ЛИНИЯ РАДИОСВЯЗИ С ПОВТОРНЫМ ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЧАСТОТЫ Российский патент 2003 года по МПК H04B7/22 

Описание патента на изобретение RU2204209C1

Предлагаемое устройство относится к области радиосвязи и может быть использовано в космических и наземных системах радиосвязи с повторным использованием частоты.

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. Сопалев "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 трассе и взаимное положение передающей и приемной антенн постоянны, так как 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 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 со взаимно ортогональной поляризацией волны. Приемное устройство обеспечивает 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 радиосвязи с повторным использованием частоты" по а.с. 1141979, принятое за прототип.

На фиг.1 приведена функциональная схема устройства-прототипа, где обозначено:
1 - генератор сигналов основных сообщений;
2 - разветвитель мощности;
3, 4 - первый и второй амплитудные модуляторы;
5 - парафаэный усилитель;
6, 7 - первый и второй облучатели передающей антенны;
8 - передающая антенна;
9, 10 - первый и второй 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;
18 - устройство поворота поляризации.

Устройство-прототип имеет следующие функциональные связи.

На передающей стороне выход генератора сигналов основных сообщений 1 соединен со входом разветвителя мощности 2, первый и второй выходы которого соединены с высокочастотными входами амплитудных модуляторов 3 и 4 соответственно, вторые входы которых соединены соответственно с первым и вторым выходами парафазного усилителя 5, вход которого присоединен к источнику дополнительной информации Sд, выходы первого 3 и второго 4 амплитудных модуляторов соединены соответственно с первым 6 и вторым 7 облучателями передающей антенны 8; на приемной стороне выход первого 9 и второго 10 облучателей приемной антенны 11 соединены соответственно со входами устройства 18 поворота поляризации, два выхода которого присоединены к двум входам сумматора 12 и вычитающего устройства 13. Выход сумматора 12 через ограничитель 15 соединен со входами демодулятора 16 основных сообщений и синхронного детектора 14, второй вход которого соединен с выходом вычитающего устройства 13, а выход синхронного детектора 14 через узкополосный низкочастотный фильтр 17 присоединен к управляющему входу устройства 18 поворота поляризации.

Работает устройство-прототип следующим образом.

Генератор 1 формирует сигнал основных сообщений, модулированный по фазе основным сообщением, который имеет вид
Uc(t) = U•cos[ωt+ϕ(t)], (1)
где Uc - постоянная амплитуда сигнала;
ϕ(t) - функция изменения фазы сигнала, соответствующая фазовой модуляции основными сообщениями So.

Этот сигнал поступает на разветвитель мощности 2, где осуществляется разделение его мощности пополам и каждая половина выдается соответственно по двум выходам на амплитудные модуляторы 3 и 4. В этих модуляторах амплитуда приходящих сигналов изменяется противофазно по закону передаваемых дополнительных сообщений Sд 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 Sд.

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, которые излучает передающая антенна 6, принимаются приемной антенной 11. Ее облучатели (возбудители) 9 и 10 имеют также ортогональную линейную или круговую поляризацию. Приемная антенна 11 с возбудителями 9 и 10 выполнена аналогично передающей.

На выходах 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 сигналы

а на выходе вычитающего устройства 13

Сигнал (6) с выхода сумматора 12 поступает на вход амплитудного ограничителя 15, на выходе которого при угле рассогласования |α|<45o и достаточно низком уровне ограничения будет иметь вид
Uогр = Vогр•cos[ωt+ϕ(t)], (8)
где Vогр - эффективная амплитуда ограниченного сигнала.

Сигнал (8) подается на синхронный детектор 14 в качестве опорного сигнала и одновременно на демодулятор 16 основных сообщений.

На сигнальный вход детектора 14 поступает сигнал (7) с вычитающего устройства 13. На выходе синхронного детектора 14 в области низких частот получим сигнал
U = U-(t)Uогр(t) = KV0[f(t)•cosα-sinα], (9)
где К - коэффициент передачи синхронного детектора.

Как видно из выражения (9), сигнал U содержит постоянную составляющую, знак которой зависит от знака угла рассогласования α. В данном случае эта составляющая равна
U= = KV0sinα,
которая выделяется с помощью низкочастотного узкополосного фильтра 17 и подается на устройство управления положением осей поляризации облучателей (возбудителей) 18, которое повернет облучатели так, что угол α станет равным нулю.

При рассогласовании в другую сторону (угол α - отрицательный) указанная составляющая будет положительной и 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.

Основная информация So снимается с демодулятора 16 основных сообщений, а дополнительная Sд снимается с синхронного детектора 14.

Недостатком устройства-прототипа является низкая помехозащищенность по отношению к сосредоточенным по спектру помехам, так как при наличии на его входе достаточно мощных сосредоточенных по спектру помех (даже вне полосы), превышающих динамический диапазон, входные каскады переходят в нелинейный режим, образуя паразитную амплитудную модуляцию, тем самым забивая основной сигнал.

Для устранения указанного недостатка в устройство, содержащее на передающей стороне генератор основных сообщений, выход которого соединен с входом разветвителя мощности, первый и второй выходы которого соединены с первыми входами первого и второго амплитудных модуляторов соответственно, вторые входы которых соединены с соответствующими выходами парафазного усилителя, вход которого является входом дополнительной информации Sд, выходы первого и второго амплитудных модуляторов соединены соответственно с первым и вторым облучателями передающей антенны, на приемной стороне первый и второй возбудители приемной антенны соединены соответственно с первым и вторым входами блока поворота поляризации, первый и второй выходы которого соединены соответственно с первыми и вторыми входами сумматора и вычитателя, а также последовательно соединенные синхронный детектор и узкополосный низкочастотный фильтр, выход которого соединен с управляющим входом блока поворота поляризации, выход синхронного детектора является выходом дополнительной информации Sд, на приемной стороне введены последовательно соединенные фильтр предварительной селекции, фильтр анализа, анализирующий блок и регулируемый усилитель, выход которого соединен со вторым входом синхронного детектора и является выходом основной информации So, а также последовательно соединенные усилитель высокой частоты (УВЧ) и фильтр основного сигнала, выход которого соединен со вторым входом регулируемого усилителя, причем выход фильтра предварительной селекции соединен с входом УВЧ, выход сумматора соединен с входом фильтра предварительной селекции, а выход вычитателя через линию задержки соединен с первым входом синхронного детектора.

На фиг. 2 приведена функциональная схема предлагаемого устройства, где обозначено:
1 - генератор сигналов основных сообщений;
2 - разветвитель мощности;
3, 4 - первый и второй амплитудные модуляторы;
5 - парафазный усилитель;
6, 7 - первый и второй облучатели передающей антенны;
8 - передающая антенна;
9, 10 - первый и второй возбудители приемной антенны;
11 - приемная антенна;
12 - сумматор;
13 - вычитатель;
14 - синхронный детектор;
15 - линия задержки;
16 - фильтр предварительной селекции;
17 - узкополосный низкочастотный фильтр;
18 - блок поворота поляризации;
19 - фильтр анализа;
20 - анализирующий блок;
21 - усилитель высокой частоты (УВЧ);
22 - фильтр основного сигнала;
23 - регулируемый усилитель.

Предлагаемое устройство содержит на передающей стороне генератор сигналов основных сообщений 1, выход которого соединен с входом разветвителя мощности 2, два выхода которого соединены с первыми входами первого 3 и второго 4 амплитудных модуляторов соответственно. Два выхода парафазного усилителя 5 соединены со вторыми входами первого 3 и второго 4 амплитудных модуляторов соответственно. Вход парафазного усилителя 5 является входом дополнительной информации Sд. Выходы первого 3 и второго 4 амплитудных модуляторов соединены соответственно с первым 6 и вторым 7 облучателями передающей антенны 8.

На приемной стороне первый 9 и второй 10 возбудители приемной антенны 11 соединены соответственно с первым и вторым входами блока поворота поляризации 18, первый и второй выходы которого соединены соответственно с первыми и вторыми входами сумматора 12 и вычитателя 13, выход которого через линию задержки 15 соединен с первым входом синхронного детектора 14, выход которого является выходом дополнительной информации Sд и, кроме того, через узкополосный низкочастотный фильтр 17 соединен с управляющим входом блока поворота поляризации 18. Выход сумматора 12 через последовательно соединенные фильтр предварительной селекции 16, фильтр анализа 19 и анализирующего блока 20 соединен с первым входом регулируемого усилителя 23, выход которого является выходом основной информации So и, кроме того, соединен со вторым входом синхронного детектора 14. При этом выход фильтра предварительной селекции через последовательно соединенные УВЧ 21 и фильтр основного сигнала 22 соединен со вторым входом регулируемого усилителя 23.

Работа передающего устройства в предлагаемом устройстве ничем не отличается от работы передатчика в устройстве-прототипе.

Приемное устройство работает следующим образом.

Сигналы, которые излучает передающая антенна 8, принимаются приемной антенной 11. Ее облучатели (возбудители) 9 и 10 имеют также ортогональную линейную или круговую поляризацию. Приемная антенна 11 с возбудителями 9 и 10 выполнена аналогично передающей.

На выходах облучателей 9 и 10 приемной антенны 11 получаем сигнал


Эти сигналы поступают на входы сумматора 12 и вычитающего устройства 13. При этом на выходе сумматора 12 будет

Пусть на входе УВЧ 21 действует аддитивная смесь полезного сигнала Uc(t), теплового шума Uш(t) и растроенной по частоте относительно сигнала интенсивной помехи Uп(t), попадающей в полосу пропускания фильтра предварительной селекции 16 и УВЧ 21.

Тогда на выходе УВЧ 21 можно написать

где Vp(t) и ϕп(t) - огибающая и фаза результирующего колебания.

Для удобства рассмотрения обозначим колебание, представляющее собой сумму полезного сигнала и теплового шума, в виде
e(t) = Uc(t)+Uш(t) = E(t)•cos[ω0t+ψ(t)], (2)
где E(t) и ψ(t) - огибающая и фаза этого колебания;
ω0 - средняя частота полезного сигнала.

Учитываем тот факт, что перегрузка УВЧ наступает, когда амплитуда помехи существенно превосходит амплитуду сигнала и теплового шума.

Введем обозначение

При β ≪ 1, что имеет место при перегрузке УВЧ 21, огибающую и фазу результирующего колебания можно представить в виде


где Δϕ = (ωп0)t+ϕп(t)-ψ(t).
С учетом (1-4) результирующее колебание на входе УВЧ 21 можно записать

Рассмотрим вариант, когда УВЧ может быть реализован на ЛБВ, амплитудная характеристика в этом случае будет иметь вид, приведенный на фиг.3.

Примем, что амплитуда помехи постоянна и равна Uп - плоский участок характеристики 2Е, а фаза сигнала при действии перегружающей помехи не изменяется. При этом амплитуда колебания на выходе УВЧ 21 будет постоянна.

Известно (см. Гоноровский И.С. "Радиотехнические цепи и сигналы", М.: Сов. радио, 1977 г.), что в области частоты первой гармоники выходное колебание с выхода УВЧ 21 может быть записано

где


где Jкп - функции Бесселя.

С учетом β ≪ 1 после преобразования получим


Или в развернутом виде можно записать

Предлагаемое устройство, функциональная схема которого приведена на фиг. 2, позволяет значительно уменьшить влияние паразитной амплитудной модуляции.

Частотные характеристики фильтра предварительной селекции 16 и фильтра анализа 19 приведены на фиг.4.

Фильтр анализа 19 настраивается на частоту режекции полезного сигнала с таким расчетом, чтобы на вход устройства анализа 20 полезный сигнал поступал в сильно ослабленном виде.

На выходе УВЧ 21 установлен фильтр 22 основного сигнала, настроенного на частоту полезного сигнала, полоса пропускания этого фильтра выбирается из условий неискаженности передачи полезного сигнала, получившего в УВЧ паразитную амплитудную модуляцию в соответствии с функцией времени

Анализирующее устройство 20 проводит оценку амплитуды помехи, поступающей на вход УВЧ, и формирует сигнал, предназначенный для регулировки усиления регулируемого усилителя 23 с целью устранения паразитной амплитудной модуляции полезного сигнала.

Сигнал на выходе фильтра 22 основного сигнала, как следует из выражения (1), имеет вид

где Uш.з - зеркальная составляющая шума.

Коэффициент усиления регулируемого усилителя 23 в результате регулирования изменяется в соответствии с функцией

На его выходе получим

где Kpo- среднее значение коэффициента усиления РУ.

Отношение сигнал/шум на выходе РУ (регулируемого усилителя) будет

где qo - отношение сигнал/шум на входе УВЧ.

На выходе вычитателя 13 будет сигнал

который через линию задержки 15, необходимую для компенсации задержки сигнала в основном канале, подается на вход синхронного детектора 14, на второй вход которого подается, в качестве опорного, сигнал с выхода регулируемого усилителя 23. На выходе синхронного детектора 14 в области низких частот получим сигнал
U = U-(t)Uр(t) = KV0[f(t)•cosα-sinα],
где K - коэффициент передачи синхронного детектора.

Из этого выражения видно, что сигнал U содержит постоянную составляющую, знак которой зависит от знака угла рассогласования α. В данном случае эта составляющая равна
U= -KV0sinα,
которая выделяется с помощью фильтра 17 и подается на устройство 18 управления положением осей поляризации возбудителей, которое повернет облучатели так, что угол α станет равным нулю. При рассогласовании в другую сторону (угол α - отрицательный), указанная составляющая будет положительной и облучатели будут повернуты в противоположную сторону.

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

Основная информация So снимается с регулируемого усилителя 23, а дополнительная Sд снимается с синхронного детектора 14.

Похожие патенты RU2204209C1

название год авторы номер документа
ЛИНИЯ РАДИОСВЯЗИ С ПОВТОРНЫМ ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЧАСТОТЫ 1999
  • Заплетин Ю.В.
  • Безгинов И.Г.
RU2164726C2
ЛИНИЯ РАДИОСВЯЗИ 2000
  • Заплетин Ю.В.
  • Безгинов И.Г.
RU2173025C1
ЛИНИЯ РАДИОСВЯЗИ С МНОГОПАРАМЕТРИЧЕСКОЙ МОДУЛЯЦИЕЙ 1999
  • Заплетин Ю.В.
  • Безгинов И.Г.
RU2164727C2
СИСТЕМА РАДИОСВЯЗИ С ПОВТОРНЫМ ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЧАСТОТЫ 2001
  • Заплетин Ю.В.
  • Безгинов И.Г.
RU2182401C1
СИСТЕМА РАДИОСВЯЗИ С ПОВЫШЕННОЙ ИМИТОСТОЙКОСТЬЮ 2000
  • Заплетин Ю.В.
  • Безгинов И.Г.
RU2188505C2
ЛИНИЯ РАДИОСВЯЗИ 1999
  • Заплетин Ю.В.
  • Безгинов И.Г.
RU2161865C2
ЛИНИЯ РАДИОСВЯЗИ 1999
  • Заплетин Ю.В.
  • Безгинов И.Г.
RU2163053C2
РАДИОЛИНИЯ СВЯЗИ С ПОВТОРНЫМ ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЧАСТОТЫ 2002
  • Заплетин Ю.В.
  • Безгинов И.Г.
RU2233030C2
ЛИНИЯ РАДИОСВЯЗИ С ПОВТОРНЫМ ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЧАСТОТЫ 1999
  • Безгинов И.Г.
  • Заплетин Ю.В.
RU2160506C2
УСТРОЙСТВО МНОГОКАНАЛЬНОЙ РАДИОСВЯЗИ 1992
  • Заплетин Ю.В.
  • Безгинов И.Г.
  • Волошин Л.А.
  • Безгинова Т.И.
RU2069035C1

Иллюстрации к изобретению RU 2 204 209 C1

Реферат патента 2003 года ЛИНИЯ РАДИОСВЯЗИ С ПОВТОРНЫМ ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЧАСТОТЫ

Изобретение относится к области радиосвязи и может быть использовано в космических и наземных системах радиосвязи с повторным использованием частот. Техническим результатом является повышенная помехозащищенность по отношению к сосредоточенным по спектру помехам. Технический результат достигается тем, что на передающей стороне содержится генератор основных сообщений, соединенный с разветвителем мощности, двумя амплитудными модуляторами (AM), соединенными с парафазным усилителем, на вход которого поступает информация Sд, выходы AM соединены с облучателями передающей антенны, на приемной стороне содержатся два возбудителя приемной антенны, соединенные с блоком поворота поляризации, выходы которого соединены с сумматором и вычитателем, а также синхронный детектор (СД) и узкополосный низкочастотный фильтр, соединенный с входом блока поворота поляризации, с выхода СД снимается информация Sд, причем на приемной стороне дополнительно введены фильтр предварительной селекции (ФПС), фильтр анализа, анализирующий блок и регулируемый усилитель (РУ), выход которого соединен со вторым входом СД и является выходом основной информации So, а также усилитель высокой частоты (УВЧ) и фильтр основного сигнала, соединенный со вторым входом РУ, причем выход ФПС соединен с входом УВЧ, выход сумматора - с входом ФПС, а выход вычитателя через линию задержки - с первым входом СД. 4 ил.

Формула изобретения RU 2 204 209 C1

Линия радиосвязи с повторным использованием частоты, содержащая на передающей стороне генератор основных сообщений, выход которого соединен с входом разветвителя мощности, первый и второй выходы которого соединены с первыми входами первого и второго амплитудных модуляторов соответственно, вторые входы которых соединены с соответствующими выходами парафазного усилителя, вход которого является входом дополнительной информации Sд, выходы первого и второго амплитудных модуляторов соединены соответственно с первым и вторым облучателями передающей антенны, на приемной стороне первый и второй возбудители приемной антенны соединены соответственно с первым и вторым входами блока поворота поляризации, первый и второй выходы которого соединены соответственно с первыми и вторыми входами сумматора и вычитателя, а также последовательно соединенные синхронный детектор и узкополосный низкочастотный фильтр, выход которого соединен с управляющим входом блока поворота поляризации, выход синхронного детектора является выходом дополнительной информации Sд, отличающаяся тем, что введены на приемной стороне последовательно соединенные фильтр предварительной селекции, фильтр анализа, анализирующий блок и регулируемый усилитель, выход которого соединен со вторым входом синхронного детектора и является выходом основной информации So, а также последовательно соединенные усилитель высокой частоты (УВЧ) и фильтр основного сигнала, выход которого соединен со вторым входом регулируемого усилителя, причем выход фильтра предварительной селекции соединен с входом УВЧ, выход сумматора - с входом фильтра предварительной селекции, а выход вычитателя через линию задержки - с первым входом синхронного детектора.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2003 года RU2204209C1

Система радиосвязи 1986
  • Журавлев Валерий Иванович
  • Заплетин Юрий Владимирович
  • Лычагин Николай Дмитриевич
SU1385305A1
US 4087818 A, 02.05.1978
ЛИНИЯ РАДИОСВЯЗИ С ПРОСТРАНСТВЕННОЙ МОДУЛЯЦИЕЙ 1999
  • Заплетин Ю.В.
  • Безгинов И.Г.
  • Елфимова Т.И.
  • Заплетина О.А.
RU2152132C1
МНОГОКАНАЛЬНАЯ СИСТЕМА РАДИОСВЯЗИ С ПОВТОРНЫМ ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЧАСТОТЫ 1996
  • Заплетин Ю.В.(Ru)
  • Безгинов И.Г.(Ru)
  • Заплетина О.А.(Ru)
  • Елфимова Т.И.(Ru)
RU2115243C1

RU 2 204 209 C1

Авторы

Заплетин Ю.В.

Безгинов И.Г.

Даты

2003-05-10Публикация

2002-05-30Подача