РАДИОЛИНИЯ СВЯЗИ С ПОВТОРНЫМ ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЧАСТОТЫ Российский патент 2004 года по МПК H04B7/02 H04J11/00 

Изобретение относится к радиосвязи и может быть использовано в космических и наземных радиолиниях связи с повторным использованием частоты.

Известны системы связи с повторным использованием частоты (патент США № 4087818 и патент Японии № 54-41851), в которых повторное использование частоты (ПИЧ) достигается за счет обеспечения ортогональности по поляризации двух передаваемых одновременно сигналов с круговой или линейной поляризацией. Однако при таком способе радиосвязи с ПИЧ требуется использование пилот-сигнала с целью обеспечения высоких требований к ортогональности по поляризации передаваемых сигналов. Применение пилот-сигнала требует выделения дополнительного частотного канала, не совпадающего с частотным спектром передаваемого сигнала, что снижает помехоустойчивость.

Известна также система связи (а.с. № 1141978), в которой основная и дополнительная информация передаются соответственно в горизонтальной и вертикальной плоскостях поляризации. Однако это устройство обладает невысокой помехоустойчивостью.

Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемой является система радиосвязи по а.с. № 1385305, принятая за прототип.

Функциональная схема устройства-прототипа представлена на фиг.1, где обозначено:

1 - генератор сигналов, 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 - суммарно-разностный блок, 13 - сумматор, 14 - вычитатель, 15 - демодулятор, 16 - синхронный детектор, 17 - амплитудный ограничитель, 18, 19 - фильтр нижних частот, 20 - блок управления положением осей поляризации, 21 - ключ, 22 - фазовый детектор, 23 - фазовращатель, 24, 25 - линии задержки, 26 - компаратор.

Генератор сигналов 1 формирует сигнал, модулированный по частоте или фазе основными сообщениями. Он поступает на вход разветвителя мощности 2, где разветвляется на два канала, в которых установлены амплитудные модуляторы 3 и 4, выполненные в виде высокочастотных усилителей. В них амплитуда приходящих сигналов изменяется противофазно по закону передаваемых дополнительных сообщений с помощью напряжения, снимаемого с противофазного усилителя 5. Эти сигналы поступают на входы облучателей 6 и 7 передающей антенны 8. Передающая антенна 8 может быть выполнена в виде вибраторных антенн с соответствующими возбудителями. Облучатели 6 и 7 создают поля с ортогональной линейной или круговой поляризацией. Сигналы, которые излучает передающая антенна 8, принимаются приемной антенной 11. Ее облучатели (возбудители) 9 и 10 имеют взаимно ортогональную линейную или круговую поляризацию. Приемная антенна 11 с облучателями (возбудителями) 9 и 10 выполнена аналогично передающей.

В качестве демодулятора 16 используется синхронно-фазовый демодулятор (СФД) с устройством отбраковки аномальных перескоков фазы, кратных 2П радиан, возникающих во входной смеси сигнала с помехой под действием как флуктуационных, так и импульсных помех, что позволяет повысить помехоустойчивость при воздействии комплекса помех на единицы и десятки децибел в зависимости от базы сигнала.

Система регулирования работает в случае, когда ортогональность приходящих сигналов нарушена.

Недостатком устройства-прототипа является то, что передаваемая информация S_ocн и S_доп передается только в одном направлении.

Для устранения указанного недостатка в устройство, содержащее первый приемопередатчик, который содержит последовательно соединенные генератор сигналов основных сообщений и разветвитель мощности, первый и второй выходы которого соединены с входами первого и второго амплитудных модуляторов соответственно, вход противофазного усилителя является входом сигналов дополнительных сообщений, а его первый и второй выходы соединены со вторыми входами первого и второго амплитудных модуляторов соответственно, а также амплитудный ограничитель и демодулятор основных сообщений, выход которого является выходом сигналов основных сообщений, первые фазовый и синхронный детекторы, и первый фазовращатель, кроме того, сумматор и вычитающий блок, первые и вторые входы которых объединены соответственно, а также первую и вторую антенны, каждая с возбудителем и облучателем, введен второй приемопередатчик, идентичный первому, в каждый из них введены последовательно соединенные первый направленный ответвитель и первый циркулятор, первый выход которого соединен с возбудителем (облучателем) первой антенны, а второй выход циркулятора - со входом пятого направленного ответвителя, а также последовательно соединенные первый управляемый фазовращатель, второй направленный ответвитель, первый управляемый аттенюатор, третий и четвертый направленные ответвители, причем второй вход четвертого направленного ответвителя соединен с третьим выходом пятого направленного ответвителя, первый выход которого через последовательно соединенные второй синхронный детектор и первый интегратор соединен со вторым входом первого управляемого аттенюатора, второй выход третьего направленного ответвителя соединен со вторым входом второго синхронного детектора, кроме того, второй выход пятого направленного ответвителя через последовательно соединенные первый фазовый детектор и второй интегратор соединен со вторым входом первого управляемого фазовращателя, первый вход которого подсоединен ко второму выходу первого направленного ответвителя, причем второй выход второго направленного ответвителя через первый фазовращатель соединен со вторым входом первого фазового детектора, вход первого направленного ответвителя соединен с выходом первого амплитудного модулятора, выход четвертого направленного ответвителя соединен с первым входом сумматора, кроме того, последовательно соединенные шестой направленный ответвитель, второй управляемый фазовращатель, седьмой направленный ответвитель, второй управляемый аттенюатор, восьмой и девятый направленные ответвители, выход последнего соединен со вторым входом сумматора, второй выход восьмого направленного ответвителя через последовательно соединенные третий синхронный детектор и третий интегратор соединен со вторым входом второго управляемого аттенюатора, второй выход седьмого направленного ответвителя через второй фазовращатель соединен со вторым входом второго фазового детектора, первый выход десятого направленного ответвителя соединен со вторым входом третьего синхронного детектора, второй выход десятого направленного ответвителя через последовательно соединенные второй фазовый детектор и четвертый интегратор соединен со вторым входом второго управляемого фазовращателя, при этом третий выход десятого направленного ответвителя соединен со вторым входом девятого направленного ответвителя, вход десятого направленного ответвителя соединен со вторым выходом второго циркулятора, первый выход которого подсоединен ко второму облучателю (возбудителю) первой антенны, выход шестого направленного ответвителя соединен с первым входом второго циркулятора, кроме того, выход сумматора через амплитудный ограничитель соединен со входами демодулятора основных сообщений и первого синхронного детектора, при этом выход второго амплитудного модулятора соединен с входом шестого направленного ответвителя, выход вычитающего блока соединен со вторым входом первого синхронного детектора, выход которого является выходом сигналов дополнительных сообщений, выход демодулятора является выходом сигналов основных сообщений.

На фиг.2 приведена функциональная схема предлагаемого устройства, где обозначено:

I - первый приемопередатчик;

II - второй приемопередатчик;

1, 1^I - генератор основных сообщений;

2, 2^I - разветвитель мощности;

3, 3^I, 4, 4^I - первый и второй амплитудный модулятор;

5, 5^I - противофазный усилитель;

А1, А2 - первая и вторая антенна;

6 - возбудитель (облучатель) первой антенны;

10 - облучатель (возбудитель) первой антенны;

7 - облучатель (возбудитель) второй антенны;

9 - возбудитель (облучатель) второй антенны;

8, 8^I, 11, 11^I - первый и второй циркулятор;

12, 12^I - сумматор;

13, 13¹ - вычитающий блок;

14, 14^I, 25, 25^I, 34, 34^I - первый, второй и третий синхронный детектор;

15, 15^I - амплитудный ограничитель;

16, 16^I - демодулятор основных сообщений;

17, 17^I, 19, 19^I 21, 21^I, 22, 22^I, 28, 28^I - первый, второй, третий, четвертый и пятый направленный ответвитель;

18, 18^I, 36, 36^I - первый и второй управляемый фазовращатель;

20, 20^I, 38, 38^I - первый и второй управляемый аттенюатор;

23, 23^I, 32, 32^I - первый и второй фазовращатель;

24, 24^I, 26, 26^I, 33, 33^I, 29, 29^I - первый, второй, третий и четвертый интегратор;

27, 27^I, 30, 30^I - первый и второй фазовый детектор;

35, 35^I, 37, 37^I, 39, 39^I, 40, 40^I, 31, 31^I - шестой, седьмой, восьмой, девятый и десятый направленный ответвитель.

Первый приемопередатчик I предлагаемого устройства содержит последовательно соединенные генератор сигналов основных сообщений 1 и разветвитель мощности 2, два выхода которого соединены с первыми входами первого 3 и второго 4 амплитудного модулятора, вторые входы которых соединены с соответствующими выходами противофазного усилителя 5, вход которого является входом сигнала дополнительных сообщений. Выход первого амплитудного модулятора 3 через первый направленный ответвитель 17 соединен с первым входом первого циркулятора 8, первый выход которого соединен с возбудителем 6 первой антенны А1.

Второй выход первого направленного ответвителя 17 через последовательно соединенные первый управляемый фазовращатель 18, второй направленный ответвитель 19, первый управляемый аттенюатор 20, третий 21 и четвертый 22 направленный ответвитель соединен с первыми входами сумматора 12 и вычитающего блока 13.

Второй выход первого циркулятора 8 через последовательно соединенные пятый направленный ответвитель 28, второй синхронный детектор 25 и первый интегратор 24 соединен со вторым входом первого управляемого аттенюатора 20.

Второй выход третьего направленного ответвителя 21 соединен со вторым входом второго синхронного детектора 25. Второй выход пятого направленного ответвителя 28 через последовательно соединенные первый фазовый детектор 27 и второй интегратор 26 соединен со вторым входом первого управляемого фазовращателя 18. Третий выход пятого направленного ответвителя 28 соединен со вторым входом третьего направленного ответвителя 22. Кроме того, второй выход второго направленного ответвителя 19 через первый фазовращатель 23 соединен со вторым входом первого фазового детектора 27.

Выход второго амплитудного модулятора 4 соединен с входом шестого направленного ответвителя 35, первый выход которого соединен с входом второго циркулятора 11, первый выход которого соединен с облучателем 10 первой антенны А1.

Второй выход шестого направленного ответвителя 35 через последовательно соединенные второй управляемый фазовращатель 36, седьмой направленный ответвитель 37, второй управляемый аттенюатор 38 и восьмой направленный ответвитель 39 соединен с первым входом девятого направленного ответвителя 40, выход которого соединен со вторыми входами сумматора 12 и вычитающего блока 13. При этом второй выход второго циркулятора 11 через последовательно соединенные десятый направленный ответвитель 31, третий синхронный детектор 34 и третий интегратор 33 соединен со вторым входом второго управляемого аттенюатора 38. Второй выход десятого направленного ответвителя 31 через последовательно соединенные второй фазовый детектор 30 и четвертый интегратор 29 соединен со вторым входом второго управляемого фазовращателя 36. Второй выход седьмого направленного ответвителя 37 через второй фазовращатель 32 соединен со вторым входом второго фазового детектора 30. Кроме того, выход сумматора 12 через амплитудный ограничитель 15 соединен с входами демодулятора основных сообщений 16 и первого синхронного детектора 14, выход которого является выходом сигналов дополнительных сообщений S_доп. Выход вычитающего блока 13 соединен со вторым входом первого синхронного детектора 14.

Вход генератора 1 является входом основных сообщений S_осн., а вход противофазного усилителя 5 - входом дополнительных сообщений S_осн.

Выход демодулятора 16 является выходом основных сообщений S_осн., а выход первого синхронного детектора 14 - выходом дополнительных сообщений S_осн.

Работает предлагаемое устройство следующим образом.

Генератор 1 формирует сигнал основных сообщений, модулированный по фазе основным сообщением

где U_c - постоянная амплитуда сигнала;

ϕ(t) - функция изменения фазы сигнала, соответствующая фазовой модуляции основным сообщением S_осн.

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 них амплитуда приходящих сигналов изменяется противофазно по закону передаваемых дополнительных сообщений S_доп с помощью напряжений, снимаемых с противофазного усилителя 5. При этом сигналы на выходах амплитудных модуляторов 3 и 4 будут равны

Где U₁ - постоянная амплитуда;

f(t) - функция изменения амплитуды сигналов, соответствующая дополнительным сообщениям S_доп.

Сигналы (2) и (3) поступают на входы возбудителей (облучателей) 6 и 10 первой антенны А1, которая может быть реализована в виде зеркальной антенны с двумя вибраторами (облучателями) или в виде вибраторных антенн с соответствующими возбудителями (облучателями). Возбудители (облучатели) 6 и 10 создают поля с ортогональной линейной или круговой поляризацией.

Сигналы, которые излучает первая антенна А1, принимаются второй антенной А2. Ее облучатели (возбудители) 9 и 7 также имеют ортогональную линейную или круговую поляризацию. Антенна А2 выполнена аналогично антенне А1. На выходах облучателей (возбудителей) 9 и 7 получим сигналы

С амплитудного модулятора 3 сигнал поступает на первый направленный ответвитель 17, а с амплитудного модулятора 4 - на шестой направленный ответвитель 35.

Устройство передает информацию в обе стороны, то есть является двухсторонней радиолинией связи. При работе двухсторонней радиолинии часть мощности местного передатчика через циркулятор 8 попадает на вход приемника, ухудшая тем самым помехозащищенность данной радиолинии.

Для снижения уровня помехи, направляемой на вход приемника от местного передатчика, необходимо к четвертому направленному ответвителю 22 (сумматору 12, девятому направленному ответвителю 40) подвести сигнал, совпадающий по форме с “пролазом”, но в противофазе.

В результате сложения происходит компенсация сигнала помехи от местного передатчика.

Для формирования компенсирующего сигнала часть мощности передатчика ответвляется в первом направленном ответвителе 17 (шестом 35) и через включенные последовательно первый управляемый фазовращатель 18 (второй 36), второй направленный ответвитель 19 (седьмой 37), управляемый аттенюатор 20, (второй 38) и третий направленный ответвитель 21 (восьмой 39) подается на вход четвертого направленного ответвителя 22 (сумматора 12, девятого направленного ответвителя 40).

Вычисление фазы и амплитуды компенсирующего сигнала производится по результатам измерения разности фаз и амплитуд компенсирующего сигнала “пролаза”.

Приводя с помощью колец отрицательной обратной связи эти разности к минимальным значениям, добиваемся максимальной компенсации мешающего сигнала от собственного передатчика.

Фазирование сигнала компенсации производится с помощью кольца автоматической подстройки фазы, состоящей из последовательного соединения управляемого фазовращателя 18 (36), направленного ответвителя 19 (37), фазовращателя 23 (32) фазового детектора 27 (30), интегратора 26 (29). Сравнение по фазе компенсирующего сигнала с выхода второго направленного ответвителя 19 (седьмого 37) и компенсируемого с первого выхода пятого направленного ответвителя 28 (десятого 31) производится в фазовом детекторе 27 (30). При расфазировке компенсирующего и компенсируемого сигналов на выходе интегратора 26 (29) появляется напряжение, уровень которого пропорционален разности фаз. Под воздействием этого напряжения управляемый фазовращатель 18 (36) подстраивает фазу компенсирующего сигнала.

Для компенсации задержки фазы при прохождении компенсирующего сигнала до четвертого направленного ответвителя 22 (девятого 40) и поворота на 90° введен фазовращатель 23 (32). Поворот фазы на 90° обусловлен тем, что сигналы на входах сумматора 12 и четвертого направленного ответвителя 22 (40) должны быть противофазными, а на входах фазового детектора 27 (30) сдвинутыми на 90°.

Измерение разности амплитуд компенсирующего и компенсируемого (помеха) сигналов производится с помощью кольца автоматической подстройки уровня: синхронный детектор 25 (34), интегратор 24 (33), управляемый аттенюатор 20 (38), третий направленный ответвитель 21 (восьмой 39). Сравнение амплитуд компенсирующего сигнала и компенсируемого происходит в блоке синхронного детектора 25 (34).

С выхода первого амплитудного модулятора 3 сигнал через первый направленный ответвитель 17 и через циркулятор 8 поступает на возбудитель (облучатель) 6 первой антенны A1 с горизонтальной (вертикальной) поляризацией и излучается в пространство, а сигнал с выхода второго амплитудного модулятора 4 через направленный ответвитель 35 и циркулятор 11 поступает на облучатель (возбудитель) 10 первой антенны A1 с вертикальной (горизонтальной) поляризацией и излучается в пространство.

На другой стороне двухсторонней радиолинии связи сигнал принимается второй антенной А2 с облучателями (возбудителями) 9 и 7 с горизонтальной и вертикальной поляризацией и через циркуляторы 11^I и 8^I, направленные ответвители 31^I, 40^I и 28^I, 22^I поступает на входы сумматора 12^I и вычитающего блока 13^I и так далее.

Аналогично работает радиолиния связи на передачу с другого конца.

Таким образом, предлагаемая радиолиния связи с повторным использованием частоты в отличие от прототипа позволяет работать в двухстороннем режиме передачи и приема. При этом используются аналогичные блоки, что и в прототипе. Наиболее дорогостоящими блоками являются антенно-фидерные устройства, как передающие, так и приемные. Они одинаковые для прототипа и предлагаемой радиолинии связи. Однако в предлагаемом устройстве используют всего две антенны для приема и для передачи. В прототипе надо использовать четыре антенны, что значительно повышает стоимость устройства.

Изобретение относится к радиосвязи и может быть использовано в космических и наземных радиолиниях связи с повторным использованием частоты. Предлагаемая линия связи с повторным использованием частоты является двусторонней. В ней выполняется компенсация сигнала помехи от местного источника с помощью колец отрицательной обратной связи. Использование двух антенн для двусторонней связи позволяет обеспечить (по сравнению с прототипом) снижение стоимости устройства в целом. Предлагаемая линия связи содержит два идентичных приемопередатчика (I, II). Каждый из приемопередатчиков содержит генератор основных сообщений (1), разветвитель мощности (2), амплитудные модуляторы (3,4), противофазный усилитель (5), антенну – А1, циркуляторы (8, 11), сумматор (12), вычитающий блок (13), синхронные детекторы (14, 25, 34), амплитудный ограничитель (15), демодулятор основных сообщений (16), направленные ответвители (17, 19, 21, 22, 28, 35, 37, 39, 40, 31), управляемые фазовращатели (18, 36), управляемые аттенюаторы (20, 38), фазовращатели (23, 32), интеграторы (24, 26, 33, 29), фазовые детекторы (27, 30). 2 ил.

Радиолиния связи с повторным использованием частоты, содержащая первый приемопередатчик, который содержит последовательно соединенные генератор сигналов основных сообщений и разветвитель мощности, первый и второй выходы которого соединены с первыми входами первого и второго амплитудных модуляторов соответственно, вход противофазного усилителя является входом сигналов дополнительных сообщений, а его первый и второй выходы соединены со вторыми входами первого и второго амплитудных модуляторов соответственно, а также сумматор и вычитающий блок, причем первые и вторые входы сумматора и вычитающего блока объединены соответственно, кроме того, амплитудный ограничитель, первые синхронный и фазовый детекторы, демодулятор основных сообщений, первый фазовращатель и первую и вторую антенны с возбудителем и облучателем каждая, отличающаяся тем, что введен второй приемопередатчик, идентичный первому, в каждый из которых введены последовательно соединенные первый направленный ответвитель и первый циркулятор, первый выход которого соединен с первым возбудителем антенны, а второй выход циркулятора - со входом пятого направленного ответвителя, а также последовательно соединенные первый управляемый фазовращатель, второй направленный ответвитель, первый управляемый аттенюатор, третий и четвертый направленные ответвители, причем второй вход четвертого направленного ответвителя соединен с третьим выходом пятого направленного ответвителя, первый выход которого через последовательно соединенные второй синхронный детектор и первый интегратор соединен со вторым входом первого управляемого аттенюатора, второй выход третьего направленного ответвителя соединен со вторым входом второго синхронного детектора, кроме того, второй выход пятого направленного ответвителя через последовательно соединенные первый фазовый детектор и второй интегратор соединен со вторым входом первого управляемого фазовращателя, первый вход которого подсоединен ко второму выходу первого направленного ответвителя, причем второй выход второго направленного ответвителя через первый фазовращатель соединен со вторым входом первого фазового детектора, вход первого направленного ответвителя соединен с выходом первого амплитудного модулятора, выход четвертого направленного ответвителя соединен с первым входом сумматора, кроме того, последовательно соединенные шестой направленный ответвитель, второй управляемый фазовращатель, седьмой направленный ответвитель, второй управляемый аттенюатор, восьмой и девятый направленные ответвители, выход последнего соединен со вторым входом сумматора, второй выход восьмого направленного ответвителя через последовательно соединенные третий синхронный детектор и третий интегратор соединен со вторым входом второго управляемого аттенюатора, второй выход седьмого направленного ответвителя через второй фазовращатель соединен со вторым входом второго фазового детектора, первый выход десятого направленного ответвителя соединен со вторым входом третьего синхронного детектора, второй выход десятого направленного ответвителя через последовательно соединенные второй фазовый детектор и четвертый интегратор соединен со вторым входом второго управляемого фазовращателя, при этом третий выход десятого направленного ответвителя соединен со вторым входом девятого направленного ответвителя, вход десятого направленного ответвителя соединен со вторым выходом второго циркулятора, первый выход которого подсоединен ко второму возбудителю антенны, выход шестого направленного ответвителя соединен со вторым входом второго циркулятора, кроме того, выход сумматора через амплитудный ограничитель соединен со входами демодулятора основных сообщений и первого синхронного детектора, при этом выход второго амплитудного модулятора соединен с входом шестого направленного ответвителя, выход вычитающего блока соединен со вторым входом первого синхронного детектора, выход которого является выходом сигналов дополнительных сообщений, выход демодулятора является выходом сигналов основных сообщений.