Un sistema de potencia (100) para una antena de radar, que comprende:

un transformador multifásico (105);

una barra distribuidora común (115); y

una pluralidad de convertidores de potencia (110, 110-1, 110-2, 110-3, 110-4, 650) acoplados en paralelo a dicho transformador multifásico (105) y a dicha barra distribuidora común (115), teniendo cada uno de dichos convertidores de potencia (110, 110-1, 110-2, 110-3, 110-4, 650) una salida de potencia multipendiente característica para permitir compartir potencia por dicha pluralidad de convertidores de potencia (110, 110-1, 110-2, 110-3, 110-4, 650), en donde cada convertidor de potencia (110, 110-1, 110-2, 110-3, 110-4) comprende además:

un controlador (300) de bucle de tensión de salida;

un controlador (305) de bucle de potencia de salida;

un controlador (310) de bucle de corriente de salida;

en donde cada controlador (300) de tensión de salida, dicho controlador (305) de bucle de potencia de salida y dicho controlador (310) de bucle de corriente de salida conjuntamente proporcionan dicha salida de potencia multipendiente característica, estando dicho convertidor de potencia (110, 110-1, 110-2, 110-3, 110-4, 650) adaptado para proporcionar:

una tensión constante en un modo de tensión controlada por dicho controlador (300) de bucle de tensión de salida,

una corriente en aumento mientras que la tensión es decreciente en un modo de potencia constante controlada por dicho controlador (305) de bucle de potencia de salida, y

una corriente constante en un modo de corriente controlada por dicho controlador (310) de bucle de corriente de salida

Método y aparato para un sistema de potencia para un radar de disposición en fase.

Antecedentes del invento

Radar es un acrónimo de "radio detection and ranging" (detección y telemetría por radio). Un sistema de radar puede usarse para detectar la posición y para detectar el movimiento de objetos. Los sistemas de radar operan generalmente en la ultra alta frecuencia (UHF) o en la parte de microondas del espectro de radiofrecuencias (RF). Los sistemas de radar son ampliamente utilizados en el control del tráfico aéreo, en la navegación aérea, en la navegación marina y en sistemas de detección usados en aplicaciones militares. El radar también puede rastrear sistemas de tormentas, debido a que la precipitación refleja los campos magnéticos a ciertas frecuencias.

Los sistemas de radar usan antenas para recibir o para enviar señales de radar. En general, una antena es un dispositivo que convierte los campos de radiofrecuencias en corriente alterna (AC) o viceversa.

En señalización electrónica, una fase es una definición de la posición de un punto en el tiempo (es decir, en un instante) en un ciclo de una configuración de onda. Una configuración de onda es la representación de cómo varía la AC con el tiempo. Un ejemplo de la configuración de onda de AC es la onda sinusoidal. La onda sinusoidal representa la energía concentrada en una sola frecuencia. Por ejemplo, la corriente doméstica de uso general tiene una configuración general de onda sinusoidal a 60 Hz. Un ciclo completo está definido como 360 grados de fase. La fase puede también ser una expresión de desplazamiento relativo entre las ondas que tienen la misma frecuencia.

La diferencia de fase, también llamada ángulo de fase, en grados se define convencionalmente como un número mayor de -180 y menor de +180. El avance de fase se refiere a una onda que se produce "delante" de otra onda de la misma frecuencia. La fase retrasada se refiere a una onda que se produce "detrás" de otra onda de la misma frecuencia. Cuando dos señales difieren en la fase -90 o +90 grados, se dice que están en cuadratura de fase. Cuando dos ondas difieren en fase 180 grados (-180 es técnicamente lo mismo que +180), se dice que las ondas están en oposición de fase. La fase se expresa a veces en radianes más bien que en grados. Un radián de fase corresponde a aproximadamente 57,3 grados.

Una antena de radar de disposición en fase es un conjunto de muchas pequeñas antenas de radar que están dispuestas geométricamente de forma que sus señales enviadas y recibidas están correlacionadas en cuanto a la fase. En un sistema de radar de disposición en fase, la orientación del haz o la configuración del haz, es decir el control de la dirección de transmisión o de recepción es electrónico en vez de mecánico. El control electrónico tiene ventajas sobre el control mecánico porque la orientación del haz puede realizarse más rápidamente dando lugar a unas mayores velocidades de exploración que en los sistemas mecánicos. También, una antena de radar de disposición en fase es más fiable ya que no tiene dispositivos de posicionamiento mecánicos que se averíen.

El sistema de radar de disposición en fase típicamente tiene un grupo de elementos de antena, cada uno conectado a unos circuitos de generación y recepción de señales de radar. Cada elemento de antena radia cuando se le suministra una potencia de frecuencia de radar ("señales de impulsión por RF"), y responde a la radiación incidente de frecuencia apropiada produciendo una señal recibida. Las señales recibidas son convertidas en sentido descendente a frecuencia intermedia (IF) mezclándolas con una señal del oscilador local (LO). En transmisión, la dirección del haz de salida es controlada por la relación de fase entre las señales de impulsión por RF a los elementos de antena individuales en el conjunto. Si las señales de impulsión por RF están todas en fase entre sí, la dirección del haz de salida es perpendicular a la disposición en fase en el que la disposición de antenas es un sistema plano. Si la fase de la señal de impulsión varía linealmente con la posición del elemento de antena a través del grupo, el haz de salida está inclinado un ángulo con el grupo. Alterando la velocidad a la que varía la fase con la posición se altera la inclinación del haz de salida y proporciona la fase de la señal recibida como una función de posición del grupo. Esto puede conseguirse variando la fase LO a través del grupo, o insertando retrasos diferentes en los trayectos de la señal recibida. Un ejemplo de un sistema de potencia de la técnica anterior se describe en el documento WO 2004/029749.

En la recepción y en la transmisión, el control de la fase de la señal en cada uno de los elementos del grupo es un requisito previo para un radar de disposición en fase viable. Además, es deseable proporcionar señales de impulsión por RF limpias, esto es, que tengan una cantidad mínima de ruido, debido a que el posicionamiento preciso de la antena depende de las señales de impulsión por RF. Además, es deseable tener un suministro de potencia fiable para la fiabilidad de la antena, especialmente ya que el radar de disposición en fase se usa en situaciones críticas.

Compendio del invento

La tecnología convencional de los radares de disposición en fase no proporciona sistemas de potencia capaces de proporcionar toda la potencia a una única sección del grupo de antenas cuando es necesario, ni proporciona sistemas de potencia que compartan de forma efectiva corriente entre suministros de potencia. En un sistema de potencia de radar convencional, cada par de secciones de la antena comparte un transformador. Esta disposición tiene varias desventajas que incluyen que la potencia total primaria no está disponible para todas las secciones de la antena. Por ejemplo, cuando dos transformadores de entrada proporcionan dos canales de potencia independientes y suministran potencia a cuatro secciones de antena, solamente está disponible la mitad del sistema de potencia total a cada sección de la antena. Esta disposición convencional trabaja bien con un sistema de potencia media que opera con un ciclo de bajo rendimiento, una alta velocidad de repetición y no extrae potencia por impulsos de una fuente. En el caso del sistema de potencia de pico que opera con impulsos cíclicos largos de alto rendimiento, la disposición convencional no permite la concentración de toda la potencia primaria en una sección específica de la antena. Una segunda desventaja de la disposición convencional es que hay una participación de corriente inadecuada del suministro paralelo redundante. Un suministro de potencia que alimenta una barra distribuidora común usa una referencia ajustable para el bucle regulador de la tensión para aplicar el reparto de la corriente. Las señales que pueden ajustar la referencia incluyen un límite de corriente y una corriente mínima. Compartir corriente entre tres suministros paralelos que usan esta entrada no es óptimo y puede tener un desequilibrio tal como, por ejemplo, del 68% de la carga del primer suministro de potencia, del 31% de la carga del segundo suministro de potencia, y del 1% de la carga del tercer suministro de potencia. Este planteamiento da lugar a que se comparta la corriente de forma imperfecta, y por lo tanto se requieren más suministros de potencia. Las realizaciones del presente invento superan significativamente tales deficiencias y proporcionan métodos y aparatos para un sistema de potencia para un radar de disposición en fase con un transformador multifásico, una pluralidad de convertidores de potencia y una barra distribuidora común. La pluralidad de convertidores de potencia está conectada en paralelo al transformador multifásico y a la barra distribuidora común, y cada convertidor de potencia tiene una salida de potencia multipendiente característica para permitir que dicha pluralidad de convertidores de potencia comparta la potencia. Cada uno de los convertidores de potencia comprende un controlador de bucle de la tensión de salida, un controlador de bucle de la potencia de salida y un controlador de bucle de la corriente de salida. El controlador de bucle de tensión de salida, el controlador de la tensión de potencia de salida y el controlador de bucle de corriente de salida proporcionan conjuntamente la salida de potencia multipendiente característica del convertidor de potencia. Una tensión constante es proporcionada en un modo de tensión controlada por el controlador de bucle de tensión de salida. Se proporciona una corriente en aumento mientras que la tensión disminuye en un modo de potencia constante controlada por el controlador de bucle de potencia...

1. Un sistema de potencia (100) para una antena de radar, que comprende:

2. El sistema de potencia (100) de la reivindicación 1, en el que dicha pluralidad de convertidores de potencia (110, 110-1, 110-2, 110-3, 110-4, 650) está adaptada para cooperar a equilibrar la potencia proporcionada entre dicha pluralidad de con convertidores de potencia (110, 110-1, 110-2, 110-3, 110-4, 650).

3. El sistema de potencia (100) de la reivindicación 1 ó 2, en el que uno de dicha pluralidad de convertidores de potencia (110, 110-1, 110-2, 110-3, 110-4, 650) opera para proporcionar potencia a la antena de radar en dicho modo de tensión constante, y en el que al menos uno de dicha pluralidad de convertidores de potencia (110, 110-1, 110-2, 110-3, 110-4, 650) opera para proporcionar potencia a la antena en dicho modo de potencia constante.

4. El sistema de potencia (100) de la reivindicación 1, en el que dicha barra distribuidora común (115) es una barra distribuidora equilibrada con respecto a la puesta a tierra.

5. El sistema de potencia (100) de la reivindicación 4, en el que dicha barra distribuidora común (115) está equilibrada a +150 V y -150 V.

6. El sistema de potencia (100) de la reivindicación 1, en el que dicho convertidor de potencia (110, 110-1, 110-2, 110-3, 110-4, 650) incluye un circuito de detección (450) de averías de puesta a tierra que tiene una resistencia (220-1, 220-2) para detectar la corriente que resulta de una avería de puesta a tierra.

7. El sistema de potencia (100) de la reivindicación 6, en el que dicho circuito de detección (450) de averías de puesta a tierra incluye además dispositivos de retardo de tiempo para proporcionar un retardo de tiempo en una señal de detección de corriente a un controlador (130) del sistema de potencia generado en respuesta a una corriente en dicha resistencia de detección (220-1, 220-2), el retardo para distinguir una señal de detección de corriente procedente de un convertidor de potencia (110, 110-1, 110-2, 110-3, 110-4, 650) que tiene una avería de puesta a tierra procedente de un convertidor de potencia (110, 110-1, 110-2, 110-3, 110-4, 650) sin una avería de puesta a tierra.

8. El sistema de potencia (100) de la reivindicación 7, en el que dichos dispositivos de retardo de tiempo retardan una señal de detección de corriente procedente de dicho convertidor de potencia (110, 110-1, 110-2, 110-3, 110-4, 650) sin una avería de puesta a tierra, de forma que una señal de detección de corriente procedente de dicho convertidor de potencia (110, 110-1, 110-2, 110-3, 110-4, 650), que tiene una avería de puesta a tierra, tenga una tasa de subida más rápida.

9. El sistema de potencia (100) de la reivindicación 7, en el que dichos dispositivos de retardo de tiempo comprenden un balún (225) y una resistencia de detección (220-1, 220-2).

10. El sistema de potencia (100) de la reivindicación 6, en el que una señal de subida rápida procedente de dicha resistencia de detección (220-1, 220-2) indica que dicho convertidor de potencia (110, 110-1, 110-2, 110-3, 110-4, 650) se ha averiado, señalando de este modo al sistema de potencia para que ponga dicho convertidor fuera de la línea (110, 110-1, 110-2, 110-3, 110-4, 650).

11. El sistema de potencia (100) de la reivindicación 6, en el que dicho sistema de detección de averías (450) de cada convertidor (110, 110-1, 110-2, 110-3, 110-4, 650) genera una corriente en respuesta a una avería externa de toma de potencia, debiendo dichas corrientes combinarse en una corriente de detección de averías de puesta a tierra, comprendiendo además dicho sistema de potencia (100) un fusible (225-1, 225-2, 260-1, 260-2) caracterizado y localizado para detenerse cuando dicho fusible (225-1, 225-2, 260-1, 260-2) reciba dicha corriente de detección de avería de puesta a tierra combinada.

12. El sistema de potencia (100) de la reivindicación 1, que además comprende:

13. Un método de suministro de potencia a partir de una pluralidad de convertidores de potencia (110, 110-1, 110-2, 110-3, 110-4, 650) a una antena de radares, teniendo cada convertidor (110, 110-1, 110-2, 110-3, 110-4, 650) de la pluralidad un controlador (300) de bucle de tensión, un controlador (305) de bucle de potencia, y un controlador (310) de bucle de corriente, estando los convertidores de potencia (110, 110-1, 110-2, 110-3, 110-4, 650) acoplados en sus salidas a una barra distribuidora común DC (115), y comprendiendo el método los pasos de:

14. El método de la reivindicación 13, en el que el paso de proporcionar potencia a partir de al menos dos convertidores de potencia en modo de potencia constante comprende además los pasos de proporcionar primero potencia a partir de un convertidor que tenga la tensión de salida más alta, y después cuando disminuye el nivel de tensión en modo de potencia constante, proporcionar potencia a partir de un convertidor de dicha pluralidad (110, 110-1, 110-2, 110-3, 110-4, 650) que tenga la segunda tensión de salida más alta.

15. El método de la reivindicación 13 ó 14 que además comprende los pasos de: