РАДИОЛИНИЯ СВЧ Российский патент 1997 года по МПК H04B5/00 H04B7/15 

Изобретение относится к области радотехники и может быть использовано в ближней направленной радиосвязи на сверхвысоких частотах (СВЧ).

В связи используются симплексные (однонаправленные, реверсивные) и дуплексные (двунаправленные) радиолинии (радиостволы) [1]
На фиг. 4 изображена структурная схема симплексной радиолинии, наиболее близкой к предлагаемой радиолинии и принятой за прототип. Эта радиолиния содержит на обоих концах, как показано на фиг. 4, раздельные приемник и передатчик, как правило, работающие на одну приемопередающую антенну.

Основным недостатком аналога и прототипа является то, что обе радиолинии (радиостволы) используют функционально сложные и дорогие приемники и передатчики СВЧ. Специфическим же недостатком симплексной радиолинии является то, что во время передачи нет обратного контроля о том, что осуществляется прием информации на противоположном конце.

Сложность раздельных приемников и передатчиков в указанных аналоге и прототипе сужает возможность их широкого использования в направленной связи СВЧ между вычислительными комплексами для управления технологическими процессами и многого другого.

Из радиолокации известен прием совмещения в одном устройстве (автодин) функций приема и передачи, что позволило реализовать чрезвычайно простые ближние радиолокаторы (автодинные РЛС), получившие широкое использование не только в военной технике, но и в народном хозяйстве [2]
В радиосвязи подобное упрощение радиоканала не известно. Целью настоящего предложения является упрощение радиолинии путем совмещения приема и передачи и обеспечения непрерывности контроля приема при передаче.

Для обеспечения этой цели предлагается радиолиния СВЧ, включающая разнесенные приемопередатчики. Согласно предложению приемопередатчики выполнены в виде ретрансляторов радиосигналов, каждый из которых содержит направленную антенну, соединенную с усилителем СВЧ отражательного типа на диоде Ганна, встроенного в волновод, к анодной цепи которого подключены параллельно ключевой модулятор и фильтр нижних частот (ФНЧ) устройства обработки сигналов, причем источник питания подключен последовательно через ключевой модулятор, а полоса ФНЧ Δf связана с величиной запаздывания радиосигнала между приемопередатчиками τ_з и временем установления t_уст колебаний соотношением

Сочетание отличительных признаков и свойства предлагаемой радиолинии из литературы не известны, поэтому они соответствуют критериям новизны и изобретательного уровня.

На фиг. 1 приведена функциональная схема предлагаемой радиолинии; на фиг. 2 теоретическая модель радиолинии; на фиг. 3 фото макета радиолинии; на фиг. 4 функциональная схема известной симплексной радиолинии.

Предлагаемая радиолиния, также относящаяся к симплексным радиолиниям (фиг. 1), содержит два разнесенных в пространстве приемопередатчика, в которых приемник и передатчик совмещены в одном устройстве.

Каждый приемопередатчик содержит направленную приемо-передающую антенну 1, волновод 2, встроенный в волновод 2 твердотельный усилитель (генератор) СВЧ отражательного типа 3 на диоде Ганна. К анодной цепи усилителя 3 параллельно подключены ключевой модулятор 4 и фильтр нижних частот устройства обработки сигналов 5. Источник питания подключен к анодной цепи усилителя 3 последовательно через ключевой модулятор 4. Каждый приемопередатчик представляет собой усилитель ретранслятор, который совмещает в одном устройстве функции приема и передачи.

Теоретической моделью подобного радиоствола служит приведенная на фиг. 2 система с задержанной обратной связью (ЗОС) [3] в том числе в распределенном (а) и суммированном (приведенном) (б) виде.

Такая модель в суммированном (приведенном) виде содержит элемент усиления (>), равный разности между усилением ретрансляторов и потерями в пространстве (2Р), между входом и выходом которого включена линия задержки с запаздыванием 2τ_з, равным запаздыванию сигнала между приемопередатчиками в прямом и обратном направлении.

Так как суммарное усиление радиолинии превышает потери при распространении, то система с ЗОС (автогенератор с ЗОС) имеет положительную обратную связь (G >1), при которой за время установления t_уст происходит возбуждение радиолинии на СВЧ.

Время установления автоколебаний автогенератора с ЗОС определяется формулой

где N_у число циклов циркуляции с усилением P_ш между ретрансляторами;
P_ш и P_o уровень шума и выходного сигнала в режиме насыщения ретранслятора сигналов;
G коэффициент обратной связи.

Как показывают экспериментальные исследования автогенераторов ЗОС (систем запоминания частоты) время установления автоколебаний при реальных значениях P_ш, P_o, G и реальной неравномерности амплитудно-частотной характеристики не превышает 10 20 циклов циркуляций первоначального шума (P_ш).

Так как данная радиолиния ориентирована на ближнюю связь (сотни метров), то время установления автоколебаний не превышает десятки микросекунд, т.е. бит информации может быть передан со скоростью примерно сотни микросекунд. Полоса ФНЧ-5 Δf соответствует скорости передачи бита информации

Предлагаемая радиолиния (радиоствол) работает следующим образом.

Примем, что первоначальное направление связи от первого ретранслятора ко второму. В этом случае ключ 4₂ находится во включенном положении, при котором на усилитель СВЧ 3 подается питание и он принимает излучение первого ретранслятора. На передающем конце ключевой модулятор 4₁ от оконечной аппаратуры модулируют низкочастотным модулирующим сигналом, например, путем манипуляции питающего напряжения. Собственные шумы усилителя СВЧ 3₁ излучаются на приемный конец радиолинии, где они усиливаются и переизлучаются обратно, замыкая первый цикл циркуляции шума.

Процесс циркуляции шума продолжается до возбуждения автоколебаний между двумя ретрансляторами. При размыкании ключа 4₁ автоколебания срываются. Таким образом, сформировался и передан на приемный конец один бит информации. Аналогичным путем осуществляется передача последующих битов и всего объема информации.

Прием на втором ретрансляторе осуществляется следующим образом.

Так как при передаче на выходе усилителя 3₂ присутствует радиосигнал автогенерации, то он детектируется этим усилителем, с его анода выделяется фильтром нижних частот (ФНЧ) 5₂ и далее поступает на устройство обработки сигналов.

В предлагаемой радиолинии передача невозможна, если информация не принимается, тем самым непосредственно осуществляется контроль приема в описываемом типе симплексной радиолинии.

Смена направления связи требует замыкания ключа 4₁ и манипуляции низкочастотным сигналом связи ключом 4₂. Предлагаемая радиолиния обладает следующими технико-экономическими преимуществами по отношению к прототипу:
большей (примерно вдвое) функциональной простотой, так как совмещены в одном устройстве приемник и передатчик;
непосредственным контролем приема при передаче.

В Ростовском НИИ радиосвязи разработан и испытан макет радиолинии в диапазоне 36,5 ГГц (фиг. 3), подтвердивший отмеченные преимущества.

Источники информации.

1. Куликов В. В. Современные системы беспроволочной дальней связи. М. Наука, 1968, с. 34.

2. Сколник М. Введение в технику радиолокационных систем. М. Мир, 1965.

3. Гоноровский И. С. Радиотехнические цепи и сигналы. М. Сов. радио, 1967.

Изобретение относится к радиосвязи и может быть использовано для связи между вычислительными комплексами, управления технологическими процессами. Радиолиния СВЧ включает разнесенные приемопередатчики. Согласно предложению приемопередатчики представляют собой ретрансляторы радиосигналов, каждый из которых содержит направленную антенну, соединенную с усилителем СВЧ отражательного типа на диоде Ганна, к анодной цепи которого параллельно подключены ключевой модулятор и фильтр нижних частот (ФНЧ) устройства обработки сигналов, причем полоса ФНЧ Δf связана с величиной запаздывания радиосигнала τ₃ между приемопередатчиками и временем установления автоколебаний t_уст в радиолинии соотношением
4 ил.

Радиолиния СВЧ, включающая разнесенные приемопередатчики, отличающаяся тем, что приемопередатчики представляют собой ретрансляторы радиосигналов, каждый из которых содержит направленную антенну, соединенную с усилителем СВЧ отражательного типа на диоде Ганна, к анодной цепи которого параллельно подключены источник питания и фильтр нижних частот устройства обработки сигналов, причем источник питания подключен к анодной цепи диода последовательно через ключевой модулятор, а полоса пропускания фильтра нижних частот Δf связана с величиной запаздывания радиосигнала τ_з между приемопередатчиками и временем установления автоколебаний t_уст в радиолинии соотношением

где t_уст ~ 2τ₃(10-20).х