröhre und der Energiebereitstellungseinheit wird ein Steuersignal erzeugt, welches zu einer ansteigenden Leistungsaufnahme der Wanderfeldröhre führt, bis die Leistung erreicht ist, welche von dem Signalmuster gefordert ist, sodann wird das Steuersignal unmittelbar gemäß dem Signalmuster erzeugt. Umgekehrt wird beim Ausschalten der Wanderfeldröhre und der Energiebereitstellungseinheit ein Steuersignal erzeugt, welches sich (trotz nicht mehr vorhandenem Signalmuster an der Signaleingangsschnittstelle) schrittweise dem Null-Pegel nähert, wodurch ebenfalls ein starker Lastsprung vermieden wird.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist die Energiebereitstellungseinheit ausgeführt, bei einem Wechsel der Betriebsart der Wanderfeldröhre eine Pulsdauer des Steuersignals schrittweise der Pulsdauer des an der Signaleingangsschnittstelle anliegenden Signalmusters anzugleichen.
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Die Pulsdauer beeinflusst maßgeblich die Leistungsaufnahme durch die Wanderfeldröhre. Wird die Pulsdauer zu Beginn eines Betriebszustands (beim Einschalten oder beim Ausschalten) nicht schlagartig auf die Pulsdauer des Signalmusters (also auf den Sollwert) gesetzt, kann dies das Ausmaß des Lastsprungs an der Hochspannungsschnittstelle senken. Die Energiebereitstellungseinheit kann eine Steuereinheit aufweisen, welche ausgeführt ist, das Steuersignal zu erzeugen und die Pulsdauer der Pulse des Steuersignals zu variieren.
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In einer Anfangsphase einer Betriebszustands wird das Steuersignal an das vorgegebene Signalmuster angeglichen. Entweder wird das Steuersignal beim Einschalten so angepasst, dass die abgegebene Leistung schrittweise erhöht wird, bis das Steuersignal dem Signalmuster entspricht oder das Steuersignal wird beim Ausschalten, insbesondere nach dem Ausschalten, schrittweise gegen null abgesenkt, so dass die abgegebene Leistung schrittweise reduziert wird. In jedem Fall wird also ausgehend von dem Steuersignal des aktuellen Zustands (eingeschaltet oder ausgeschaltet) ein dem Signalmuster des anderen Zustands entsprechendes Steuersignal (ausgeschaltet bzw. eingeschaltet) schrittweise angenähert, und zwar während einer Anfangsphase des neuen Betriebszustands.
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Die Anfangsphase eines Betriebszustands kann als Signalangleichsphase bezeichnet werden, welche insbesondere die Dauer für das Angleichen des Steuersignals an das Signalmuster, bis das Steuersignal dem Signalmuster entspricht bzw. bis der durch das Signalmuster vorgegebene Sollwert erreicht ist, beschreibt. Während dieser Signalangleichsphase kann die Dauer des Steuersignals kürzer sein als die Dauer des an dem HF-Eingang der Wanderfeldröhren anliegenden HF-Pulses, um damit die an dem HF-Eingang aufgenommene Leistung zu reduzieren.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Energiebereitstellungseinheit ausgeführt, bei einem Wechsel der Betriebsart der Wanderfeldröhre eine Amplitude des Steuersignals schrittweise der durch das Signalmuster vorgegebenen nominellen Amplitude anzugleichen.
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Alternativ oder zusätzlich zu der Erhöhung der Pulsdauer des Steuersignals in der Signalangleichsphase (die Dauer für das Angleichen des Steuersignals an das Signalmuster, bis das Steuersignal dem Signalmuster entspricht bzw. bis der durch das Signalmuster vorgegebene Sollwert erreicht ist) kann die Amplitude (insbesondere ein Spannungspegel der Pulse) schrittweise mit jedem Puls angepasst werden.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Energiebereitstellungseinheit ausgeführt, bei einem Einschalten der Wanderfeldröhre das Steuersignal schrittweise dem an der Signaleingangsschnittstelle anliegenden Signalmuster anzugleichen, indem nach dem Einschalten und während einer Signalangleichsphase eine an die Wanderfeldröhre abgegebene Leistung gemäß dem Steuersignal erhöht wird.
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Das Steuersignal beeinflusst die von der Wanderfeldröhre aufgenommene Leistung. Ist nun das Steuersignal zu Beginn der Signalangleichsphase nach dem Einschalten der Wanderfeldröhre niedrig (niedrige Pulsdauer und/oder niedrige Amplitude), so ist der Lastsprung an der Hochspannungsschnittstelle der Energiebereitstellungseinheit gering. Ebenso wird der Lastsprung bzw. die Lastveränderung durch eine schrittweise Annäherung (während der Pulsfolge des Steuersignals nähert sich dieses weiter dem vorgegebenen Signalmuster) des Steuersignals an das vorgegebene Signalmuster gering gehalten. In einer Ausführungsform kann die Angleichung so erfolgen, dass die Amplitude und/oder die Dauer jedes n-ten Pulses (wobei n eine natürliche Zahl größer oder gleich 2 ist) an das vorgegebene Signalmuster angeglichen wird. Damit kann der Lastanstieg verlangsamt werden, indem beispielsweise jeder dritte Puls angeglichen wird und die jeweils folgenden zwei Pulse dem unmittelbar vorangehenden Puls entsprechen.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Energiebereitstellungseinheit ausgeführt, bei einem Ausschalten der Wanderfeldröhre das Steuersignal schrittweise zu reduzieren, indem nach dem Ausschalten und während einer Signalangleichsphase eine an die Wanderfeldröhre abgegebene Leistung reduziert wird bis die abgegebene Leistung auf null sinkt.
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Um beim Ausschalten der Wanderfeldröhre (d. h. dass die Energiebereitstellungseinheit schlagartig keine Leistung mehr an die Wanderfeldröhre abgibt bzw. die Wanderfeldröhre keine Leistung mehr von der Energiebereitstellungseinheit aufnimmt) keine schlagartige, hohe Lastveränderung hervorzurufen, gibt die Energiebereitstellungseinheit trotz nicht mehr anliegendem Signalmuster von außen weiterhin ein Steuersignal an die Wanderfeldröhre ab, damit die von der Wanderfeldröhre aufgenommene Leistung schrittweise reduziert wird, bis diese bei null ankommt.
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Die Energiebereitstellungseinheit ist also so ausgeführt, dass eine erste Signalangleichsphase zu Beginn des Betriebs der Wanderfeldröhre und/oder eine zweite Signalangleichsphase nach dem Ende des Betriebs der Wanderfeldröhre bereitgestellt wird, wobei in beiden Signalangleichsphasen das Steuersignal einen durch ein vorgegebenes Signalmuster angezeigten Sollwert schrittweise annimmt. Jede dieser beiden Signalangleichsphasen kann beispielsweise jeweils eine Dauer von einigen μs (1 × 10–6 Sekunden) bis zu einigen ms (1 × 10–3 Sekunden), z. B. 1 bis 10 ms haben und zwischen 5 und 15 Pulse aufweisen, je nach angegebener Pulswiederholrate.
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Während der ersten Signalangleichsphase können also die ersten 5 bis 15 Pulse des Steuersignals schrittweise erhöht werden, bis dann ab dem nächsten auf die Signalangleichsphase folgenden Puls das Steuersignal dem vorgegebenen Signalmuster entspricht. In einem Radarsystem wird das geforderte Primärsignal erst nach der Signalangleichsphase bereitstehen. Durch die sehr kurze Dauer der Signalangleichsphase ist diese Verzögerung in den meisten Verwendungsfällen vernachlässigbar. Während der zweiten Signalangleichsphase wird nach dem Ausschalten der Wanderfeldröhre das zuletzt anliegende Signalmuster als schrittweise reduziertes Steuersignal ausgegeben. In anderen Worten wird diese zweite Signalangleichsphase an das Ende des Betriebs der Wanderfeldröhre angehangen, wohingegen die erste Signalangleichsphase naturgemäß erst nach dem Einschalten der Wanderfeldröhre bereitgestellt werden kann.
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Das Signalmuster kann beispielsweise eine Pulswiederholrate von etwa 100 Hertz bis zu einigen kHz (z. B. 1 bis 25 kHz) haben, wobei die Signalangleichsphase sich auf bis zu 20 Pulse, insbesondere 5 bis 15 Pulse, ausdehnen kann.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist ein Wanderfeldröhrenverstärker angegeben, welcher eine Energiebereitstellungseinheit wie oben und im Folgenden beschrieben und eine Wanderfeldröhre aufweist. Dabei ist die Wanderfeldröhre mit der Steuerschnittstelle und der Hochspannungsschnittstelle der Energiebereitstellungseinheit gekoppelt, so dass eine über die Hochspannungsschnittstelle aufgenommene Leistung gemäß einem über die Steuerschnittstelle empfangenen Steuersignal erfolgt.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist handelt es sich bei dem Wanderfeldröhrenverstärker um einen gepulsten Wanderfeldröhrenverstärker.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist ein Radarsystem angegeben, aufweisend eine Radarsteuereinheit und einen Wanderfeldröhrenverstärker mit einer Energiebereitstellungseinheit und einer Wanderfeldröhre, wobei der Wanderfeldröhrenverstärker mit der Radarsteuereinheit so gekoppelt ist, dass ein Signalmuster von der Radarsteuereinheit an den Wanderfeldröhrenverstärker abgegeben werden kann, wobei der Wanderfeldröhrenverstärker weiter ausgeführt ist, ein Primärsignal gemäß dem Signalmuster der Radarsteuereinheit zu generieren und auszusenden und wobei die Radarsteuereinheit ausgeführt ist, das Signalmuster beim Wechsel einer Betriebsart des Wanderfeldröhrenverstärkers während einer Signalangleichsphase einem Sollwert schrittweise zu nähern.
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Betreffend die Betriebsart des Wanderfeldröhrenverstärkers gilt das oben bereits Geschriebene mit Bezug zu der Energiebereitstellungseinheit und der Wanderfeldröhre. Die Radarsteuereinheit generiert das Signalmuster so, dass hier bereits berücksichtigt wird, dass beim Wechsel der Betriebsart des Wanderfeldröhrenverstärkers keine schlagartigen, großen Lastsprünge erfolgen. Der in diesem Zusammenhang genannte Sollwert kann sich insbesondere auf die Dauer und die Amplitude eines Pulses beziehen.
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In anderen Worten wird während der Signalangleichsphase die Form und/oder Dauer der Pulse schrittweise an den Sollwert der Pulse herangeführt, womit grundsätzlich nichts anderes erfolgt als bei der Angleichung des Steuersignals an das Signalmuster, wie es mit Bezug zu der Energiebereitstellungseinheit detailliert beschrieben wurde (die Erläuterungen betreffend die Leistungsaufnahme durch die Wanderfeldröhre und die Ausgestaltung des Steuersignals gelten aus diesem Grunde analog für das Radarsystem und die Ausgestaltung des Signalmusters).
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Damit wird durch diese Ausgestaltung der Radarsteuereinheit eine ähnliche Wirkung erzielt wie durch die Angleichung des Steuersignals der Energiebereitstellungseinheit an das Signalmuster, nämlich eine Vermeidung von großen Lastsprüngen durch einen Betriebsartwechsel der Wanderfeldröhre.
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Die Radarsteuereinheit fordert ein Primärsignal bei dem Wanderfeldröhrenverstärker an, indem ein Signalmuster ausgegeben wird und der Wanderfeldröhrenverstärker ein entsprechendes Primärsignal generiert und als gepulstes Signal aussendet, damit diese Pulse als Sekundärsignal von Objekten im Detektionsumfeld des Radarsystems reflektiert werden.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist die Radarsteuereinheit ausgeführt, Pulse des Signalmusters nach dem Einschalten des Wanderfeldröhrenverstärkers während einer Signalangleichsphase schrittweise in ihrer Dauer zu verlängern und/oder deren Amplitude zu erhöhen.
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Dies führt zu einer schrittweisen Erhöhung der von der Wanderfeldröhre bei einem Wechsel der Betriebsart (hier: einschalten) aufgenommenen Leistung, so dass die resultierenden Lastsprünge an der Hochspannungsschnittstelle der Energiebereitstellungseinheit gering gehalten werden.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Radarsteuereinheit ausgeführt, Pulse des Signalmusters nach dem Ausschalten des Wanderfeldröhrenverstärkers während einer Signalangleichsphase schrittweise in ihrer Dauer zu verkürzen und/oder deren Amplitude zu senken.
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Dies führt zu einer schrittweisen Absenkung der von der Wanderfeldröhre bei einem Wechsel der Betriebsart (hier: ausschalten) aufgenommenen Leistung, so dass die resultierenden Lastsprünge an der Hochspannungsschnittstelle der Energiebereitstellungseinheit gering gehalten werden.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist der Wanderfeldröhrenverstärker des Radarsystems ein Wanderfeldröhrenverstärker wie oben beschrieben, d. h. aufweisend eine oben und im Folgenden beschriebene Energiebereitstellungseinheit.
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Damit kann einerseits das Signalmuster der Radarsteuereinheit eine Signalangleichsphase aufweisen, und andererseits das von der Energiebereitstellungseinheit generiert Steuersignal diesem Signalmuster während der Signalangleichsphase schrittweise angenähert werden. Diese Kombination kann dazu führen, dass die Leistungsaufnahme zu Beginn der Signalangleichsphase noch geringer ausfällt.
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Ein Aspekt der Energiebereitstellungseinheit und der Radarsteuereinheit kann wie folgt beschrieben werden:
Das Signalmuster (die Ansteuerimpulse) werden innerhalb der Energiebereitstellungseinheit (auch: electronic power conditioner, EPC) während der Signalangleichsphase langsam erhöht, sie sind geringer als gefordert (beim Einschalten) bzw. langsam gesenkt, sie sind überhaupt noch da, selbst wenn nicht mehr gefordert (beim Ausschalten). Hierzu kann die Steuereinheit der Energiebereitstellungseinheit oder die Radarsteuereinheit eine entsprechende Schaltung aufweisen, z. B. ausgestaltet als ASIC (application specific integrated circuit, anwendungsspezifische integrierte Schaltung) oder FPGA (field programmable gate array, programmierbarer logischer Schaltkreis). Diese Ausgestaltung der Signalangleichsphasen kann als Softstart (beim Einschalten) oder Softstop (beim Ausschalten) bezeichnet werden und kann in der Energiebereitstellungseinheit oder einer der Energiebereitstellungseinheit vorgelagerten Komponente, z. B. in der Radarsteuereinheit, erfolgen. Damit wird ein nicht sprunghafter Anstieg der TWT-Last ermöglicht. Hierdurch werden insbesondere die dynamischen Anforderungen an den Regler in der Energiebereitstellungseinheit deutlich vereinfacht und das Einschwingverhalten der geregelten Hochspannung wird verbessert.
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Kurze Beschreibung der Figuren
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Nachfolgend wird anhand der beigefügten Zeichnungen näher auf Ausführungsbeispiele der Erfindung eingegangen. Die Figuren sind schematisch und nicht maßstabsgetreu. Es zeigen:
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1 ein Radarsystem mit einem Wanderfeldröhrenverstärker aufweisend eine Energiebereitstellungseinheit gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
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2 eine Signalangleichsphase mit variierender Pulsdauer sowie eine qualitativ dargestellte Leistungsaufnahme durch die Wanderfeld röhre;
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3 eine Signalangleichsphase mit variierender Amplitude sowie eine qualitativ dargestellte Leistungsaufnahme durch die Wanderfeld röhre;
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4 eine Signalangleichsphase mit variierender Pulsdauer und variierender Amplitude sowie eine qualitativ dargestellte Leistungsaufnahme durch die Wanderfeldröhre.
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Detaillierte Beschreibung von Ausführungsbeispielen
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1 zeigt ein Radarsystem 1, welches eine Radarsteuereinheit 20 und einen Wanderfeldröhrenverstärker 10 aufweist. Der Wanderfeldröhrenverstärker 10 weist eine Energiebereitstellungseinheit 100 und eine Wanderfeldröhre 200 auf.
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Die Energiebereitstellungseinheit 100 weist eine Niederspannungsschnittstelle 102 zum Anschluss an ein Energieversorgungsnetz (nicht gezeigt) des Radarsystems und eine Hochspannungsschnittstelle 162 zum Bereitstellen von Energie an die Wanderfeldröhre 200 auf. Auf einem ersten Funktionsstrang zum Wandeln der Niederspannung in eine Hochspannung weist die Energiebereitstellungseinheit 100 einen Eingangsfilter 140, eine Reglereinheit 150 und eine Hochspannungserzeugungseinheit 160 auf. Es sei darauf hingewiesen, dass diese Funktionen in anderen Ausführungsbeispielen teilweise entfallen oder zumindest zwei von ihnen in einem einzelnen Funktionsblock kombiniert werden können.
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Die Radarsteuereinheit 20 ist mit der Energiebereitstellungseinheit 100 über eine Signaleingangsschnittstelle 104 gekoppelt, über welches das Signalmuster zum Erzeugen des Primärsignals durch die Wanderfeldröhre 200 übermittelt wird. Ein zweiter Funktionsstrang ist vorgesehen, das Signalmuster von der Radarsteuereinheit 20 in ein Steuersignal umzusetzen und an die Wanderfeldröhre zu leiten. Auf diesem Funktionsstrang weist die Energiebereitstellungseinheit 100 einen Signalempfänger 120, eine Steuereinheit 110 und eine Modulatoreinheit 130 auf. Es sei darauf hingewiesen, dass diese Funktionen in anderen Ausführungsbeispielen teilweise entfallen oder zumindest zwei von ihnen in einem einzelnen Funktionsblock kombiniert werden können.
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Wie bereits weiter oben beschrieben kann sowohl die Radarsteuereinheit 20 als auch die Steuereinheit 110 der Energiebereitstellungseinheit 100 ausgeführt sein, eine Pulsdauer und/oder eine Amplitude des Signalmusters bzw. des Steuersignals in einer Signalangleichsphase bei einem Wechsel der Betriebsart der Wanderfeldröhre schrittweise zu erhöhen bzw. zu senken um einen großen Lastsprung an der Hochspannungsschnittstelle 162 zu vermeiden.
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Ebenfalls von der Radarsteuereinheit 20 wird ein von der Wanderfeldröhre 200 zu verstärkendes HF-Signal über den HF-Eingang 202 an die Wanderfeldröhre gesendet. Dieses HF-Signal wird gemäß dem Steuersignal an Steuerschnittstelle 132 und den Hochspannungen an der Hochspannungsschnittstelle 162 verstärkt und als Primärsignal an dem HF-Ausgang 204 ausgesendet.
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Die 2 bis 4 zeigen wie die Steuereinheit 110 das Steuersignal an der Steuerschnittstelle 132 ausgehend von einem gleichbleibenden Signalmuster an der Signaleingangsschnittstelle 104 während einer Signalangleichsphase variieren kann. Die Figuren zeigen in dem jeweils oberen und mittleren Diagramm den Spannungsverlauf 304 über der Zeit 302 und das untere Diagramm zeigt die Leistungsaufnahme der Wanderfeldröhre über die Hochspannungsschnittstelle 162 über der Zeit.
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Das jeweils obere Diagramm zeigt das Signalmuster an der Signaleingangsschnittstelle 104. Dies ist als periodisches gepulstes Signal dargestellt mit den einzelnen gleichen Pulsen 104A, 104B, 104C und 104D.
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Das jeweils mittlere Diagramm zeigt das generierte Steuersignal, welches an der Steuerschnittstelle 132 anliegt. Das Steuersignal weist die Pulse 132A, 132B, 132C und 132D auf.
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Im mittleren Diagramm der 2 ist dargestellt, dass die Pulsdauer des Steuersignals zunimmt, also die Pulse 132A, 132B, 132C und 132D breiter werden. Die hier gezeigten vier Pulse könnten die Signalangleichsphase darstellen, wobei der nächste Puls (der fünfte Puls) dann dem fünften Puls des Signals an der Signaleingangsschnittstelle entspricht.
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In den unteren Diagramm der 2 ist die Leistungsaufnahme für die beiden Fälle des oberen und mittleren Diagramms gezeigt. Mit dem Bezugszeichen 104 versehen ist die Leistungsaufnahme, welche sich ergibt wenn als Steuersignal das Signalmuster an der Signaleingangsschnittstelle direkt weitergegeben wird, also ohne Reduzierung der Leistungsaufnahme. Es ist erkennbar, dass hier zu Beginn der Betriebsart ein hoher Leistungssprung stattfindet. Im Gegensatz dazu erhöht sich die Leistungsaufnahme im Fall der Nutzung einer Signalangleichsphase langsam und schrittweise und nicht mit einem großen Sprung, siehe Bezugszeichen 132.
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Eine ähnliche Darstellung ist der 3 zu entnehmen, wobei hier im Gegensatz zu 2 bei dem Steuersignal statt der Pulsdauer die Amplitude variiert wird. Es ist zu sehen, dass die Amplitude der Pulse 132A, 132B, 132C und 132D schrittweise erhöht wird bis die Amplitude 134 (Sollwert) erreicht ist.
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Die Leistungsaufnahme an der Hochspannungsschnittstelle zeigt sich qualitativ vergleichbar zu 2.
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In 4 ist in dem mittleren Diagramm gezeigt, dass die Pulse 132A, 132B, 132C und 132D sowohl in ihrer Pulsdauer 133 als auch in ihrer Amplitude 134 während der Signalangleichsphase variiert werden.
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In den 2 bis 4 ist der Fall des Einschaltens der Wanderfeldröhre dargestellt. Für den Fall des Ausschaltens wird von einem hohen Wert (Pulsdauer und oder Amplitude der Pulse 132A, 132B, 132C und 132D) auf einen niedrigen Wert reduziert, d. h. umgekehrt als in den 2 bis 4 dargestellt.
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Es sei darauf hingewiesen, dass die Erläuterungen hinsichtlich der Ausgestaltung des Steuersignals auch auf eine Signalangleichsphase des Signalmusters an der Signaleingangsschnittstelle 104 zutreffen, für den Fall dass die Radarsteuereinheit 20 das Signalmuster am Anfang oder am Ende des eingeschalteten Zustands langsam einem Sollwert nähert.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Radarsystem
- 10
- Wanderfeldröhrenverstärker
- 20
- Radarsteuereinheit
- 100
- Energiebereitstellungseinheit
- 102
- Niederspannungsschnittstelle
- 104
- Signaleingangsschnittstelle
- 110
- Steuereinheit
- 120
- Signalempfänger
- 130
- Modulatoreinheit
- 132
- Steuerschnittstelle
- 133
- Pulsdauer
- 134
- Amplitude
- 140
- Eingangsfilter
- 150
- Reglereinheit
- 160
- Hochspannungserzeugungseinheit
- 162
- Hochspannungsschnittstelle
- 200
- Wanderfeldröhre
- 202
- HF-Eingang
- 204
- HF-Ausgang
- 300
- Leistungsaufnahme
- 302
- Zeit
- 304
- Spannung/Amplitude
