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

Предлагаемое устройство относится к области радиосвязи и может быть использовано в космических и наземных радиолиниях связи.

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

Недостатком этих устройств является то, что они могут быть использованы в условиях, когда параметры распространения сигналов по трасе 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 также устройство по патенту 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 является устройство по авторскому свидетельству N 1385305, представленное на фиг. 1.

Система радиосвязи содержит генератор 1 сигналов, разветвитель 2 мощности, амплитудные модуляторы 3, 4 противофазный усилитель 5, облучатели 6 и 7 передающей антенны 8, облучатели 9 и 10 приемной антенны 11, суммарно-разностный блок 12, состоящий из сумматора 13 и вычитателя 14, синхронный детектор 15, демодулятор 16 основного сообщения, амплитудный органичитель 17, фильтры 18 и 19 нижних частот (ФНЧ), блок 20 управления положением осей поляризации облучателей приемной антенны, ключ 21, фазовый детектор 22, фазовращатель 23, линии задержки 24 и 25 и компаратор 26.

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

Устройство-прототип работает следующим образом. Генератор 1 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 частотой 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, 6, выполненные в виде высокочастотных усилителей.

В модуляторах 3 и 4 амплитуда приходящих сигналов изменяется противофазно по закону передаваемых дополнительных сообщений S_д с помощью напряжений, снимаемых с парафазного усилителя 5. При этом сигналы на выходах амплитудных модуляторов 3 и 4 будут

где U₁ постоянная амплитуда,
f(t) функция изменения амплитуды сигналов, соответствующая дополнительным сообщениям S_д.

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 одно относительно другого 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 и достаточно низком уровне ограничения будет иметь вид
•cos[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
(t) = KV₀[f(t)cosα-sinα] (8)
где K коэффициент передачи синхронного детектора.

Как видно из выражения (8), сигнал S_с.д содержит постоянную составляющую, знак которой зависит от знака угла рассогласования α. В данном случае эта составляющая роста
U = -KV₀sinα (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 наложения 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.

Но данное устройство прототип имеет небольшие функциональные возможности, т. к. имеется возможность для одновременной передачи только двух источником сообщения основного S_o и дополнительного S_д.

Для устранения этого недостатка в устройство-прототип, содержащее на передающей стороне источник основной информации, разветвитель 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 со 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 соединены с управляющим входом устройства поворота поляризации, введен на передающей стороне задающий генератор, выход которого соединен со входом первого генератора сигналов (первого фазового манипулятора), фазовращатель на 90^o, вход которого соединен с выходом задающего генератора и второй генератор сигналов (второй фазовый манипулятор), вход которого соединен с выходом фазовращателя на 90^o и сумматор, два входа которого подключены к выходам первого и второго генератора сигнала, а выход соединен со входом разветвителя мощности, и два кодера ОФМ, выходы которых соединены соответственно со вторыми входами первого и второго генераторов сигнала, на приемной стороне формирователь опорного колебания, вход которого соединен с выходом амплитудного ограничителя, два перемножителя, первые входы которых соединены между собой и с выходом амплитудного ограничителя, а выход каждого из перемножителей последовательно соединен с ФНЧ и декодером ОФМ и фазовращатель на 90^o, вход которого соединен с выходом формирователя опорного колебания и вторым входом второго перемножителя, а выход подключен ко второму входу первого перемножителя.

На фиг. 2 приведена функциональная схема предлагаемого устройства, где даны обозначения: с 1 по 18 такие, как и в устройстве-прототипе; 19 задающий генератор; 20 сумматор; 21 фазовращатель на 90^o; 22 второй генератор сигналов; 23, 24 первый и второй кодеры ОФМ; 25, 30 первый и второй перемножители; 26, 31 первый и второй ФНЧ; 27, 32 первый и второй декодеры ОФМ; 28 фазовращатель на 90^o; 29 формирователь опорного колебания.

Предлагаемое устройство имеет следующие связи.

На передающей стороне задающий генератор 19, выход которого соединен со входами первого генератора сигнала 1 и фазовращателя 21 на 90^o, выход которого через второй генератор сигнала 22 соединен с одним из входов сумматора 20, второй вход которого подключен к выходу первого генератора сигнала 1, а выход сумматора 20 соединен со входом разветвителя мощности 2, два выхода которого соединены соответственно со входами первого 3 и второго 4 амплитудных модуляторов, вторые входы которых подключены к выходам парафазного усилителя 5, выходы амплитудных модуляторов соединены соответственно с первым 6 и вторым 7 облучателями передающей антенны 8 и первый 23 и второй 24 кодеры ОФМ, подключенных выходами соответственно со вторыми входами первого 1 и второго 22 генераторов сигналов.

На приемной стороне первый 9 и второй 10 возбудители приемной антенны 11 через устройство управления 18 поляризации соединены соответственно со входами сумматора 12 и вычитающего устройства 13, выход которого через синхронный детектор 14 и узкополосный ФНЧ 17 соединен с управляющим входом устройства управления поляризации 18, выход сумматора 12 через амплитудный ограничитель 15 соединен с опорным входом синхронного детектора 14, со входами первого 25 и второго 30 перемножителей и входом формирователя опорного колебания 29, выход которого соединен со вторым входом второго перемножителя 30 и через фазовращатель 29 со вторым входом первого перемножителя, выход которого через первый ФНЧ 26 подключен ко входу первого декодера ОФМ 27, а выход второго перемножителя 30 через второй ФНЧ 31 подключен ко входу второго декодера ОММ 32.

Работает предлагаемое устройство следующим образом. Задающий генератор 19 формирует исходное синусоидальное колебание с требуемыми параметрами - частотой, амплитудой, стабильностью и т. д. которое затем подается на вход первого 1 генератора сигнала непосредственно и на вход второго 22 через фазовращатель 21 на 90^o.

Информационные сигналы S₀ и S₀₁, подлежащие передаче подаются соответственно на входы первого 23 и второго 24 кодеров ОФМ (относительной фазовой манипуляции), в которых при поступлении единичного символа производится поворот фазы на 180^o и при поступлении нулевого символа фаза остается неизменной. С выходов первого 23 и второго 24 кодеров ОФМ преобразованные по фазе информационные символы поступают на вторые входы первого 1 и второго 22 генераторов сигналов, которые могут быть представлены как фазовые манипуляторы. В генераторах сигнала 1 и 22 производится манипуляция фазы синусоидальных колебаний несущей частоты, поступающих на их первые входы с задающего генератора 19, по закону информационных сигналов S₀ и S₀₁ соответственно. С выходов генераторов 1 и 22 проманипулированные по фазе сигналы поступают на сумматор 20, на выходе которого, таким образом, получается колебание несущей частоты с постоянной амплитудой, манипулированное по фазе на 0^o, 90^o, 180^o, 270^o.

Этот сигнал поступает на вход разветвителя мощности 2, где осуществляется разделение его пополам по мощности и по двум выходам, подается соответственно на входы первого 3 и второго 4 амплитудных модуляторов, на вторые входы которых поступают в противофазе информационные символы S_д с выходов парафазного усилителя 5. Дополнительная информация S_д подается на вход парафазного усилителя 5.

Cигнал, промодулированный по амплитуде в амплитудных модуляторах 3 и 4, с их выходов подается соответственно на первый 6 и второй 7 облучатели 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 одно относительно другого с линейной или круговой поляризацией.

Сигналы, излучаемые передающей антенной 8, принимаются приемной антенной 11. Ее облучатели (возбудители) 9, 10 имеют ортогональную линейную или круговую поляризацию. Приемная антенна 11 с облучателями 9, 10 выполнена аналогично передающей антенне.

Принятый сигнал с облучателей 9, 10 через устройство управления 18 положением осей поляризации облучателей приемной системы поступает на входы сумматора 12 и вычитающего устройства 13.

В сумматоре 12 сигнал, поступающий с возбудителей 9, 10 через устройство управления 18, положением осей поляризации облучателей приемной антенны поступает на входы сумматора 12 и вычитающего устройства 13.

В сумматоре 12 сигнал, поступающий с возбудителей 9, 10, суммируется с одновременным снятием амплитудной модуляции.

С выхода сумматора 12 сигнал со снятой амплитудной модуляцией через амплитудный ограничитель 15 поступает на вход синхронного детектора 14, в качестве опорного сигнала на вход формирователя опорного колебания 29, где из этого сигнала выделяется четвертая гармоника и подается на перемножитель, на второй вход перемножителя поступает сигнал с задающего генератора с частотой, равной четвертой гармонике входного сигнала. Результат перемножения через ФНЧ подается на подстройку фазы задающего генератора. Сигнал с выхода задающего генератора через делитель на 4 подается в качестве опорного на перемножители 25 и 30, причем на перемножитель 15 этот сигнал поступает через фазовращатель 28 на 90^o (Ю. Б. Окунев "Теория фазоразностной модуляции" М. "Связь", 1979 г. стр. 69, рис. 2.14), на вторые входы перемножителей 25, 30 поступает сигнал с амплитудного ограничителя 15.

С выходов перемножителей 25 и 30 через ФНЧ 26 и 31 сигнал поступает соответственно на демодуляторы ОФМ 27 и 32, на выходе которых выделяется передаваемая информация.

В вычитающем устройстве 13 осуществляется вычитание сигнала, принятого одним облучателем из сигнала, принятого вторым облучателем и, таким образом, и увеличение глубины амплитудной модуляции. Разностный сигнал с вычитающего устройства 13 поступает на сигнальный вход синхронного детектора 14, на выходе которого выделяется передаваемая дополнительная информация.

С выхода синхронного детектора 14 сигнал, кроме того, 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 повернутся так, что угол рассогласования станет равным нулю. ФНЧ 17 имеет очень узкую полосу пропускания, следовательно, он пропускает только медленно меняющиеся сигналы, обусловленные изменениями положения антенн.

Для передачи все возрастающего объема информации необходимо увеличивать скорость передачи, а также число радиоканалов, что в том и другом случаях приводит к расширению полосы рабочих частот. А как известно, в настоящее время диапазон радиочастот, начиная от самых низких ОНЧ и кончая самими высокими СВЧ, весьма перегружен. Поэтому задача выделения какого-либо участка диапазона радиочастот становится все более проблематичной. Предлагаемое же устройство позволяет в какой-то степени разрешить эту проблематичную задачу, тем, что имеется возможность передавать информацию от трех различных источников, что и является преимуществом перед устройством-прототипом. ЫЫЫ1

Использование: в космических и наземных радиолиниях связи. Сущность изобретения: устройство многоканальной радиосвязи содержит генератор 1 сигналов основных сообщений, разветвитель мощности 2, 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, детектор основных сообщений 16, узкополосный низкочастотный фильтр 17, блок поворота поляризации 18, задающий генератор 19, фазовращатели на 90 град. 21, 28, генератор сигналов 22, кодеры 23, 24, перемножители 25, 30, низкочастотные фильтры 26, 31, декодеры 27, 32, формирователь опорного колебания 29. 2 ил.

Устройство многоканальной радиосвязи, содержащее на передающей стороне фазовый манипулятор, разветвитель мощности, выходы которого соединены с 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 первого фильтра нижних частот (ФНЧ), два выхода блока управления положением осей поляризации облучателей приемной антенны соединены с соответствующими входами сумматора и вычитателя, а также синхронный детектор, выход которого соединен с входом первого ФНЧ, второй ФНЧ и фазовращатель на 90^o, отличающееся тем, что на передающей стороне введены последовательно соединенные задающий генератор, фазовращатель на 90^o, второй фазовый манипулятор, сумматор, а также введены первый и второй кодеры относительно фазовый манипуляции (ОФМ), причем выход задающего генератора соединен с входом первого фазового манипулятора, второй вход которого соединен с выходом первого кодера ОФМ, выход первого фазового манипулятора соединен с входом сумматора, выход которого соединен с входом разветвителя мощности, выход второго кодера ОФМ соединен с вторым входом второго фазового манипулятора, на приемной стороне введены первый и второй перемножители, входы которых соединены с выходом амплитудного ограничитателя, выход которого подключен к входу синхронного детектора и входу формирователя опорных колебаний, выход которого соединен с вторым входом второго перемножителя и через фазовращатель с вторым входом первого перемножителя, выход которого соединен с входом второго ФНЧ, а также введены первый и второй декодеры ОФМ и третий ФНЧ, выход второго ФНЧ соединен с входом первого декодера ОФМ, а выход второго перемножителя соединен через третий ФНЧ с входом второго декодера ОФМ, выход вычитателя соединен с вторым входом синхронного детектора.