УСТРОЙСТВО МНОГОКАНАЛЬНОЙ РАДИОСВЯЗИ Российский патент 1996 года по МПК H04B7/22 

Изобретение относится к радиосвязи и может быть использовано в космических и наземных радиолиниях связи.

Известны устройства с использованием поляризационной модуляции радиосигналов, в частности с эллиптической поляризацией волны путем изменения параметров эллипса поляризации (К.Г. Гусев, А.Д. Филатов, А.П. Соболев. Поляризационная модуляция. М. Сов. радио, 1974, с. 63 161).

Недостатком этих устройств является то, что они могут быть использованы в условиях, когда параметры распространения сигналов по трассе и взаимное положение передающей и приемной антенн постоянны, т.к. в противном случае возникает большой уровень взаимных помех между отдельными каналами радиолинии. Однако в большинстве практических случаев изменяются как параметры распространения сигналов, так и взаимное расположение антенн.

Известно устройство (патент США N 4087818), в котором повторное использование частоты в условиях изменения параметров среды распространения сигналов и взаимного положения антенн достигается за счет обеспечения ортогональности по поляризации двух передаваемых одновременно сигналов с круговой или линейной поляризацией. Эта ортогональность поддерживается с помощью автоматической цепи в виде замкнутого контура регулирования с применением специальных пилот-сигналов. Оно содержит передающее устройство, формирующее два сигнала с одинаковой частотой и ортогональные поляризации волны, приемное устройство, обеспечивающее раздельный прием указанных сигналов за счет их ортогональной поляризации.

Однако это устройство, в силу высоких требований к необходимой точности обеспечения ортогональности по поляризации передаваемых сигналов, имеет сложную систему автоподстройки. Кроме того, реализация этого устройства требует специальной дополнительной линии связи.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому объекту является устройство по авт. св. N 1385305, принятое за прототип.

На фиг. 1 приведена функциональная схема устройства-прототипа, где приняты следующие обозначения: 1 генератор сигналов основных сообщений (фазовый манипулятор); 2 разветвитель мощности; 3, 4 амплитудные модуляторы; 5 противофазный усилитель; 6, 7 облучатели передающей антенны; 8 передающая антенна; 9, 10 облучатели приемной антенны; 11 приемная антенна; 12 сумматор; 13 вычитающее устройство; 14 синхронный детектор; 15 амплитудный ограничитель; 16 демодулятор основных сообщений; 17 - узкополосный низкочастотный фильтр (УФНЧ); 18 блок управления положением осей поляризации облучателей приемной антенны.

Демодулятор 16 основного сообщения состоит из фазового детектора (ФД) 27, ФНЧ 28 и генератора управляемого напряжением (ГУН) 29.

Система работает следующим образом.

Генератор формирует синусоидальный сигнал, модулированный по частоте или фазе основными сообщениями, который имеет вид
U_c(t) = Ucos[ωt+Φ(t)] (1)
где U постоянная амплитуда сигнала;
Φ(t) функция изменения фазы сигнала, соответствующая частотной или фазовой модуляции.

Этот сигнал поступает на разветвитель мощности 2, где осуществляется разделение мощности сигнала пополам и выдается соответственно по двум выходам на амплитудные модуляторы 3, 4, выполненные в виде высокочастотных усилителей.

В модуляторах 3 и 4 амплитуда приходящих сигналов изменяется противофазно по закону передаваемых дополнительных сообщений Sg с помощью напряжений, снимаемых с парафазного усилителя 5. При этом сигналы на выходах амплитудных модуляторов 3 и 4 будут
U₃(t) = U₁[1+f(t)]cos[ωt+Φ(t)] (2)
U₄(t) = U₁[1-f(t)]cos[ωt+Φ(t)] (3)
где U₁ постоянная амплитуда;
f(t) функция изменения амплитуды сигналов, соответствующая дополнительным сообщениям.

Сигналы (2) и (3) поступают на входы облучателей 6 и 7 передающей антенны 8, которая может быть реализована в виде зеркальной антенны с двумя облучателями или в виде вибраторных антенн с соответствующими возбудителями. Облучатели 6 и 7 создают поля с ортогональной одна относительно другой линейной или круговой поляризацией. Сигналы, излучаемые передающей антенной 8 принимаются приемной антенной 11. Ее облучатели (возбудители) 9 и 10 имеют ортогональную линейную или круговую поляризацию. Приемная антенна 11 с облучателями 9 и 10 выполнена аналогично передающей.

На выходе облучателей 9 и 10 приемной антенны 11 получим сигнал


Эти сигналы поступают на входы сумматора 12 и вычитающего устройства 13, при этом на выходе сумматора 12 получим

а на выходе вычитающего устройства 13

Сигнал (6) с выхода сумматора 12 поступает на вход амплитудного ограничителя 15, на выходе которого при угле рассогласования < 45^o и достаточно низком уровне ограничения будет иметь вид
U_огр= V_огрcos[ωt+Φ(t)] (7)
где V_огр эффективная амплитуда ограниченного сигнала.

Сигнал (7) подается на синхронный детектор 14 в качестве опорного и одновременно на демодулятор 16 основных сообщений. На сигнальный вход синхронного детектора 14 поступает сигнал с вычитающего устройства 13.

На выходе синхронного детектора 14 в области низких частот получим сигнал
U_c.д= U_-(t)U_огр(t) = KV_o[f(t)cosα-sinα] (8)
где K коэффициент передачи синхронного детектора.

Как видно из выражения (8) сигнал S_c.д содержит постоянную составляющую, знак которой зависит от знака угла рассогласования. В данном случае эта составляющая равна
U₌= =KV_osinα (9)
Эта составляющая выделяется с помощью низкочастотного узкополосного фильтра 17 и подается на устройство управления 18 положением осей поляризации облучателей (возбудителей), которое повернет облучатели так, что угол α станет равным нулю. При рассогласовании в другую сторону (угол a - отрицательный) указанная составляющая будет положительной, облучатели будут повернуты в противоположную сторону.

Низкочастотный узкополосный фильтр 17 имеет полосу пропускания значительно меньшую по сравнению с шириной полосы спектра функции f(t), так что он может пропускать только медленно меняющиеся сигналы, обусловленные изменениями взаимного положения антенн.

Устройство управления 18 положением осей поляризации облучателей приемной антенны с помощью напряжения, поступающего с фильтра 17 устраняет рассогласование между поляризацией приходящих сигналов и поляризацией облучателей приемной антенны. При этом система регулирования работает по принимаемому сигналу, несущему информацию о передаваемых сообщениях.

Устройство-прототип имеет небольшие функциональные возможности, так как имеется возможность для одновременной передачи только двух источников сообщения основного d_o и дополнительного δ_д.

Для устранения этого недостатка в устройство-прототип, содержащее на передающей стороне источник основной информации, разветвителя мощности, два выхода которого соединены соответственно с входами первого и второго амплитудных модуляторов, вторые входы которых подключены к выходам парафазного усилителя, на вход которого подается первая дополнительная информация, а выходы амплитудных модуляторов соединены с облучателями передающей антенны, на приемной стороне два облучателя (возбудителя) приемной антенны через устройство поворота поляризации соединены с входами сумматора и вычитателя, выход которого соединен с сигнальным входом синхронного детектора, второй (опорный) вход которого через амплитудный ограничитель подключен к выходу сумматора, выход синхронного детектора через узкополосный ФНЧ соединен с управляющим входом устройства поворота поляризации, введено на передающей стороне задающий генератор, выход которого соединен с входом первого генератора сигналов, фазовращатель на 90^o и второй генератор сигналов, вход которого соединен с выходом фазовращателя на 90^o, сумматор, два входа которого подключены соответственно с выходами первого и второго генераторов сигнала, а выход соединен с входом разветвителя мощности и последовательно соединенные формирователь тактовых импульсов, счетчик и коммутатор, выход которого соединен с входом парафазного усилителя, а выход генератора тактовых импульсов, кроме того, подключен к второму входу коммутатора, а входы генератора тактовых импульсов и фазовращателя на 90^o соединены между собой и с выходом задающего генератора; два источника информации, выходы которых подключены соответственно к вторым входам двух генераторов сигналов, а их синхронизирующие входы через элемент задержки подключены к выходу счетчика на приемной стороне второй амплитудный ограничитель, вход которого соединен с выходом синхронного детектора, а выход через генератор опорных частот подключен к второму входу второго умножителя и через фазовращатель на 90^o к второму входу первого умножителя, первые входы первого и второго умножителей объединены и подключены к выходу первого амплитудного ограничителя, выходы первого и второго ограничителей соединены соответственно с входами первого и второго полосовых фильтров, с выходов которых снимается информация.

На фиг. 2 приведена функциональная схема предлагаемого устройства, где приняты следующие обозначения: 1 15, 17 и 18 то же, что и на фиг. 1; 16, 29 первый и второй умножители, соответственно; 19 задающий генератор; 20 - сумматор; 21, 27 фазовращатели на 90^o; 22 второй генератор сигнала; 23 формирователь тактовых импульсов; 24 счетчик; 25 коммутатор; 26 - второй амплитудный ограничитель; 28 генератор опорных частот; 30, 31 - полосовые фильтры; 32, 33 первый и второй источники информации; 34 элемент задержки.

Предлагаемое устройство имеет следующие функциональные связи.

На передающей стороне выход задающего генератора 19 через первый генератор сигналов 1 соединен с первым входом сумматора 20 и через фазовращатель на 90^o 21 и второй генератор сигналов 22 с вторым входом того же сумматора, а также через формирователь тактовых импульсов 23 соединен с входом счетчика 24 и первым входом коммутатора 25, второй вход которого подключен к выходу счетчика, выход коммутатора 25 соединен с входом парафазного усилителя 5, два выхода которого соединены соответственно с вторыми входами первого 3 и второго 4 амплитудных модуляторов, первые входы которых соединены с выходами разветвителя мощности 2, вход которого подключен к выходу сумматора 20, выходы первого 3 и второго 4 амплитудных модуляторов соединены соответственно с первым 6 и вторым 7 облучателями передающей антенны 8, первый 32 и второй 33 источники информации, выходы которых соединены с вторыми входами первого 1 и второго 22 генераторами сигналов соответственно, а их синхронизирующие входы через элемент задержки 34 подключены к выходу счетчика 24; на приемной стороне первый 9 и второй 10 облучатели (возбудители) приемной антенны 11 через устройство управления 18 подключены к двум входам сумматора 12 и двум входам вычитателя 13, выход которого соединен с сигнальным входом синхронного детектора 14, опорный вход которого через первый амплитудный ограничитель 15 соединен с выходом сумматора 12, выход синхронного детектора 14 через узкополосный ФНЧ 17 соединен с управляющим входом устройства поворота поляризации 18, а через второй амплитудный ограничитель 26 и генератор опорных частот 28 соединен с вторым входом второго умножителя 29 и через фазовращатель 27 с вторым входом первого умножителя 16, первые входы первого 16 и второго 29 умножителей соединены между собой и с выходом первого амплитудного ограничителя 15, а выходы этих умножителей соединены соответственно с входами первого 30 и второго 31 полосовых фильтров, с выходов которых снимается информация.

Генератор 23 тактовых импульсов формирует прямоугольные тактовые импульсы из синусоидальных колебаний несущей частоты, поступающих с задающего генератора 19, которые затем поступают на вход счетчика 24 и один из входов коммутатора 25. Счетчик, насчитав n импульсов, обнуляется и выдает на выход импульс, который, проходя элемент задержки 34, задерживается в нем на длительность одного (или нескольких) импульса, который затем поступает на управляющие входы первого 32 и второго 33 источников информации. Задержка этого разрешающего импульса (синхроимпульса) необходима для того, чтобы за это время импульс обнуления со счетчика переключил коммутатор 25 и пропустил на его выход один (или несколько) тактовый импульс с формирователя 23. Этот импульс (или несколько импульсов) подаются на парафазный усилитель 5, откуда в противофазе по двум выходам поступает на вторые входы первого 3 и второго 4 амплитудных модуляторов. В течение этого времени на первые входы этих модуляторов поступает сигнал несущей частоты с разветвителя мощности, который в этих амплитудных модуляторах модулируется по амплитуде синхроимпульсом противофазно и затем излучается в пространство. Этот импульс на приемной стороне используется как синхронизирующий для генератора опорных колебаний 28. Задающий генератор 19 вырабатывает колебания несущей частоты с требуемыми параметрами: амплитудой, стабильностью частоты и т.д. которые затем подаются на вход первого генератора сигнала 1, а через фазовращатель 21 на 90^o на вход второго генератора 22. На вторые входы первого 1 и второго 22 генераторов сигнала подаются информационные символы, соответственно, ИНФ.1 и ИНФ. 2. В этих генераторах производится манипуляция фазы на 180^o колебаний несущей частоты, по закону соответствующих информационных символов. С выходов первого 1 и второго 22 генераторов сигналов, проманипулированные по фазе сигналы поступают на сумматор 20, на выходе которого, таким образом, получаются колебания несущей частоты с постоянной амплитудой, манипулированные по фазе на 0^o, 90^o, 180^o и 270^o. Этот сигнал поступает на разветвитель мощности 2, где осуществляется разделение его пополам по мощности и каждая половина мощность этого сигнала поступает соответственно на входы первого 3 и второго 4 амплитудных модуляторов.

Сигнал дополнительной информации ИНФ.3 после прохождения через коммутатор 25 подается на вход парафазного усилителя 5, с выходов которого в противофазе подается на входы первого 3 и второго 4 амплитудных модуляторов. В этих амплитудных модуляторах ФМ колебания несущей частоты модулируются по амплитуде по закону следования дополнительной информации ИНФ.3 и с помощью передающей антенны 8 излучается в пространство.

Передающая антенна 8 с облучателями 6 и 7 может быть реализована в виде зеркальной антенны с двумя облучателями или в виде вибраторных антенн с соответствующими возбудителями. Облучатели 6 и 7 создают поля с ортогональной одна относительно другой линейной или круговой поляризацией.

Принимается сигнал приемной антенной 11 с облучателями (возбудителями) 9, 10, которые имеют ортогональную линейную или круговую поляризацию. Приемная антенна 11 с облучателями 9, 10 может быть выполнена аналогично передающей.

Принятый сигнал через устройство управления 18 положением осей поляризации облучателей поступает на входы сумматора 12 и вычитающего устройства 13. В сумматоре 12 сигналы, принятые на первый 9 и второй 10 возбудители приемной антенны 11 складываются, а в вычитающем устройстве 13, соответственно, вычитаются. Кроме того, в сумматоре 12 при суммировании сигнала амплитудная модуляция сглаживается, а в вычитающем устройстве 13 подчеркивается. С выхода вычитающего устройства 13 сигнал поступает на вход синхронного детектора 14, в качестве опорного сигнала, для которого используется сигнал с выхода амплитудного ограничителя 15, подаваемого на его вход с выхода сумматора 12. С выхода синхронного детектора 14 снимается дополнительная информация, т.е. ИНФ.3. Кроме того, с выхода этого же синхронного детектора поступает на узкополосный ФНЧ 17, в котором выделяется постоянная составляющая, знак которой зависит от знака угла рассогласования между поляризацией приходящих сигналов и поляризацией облучателей приемной антенны. Эта постоянная составляющая подается на устройство 18 управления положением осей поляризации возбудителей, с помощью которой облучатели 9 и 10 повернутся так, что угол рассогласования станет равным нулю. ФНЧ 17 имеет очень узкую полосу пропускания, следовательно, он пропускает только медленно меняющиеся сигналы, обусловленные изменениями взаимного положения антенн.

С выхода амплитудного ограничителя 15 ФМ сигнал, кроме того, подается на входы первого 16 и второго 29 умножителей, на вторые входы которых подается сигнал с генератора 28 опорной частоты, причем на первый перемножитель 16 через фазовращатель 27 на 90^o. В результате умножения ФМ сигнала на сигнал опорной частоты, частота которого равна несущей частоте передатчика, на выходе полосовых фильтров 30 и 31 выделяется передаваемая информация ИНФ.2 и ИНФ.1 соответственно.

Для фазирования частоты сигнала генератора 28 опорной частоты с несущей частотой приходящего сигнала, на выходе второго 26 амплитудного ограничителя выделяется синхроимпульс, с помощью которого производится синхронизация по фазе сигнала опорного генератора 28.

Таким образом, предлагаемое устройство позволяет расширить функциональные возможности, заключающиеся в передаче трех различных информаций при использовании того же частотного канала, что и в устройстве-прототипе, что и является его преимуществом по сравнению с устройством-прототипом.

Использование: в космических и наземных радиолиниях связи. Сущность изобретения: устройство содержит генераторы 1, 22 сигналов, разветвитель 2 мощности, амплитудные модуляторы 3, 4, парафазный усилитель 5, облучатели передающей антенны 6, 7, передающую антенну 8, облучатели приемной антенны 9, 10, приемную антенну 11, сумматоры 12, 20, вычитающий блок 13, синхронный детектор 14, амплитудный ограничитель 15, 26, умножители 16, 29, ФНЧ 17, блок управления положением осей поляризации, задающий генератор 19, фазовращатели на 90^o 21, 27, формирователь тактовых импульсов 23, счетчик 24, коммутатор 25, генератор 28 опорных частот, полосовые фильтры 30, 31, источники информации 32, 33, элемент задержки 34. 2 ил.

Устройство многоканальной радиосвязи, содержащее на передающей стороне фазовый манипулятор, разветвитель мощности, выходы которого соединены со входами первого и второго амплитудных модуляторов, выходы которых соединены с облучателями передающей антенны, и фазоинверсный усилитель, выходы которого соединены с вторыми входами амплитудных модуляторов, а на приемной стороне блок управления положением осей поляризации облучателей приемной антенны, два входа которого соединены с облучателями приемной антенны, а управляющий вход соединен с выходом фильтра нижних частот (ФНЧ), два выхода блока управления положением осей поляризации облучателей приемной антенны соединены с соответствующими входами сумматора и вычитателя, выход сумматора соединен с входом амплитудного ограничителя, а также синхронный детектор, выход которого соединен с входом ФНЧ, и фазовращатель на 90^o, отличающееся тем, что на передающей стороне введены последовательно соединенные задающий генератор, фазовращатель на 90^o, второй фазовый манипулятор и сумматор, выход которого соединен со входом разветвителя мощности, выход задающего генератора соединен с входом первого фазового манипулятора, выход которого соединен с вторым входом сумматора, а также введены последовательно соединенные формирователь тактовых импульсов, счетчик и коммутатор, выход которого соединен с входом фазоинверсного усилителя, также введены первый и второй источники информации и линия задержки, выход которой через первый источник информации соединен с вторым входом первого фазового манипулятора, а через второй источник информации с вторым входом второго фазового манипулятора, выход счетчика соединен с входом линии задержки, выход формирователя тактовых импульсов соединен с управляющим входом коммутатора, на приемной стороне введены последовательно соединенные второй амплитудный ограничитель, генератор опорных частот и фазовращатель на 90^o, а также первый и второй перемножители и первый и второй полосовые фильтры, выход первого амплитудного ограничителя через соответствующие первый и второй перемножители подключен ко входу второго амплитудного ограничителя, выход генератора опорных частот и фазовращателя на 90^o подключены соответственно ко вторым входам первого и второго перемножителей.