(57)【要約】直列のインダクタンスとキャパシタンスを有するアンテナによって送信される電波パルス列の無線周波数パルス内で周波数を急速に増減するための周波数変調スイッチング装置である。その装置は、前記インダクタンスと前記キャパシタンスを分路する対向する１つの端子対に接続された対向するブリッジ端子対を有するソリッドステートの四端子整流ブリッジ回路と、前記ブリッジ回路の対向する他の端子対の間に直列に接続された、可飽和インダクターと線形インダクターとＳＣＲスイッチとの組合せを有し、それにより前記ＳＣＲのオンの高速トリガリングが、所望の周波数変調を前記無線周波数パルス内に提供するために、前記無線周波数パルス内で対応する周波数の高速の増加又は減少をもたらす。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
直列のインダクタンスとキャパシタンスを有するアンテナによって送信される電波パルス列の無線周波数パルス内で周波数を急速に増減するための周波数変調スイッチング装置であって、その装置が、
前記インダクタンスと前記キャパシタンスを分路する対向する１つの端子対に接続された対向するブリッジ端子対を有するソリッドステートの四端子整流ブリッジ回路と、および
前記ブリッジ回路の対向する他の端子対の間に直列に接続された、可飽和インダクターと線形インダクターとＳＣＲスイッチとの組合せを有し、
前記ＳＣＲのオンの高速トリガリングが、所望の周波数変調を前記無線周波数パルス内に提供するために、前記無線周波数パルス内で対応する周波数の高速の増加又は減少をもたらす、装置。
【請求項２】
前記電波パルス列がロランＣ航法のパルスである、請求項１の装置。
【請求項３】
前記ブリッジの整流器が、前記ブリッジの各辺に対称的に配置されている、請求項２の装置。
【請求項４】
前記ＳＣＲのトリガリングが、ロランＣ航法の送信に追加されるべき通信を構成するデジタルビットに従って、ロランＣ航法の利用に影響を与えずに行われる、請求項２の装置。
【請求項５】
直列のインダクタンスとキャパシタンスを有するアンテナによって送信される無線周波数パルス内で周波数変調を行う方法であって、
２つの対向するブリッジ端子対を有するソリッドステートの四端子整流器ブリッジを、前記端子対の一方でもって前記アンテナのインダクタンスとキャパシタンスに並列に接続するステップと、
直列接続された可飽和インダクターと線形インダクターとＳＣＲスイッチを、ブリッジ回路の対向する他方の端子対の間に挿入するステップと、および
所望の周波数変調を前記無線周波数パルス内に提供するように、前記無線周波数パルス内で対応する周波数の高速の増加又は減少をもたらすために、前記ＳＣＲをオンさせるように高速トリガリングするステップを含む、方法。
【請求項６】
前記電波パルスがロランＣ航法のパルスである、請求項５の方法。
【請求項７】
前記ＳＣＲが、ロランＣ航法の送信に追加されるべき通信を構成するデジタルビットに従って、ロランＣ航法の利用に影響を与えずにトリガリングされる、請求項６の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ラジオパルス通信システム等に関し、より詳細には、好適には信号パルスの周波数変調によって搬送される信号のようなロランＣタイプ等の無線航法信号パルスで同時に伝達されるデジタル信号に関する。
【０００２】
背景
例えば、本願と共通の譲受人の米国特許第４，８００，３４１号及び米国特許第４，８２１，０３８号、並びにそれらの中で説明されている刊行物に説明されているように、種々のタイプのシステムが提案されており、無線航法信号に通信の機能を追加するために使用されている。
【０００３】
ロランＣ無線航法パルス列などに対して航法の能力とその保全性に影響を与えずに追加される通信のために、デジタルビットレート（少なくとも７０ｂｐｓから２５０ｂｐｓを超える）の拡張における大幅な改善は、２０００年４月１１日に出願された本出願人の先の同時係属特許出願番号第０９／８３３，０２２号に説明されている。
【０００４】
この同時係属出願において、ロランＣ信号は、高速でハイパワーのソリッドステートスイッチを用いて、アンテナの直列インダクタンスと直列キャパシタンスを段階的に変更することにより所定の所望の周波数間で高ＱのロランＣアンテナ周波数を同調または掃引することによって周波数変調される。
【０００５】
本出願は、係るロランＣ周波数変調等に理想的に適した新規なソリッドステートのスイッチングの方法と装置を開示する。
【０００６】
発明の目的
従って、本発明の主な目的は、ロランＣ信号等を周波数変調するためのハイパワーのスイッチングに関する新規な改善された方法を提供することである。
【０００７】
更なる目的は、係る信号に追加される通信のためにデジタルビットレートを拡張することに特に適合された係る方法を提供することである。
【０００８】
他の、および更なる目的は、以下に説明され、とりわけ添付の特許請求の範囲で詳述される。
【０００９】
概要
しかしながら、以上のことをまとめると、本発明は、直列のインダクタンスとキャパシタンスを有するアンテナによって送信される電波パルス列の無線周波数パルス内で周波数を急速に増減するための周波数変調スイッチング装置を包含する。その装置は、前記インダクタンスと前記キャパシタンスを分路する対向する１つの端子対に接続された対向するブリッジ端子対を有するソリッドステートの四端子整流ブリッジ回路と、前記ブリッジ回路の対向する他の端子対の間に直列に接続された、可飽和インダクターと線形インダクターとＳＣＲスイッチとの組合せを有し、それにより前記ＳＣＲのオンの高速トリガリングが、所望の周波数変調を前記無線周波数パルス内に提供するために、前記無線周波数パルス内で対応する周波数の高速の増加又は減少をもたらす。
【００１０】
好適なベストモードの構成と設計は後述される。スイッチは、ＳＣＲ電流が保持電流より下に低下する場合、ｒｆパルス列の終端でターンオフする。
【００１１】
さて、本発明は、添付図面に関連して説明される。
【００１２】
本発明の好適な実施形態
図１を参照すると、端子Ａ、Ｂ、ＣおよびＤを有するソリッドステートのブリッジスイッチング回路の端子ＡとＢを分路するインダクターＬが示される。インダクターＬは、アンテナ端子Ａ’とＢ’に直列に接続されている。従って、スイッチが閉じる場合、インダクターＬは短絡し、アンテナ電流周波数は、Δｆ＝（１／２）（Ｌ／ＬＡ）ｆＡだけ増加する。ここで、ＬＡは、アンテナの直列インダクタンスの合計であり、ｆＡは公称のアンテナ電流周波数である。
【００１３】
ロランＣラジオパルスｉＡのアンテナ電流は、対称辺のブリッジスイッチの対向する端子対ＡとＢの間に電圧を発生する。この全波ダイオードブリッジ（ダイオードの辺Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３およびＤ４）は、インダクターＬの両端のＡＣ電圧（無線周波数ω）を整流する。この整流された電圧は、ブリッジの対向する他の端子対ＣとＤの間に現れる。端子ＣとＤとの間には、図示されるように可飽和インダクターＬＳ１、線形インダクターＬＳ２、および高速トリガー可能なサイリスターＳＣＲが直列に接続されている。ＳＣＲが導通しない場合、電流はスイッチに流れることができず、ｉＳ＝ｉＤ１＝ｉＤ２＝ｉＤ３＝ｉＤ４＝０の状態にする。従って、スイッチは開く。
【００１４】
しかしながら、ＳＣＲがターンオンする場合、全波整流されたインダクターＬの電圧がインダクターＬＳ１とＬＳ２の間に現れる。ＬＳ１とＬＳ２がインダクターの代わりに２つの抵抗であった場合、電圧波形と電流波形は図２に示されるようになる。ここで、ｉＡはアンテナ電流を表し、ｉＳＣＲはＳＣＲを通る電流を表し、ｅＣＤはブリッジ端子ＣとＤとの間の電圧を表す。しかしながら、必要なスイッチング動作を得るために、係る抵抗の抵抗値は非常に低くなければならず、結果として非常に高いｄｉＳＣＲ／ｄｔとなり、恐らくＳＣＲの定格を超える。ＳＣＲのこのターンオンの問題は、「Method and Apparatus For Eliminating Priming and Carrier Sweep-out Losses in SCR Switching Circuits and the Like」と題する米国特許第４，２３０，９５５号に説明されている。
【００１５】
しかしながら、抵抗の代わりに可飽和インダクターと線形インダクターを使用する場合、可飽和インダクターＬＳ１は、ＳＣＲの接合領域の大部分がターンオンされるまで、ＳＣＲの突入電流を有効に遅延させる。時間遅延スイッチング手段として可飽和インダクターをそのように使用することは、上記の参照される米国特許において発見されているように、ＳＣＲのｄｉ／ｄｔ定格を増すために過去に大々的に使用されており、この技術は「プライミング」と呼ばれている。ｄｉ／ｄｔ能力の係る増大を用いても、それは、本用途の装置に必要とされているものにはほど遠い。しかしながら、ＬＳ１に別の線形インダクターＬＳ２を直列に接続することにより、ｄｉ／ｄｔは、許容できる値に低減され得る。
【００１６】
一例として、（ＬＳ１）ＳＡＴ＋ＬＳ２がＬに等しい状態にされる場合、ＳＣＲが時間０でターンオンしてアンテナのピーク電流がＩＡである時に、図３に示されるような電圧波形と電流波形が得られる。そして、アンテナ電流は、Ｌを流れる電流とＳＣＲを流れる電流（ｉＣＤ）の２つの成分に分流される。０からｔ＝π／ωまでの期間において、ｅＬはダイオードＤ２とＤ３を導通させるマイナスである。インダクタンス（ＬＳ１）ＳＡＴ＋ＬＳ２がＬに等しい状態にされるので、Ｌの両端の電圧は１／２に減少する。時間ゼロにおいて、インダクターの電流はアンテナ電流ＩＡに等しい。図３に示されるように、０からπ／ωまでの時間期間中、インダクターの電流はゼロに減少し、ＳＣＲの電流ｉＣＤはゼロからＩＡまで増加する。時間ｔ＝π／２において、インダクターの電圧はマイナスからプラスの値に移行し、それによりダイオードＤ１とＤ４が導通する。この時点で、アンテナ電流の大きさは、減少し始め、一方でＳＣＲ電流は一定のままである。全てのダイオードは、ｉＡ＜ｉＣＤである限り導通し、ブリッジの両端の電圧は非常に小さく、導通しているダイオードの電圧降下に等しい。従って、インダクターの電流が非常に低い値で一定のままであり、所望のスイッチング動作が、アンテナ電流の半サイクル未満で生じる。ＳＣＲの最大のｄｉ／ｄｔは、
（ｄｉＳＣＲ／ｄｔ）ＭＡＸ＝（１／２）ＩＡω（アンペア／秒）となる。また、波形から留意すべきは、本発明のこのスイッチング同調プロセス中に、高調波は発生せず、所望の周波数変調の周波数において必要な同調の増加が提供されることである。
【００１７】
本発明の周波数変調に対する周波数同調を増加させるために、アンテナの直列キャパシタンスは、図４のようにアンテナの直列キャパシタＣのうちの１つを短絡することにより増加される。また、スイッチはこの直列キャパシタＣの両端に接続され、スイッチがアンテナ電流のピークで閉じられる場合、電圧波形と電流波形は次のように得られる。即ち、
【００１８】
【数１】
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【００１９】
ここで、Ｌ＝ＬＳ１＋ＬＳ２
１／ＬＣ＝ω２とすることにより、結果として次に通りになる。
【００２０】
【数２】
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【００２１】
ＳＣＲが時間ゼロでターンオンされ、電流ｉＡとｉＣが、ｉＣ（０）＝ｉＡ（０）＝ＩＡのように等しい場合、図５にプロットされた電圧と電流が得られれる。
【００２２】
ダイオードブリッジの初期電流ｉＣＤ（０）とキャパシタＣの初期電圧は、共にゼロである。ＳＣＲのターンオンに続いて、電圧ｅＣ（ｔ）は、時間ｔ１＝６０／ωでピークの値まで正弦曲線的に上昇し、時間ｔ２≒１１６／ωでゼロに戻る。この正の電圧波は、時間ｔ２＝１１６／ωにおいて、ｉＣＤ（ｔ）＝（１／２）ＩＡωｔsinωｔのダイオードブリッジ電流を生じる。ダイオードブリッジ電流は、ｉＣＤ（ｔ２）≒０．９ＩＡの最大値に達する。
ｔ＞ｔ２の場合、
ｉＣ（ｔ）＝０
ｅＣ（ｔ）≒０
ｉＣＤ（ｔ２）≒０．９ＩＡである。
【００２３】
ダイオードブリッジは、アンテナ電流ｉＡ（ｔ）がダイオードブリッジ電流ｉＣＤ（ｔ）を超えるまで導通する。この事象は、ｔ３＝１７６／ωで生じる。この時点で、ダイオード電流は、
ｉＤ１（ｔ３）＝ｉＤ４（ｔ３）＝０
ｉＤ２（ｔ３）＝ｉＤ３（ｔ３）＝０．９ＩＡである。
従って、ｔ＞ｔ３の場合、ダイオードＤ１とＤ４は導通を停止し、ＬＳ１とＬＳ２の両端に電圧が発生する。
【００２４】
しかしながら、本発明に従ってブリッジのために選択されるダイオードは、低速の汎用整流器である。少数担体の再結合時間は５μｓと比較して長く、そのため、ダイオード接合のほとんど全ての少数担体は、逆ダイオード電流により一掃されなければならない。従って、ＳＣＲ電流は、ピークのアンテナ電流よりもかなり低くなることができ、依然としてスイッチは、本発明の局面（phase）に対して所望のスイッチング動作を行う。スイッチング時間はアンテナ電流の半サイクル未満である。そして、ＳＣＲの最大のｄｉ／ｄｔは、
（ｄｉＳＣＲ／ｄｔ）ＭＡＸ＝０．３２ＩＡω（アンペア／秒）となる。
【００２５】
従って、本発明の技術と回路は、本発明の高速でハイパワーのソリッドステートのブリッジスイッチングによりアンテナの直列インダクタンスＬと直列キャパシタンスＣの段階的な上述の変更によって、周波数の有効なスイッチングを提供し、所望の周波数間でアンテナに供給されるロランＣラジオパルスの周波数変調を達成する。
【００２６】
本発明はその重要なロランＣの用途に関連して説明されたが、他の無線送信システムに通信を追加するためにも有用である。また、当業者ならば、更なる修正も行うことができ、係る修正は、添付の特許請求の範囲に規定されるような本発明の思想と範囲内に入ると考えられる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の方法に従って、インダクターの両端に接続された、又はインダクターを分路する好適なソリドステートスイッチング装置の回路図であり、そのインダクターが、そのスイッチと共に、上述した周波数変調をもたらすためにアンテナ端子に直列に接続されている回路図である。
【図２】直列抵抗が図１のスイッチの直列接続された可飽和インダクターと線形インダクターとにとって代わった場合に、スイッチの動作において生じる例示的な電流波形を示す図であり、図１のインダクタースイッチングによって生じる図３の実際の電圧波形と電流波形と比較される図である。
【図３】図１のインダクタースイッチングによって生じる実際の電圧波形と電流波形の図である。
【図４】図１に類似した回路であるが、やはりアンテナ端子に直列に接続され、キャパシタを分路する本発明のスイッチを示す図である。
【図５】図４の回路の動作において生じる電圧波形と電流波形の図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際公開パンフレット】
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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【国際調査報告】
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