CN1262797A - 通信系统 - Google Patents

Abstract

一种其中一个通信信道被具有一个载波频率和一个电场矢量的一个电磁波(78)来至少部分限定的一种通信系统(10和12),从一个观测器透视向波的传播轴看去,电场矢量的终点或末端以小于该载波频率并大于零的一个旋转频率跟踪一个非线性周期路径。通信系统的发射器(10)发射具有这种特性的一个波(78)并用信息以适当的方式调制。通信系统的接收器(12)对周期路径及旋转频率敏感。周期路径与载波频率的合成提供了敏感性,其能用于定义多路通信的信道。

Description

通信系统

本发明是1997年5月9日的序列号为No.08/853,833的申请的部分继续申请，该申请的整个内容在这里被引用来作为参考。

本发明一般涉及通信系统。尤其，本发明涉及一种通信系统，其中信息调制的电磁波具有一个载波频率和一个电场，该电场相应于一个以小于该电磁波的载波频率的第二频率跟踪一个非线性可预测路径的旋转矢量。

电磁波可由沿传播轴彼此相互正交的电场和磁场来定义。波的行为表现可相对于电场(E)的场矢量的取向来描述。

偏振是可以用来表征一些电磁波的E场的场矢量的取向的术语。不同类型的偏振包括：线(也称为平面)、圆和椭圆偏振。

当波沿轴传播时E场的场矢量在平面内传播的情况下，波的偏振称作线或平面偏振。当E场的终点，即场矢量的末端在垂直传播轴的给定平面内跟踪以等于波频率的频率绕传播轴旋转的圆形路径的情况下，波的偏振称作圆偏振。类似地，E场的终点在垂直传播轴的给定平面内跟踪以等于波频率的频率绕传播轴旋转的椭圆路径的情况下，波的偏振称作椭圆偏振，是圆偏振的一般情况。

偏振波可以若干不同方式被发射或接收。例如，天线本身可向发射波强加一定的偏振或者对具有一定偏振的接收波敏感。相对于地面水平取向的偶极子天线适合于接收和/或发射其中偏振面平行于地面的线偏振波。类似地，相对于地面垂直取向的偶极子天线适合于接收和/或发射其中偏振面垂直于地球表面的线偏振波。螺旋天线适合于接收和/或发射圆偏振波。

发射和接收偏振波的通信系统受到仅具有一种类型的偏振的发射/接收波的明显延长的衰落的负面影响。为把具有该一种类型的偏振的接收波的振幅衰落降到最小，通信系统可被设计来发射和接收各自具有不同偏振的多个波。这种方法特征表现为偏振分集。

偏振也被用来避免在例如卫星通信系统中的信道间干扰。卫星可使用右手(即顺时针方向(CW))圆偏振波以给定载波频率与地面站通信，而相邻的卫星可使用左手(即逆时针方向(CCW))圆偏振波以相同载波频率与另一个地面站通信。具有相反扭向的螺旋天线可被用来接收和/或发射左手和右手圆偏振波。

偏振可用来在通信系统中编码信息。Welti申请的美国专利USNo.4,084,137描述了一种根据信息对水平偏振波和垂直偏振波进行编码的通信系统。美国Statutory Invention Registration H484描述一种在雷达系统中解决旁瓣问题的相似的系统。

在上述参考文献中提出的偏振编码的概念也可用来把未经允许的信息被窃听的可能性降到最小。Barrett申请的美国专利USNo.5,592,177描述了一种以伪随机方式来依次改变信号载波的偏振的通信系统。Barrett系统提供宽的偏振带宽用来发射和/或接收信号，而把发射器和接收器系统的所需频带带宽降到最小。选择的偏振包括具有可变化的偏振面取向的线偏振、右手和左手圆偏振和具有可变化的椭圆主轴取向的右手和左手椭圆偏振。通过改变特定的偏振，信号以类似于信号在扩展频谱通信系统中连续频率范围上扩展的方式以偏振形式被扩展。注意当信号载波是圆偏振或椭圆偏振时，产生的E场的场矢量以等于载波频率的频率旋转。

发射分别编码的水平偏振波和垂直偏振波的概念可用于信道具有相同载波频率的双信道通信系统中的信道鉴别。Toyonage申请的美国专利No.4,521,878描述一种根据第一代码来对水平偏振波和垂直偏振波进行编码以形成相应于第一信道的信号、并根据第二代码来对水平偏振波和垂直偏振波进行编码以形成相应于第二信道的信号的通信系统。从而该系统通过简单地试图应用水平偏振在第一信道发射和应用垂直偏振在第二信道发射而比已知系统改善了交叉偏振鉴别。

但是，这些已知的通信系统有不足之处。无论已知的通信系统使用的是何种类型的偏振，电磁波的E场矢量或者是线偏振或者是椭圆偏振并且从而以等于波的载波频率的频率绕传播轴旋转。

本发明可提高给定载波频率所用的通信系统承载的信息量。本发明通过对频率分配内的各个载波频率产生一个以上的信息信道提高适当的媒质中离散载波内的通信系统所承载的信息量。

本发明的选择性导致低噪音并且从而为信息信道产生高的信噪比。本发明提供其中噪音被限定到信道特性曲线的信息信道。

本发明涉及一种通信系统，其中通信信道被具有一个载波频率和从位于垂直于波的传播轴的平面上的观测器的透视(perspective)看去的一个其末端以小于载波频率的第二频率跟踪一个非线性周期路径(或者其绕传播轴的变化速率是以小于载波频率的频率进行的可预测路径)的电场矢量(E)的电磁波来至少部分地定义。通信系统的发射器产生具有这种特性曲线的一个电磁波并且该电磁波用信息以适当的方式来调制。通信系统的接收器对周期路径和E场矢量的载波频率敏感。E场矢量路径和载波频率的结合提供可用来定义通信信道的选择性。

在本发明的示出的某些实施例中，通信信道至少被具有E场矢量的一个电磁波部分地定义，其从横过传播轴的平面透视投射出或从投射到那里的方向看去，以小于并独立于载波频率的选择角速度旋转。系统的发射器和接收器各自与定义角速度的一个旋转频率同步。

尽管在某些实施例中E场矢量可在不确定的时间间隔中保持在选择的第二频率，如足够对整个信息进行通信的时间间隔中，在另一些实施例中E场矢量可以任何适当的可预测方式从第二频率改变到另一个频率，从而无论信息量是大还是小，系统可在该改变之间对一些信息量进行通信。频率跳跃和排序构成一类通信技术，其在考虑了对载波频率或是绕传播轴的E场矢量的旋转速率的这些教导后能容易地用在本发明。

在本发明的另一实施例中，使用单一载波频率的发射器产生具有一个以小于载波频率的角速度旋转的E场矢量的波。发射器可通过提供一个旋转频率信号源、一个具有两个或多个元件的天线系统和两个或多个各自相应于天线元件之一的相位系统产生该波。在这种实施例中，各个相位系统包括一个适当的时间延迟，如延迟线或移相器，其对旋转频率信号延迟固定量从而延迟总和是一个固定值。各个相位系统还包括一个适当的振幅调制器，如电压可变衰减器、平衡调制器或其它装置，其用时延旋转频率信号对信息调制载波信号进行振幅调制。每个天线元件接收相位系统之一的振幅调制输出。在本发明的一个实施例中，天线元件是在不同的角度取向对齐的偶极子。

在本发明的另一个实施例中，使用单一载波频率的接收器可从具有以小于载波频率的角速度旋转的一个E场矢量的波恢复信息信号。接收器可通过提供一个旋转频率信号源、一个具有两个或多个元件的天线系统、两个或多个各自相应于天线元件之一的相位系统和一个合成器恢复信息信号。尽管波在各天线元件上辐射，各天线元件产生一个相应的代表波的仅一个突出部件的接收信号。各个相位系统基本上与上述发射器中所提供的相位系统相反。和在发射器中一样，各个相位系统包括一个适当的时间延迟，如延迟线或移相器，其对旋转频率信号延迟一个不同的但已知的量。各个相位系统还包括一个适当的振幅调制器，如电压可变衰减器、平衡调制器、单平衡混频器、双平衡混频器或其它装置，其根据时延旋转频率信号对相应的天线元件提供的接收信号进行门控。因为旋转频率信号定义信道特性曲线，信道外部的信号被衰减。合成器对相位系统产生的探测振幅调制信号进行加和。在本发明的一个实施例中，天线元件是在不同的角度取向对齐的偶极子。

在本发明的另一个实施例中，发射器发送两个各具有不同载波频率和具有相反圆偏振的波来产生合成的具有其自己的载波频率和以小于新的载波频率的频率绕传播轴旋转的E场矢量的合成叠合波。发射器通过提供一个复合的天线系统、一个下差分载波频率源、一个上差分载波频率源和两个同步的振幅调制器产生该波。上下差分载波频率源分别产生上下差分信号。上差分信号具有等于载波频率加上旋转频率的频率，下差分信号具有等于载波频率减去加上旋转频率的频率。差分信号的平均值相应于合成波的新的载波频率。一个振幅调制器用信息信号调制上差分信号，另一个用同样的信息信号调制下差分信号。各个信息调制差分信号被耦合到天线元件之一。

在本发明的一个实施例中，天线系统包括具有两个各自产生带有以相反方向绕传播轴旋转的E场矢量的波的螺旋天线元件的复合天线。被具有两个频率中较高频率的差分载波信号驱动的天线元件代表绕合成波的E场矢量的传播轴旋转的方向。如果具有顺时针扭向的天线元件被上差分信号驱动并且具有逆时针扭向的天线元件被下差分信号驱动，合成波的E场矢量绕传播轴以顺时针方向旋转。如果具有逆时针扭向的天线元件被上差分信号驱动并且具有顺时时针扭向的天线元件被下差分信号驱动，合成波的E场矢量绕传播轴以逆时针方向旋转。

在本发明的另一个实施例中，调谐到两个差分载波频率的接收器可从具有以小于两个载波频率的平均值的旋转频率绕传播轴旋转的E场矢量的波恢复信息信号。接收器可通过提供两个其中一个耦合到一个天线元件而另一个耦合到双天线系统中的另一个天线元件的滤波器、耦合到滤波器用来对接收到的上和下差分信号进行相加的加法电路和耦合到加法电路的输出的振幅调制探测器电路来恢复信息信号。一个滤波器具有一个以下差分频率为中心的通频带，另一个滤波器具有一个以上差分频率为中心的通频带。

在接收器的一个实施例中，天线系统包括具有两个各自接收合成波的波分量的螺旋天线元件的复合天线：接收的波分量具有以相反方向绕传播轴旋转的E场矢量并叠加到合成波。各个接收的波分量相应于发射器发送的信息调制差分信号。

注意发射的载波从合成信道的透视看不具有有效的边频带；这里使用术语“边频带”仅是为了相对于某些实施例更方便。该术语仅是制定一个概念，即要不是对天线系统的天线元件发射的能量作加和，发射的信号从合成信道的透视看将具有边频带。正交加和抵消了在其它天线元件不存在时单个天线元件发射的频率。

在本发明的实施例中，其中电磁波的E场矢量的末端以小于载波频率的第二频率旋转，当波没有用信息调制时，传播波的E旋度(curl)H的值保持不变，其中E是电场矢量，H是磁场矢量。E旋度H的值代表场的总能量。当然，当波用信息调制时，波的E旋度H的值不再保持不变。

本发明的通信系统可用在任何支持取向电磁波的适当的绝缘媒质中，如空气、自由空间、波导和光纤。

尽管上述实施例涉及其中通信信道被小于波的载波频率的电磁波的选择E场矢量旋转频率定义的通信系统，更一般地，本发明涉及一种其中通信信道至少部分被具有载波频率和从位于垂直于波的传播轴的平面上的观测器的透视看其末端以小于载波频率的第二频率(即旋转频率)跟踪非线性周期路径的E场矢量的波来定义的系统。这样，其E场矢量末端可跟踪的路径不限定在上述的由于E场旋转产生的规则路径。而是该路径包括其它更加不规则的非线性路径。在一般情况下，E场矢量末端路径跟踪其中路径改变频率小于载波频率的可预测路径。例如，路径可由伪随机序列发生器定义。基本其中上通信系统的发射器和接收器可以例如以小于载波频率的旋转频率同步跟随的任何非线性周期路径(或者更普遍讲，任何非线性路径)将都是合适的。

Poincare球体是比较地图示偏振的一种图形表示。球的两极代表右手和左手圆偏振。在赤道上的点代表相对于水平和垂直方向的各种取向的线偏振。在一个半球上的点代表各种右手椭圆偏振，而在另一半球上的点代表各种左手椭圆偏振。传统的Poincare球体是不足以描述根据本发明来表现的波的E场矢量路径的，因为Poincare球体仅描述具有传统圆、椭圆和线偏振的波，即具有以等于波的载波频率的频率来跟随圆、椭圆和线周期路径的E场矢量末端的波。

然而，在本发明的从垂直于传播轴的平面透视看E场矢量旋转的实施例中，如果考虑使其半径相应于载波频率的新颖或改进的方式的Poincare球体，那么球体内部描述根据本发明的某些实施例来表现的波(在已有技术中的传统Poincare球体内部没有意义，仅表面是相关的)。靠近这种改进的Poincare球体的中心的点将描述具有以接近于零的频率旋转的E场矢量的波。在球中心和表面之间延伸的任何球径向轴上的点描述根据本发明来表现的波。尤其，在中心和两极之间的极轴上的点将描述具有以小于载波频率的旋转频率旋转的E场矢量的波，如以上某些实施例所述。在极轴上的各点或间隔可被用来定义离散的通信信道。

波可用信息以任何适当方式来调制。尽管如上所述载波频率用信息来振幅调制，根据本发明可相信载波频率可用信息来调制频率或用信息以任何其它适当的方式来调制。例如E场矢量的末端跟踪路径的第二频率(即旋转频率)可用信息调制。在E场矢量的末端以调制的第二频率(即调制旋转频率)跟踪路径的情况下，波从基本旋转频率(即非信息调制旋转频率)的偏离代表以与传统频率调制信号从中心信道频率的偏离代表的信息相类似的方式的信息。

本发明的前述的和其它的特征和优点在参考下面的详细说明、权利要求和附图时将变得更明显。

图1是根据本发明的一个实施例的包括发射器和接收器的通信系统的框图。

图2是图1所示的实施例的发射器相位系统的框图。

图3是根据本发明的一个实施例的用旋转频率信号来调制振幅的信号图，其中中有一部分被放大。

图4是根据本发明的一个实施例的由3个天线元件及它们的和产生的信号的振幅的极图。

图5是图1所示的实施例的接收器相位系统的框图。

图6A是表示具有两个其相位差90度并具有恒定相等的振幅的正交电场(E场)分量的波。

图6B是表示图6A中波的合成E场矢量绕传播轴的旋转。

图7A是表示根据本发明的一个实施例产生的波的示例，其中波的E场以小于载波频率的频率绕传播轴旋转。

图7B是表示从垂直于传播轴的平面透视看绕传播轴的图7A中波的E场的旋转。

图8A是表示根据本发明的一个实施例产生的波的E场分量的相对的振幅，其中波的E场以小于载波频率的旋转频率绕传播轴旋转。

图8B是表示根据本发明的一个实施例产生的波的合成E场矢量的末端跟踪的路径，其中波的E场以小于载波频率的旋转频率绕传播轴旋转。

图9是图1所示的实施例的天线系统的顶面视图。

图10是沿图9的线10-10的截面图。

图11是根据本发明的一个实施例的包括同步(即同时的)操作的多个发射器和接收器的通信系统的框图。

图12是根据本发明的另一个实施例的包括发射器和接收器的通信系统的框图。

图13是根据本发明的一个实施例的包括光学发射器和接收器的通信系统的框图。

图14是根据本发明的一个实施例的包括光学发射器和接收器的通信系统的框图。

图15是根据本发明的一个实施例的使用单一载波信号的通信系统的框图。

图16是根据本发明的一个实施例的使用两个不同载波信号的通信系统的框图。

图17是图1所示的实施例的相干旋转频率发生器的框图。

图18是图1所示的实施例的又一种天线系统的截面视图。

图19是沿图18的19-19线的截面视图。

为了简便，本发明的具体描述将分两部分讨论：基于单一载波信号的通信系统和基于两个不同载波信号的通信系统。

基于单一载波信号的通信系统

图15是根据本发明的一个实施例的使用单一载波信号的通信系统的框图。在图15中，发射器500包括信息调制器502、载波频率源504、非线性周期路径调制器506、非线性周期路径频率源508和传输媒质耦合器510。发射器500经传输媒质(未示出)发送电磁波(EM)512到接收器514。接收器514包括传输媒质解耦器516、非线性周期路径解调器518、非线性周期路径频率源520和信息解调器522。

信息调制器502从载波频率源504接收信息信号524和载波频率信号526以产生信息调制信号528。信息信号524可是任何合适的由任何适当的源产生的模拟信号，如视频信号或音频信号，以向接收器514(或其它适当的接收器)通信。类似地信息信号524可以是数字格式。

载波频率源504可包括任何适当的电路或系统，如传统的正弦波发生器或振荡器，用来提供载波频率信号526。象在任何通信系统中一样，载波频率信号526应具有用于给定的传输媒质的有助于其用信息信号379来调制其自身的频率。

非线性周期路径调制器506从非线性周期路径频率源508接收非线性周期路径频率信号530及信息调制信号528以产生信号532。非线性周期路径频率源508可包括任何适当的电路和系统，如传统的正弦波发生器或振荡器，用来提供非线性周期路径频率信号530。非线性周期路径频率信号530具有处于载波频率和零之间的频率；非线性周期路径频率信号530定义信息信道。非线性周期路径频率信号530的频率处于载波频率和零之间意味着其小于(并不包括)载波频率并大于(并不包括)零。

非线性周期路径调制器506用具有到信息调制信号528上的等于非线性周期路径频率信号530的频率的包络线对信号528进行振幅调制以产生合成信号532。包络线可以是，例如具有等于非线性周期路径频率的频率的正弦曲线信号。在本发明的某些实施例中，信号528可用包络线振幅调制。例如信号528被分为至少两个分量信号：这些分量信号然后可用具有等于非线性周期路径频率的频率的包络线的相位延迟副本(duplicate)来调制振幅以产生合成信号532。换言之，信号528可被分为至少两个分量信号然后用包络线的相位延迟副本来调制振幅。包络线副本具有相应于传输媒质耦合器510的天线元件的设置的交错相位延迟。类似地信号528可被分为相应于传输媒质耦合器510的天线元件的若干分量信号。

在传输媒质耦合器510包括一组在角度上分开的共面天线单极子情况下，传输媒质耦合器510的性能可与天线单极子的数目相关：使用的天线单极子的数目越多，尽管收益递减，可期望的性能越好。期望天线单极子的最佳数目大约为9个单极子。

至少是为了简化的原因，带有3个天线单极子的传输媒质耦合器510的示例将在下面讨论。例如在传输媒质耦合器510包括3个共面的各自绕节点在角度上以120度分开的天线单极子情况下，信号528被分为3个分量信号并且包络线副本具有等于被分为3份的360度(或者2π弧度)的交错相位延迟。一个包络线副本具有零度相移，另一包络线副本具有120度相移，第三包络线副本具有240度相移。三个分量信号的每一个然后用包络线的相位延迟副本进行振幅调制以产生合成信号532的3个分量。在本发明的这种实施例中，传输媒质耦合器510接收合成信号532。传输媒质耦合器510产生具有以处于载波频率与零之间的旋转频率绕传播轴来旋转的E场矢量的EM波512。

术语“旋转频率”这里用来指代从垂直于传播轴的平面透视看E场矢量绕传播轴旋转的速率。E场矢量绕传播轴旋转在一定意义上是：当E场矢量的末端或终点跟踪包括穿过相应于传播轴的点(在垂直于传播轴的平面内)的非线性路径时，E场矢量在开始和返回特定角度位置时绕传播轴进行一个旋转。因此，考虑旋转频率以周/秒为尺寸单位，绕传播轴开始和返回特定角度位置的E场的旋转等于一个循环。E场矢量绕传播轴旋转的旋转频率处于载波频率和零之间意味着其小于(并不包括)载波频率并大于(并不包括)零。

在另一示例中，传输媒质耦合器510包括3个共面的在角度上从节点被不等数量分开的天线单极子；例如第一和第二单极子以90度分开，第二和第三单极子以150度分开，第三和第一单极子以120度分开。在这种情况下，信号528被分为3个分量信号，包络线副本具有相应于单极子的设置的相位延迟。更具体地，一个包络线副本具有零度相移，另一包络线副本具有90度相移，第三包络线副本具有150度相移以产生合成信号532的3个分量。传输媒质耦合器510接收合成信号532。在本发明的这种实施例中，传输媒质耦合器510产生具有绕传播轴以处于载波频率与零之间的旋转频率来旋转的E场矢量的EM波512。

图6A-8B解释已有技术的圆偏振波和图15中的EM波512之间的不同。图6A表示传播EM波的两个具有相等恒定振幅的并且相位差为90度的相互正交E场分量80和82。E场分量80和82的合成或矢量和定义众所周知的圆偏振波。

圆偏振波的旋转E场相对于垂直于传播轴的给定平面是可见的。在图6A所示的波中，从那个面看去合成E场矢量以与波的频率相等的速率绕传播轴84旋转。波的各个循环上空间

固定点处的合成E场矢量86在不同的点处实时表示出来。矢量86被选择以达到图示目的，因为它位于E场分量80和82之一具有零振幅的波上的某点处，从而简化了为实现图示目的的矢量加法。从观测器向传播轴84透视看去，即沿向观测器传播的波，E场矢量86表现为在圆形路径中以箭头88的角度方向绕传播轴旋转，如图6B所示。E场矢量86以与波的频率相同的角速度(即，以相同的频率绕传播轴旋转)旋转。换言之，E场矢量86在波的每一循环完成一次旋转；换一种说法，波每经过一循环E场矢量86完成绕传播轴的一次旋转。

图7A表示根据本发明的实施例产生的波的示例，其中E场矢量以小于载波频率信号526的频率的角速度旋转。注意这里应用于根据本发明的一个实施例产生的波的术语“角速度”具有特定的意义并在下面具体定义。图7A所示的示例波也被描述为具有以小于其载波频率信号的旋转频率绕传播轴98旋转的E场矢量。

与图6A不同，传播EM波的两个正交的E场分量90和92具有根据调制包络线94而变化的振幅。分量90和92的叠合而得到的合成E场矢量96在图7A中在实时示例点处的波上的示例点处表示出来。从观测器向传播轴98透视看去，如图7A和7B所示，合成E场矢量96表现为以小于载波频率的频率绕传播轴98旋转。

图8A表示E场分量90和92的相对振幅。注意在振幅包络过传播轴的零点处有180度相移。该180度相移表现出双边频带抑制载波，关于这一点将在下面讨论，并且其是由用来向E场分量90和92增加调制包络线94的装置(例如平衡混频器调制器)而形成的。

更准确地表述图7A，7B，8A和8B所示的例子，合成E场矢量终点绕传播轴旋转以穿过其形状特征表现为玫瑰花瓣形状的路径。换言之，图7A所示的合成E场矢量96具有如图7A、7B和8B所示的终点99；从位于垂直于传播轴98的平面上的观测器透视看，合成E场矢量96的终点99跟踪玫瑰花瓣形状的路径。

合成E场矢量96的终点99跟踪的路径可参考点554和533进一步表示。终点99跟踪的路径部分被顺序行进的点545，543，541，539，537，535和533定义。换言之，在给定的时间，终点99位于点545；在下一个时间，终点99位于点541；在下一个时间，终点99位于点539等；依此类推，直到终点99位于点533。合成E场矢量96的终点99跟踪从点545到点533的路径的频率等于波512的载波频率(图15)。对图7B所示的特定路径，旋转频率等于合成E场矢量96的终点99跟踪从点545直到点533、穿过玫瑰花瓣的其余部分并返回点545的路径的频率。图7B表示处于载波频率与零之间的旋转频率；用于合成E场矢量以跟踪从点545到点533的路径的时间(与载波频率相关)将少于用于合成E场矢量以跟踪从点545直到点533、穿过玫瑰花瓣的其余部分并返回点545的路径的时间。

一般讲，E场矢量跟踪的非线性路径的特征为玫瑰花瓣路径，合成E场矢量的终点跟踪的特殊的玫瑰花瓣形状可基于载波频率与E场矢量绕传播轴旋转的频率之间的关系而大大改变。例如，当旋转频率等于载波频率的1/20时，E场矢量的终点跟踪40个玫瑰花“花瓣”以返回玫瑰花瓣图案内的同一相对位置；正如图7B所示的例子(即在点545开始的E场矢量的终点跟踪40个玫瑰花花瓣以返回点545)。在另一可选择的实施例中，当旋转频率等于载波频率的1/9的情况下，E场矢量的终点跟踪9个玫瑰花“花瓣”以返回玫瑰花瓣图案内的同一相对位置。

在旋转频率不是载波频率的整分数情况下，在绕传播轴的一次完整旋转中被E场矢量的终点跟踪的玫瑰花瓣路径将不必要与在绕传播轴的另一次完整旋转中被E场矢量的终点跟踪的玫瑰花瓣路径对齐。换言之，一旦玫瑰花瓣图案在与旋转频率相关的时间周期中被跟踪，在与旋转频率相关的时间周期的下一个间隔中被跟踪的玫瑰花瓣图案不会与原来的被跟踪的玫瑰花瓣图案叠加，并且不言而喻是从垂直于传播轴的给定平面看去。

注意绕传播轴旋转的E场矢量的终点的概念包括那些E场矢量的终点完全绕传播轴跟踪路径的情况以外的情况。换言之，被E场终点绕传播轴跟踪的非线性路径可包括那些从垂直于传播轴的给定平面看去终点绕传播轴进行小于完整并且连续的360度的跟踪的路径。例如，在旋转频率等于载波频率的1/3的情况下，E场矢量的终点在与旋转频率相关的时间周期中跟踪用没有终点跟踪的角度间隔在角度上分割开120度的3个玫瑰花瓣；在这种情况下，E场矢量以不连续方式绕传播轴旋转并且不被放置在360度内的所有角度位置处。在其它情况下，E场矢量的终点在与旋转频率相关的一个时间周期中将不跟踪360度内的所有角度位置，而是对要被跟踪的360度内的所有角度位置利用一个以上的时间周期(各个时间周期均与旋转频率相关)。后一种情况的示例是在载波频率1.5倍于旋转频率的情况下。

注意术语“玫瑰花”的使用是为了描述的方便并不意在限定。从垂直于传播轴的平面看去非线性路径可以具有玫瑰花花瓣形状以外的路径，其中E场矢量的旋转频率处于载波频率与零之间。

或者，绕传播轴被E场跟踪的非线性路径可参考标定线来描述。例如，合成E场矢量96的角度位置与标定线(orientation line)97相关联。标定线97代表合成E场矢量96相对于传播轴98的角度位置。当合成E场矢量96的终点99被放置在点545时，标定线97是稍微顺时针偏离垂直方向的。当终点99跟踪部分被顺序行进点545到533定义的路径时，标定线97沿箭头101方向旋转(如图7B中的逆时针方向)。例如，当终点99从点545移到点543时，标定线97移到与垂直方向顺时针偏离稍微少一些的位置处，当终点99移到点541时，线97移到与垂直顺时针偏离稍微更少一些的位置处等，直到终点99移到点533，，此时线97大约是垂直的。

注意标定线97被定义从而它代表E场矢量96的一个角度位置和被在角度上移动180度的E场矢量96的该角度位置。在这种定义下，标定线97在E场矢量终点跟踪非线性路径时经360度连续变化。

图7B和8B所示的例子之后，术语“角速度”可被定义为从垂直于传播轴的平面看与E场矢量相关的标定线的改变的角速率。换言之，角速度是从位于垂直于传播轴98的给定平面上的观测器看标定线97绕传播轴98旋转的速率。

图8B是合成E场矢量96的终点99的透视图，表示出在波传播时它采用扭绞路径穿过空间。如标定线97所代表的一样，合成E场矢量96在波传播时绕传播轴98旋转。E场跟踪的扭绞路径为了图示的目的可以如下示范：通过把纸带的相对两端夹住并扭动其中一端而得到。注意术语“扭绞”是指路径而非E场本身。换言之，E场当然不会扭绞，意味着它的角度取向随波在空间中传播而改变；而是象传统的电池波一样，传播波的各个部分保持在它从天线或其它发射装置被发出的取向上。因此，E场矢量不跟踪玫瑰花瓣或其它路径，意味着给定矢量，即波的选择部分的角度取向随波在空间中的传播而改变。这些相对于时间的角度改变仅在传播轴上的空间中的固定位置处从横截面透视看去能感觉和体验到。角度改变被体验到是因为具有不同角度取向的传播波的连续部分在时间上为连续的点处到达横截面。图8B和类似的图示在波的传播中某一瞬间的样子。

以另一种方式来表述，根据图7A所示的波，包络线94定义的振幅调制导致合成E场矢量96的角速度小于其载波频率并且小于用于图6A所示圆偏振波(具有与图7A所示的波的载波频率相同的载波频率)的E场矢量的角速度。类似地，包络线94定义的振幅调制导致合成E场矢量96以小于其载波频率并且也小于圆偏振波(具有与图7A所示的波的载波频率相同的载波频率)的E场矢量绕其轴旋转的频率的频率绕传播轴旋转。类似地，包络线94定义的振幅调制导致合成E场矢量96以小于其载波频率并且也小于圆偏振波(具有与图7A所示的波的载波频率相同的载波频率)的E场矢量绕其轴旋转的频率的频率绕传播轴旋转。以类似的方式，由与相对于图15而在上面描述的非线性周期路径频率信号530相关的包络线定义的振幅调制导致合成发射波512的E场矢量以小于其载波频率并且也小于用于图6A所示的圆偏振波的E场矢量的角速度的频率绕传播轴旋转。

选择的旋转频率定义合成E场矢量以小于波的载波频率的旋转频率绕传播轴旋转的频率范围。注意图7A是为了图示的目的：本发明并不限定在由两个正交分量构成的波。

考虑上面关于图7A和7B的讨论，考虑产生这种波的本发明的实施例的一般性总结是合成E场矢量96横穿过玫瑰花瓣图案，其是一种非线性周期路径。尤其，这种实施例产生由以处于载波频率和零之间的旋转频率绕传播轴旋转的E场定义的波。类似地，这种实施例产生具有小于与圆偏振波相关的角速度并大于零的角速度的E场定义的波。

再参考图15，接收器514在产生信号534的传输媒质解耦器516处接收EM波512。非线性周期路径解调器518接收信号534和来自非线性周期路径频率源520的非线性周期路径信号536以产生信号538。非线性周期路径频率源520可与非线性周期路径频率源508相同。在一个实施例中，由发射器500中的非线性周期路径调制器506强加的包络线被振幅调制，非线性周期路径解调器518通过一类似却相反的方法去除振幅调制包络线；去除的振幅调制包络线具有等于非线性周期路径信号536的频率。锁相环电路(未示出)可被用来对被非线性周期路径解调器518去除的振幅调制包络线和被非线性周期路径调制器506增加的振幅调制包络线进行同步化。任何适当的锁相环电路均可使用，如与再生振荡器(未示出)耦合的探测器。信息解调器522接收信号538并产生信号540，后者是信息信号524的再现。

用于图15所示的本发明的实施例的特定电子设备可依据EM波512的传输媒质和载波频率而变化。例如，传输媒质可以是空气、自由空间、波导或光纤。例如，在EM波512的载波频率处于射频频谱中时，传输媒质耦合器510和传输媒质解耦器516可以是对该特定载波频率进行优化的天线。例如，适当的天线可包括单极子天线、偶极子天线、螺旋天线和/或相控阵天线等。在EM波512的载波频率例如处于光谱中时(例如红外辐射或可见光)，传输媒质耦合器510和传输媒质解耦器516可以分别是光纤耦合器和光束分离器；载波频率源504可以是激光器。

注意被本发明的实施例所使用的EM波的E场矢量跟随的非线性周期路径可以是任何适当的路径并且不必被限定在如图8A和8B所示的玫瑰花瓣形状的路径。只要E场矢量以小于EM波的载波频率的频率跟踪非线性周期路径，信息信道可被建立。例如，在本发明的另一个实施例中，E场矢量的终点可跟随一个椭圆路径。在本发明的其它实施例中，路径可由伪随机序列发生器定义。基本上其中通信系统的发射器和接收器可以以处于载波频率与零之间的频率同步跟随的任何非线性路径将都是适合的。

图1表示根据本发明的基于单一载波信号的一种通信系统。注意该实施例和相对于图1所描述的其组件与图15所述的实施例是相类似的。换言之，图1及其相应的讨论表示对参考图15所讨论的概念的一种可能的实现。

通信系统包括彼此远距离放置的发射器10和接收器12。发射器10包括具有三个天线元件14，16和18的天线系统、耦合于天线元件14的第一发射器相位系统20、耦合于天线元件16的第二发射器相位系统22、耦合于天线元件18的第三发射器相位系统24、预标器模分频器26、信号分离器28、调制器30和载波频率源32。

调制器30接收信息信号34，其可以是由将与接收器12(或其它适当的接收器)进行通信的任何适当的源产生的任何适当的模拟信号，如视频信号或音频信号。尽管图示的实施例被指向模拟信息信号34的通信，在本发明的另外的实施例中该信号可以是数字格式。考虑在该专利说明书中的教导，数字和模拟通信系统可使用新的通信方法。

载波频率源32可包括任何适当的电路或系统，如传统正弦波发生器或振荡器，以提供载波频率信号36。和在任何通信系统中一样，载波频率信号36应具有用于给定传输媒质如在无线通信中的自由空间的有助于其用信息信号34来进行调制的频率。例如，如果信息信号34是传统的电视信号，其在美国使用的NTSC标准下具有6MHz带宽，载波频率信号36可以是被适当的国家管理机关指定的用于电视传输的现有电视信道中的任何一种，在美国其在大约54MHz到890MHz变化。为了实验的目的，发明人选择795.0MHz作为实验的电视通信系统的一个信道，其在美国被定义为信道68。

在本发明的该实施例中为图示的目的使用电视传输系统，调制器30用信息信号34代表的视频信号调制载波频率信号36。根据典型的电视调制标准，如美国使用的，调制为振幅调制(AF)。尽管为了图示的目的在该实施例中描述了电视传输，本发明也可根据任何适当的调制标准用于在任何适当的频带中的任何类型的信息。

信号分离器28提供已经用信息信号34进行调制的载波信号38给各个发射器相位系统20，22和24。各个发射器相位系统20，22和24也接收预标器模分频器26产生的发射器旋转频率信号40。预标器模分频器26把载波频率信号36进行分频产生发射器旋转频率信号40。因为包括促进上面提到的实验通信系统中的测试设备的同步化的原因，发明人选择26.5MHz或1/30的载波频率的旋转频率以定义通信信道。这样预标器模分频器26可包括1∶30分频电路。它可包括后面紧跟1∶3分频级的1∶10分频级或任何其它适当的分频电路。但是，尽管上述载波频率是上述旋转频率的整数倍，该倍数关系可选择来至少部分促进实验并且其不是必须的。尽管为了清楚的目的未示出，可包括其它信号分离器来更有效把载波频率信号36分配给调制器30和预标器模分频器26并且把发射器旋转频率信号40分配给相位系统20，22和24。

象下面进一步描述的一样，各个相位系统20，22和24具有与其相关的不同的时间延迟。各个相位系统20，22和24把发射器旋转频率信号40延迟一个不同的时间量。时间延迟响应于发射器旋转频率信号40的波长来选择。在另一个可选择的具有N个相位系统的实施例中，各个相位系统把发射器旋转频率信号延迟一个等于其波长的1/N的量。

可选择处于载波频率与零之间的任何适当的旋转频率，但是它应大于信息信号的最高频率。在示出的实施例中，发射器旋转频率信号40可具有例如26.5MHz的一个频率，其相当于11.3m波长或37.7ns的周期。因为有3个发射器相位系统，第一发射器相位系统20对发射器旋转频率信号40延迟0秒，第二发射器相位系统22对发射器旋转频率信号40延迟37.7ns秒的1/3，第三发射器相位系统24对发射器旋转频率信号40延迟37.7ns秒的2/3。一般意义上讲，发射器相位系统20对发射器旋转频率信号40的相位延迟0度，发射器相位系统22对发射器旋转频率信号40的相位延迟120度，发射器相位系统24对发射器旋转频率信号40的相位延迟240度。

各个发射器相位系统20，22和24用时间延迟的发射器旋转频率信号40振幅调制其自身已经用信息信号34进行调制的载波信号38。图3表示分别由发射器相位系统20，22和24产生的振幅调制载波信号42，44和46。(为了清楚的目的，图3没有按比例画出并且因此不必要准确反映载波频率48中相对于调制包络线50的相对大小变化。)如果虚线52被选择来代表0度的延迟或相移，那么虚线54代表120度的相移，虚线56代表240度的相移。虚线58和60分别代表180度(π弧度)和360度(2π弧度)。

注意在任何一个振幅调制的载波信号42，44和46上承载的信息相对于在其它振幅调制的载波信号上承载的信息不被延迟。而是仅各个振幅调制载波信号的调制包络线50被延迟。同样的信息被各个振幅调制载波信号42，44和46在任何瞬间实时承载。放大部分62，64和66图示这种性能。在任一选择的时间间隔68，载波频率48中同样的变化在各个振幅调制载波信号42，44和46中在同一时间点上发生。

各个振幅调制载波信号42，44和46被提供给天线元件14，16和18的相应的一个。尽管下面将进一步具体描述，天线元件14，16和18可是相对于中心点以彼此间相等的角度间隔被径向排列的偶极子天线(或更特殊的单极子天线)。

如图4中的极图所示的一样，其中传播轴处于图的中心并垂直于页面，并且其中时间由箭头70的角度方向所代表，各个天线元件14，16和18发射相应的电磁波72，74和76。各个波72，74和76作为其分别被振幅调制载波信号42，44和46之一激发的结果具有随时间以心形形状方式变化的振幅。发射器天线系统发射的发射波78是波72，74和76的加和合成。为了图4中的图的图示目的，振幅调制载波信号42，44和46的相对振幅被选择来导致生成一个用于发射波78的单位振幅，即一个相对振幅“1”。该图表示当发射波78的振幅和传播方向保持恒定时，其电场(E)矢量随时间旋转。

返回图7A，调制包络线94类似于图3中的调制包络线50。实际上，在图1描述的本发明的实施例中，在3个这种E场分量彼此成120度相位差的情况下，合成波将具有以小于载波频率并大于零的旋转频率与图7A所示的合成E场矢量96相类似的绕传播轴旋转的E场矢量。

尽管图7A-B和8A-B为了图示的目的来描述具有以处于载波频率和零之间的旋转频率旋转的E场矢量的波，图7A-B和8A-B所示的结果可通过一个替换的实施例来产生，其中通信系统仅包括两个相位系统和两个天线元件。例如，可在这种实施例中包括两个交叉偶极子，即，一个为水平对齐的，另一个为垂直对齐的，尽管需要把180度的相移引入旋转频率信号。图8A表示E场分量90和92的相对振幅并进一步表示在这种交叉偶极子实施例中的180度的相移。注意在点103，105和107的相移。

如图2所示，各个发射器相位系统20，22和24包括相移器100，宽频放大器102，平衡混频器调制器104和可调谐的相移器106。相移器100应被选择来提供上述相对于发射器相位系统20，22和24的时间延迟或相移。平衡混频器调制器104是熟知的一种类型的电路，有时在已有技术中称为平衡混频器或平衡调制器，并且可以是任何一种适当的设计。可调谐的相移器106有助于准确地对3个发射器相位系统20，22和24的总延迟进行调谐以为实际的通信作准备。

在发射器相位系统的可选择的实施例中，平衡混频器调制器可用例如在宽的带宽上具有高线性相位误差的电压可变衰减器来替代。移相器可用延迟线或类似类型的提供上述时间(相位)延迟的组件来替代。而且，发射器相位系统可包括作为适当的和/或人工可调整延迟线来进行精细调整的带通滤波器。

返回图1，接收器12结构上类似发射器10。接收器12包括具有3个天线元件110，112和114的天线系统、耦合于天线元件110的第一接收器相位系统116、耦合于天线元件112的第二接收器相位系统118、耦合于天线元件114的第三接收器相位系统120、相干旋转频率发生器122、信号合成器124和信息信号解调器126。

接收器天线系统可与发射器天线系统相同。这样在图1所示的实施例中，天线元件110，112和114是偶极子(或更具体的是单极子)并且相对于中心点以例如彼此相等的角度间隔被径向排列。当发射波78在接收器天线系统上照射时，沿各个天线元件110，112和114的偏振轴取向的其分量的振幅产生相应的信号128，130或132。信号128，130和132的振幅根据E场矢量的旋转并且因此根据发射器10强加的振幅调制来变化。

相干旋转频率发生器122从接收到的振幅调制信号之一，如信号128来恢复旋转频率。如图17所示，相干旋转频率发生器122提供接收到的信号的多级放大以恢复载波频率。尽管接收到的信号128具有以载波频率的频率分量，该载波频率分量被相对衰减。这样，信号128经3个低噪音放大器652，654和656及插在每两个放大器之间的两个带通滤波器658和660逐级(in stages)放大。带通滤波器658和660以载波频率为中心，因为在图示的实施例中载波频率是旋转频率的整数倍。预标器662把放大的信号的频率进行分频以从载波频率再现旋转频率；预标器662也可提供进一步的放大。预标信号被提供给可调谐的延迟664。可调谐的延迟664可人工地进行调整以把旋转频率信号带入含3个接收信号的相位。换言之，可调谐的延迟664可使发射器10与接收器12之间的相位同步以建立相干性。用户在观察接收器12的输出如再现的信息信号138时可调整延迟664，直到用户可满意地分辨接收到的信息。例如，如果再现的信息信号138是电视信号，用户可在调整延迟664以在信号中进行调谐时在视频监测器上对其进行可视的监测或在示波器上进行电子监测。可调谐的延迟664的输出可提供给一个模分频器666，其进一步把频率分为相应于要被接收到的信息信道的旋转频率。

尽管载波频率信号分割为旋转频率信号的步骤在该实施例中通过预标器662和模分频器666以两级方式完成，应注意依据对制造、工程和其它设计的考虑的频率可通过更少的级或更多的级来分割完成。如果载波频率是例如旋转频率的30倍，通过进行1∶10分割的预标器662然后是进一步进行1∶3分割的模分频器666所进行的分割，与进行1∶30分割的单级分割相比更加经济，因为1∶10和1∶3电路比1∶30电路更容易获得。

在另一个实施例中，接收器的相干旋转频率发生器可用使用锁相环(PLL)电路(未示出)的非相干旋转频率发生器来代替。任何适当的锁相环电路可被使用，如耦合于再生振荡器(未示出)的锁相环探测器。在另一个实施例中，用于陆地通信的发射器和接收器旋转频率源可使用从全球定位卫星(GPS)系统接收到的信号来对其旋转频率进行同步化。

接收器相位系统116，118和120以与发射器相位系统20，22和24相同的方式延迟接收器旋转频率信号。从而第一接收器相位系统对信号134延迟0度，第二接收器相位系统对信号134延迟120度，第三接收器相位系统对信号134延迟240度。

各个接收器相位系统116，118和120根据其相应的时间延迟旋转频率信号134分别门控或探测振幅调制信号128，130和132。通过以这种方式门控信号，各个接收器相位系统使其本身仅对那些在频率和相位上与其相应的时间延迟旋转频率信号134相对应的振幅调制信号敏感。当信号合成器124对接收器相位系统116，118和120的门控输出相加时，合成调制载波信号136仅用该信息进行调制；旋转频率强加的调制加起来为一个固定值。如果每个接收器相位系统116，118和120中的门控与每个发射器相位系统20，22和24的门控相匹配，合成调制载波信号136是发射器10中调制载波信号38的再现。解调器126以传统方式从合成调制载波信号136恢复信息信号。例如，因为图示的实施例与用视频信号调制的传统电视载波振幅相关，解调器126可以是传统的电视调谐器。从而接收器12中再现的信息信号138是发射器10中信息信号34的再现。

如图5所示，各个接收器相位系统116，118和120结构上类似于发射器相位系统20，22和24。每个包括低噪音放大器140、电压可变衰减器142、宽频放大器144、带通滤波器146和移相器148，所有这些都可商业购买。移相器148被选择来提供上面相对于接收器相位系统116，118和120所述的时间延迟或相移。和发射器相位系统20，22和24中一样，可调谐的移相器148有利于精确调整。

在接收器相位系统的可选择的实施例中，电压可变衰减器可用例如平衡混频器调制器来取代。移相器可用延迟线或类似类型的提供上述时间(或相位)延迟的组件来替代。而且，发射器相位系统可包括作为可适当调整和/或人工调整的延迟线以用于精细调整的带通滤波器。

如图9和10所示，可用在发射器10和接收器12中的适当的天线系统包括应用传统蚀刻过程形成在一个印刷电路板上的3个半波偶极子(或更具体的，单极子)。第一偶极子包括元件152和154。第二偶极子包括元件156和158。第三偶极子包括元件160和162。元件152-162通过蚀刻后残留在板基底164上的铜区域来定义。第一段共轴电缆168的中心导体166经一个孔插入印刷电路板并焊接到一个偶极子的一个元件上。第二段共轴电缆172的中心导体170经一个孔插入印刷电路板并焊接到那个偶极子的另一个元件上。平衡-非平衡转换器或blaun174被用来把偶极子与馈送176匹配，其可以是一段具有接地屏蔽的共轴电缆。两段共轴电缆168和172的屏蔽可被耦合到平衡-非平衡转换器174的中心抽头。当用作发射器10的天线系统时，各个偶极子相应于天线元件14，16和18之一，并且馈送176接收信号42，44和46的相应一个。当用作接收器12的天线系统时，各个偶极子相应于天线元件110，112和114之一，并且馈送176接收信号128，130和132的相应一个。

如图18和19所示，另一个可用在发射器10和接收器12中的适当的天线系统包括例如以其轴相对于波导548的纵轴径向取向的以120度角分开安装在柱状波导548中的3个单极子元件542，544和546。元件542，544和546可经波导548的壁或者以任何适当的方式分别安装在绝缘套筒550，552和554中。波导548在其末端可具有适当的角状物以集中发射和接收波。共轴电缆连接器556，558和560分别把元件542，544和546耦合到共轴电缆562，564和566。

天线系统的该实施例有利地排除EM波的高阶模，否则其将被传播并因此减少发射的波以指定的方式进行叠加的程度。如上面讨论的一样，从单个天线元件发射的波，在本发明的某些实施例中逐个考虑为平面偏振，在近场相叠加以产生具有旋转E场的波。图18和19所示的天线系统减少或排除了发射的波不完全以指定的方式叠加的程度。

天线可以类似于具有径向安装的元件的传统柱状波导的方式来构造。例如，波导548和元件542，544和546可由任何适当的导体如铜、铝或黄铜来制得。另外，波导548可具有大于或等于一个载波频率波长的长度。波导548的尺寸和元件542，544和546的纵向位置可被选择来排除高于柱状波导的基模(即TE11模)的模。达到单模传播的适当尺寸可用响应于选择的载波频率的熟知的天线工程公式来计算。为了例示上述795.0MHz的载波频率，这种计算可代表大约23.8cm(9.4英寸)的直径。

总而言之，例如相对于图1，本发明的通信系统的实施例特征表现为接收器12同步跟随发射器10发射的信号的旋转E场矢量。

而且，尽管上面示出的实施例可直接指向经过自由空间的无线频率通信，本发明并不限定在该传输媒质。在另外的实施例中，例如本发明可经波导或光纤进行信号的通信。从而，尽管示出的实施例包括用来经自由空间辐射或发射射频电磁波的发射器天线系统，经其它媒质对电磁波进行通信的另外的实施例包括适合于经这些媒质发射电磁波的辐射器，如用于经光纤媒质发射光波的光学辐射器。类似地尽管示出的实施例包括用于经自由空间接收射频电磁波的接收器天线系统，经其它媒质对电磁波进行通信的另外的实施例包括适合于经这些媒质接收电磁波的接收器，如用于光纤媒质的光学接收器。

图13表示根据本发明的另一个实施例使用单一载波信号的光学通信系统。在发射器299，激光器300产生具有穿过光束分离器302的载波频率的波以产生两个具有载波频率的波304和306。波304和306可是通常由传统激光器产生的线偏振波。两个信息调制器308和310基于信息信号312分别调制波304和306以产生信息调制波314和316。

旋转频率源318提供都具有处于载波频率和零之间的旋转频率的旋转信号320和322给光学旋转调制器324和326；旋转信号320和322可被光学旋转调制器324和326以类似于相对于图1的如上所述的旋转信号的方式彼此相对进行振幅调制及相位延迟。例如，光学旋转调制器324和326之一个可包括半波相位板以在波314和316被线偏振时相位延迟信息调制的光波314和316。光学旋转调制器324和326以基于旋转信号320和322的旋转频率分别调制信息调制光波314和316以分别产生光波328和330。

耦合器332经光纤334结合并传送光波328和330。光波328和330的结合产生一个以处于载波频率与零之间的旋转频率绕传播轴进行旋转的合成E场矢量。

在与光纤334连接的接收器335，光束分离器336把接收到的波分为光波338和340。旋转解调器342和344分别接收光波338和340。旋转频率源346类似于旋转频率源318分别提供旋转信号348和350给解调器342和344。旋转解调器342和344基于旋转信号348和350产生解调的光波352和354。光探测器356和358分别把解调的光波352和354转换为电信号360和362。加法器364对电信号360和362进行组合产生电信号366。信息解调器368接收电信号366产生信息信号370，其是信息信号312的再现。

激光器300可被选择优化以用于在光纤中的传播。例如，激光器300可以是以1.3-1.55μm波长范围发射的铝镓砷(AlGaAs)或铟镓砷(InGaAs)多层分布反馈(DFB)激光器。光探测器356和358可被选择来对激光器300频谱响应。例如，光探测器356和358可以是反偏压的镓砷(GaAs)二极管探测器。

信息调制器308和310、旋转调制器324和326及旋转解调器342和344可被不同地来构造以适当地调制光波的相位和/或振幅。例如，调制器和解调器可是铌酸锂(LiNbO₃)电光调制器，如鲍尔克盒。

使用单一载波信号的多个信道

在本发明的另一个实施例中，多个发射器-接收器系统可在选择的信息信道上通信，各个信道由选择的恒定E场角速度来限定，该角速度与所有其它这种信道的速度是不同的。

图11表示具有多个能在选择的信息信道上通信的发射器-接收器系统的一种通信系统。发射器178，180，182和184同步(即同时)与接收器186，188，190和192进行通信。(发射器182与184之间及接收器190与192之间的省略号(…)分别代表其它的发射器和接收器，因为任何适当数目的发射器和接收器可同步(即同时)用来通信；发射器和接收器的总数是N。)

各个发射器178，180，182和184由上述相对于图1的发射器10的电子设备或者上述相对于图13的发射器299的电光元件构成。发射器178，180，182和184可共享一个公用天线系统。例如，当发射器178，180，182和184由发射器10的电子设备构成时，天线系统可以是包括元件194，196和198的3元件天线。

各个发射器178，180，182和184分别接收信息信号200，202，204和206。信息信号200，202，204和206用载波信号通过把调制器(未示出)设置在各个发射器178，180，182和184内来进行调制，在这种情况下，载波信号被锁相电路(未示出)锁闭相位。响应于信息信号200，202，204和206，各个发射器178，180，182和184产生3个振幅调制载波信号(对于具有3元件天线系统的本实施例)，象例如上述相对于图1的信号42，44和46。振幅调制载波信号以与由发射器178，180，182和184中的所有其它发射器产生的振幅调制载波信号所承载的不同的旋转频率承载振幅调制。换言之，各个发射器178，180，182和184以单一定义通信信道的不同的选择旋转频率来操作。

如相对于图1所述的一样，并且对于3元件天线系统的例子来说，由发射器如图1中的发射器10产生的各个振幅调制信号与3个时间延迟之一相关。第一合成器208把由各个发射器178，180，182和184产生的与第一时间延迟相关的振幅调制信号进行组合。第二合成器210把由各个发射器178，180，182和184产生的与第二时间延迟相关的振幅调制信号进行组合。第三合成器212把由各个发射器178，180，182和184产生的与第三时间延迟相关的振幅调制信号进行组合。天线元件194接收第一合成器208的输出。天线元件196接收第二合成器210的输出。天线元件198接收第三合成器212的输出。发射器天线系统以与上述相对于图1的单一信道系统相同的方式发射代表多个组合通信信道的信号213。

各个接收器186，188，190和192由上述相对于图1的接收器12的电子设备或者上述相对于图13的接收器335的电光元件构成。接收器186，188，190和192可共享包括用于在接收器的3元件天线的例子的元件214，216和218组成的一个公用天线系统。接收器天线系统接收多个通信信道。第一分离器220把天线元件214接收到的振幅调制信号分离为多个与第一时间延迟相关的振幅调制信号。第二分离器222把天线元件216接收到的振幅调制信号分离为多个与第二时间延迟相关的振幅调制信号。第三分离器224把天线元件218接收到的振幅调制信号分离为多个与第三时间延迟相关的振幅调制信号。锁相环(PLL)电路(未示出)闭锁用来解调天线元件214，216和218接收到的振幅调制信号的信号的相位。各个接收器186，188，190和192以单独定义通信信道之一的不同的选择旋转频率来操作。接收器186，188，190和192响应于各个分离器220，222和224以与上述相对于图1中接收器12产生再现信息信号138的相同的方式来提供的振幅调制信号，产生再现的信息信号226，228，230和232。

旋转频率提供信道选择性，其是对载波信号的频率所提供的选择性的补充。从而，被调谐向选择的信道的即以一定旋转频率进行操作的接收器186，188，190和192之一基本上接收到很小的来自在其它信道上操作的即以其它旋转频率操作的发射器178，180，182和184的通信信号的干扰。发射器178，180，182和184及接收器186，188，190和192可以相同的载波信号频率全部同步(即同时)操作，而仅接收器186，188，190和192中的一个与各个发射器178，180，182和184分别进行通信，因为是旋转频率而非载波频率提供信道选择性。

具有多个共享一个公用天线系统的发射器和多个共享一个公用天线系统的接收器的通信系统，如图11所示，是很经济的，因为它把天线元件的数目降低到了最小。但是，其中各个发射器包括其自己的天线系统的通信系统将以同样的方式来操作。例如，系统可包括多个与图1中的发射器10和接收器12一样的发射器和接收器并可同步(即同时)经相应的多个信道进行通信。以给定的载波频率和不同于所有其它发射器10的旋转频率来操作的各个发射器10定义了单一的通信信道。这种系统的所有发射器10和接收器12可同步(即同时)以相同的载波信号频率来操作，但仅一个接收器12与各个发射器10通信。

在应用单一载波信号的本发明的公开的实施例中，信道应在旋转频率域中被分配合适的带宽以有效发射信息。换言之，用于给定载波频率的各个信道的旋转频率应从具有同样(或接近于相同的)载波频率的相邻信道的旋转频率被充分偏置从而信道不重叠。例如，具有6MHz带宽的信息信号可以用具有6MHz带宽的旋转频率域中的信号来代表。定义不同信道的各个非线性路径频率源应被选择来把旋转频率域中的相应信号与另外的信号分开以避免重叠。

一般地，EM波(例如图1中的EM波78或图15中的EM波512)可使其E场矢量以小于载波频率并大于零的旋转频率绕传播轴旋转，但是旋转频率应被选择为足够小于载波频率并足够大于零以在没有至少一部分信息是不可恢复的情况下启动接收器的探测。否则在旋转频率被选择为使某信息频率分量的频率超过载波频率或低于零时一部分信息可以是不可恢复的。

当信息的某频率分量超过例如载波频率时，信息的这些频率分量可由接收器来反相地以小于载波频率的旋转频率探测；这些反相的旋转频率分量将抵消非反相的旋转频率分量从而引起一部分信息不可恢复。例如，超过载波频率10MHz的旋转频率分量将被反相并用以载波频率减10MHz的旋转频率分量形式被接收器抵消。

信息的频率分量相应于信息的带宽和信息在EM波上被承载的方式。信息可以被承载在频率域和/或旋转域中的EM波上(例如图1中的EM波78或图15中的EM波512)。换言之，信息可通过调制载波频率信号(即用振幅调制、频率调制或相位调制)和/或通过调制旋转频率信号(即使用频率调制或相位调制)而被承载在EM波上。

例如，在信息仅是被振幅调制到载波频率信号的情况下，EM波的频带宽大约等于信息带宽。在这种情况下，EM波的旋转频率应比载波频率小二分之一的信息带宽并比零大二分之一的信息带宽。例如，在信息带宽为6MHz的情况下，最低的可能旋转频率应大于该带宽的一半以提供足够的零以上的空间用于信道(例如对于6MHz带宽的信息信号为3MHz)，并且最高的可能旋转频率应至少是在比载波频率低该带宽的一半处(例如对于6MHz带宽的信息信号为3MHz)。

基于双载波信号的通信系统

图16是根据本发明的一个实施例的使用两个不同载波信号的通信系统的框图。在图16中，发射器600包括两个不同的载波频率源602和604、两个信息调制器606和608和两个传输媒质耦合器610和612。发射器600经传输媒质(未示出)发送EM波614到接收器616。接收器616包括两个传输媒质解耦器618和620、两个滤波器622和624、加法器626和信息解调器628。

信息调制器606接收信息信号630和来自差分载波频率源602的上差分载波频率信号632以产生信号636。类似地信息调制器608接收信息信号630和来自差分载波频率源604的下差分载波频率信号634以产生信号638。信息信号630可是任何合适的由任何适当的源产生的模拟信号，如视频信号或音频信号，其将向接收器616(或其它适当的接收器)通信。类似地信息信号630可是数字格式。

差分载波频率源602和604可包括任何适当的电路或系统，如传统的正弦波发生器或振荡器，分别用来提供载波信号632和634。载波信号632和634应具有有助于其用给定的传输媒质所用的信息信号630来调制其自身的频率。

传输媒质耦合器610和612分别接收信号636和638以产生两个EM波，其叠合为EM波614。传输媒质耦合器610发送的EM波具有跟踪非线性周期路径的E场矢量终点。传输媒质耦合器612发送的EM波具有以相反方向跟踪同一非线性周期路径的E场矢量终点。例如耦合器610可以一个载波频率发送左手圆偏振EM波；耦合器612可以另一个载波频率发送右手圆偏振EM波。

接收器616可在传输媒质解耦器618和620接收EM波614。传输媒质解耦器618接收EM波614以产生相应于传输媒质耦合器610发送的EM波的信号640；传输媒质解耦器620接收EM波614以产生相应于传输媒质耦合器612发送的EM波的信号642。

滤波器622和624分别接收信号640和642并分别产生信号644和646。滤波器622和624可以是防止信号交叉耦合的陷波滤波器和阻抗匹配电路。滤波器622和624可具有分别适合于信号640和642的分别以差分载波频率源602和604的载波频率为中心的频谱带宽。

加法器626对信号644和646相加以产生信号648。信号648包含为上差分载波频率和下差分载波频率的平均值的新的载波频率的信息；信息不再以上下差分载波频率出现。换言之，信息信道以类似于上面讨论的基于单一载波信号的通信系统的方式存在，其中信息以上差分载波频率和下差分载波频率的平均值的新的载波频率被承载，并且E场矢量以等于上下差分载波频率之差的一半的频率跟踪非线性周期路径。E场矢量可以以处于新的载波频率与零之间的适当的频率绕传播轴跟踪非线性周期路径，但是横过传播轴的路径的频率应大于信息信号的最高频率。

由具有两个差分载波频率中较高的一个的差分载波信号所驱动的传播媒质耦合器代表E场矢量跟踪非线性周期路径的方向。例如，在传播媒质耦合器610发射具有以顺时针方向绕传播轴旋转的E场矢量的EM波并且传播媒质耦合器612发射具有以逆时针方向绕传播轴旋转的E场矢量的EM波的实施例中，如果差分载波频率源602产生比差分载波频率源604高的频率，合成EM波614的E场矢量以顺时针方向绕传播轴旋转，如果差分载波频率源604产生比差分载波频率源602高的频率，合成EM波614的E场矢量以逆时针方向绕传播轴旋转。

信息解调器628接收信号648并产生信号650，其是信息信号630的再现。信息解调器628基于为上差分载波频率和下差分载波频率的平均值的新的载波频率解调信号648。信息解调器628可以是例如传统AM接收器。

用于图16所示的本发明的实施例的特定电子设备依据EM波614的传输媒质和载波频率而变化。例如，传输媒质可是自由空间、波导或光纤。在EM波614的载波频率处于射频频谱中时，例如，传输媒质耦合器610和612及传输媒质解耦器618和620可以是对这些载波频率进行优化的天线。例如，适当的天线可包括单极子天线、偶极子天线、螺旋天线和/或相控阵天线等。在EM波614的载波频率例如处于光谱中时(例如红外辐射或可见光)，例如，传输媒质耦合器610和612可以分别是光纤耦合器；传输媒质解耦器618和620及加法器626可以是光探测器；并且差分载波频率源602和604可以是各自产生具有以相反方向旋转的E场矢量的波的激光器。

图12表示根据本发明的另一实施例的基于两种不同载波信号的通信系统。通信系统包括发射器234和接收器236。发射器234包括由两个螺旋天线元件238和240组成的双螺旋天线系统。发射器234还包括由下差分载波频率源242、上差分载波频率源244、两个振幅调制器246和248、两个放大器250和252及两个陷波滤波器和阻抗匹配电路254和256组成的电子设备。

调制器246和248各自接收信息信号258，其可以是例如由任何适当的源产生的任何适当的模拟信号，如视频信号或音频信号，其被需要来与接收器236(或其它接收器)进行通信。从而，该源可以是例如具有6MHz带宽的传统的NTSC电视信道那种。上差分载波频率源244产生具有等于预定载波频率加上预定旋转频率得到的上差分载波频率的上差分载波信号260。下差分载波频率源242产生具有等于预定载波频率减去预定旋转频率得到的下差分载波频率的下差分载波信号262。频率源242和244可包括任何适当的电路或系统，如传统的正弦波发生器或振荡器。

调制的下差分信号264经放大器250被耦合到天线元件238。调制的上差分信号266经放大器252被耦合到天线元件240。如果信息信号258是传统的NTSC电视信号，放大器250和252应具有至少6MHz的带宽。螺旋天线元件238和240可具有相反的扭向并且一般被共轴沿中央支持结构268设置。例如，天线元件238可具有右手扭向，天线元件240可具有左手扭向。这样，天线元件238辐射右手圆偏振波，天线元件240辐射左手圆偏振波。反射器270(为清楚起见在图12中以横截面表示)被设置在天线系统的最末端。

天线系统辐射的合成发射电磁波272具有类似于上述相对于图1所示的实施例的发射信号78的特性。换言之，合成发射电磁波272具有以小于上差分载波频率和下差分载波频率的平均值的频率绕传播轴旋转的E场矢量。在螺旋天线元件240发射具有以顺时针方向绕传播轴旋转的E场矢量的EM波并且螺旋天线元件238发射具有以逆时针方向绕传播轴旋转的E场矢量的EM波的一个实施例中，波272的E场矢量以顺时针方向绕传播轴旋转，因为上差分载波频率源244产生高于下差分载波频率源242的频率。在螺旋天线元件240发射具有以逆时针方向绕传播轴旋转的E场矢量的EM波并且螺旋天线元件238发射具有以顺时针方向绕传播轴旋转的E场矢量的EM波的一个实施例中，波272的E场矢量以逆时针方向绕传播轴旋转，因为上差分载波频率源244产生高于下差分载波频率源242的频率。

陷波滤波器和阻抗匹配电路254和256防止信号的交叉耦合。电路254具有以上差分载波频率的频率为中心的6MHz的陷口(notch)并且从而仅通过下差分载波频率附近的信号。类似地，电路256具有以下差分载波频率的频率为中心的6MHz的陷口(notch)并且从而仅通过上差分载波频率附近的信号。电路254和256也可包括适当的阻抗匹配电路，如平衡非平衡转换器。

发射器234的操作通过比较基于两个不同载波信号的通信系统与基于单一载波信号的通信系统可得到理解。在基于单一载波信号的通信系统中，传播的合成波的E场矢量是旋转的；合成波不会产生边频带，尽管如果仅考虑给定天线元件产生的波中的一个分量将出现边频带。合成波中消除了边频带是由于来自天线系统的其它天线元件的放射波分量的叠合而带来的。

在基于两个不同载波信号的通信系统中，具有一个差分载波频率和具有绕传播轴旋转的E场矢量的一个EM波被发射；具有另一个差分载波频率和具有以相反方向绕传播轴旋转的E场矢量的另一个EM波被发射。这些波叠合产生带有新的载波频率的合成波；具有两个不同载波频率之一的波没有存在于接收的合成波中。具有两个不同载波频率的波在合成波中被消除是由于各自具有其自己的载波频率和自己的以彼此相反方向绕传播轴旋转的E场矢量的发射波的叠合而带来的。

在本发明的一个实施例中，天线系统是共轴螺旋类型。图12所示的可选择的实施例中的共轴螺旋天线元件引起具有两个差分载波频率的波以在叠合时彼此抵消。在一个可选择的实施例中，这些波直接通过用上差分载波频率驱动一个螺旋天线元件而用下差分载波频率驱动另一个螺旋天线元件来产生。螺旋天线元件240放射具有以等于下差分载波频率的频率绕传播轴旋转的E场矢量的波。螺旋天线元件238放射具有以等于上差分载波频率的频率沿相反方向绕传播轴旋转的E场矢量的波。

天线元件238和240不必要精确共轴，只要接收天线系统被设置在天线元件238和240的远场中。从而，它们可在许多通信系统中并排放置。如果发射器和接收器之间的间距很大，如为卫星和地面站之间的距离，天线元件238和240可被分开几米而不会明显降低系统性能。这样双螺旋天线系统的最优的物理结构考虑通信系统的指定应用而取决于各个天线设计因子。

接收器236结构上类似于发射器234。接收器236包括由两个具有共轴安装在支持结构277上的相反扭向的螺旋天线元件274和276组成的双螺旋天线系统。反射器278(为清楚起见在图12中以横截面表示)被设置在天线系统的最末端。接收器236还包括由下差分载波频率滤波器280、上差分载波频率滤波器282、加法电路284，振幅调制探测器电路286和两个陷波滤波器和阻抗匹配电路288和290组成的接受器电子设备。下差分载波频率滤波器280具有以下差分载波频率的频率为中心的带通，上差分载波频率滤波器282具有以上差分载波频率的频率为中心的带通。陷波滤波器和阻抗匹配电路288和290可以与电路254和256相同。电路288具有以下差分载波频率的频率为中心的6MHz的陷口(notch)并且从而仅通过上差分载波频率附近的信号。类似地，电路290具有以上差分载波频率的频率为中心的6MHz的陷口(notch)并且从而仅通过下差分载波频率附近的信号。振幅调制探测器电路286可以是传统的结构，并且因此包括放大器、探测器、本机振荡器、自动增益控制和已有技术中已知的通常被包括在振幅调制射频接收器中的其它电路。振幅调制探测器电路286被调谐来接收新的载波频率即上下差分载波频率的平均值的信号。

下差分载波频率滤波器280被耦合于天线元件274，上差分载波频率滤波器282被耦合于天线元件276。加法电路284的输入被耦合到滤波器280和282的输出。加法电路284接收滤波器280产生的下差分信号292和滤波器282产生的上差分信号294。接受器电子设备以基本上与发射器电子设备相反的方式发生作用。与如上相对于发射器234进行的描述一样，上下差分信号之和为载波；上下差分信号彼此抵消。振幅调制探测器电路286恢复相应于信息信号258的再现信息信号298。

图14表示根据本发明的另一实施例的使用两个不同载波频率的光学通信系统。在发射器700中激光器702和704分别以两个不同的载波频率分别产生光波706和708，f1和f2(或者波长λ1和λ2)。调制器710和712分别用信息信号701来调制波706和708以分别产生波714和716。调制器710和/或712可分别改变波706和/或708的相位和振幅，从而用于波的E场矢量以相反方向旋转。例如，在光波714和716为线偏振波的情况下，调制器710和712各自可包括1/4波片以把线偏振波转换为相反旋转方向的圆偏振波。另外，激光器702和704可被构造来产生分别含相反方向旋转的E场矢量的波706和708。在本发明的一个实施例中，波706在一个方向上是圆偏振的并且波708在相反方向上是圆偏振的。耦合器718把波714和716组合以产生经光纤720被发送的叠加波。

接收器722包括从光纤720接收被叠加的光信号的光探测器724和信息解调器728。光探测器724接收波734和736以产生信号728。光探测器724被优化来接收中心波长λ1和λ2并由于光探测器的固有频谱响应而有效地用作频谱滤波器。信息解调器728接收信号728以产生信号730，其是信息信号701的再现。

由光探测器724探测到的载波波长是载波波长λ1和λ2的平均值。由光探测器724探测到的叠加波具有以等于载波波长λ1和λ2的差值的一半的角速度旋转的E场矢量。对于波706顺时针旋转并且波708逆时针旋转的情况下，如果λ1短于λ2，叠加波的E场矢量是顺时针的；如果λ1长于λ2，叠加波的E场矢量是逆时针的。

激光器702和704可被选择优化以用于在光纤334中的传播。例如，激光器702和704可以是以1.3-1.55μm波长发射的铝镓砷(AlGaAs)或铟镓砷(InGaAs)多层分布反馈(DFB)激光器。光探测器724可被选择来对激光器702和704频谱响应。例如，光探测器738和740可以是反偏压的镓砷(GaAs)二极管探测器。

调制器710和712可不同构造来调制适当的光波的相位和/或振幅。例如，调制器710和712可是铌酸锂(LiNbO₃)电光调制器，如鲍尔克盒(Pockel cell)。

使用两个载波信号的多个信道

再参考图12，通信系统可包括经相应多个信道的同步(即同时)通信的多个发射器234和接收器236。这种系统的所有发射器234和接收器236可同步(即同时)操作，但仅有一个接收器236与各个发射器234通信。旋转频率提供信道选择性。各个发射器234和接收器236以选择的旋转频率操作。相对于发射器234，下差分载波频率源242被设置为载波频率减去选择的旋转频率的频率，并且上差分载波频率源244被设置为载波频率加上选择的旋转频率的频率。相对于接收器236，下差分载波频率滤波器280被设置为载波频率减去选择的旋转频率的频率，并且上差分载波频率滤波器282被设置为载波频率加上选择的旋转频率的频率。合成发射波272的新的载波频率是上下差分载波频率的平均。在螺旋天线元件240发射具有以顺时针方向绕传播轴旋转的E场矢量的EM波并且螺旋天线元件238发射具有以逆时针方向绕传播轴旋转的E场矢量的EM波的一个实施例中，波272的E场矢量以顺时针方向绕传播轴旋转，因为上差分载波频率源244产生高于下差分载波频率源242的频率。在螺旋天线元件240发射具有以顺时针方向绕传播轴旋转的E场矢量的EM波并且螺旋天线元件238发射具有以逆时针方向绕传播轴旋转的E场矢量的EM波的一个实施例中，波272的E场矢量以逆时针方向绕传播轴旋转，因为上差分载波频率源244产生高于下差分载波频率源242的频率。滤波器280和282可包括变容二极管或其它可调谐的电路以促进接收器236向选择的信道的调谐。尽管为了清楚的目的未被示出，接收器236还可包括一个操作者用来对耦合于天线元件276和274的两个信号进行交换的开关以促进发射信号的接收，而无论其是右手偏振还是左手偏振。

尽管上述实施例中的发射器和接收器的电路元件是直接针对模拟电子设备的，可选择地情况是其功能可以同样使用数字电子设备来执行。

在使用两个差分载波频率的本发明的实施例中，信道可在旋转频率范围中被分配合适的带宽以有效发射信息。换言之，用于给定载波频率(即下和上差分载波频率的平均)的各个信道的旋转频率(由下和上差分载波频率指定的)应从具有同样(或接近于相同的)载波频率的相邻信道的旋转频率被充分偏置从而信道不重叠。例如，定义不同信道的每对非线性路径频率源应被选择来把旋转频率范围中的相应信号与另外的信号分开以避免重叠。

一般地，EM波(例如图12中的EM波272和图16中的EM波614)可使其E场矢量以小于新的载波频率(即下上差分载波频率的平均)并大于零的旋转频率绕传播轴旋转。但是，另外旋转频率应选择来足够小于新的载波频率并充分大于零以在没有至少一部分信息是不可恢复的情况下启动接收器的探测。否则在旋转频率被选择为某信息频率分量的频率超过载波频率或低于零时，一部分信息可以是不可恢复的。

当信息的某频率分量超过例如新的载波频率时，信息的这些频率分量可由接收器来反相地以小于新的载波频率的旋转频率探测；这些反相的旋转频率分量将抵消非反相的旋转频率分量从而引起一部分信息不可恢复。例如，超过新的载波频率10MHz的旋转频率分量将被反相并用在新的载波频率减10MHz处的的旋转频率分量被接收器抵消。

信息的频率分量相应于信息的带宽和信息在EM波上被承载的方式。信息可以被承载在频率域和/或旋转域中的EM波上(例如图12中的EM波272或图16中的EM波614)。换言之，信息可通过调制新的载波频率信号(即用振幅调制、频率调制或相位调制)和/或通过调制旋转频率(即使用频率调制或相位调制)而被承载在EM波上。

例如，在信息仅是振幅调制到新的载波频率信号的情况下，EM波的频率带宽大约等于信息带宽。在这种情况下，EM波的旋转频率应比新的载波频率小二分之一的信息带宽并比零大二分之一的信息带宽。例如，在信息带宽为6MHz的情况下，最低的可能旋转频率应大于带宽的一半以提供足够的零以上的空间用于信道(例如对于6MHz带宽信息信号为3MHz)，并且最高的可能旋转频率应至少是新的载波频率以下带宽的一半(例如对于6MHz带宽信息信号为3MHz)。

结论

应注意根据本发明的旋转原则操作的任何适当的发射器和接收器可进行相互的通信。发射器10与接收器12成对被图示在图1中只是为了图示的目的。类似地，发射器234与接收器236成对被图示在图12中也仅是为了图示的目的。图1所示的发射器10可与图12中的接收器236通信。类似地，图12所示的发射器234可与图1中的接收器12通信。尽管图1示出的实施例可使用偶极子天线系统(或单极子天线系统)，并且图12示出的实施例可使用共轴螺旋天线系统，在两个实施例中信息信道可由具有以选择的频率绕传播轴旋转的E场矢量来定义。

本发明的另外的实施例在考虑到在该说明书中的已知技术中的各种天线类型后，对于本领域的技术人员而言是可能发生的。例如，因为公知偶极子天线系统(或单极子天线系统)可通过驱动两个具有相反扭向的共轴设置的螺旋天线用同一信号来模拟，图1所示的本发明的实施例的偶极子天线系统可用包括4个螺旋天线的天线系统来取代。

另外，尽管在图示的实施例中通信信息被承载在频率域中的波上，根据本发明信息可以被承载在偏振旋转域中的波上。换言之，波可具有基本固定或恒定的载波频率和以根据信息调制的频率绕传播轴旋转的E场矢量。例如，旋转E场矢量可用信息相位调制或用信息频率调制。

另外，信息可以被承载在偏振旋转域中的波上同时信息也可被承载在频率域中的波上。例如，信息可在频率域中同时也可在偏振旋转域中被振幅调制。6个可能的结合是：频率域中的振幅调制、频率调制或相位调制与偏振旋转域中的频率调制或相位调制。

本发明提供与频率、振幅和相位本质不同的另外的通信域。它可被用来与传统的频分信道多路复用或其它本领域熟知的多路复用系统结合以定义比传统通信系统中更大数目的通信信道。而且，因为噪音在系统的全部信道上分布，在每个信道上出现比传统系统中少得多的噪音。因此本发明有利于很低功率通信系统的设计。

Claims (101)

1.用于信息通信的一种通信系统，包括：

用于从第一位置发射信息的一个发射器，包括：

一个包括若干天线元件的发射器天线系统和

产生相应于一个旋转频率的一个发射器旋转信号的发射器电子设备，所述发射器电子设备从所述发射器天线系统发射沿一个轴传播的一个调制载波，所述调制载波具有一个载波频率并用所述信息调制，所述调制的载波具有以相应于所述旋转频率的一个角速度绕所述轴旋转的一个电场矢量，所述旋转频率处于所述载波频率和零之间；及

用于在远离所述第一位置的第二位置从所述发射器接收信息的一个接收器，包括：

一个包括若干天线元件的接收器天线系统，用来响应于在所述若干天线元件上的所述调制载波而产生一个接收信号；和

产生相应于所述旋转频率的一个接收器旋转信号的接收器电子设备，所述接收器电子设备响应于所述接收信号和所述接收器旋转信号再现所述信息。

2.用于发射信息的一种通信系统，包括：

用于发射信息的若干发射器，每个发射器包括：

一个包括若干天线元件的发射器天线系统和

包括一个发射器旋转频率源电路的发射器电子设备，所述发射器旋转频率源电路响应于不同于所述若干发射器的所有其它发射器的所述旋转频率产生一个发射器旋转信号，所述发射器电子设备从所述发射器天线系统发射沿一个轴传播的一个调制载波，所述调制载波用所述信息调制并具有与所述若干发射器的所有其它所述发射器的所述载波频率相同的一个载波频率，所述调制的载波具有以相应于所述旋转频率的一个基本上恒定的角速度绕所述轴旋转的一个电场矢量，所述旋转频率处于所述载波频率和零之间。

3.用于接收信息的一种通信系统，包括：

用于接收信息的若干接收器，每一个接收器包括：

一个包括若干天线元件的接收器天线系统，用来响应于在所述若干天线元件上的一个调制载波而产生接收信号，所述载波用所述信息调制并具有以相应于一个旋转频率的一个基本上恒定的角速度绕所述轴旋转的一个电场矢量，所述旋转频率处于所述载波频率和零之间；及

产生相应于一个旋转频率的一个接收器旋转信号的包括一个接收器旋转频率源电路的接收器电子设备，所述接收器电子设备响应于所述接收信号和所述接收器旋转信号再现所述信息。

4.一种用于发射具有一个载波频率和用信息来调制的一个载波信号的发射器，包括：

一个旋转频率源，所述旋转频率源产生具有小于所述载波频率并具有一个旋转波长的一个旋转信号；

若干相位系统，各个所述相位系统相应于一个所述天线元件，各个所述相位系统响应所述旋转信号和相应于所述相位系统并不同于相应于所有其它所述相位系统的时间延迟的一个时间延迟而产生一个相应的时间延迟信号，各个所述相位系统具有用来响应于所述载波信号和所述时间延迟信号产生一个振幅调制信号的一个振幅调制器，所述振幅调制信号用所述时间延迟信号来调制；及

若干天线元件，各个天线元件相应于所述相位系统之一并从所述相应相位系统接收所述振幅调制信号，并且各个天线元件是一个偶极子并具有不同于所有其它所述天线元件的角度取向的一个角度取向。

5.如权利要求4所述的发射器，其特征在于所述天线元件相对于中心点以相等角度间隔彼此分开的径向排列。

6.如权利要求5所述的发射器，其特征在于：

所述若干天线元件由N个天线元件组成；和

所述若干相应的相位系统由N个相位系统组成；和

相应于各个所述相位系统的所述时间延迟是不同于相应于所述相位系统中另外的相位系统的所述时间延迟的，其间相差基本上相应于所述旋转波长的1/N的一个时间。

7.如权利要求5所述的发射器，其特征在于所述若干天线元件包括3个天线元件。

8.一种用于接收用信息来调制的一个调制载波的、具有一个载波频率并具有一个小于所述载波频率的一个恒定电场角速度的接收器，包括：

若干天线元件，各个天线元件是一个偶极子并具有不同于所有其它所述天线元件的角度取向的一个角度取向，各个天线元件响应于在所述元件上辐射的调制载波产生一个相应的振幅调制信号；

一个旋转频率源，所述旋转频率源产生具有小于所述载波频率的一个旋转频率并具有一个旋转波长的一个旋转信号；

若干相位系统，各个所述相位系统相应于一个所述天线元件并接收相应于所述天线元件的一个振幅调制信号，各个所述相位系统响应所述旋转信号和相应于所述相位系统并不同于相应于所有其它所述相位系统的所述时间延迟的一个时间延迟产生一个相应的时间延迟信号，各个相位系统具有用来响应于所述相应振幅调制信号和所述时间延迟信号产生一个振幅调制信号的一个振幅解调器，所述振幅调制信号具有用所述时间延迟信号调制的一个振幅；及

用于对各个相位系统产生的所述振幅调制信号与由所有其它所述相位系统产生的所述振幅调制信号相加的一个合成器。

9.如权利要求8所述的接收器，其特征在于所述天线元件相对于中心点以相等角度间隔彼此分开的径向排列。

10.如权利要求9所述的接收器，其特征在于：

所述若干天线元件由N个天线元件组成；和

所述若干相应的相位系统由N个相位系统组成；和

相应于各个所述相位系统的所述时间延迟是不同于相应于所述相位系统中另外的相位系统的所述时间延迟的，它们之间相差基本上相应于所述旋转波长的1/N的一个时间。

11.如权利要求10所述发射器，其特征在于所述若干天线元件包括3个天线元件。

12.用于信息通信的一种通信系统，包括：

若干发射器，每一个用于发射沿一个轴传播的一个载波，所述载波具有一个载波频率和一个以相应于处于所述载波频率和零之间的一个旋转频率的角速度绕所述轴旋转的一个电场矢量，相应于由所述发射器之一发射的所述载波的所述电场矢量的所述角速度的所述旋转频率不同于相应于由所有其它所述发射器发射的所述载波的所述电场矢量的所述角速度的所述旋转频率；

若干接收器，每一个用于接收一个所述载波。

13.一种用于无线通信的方法，包括步骤：

产生具有一个旋转频率的一个发射器旋转信号；

从发射器天线系统发射沿一个轴传播的一个载波，所述调制载波具有一个载波频率并用信息调制，所述调制的载波具有以相应于所述旋转频率的一个角速度绕所述轴旋转的一个电场矢量，所述旋转频率处于所述载波频率与零之间；

响应于在远离所述发射器天线系统的接收器天线系统上的所述调制载波产生一个接收信号；

对一个接收器旋转信号与所述发射器旋转信号的所述旋转频率进行同步化；及

响应于所述接收信号和所述接收器旋转信号再现所述信息。

14.一种用于发射具有一个载波频率并用信息调制的一个载波信号的发射器，包括：

用于产生具有比所述载波频率低等于一个旋转频率的一个值的一个下差分载波信号并用于用所述信息调制所述下差分载波信号的一个下调制器电路；

用于产生具有比所述载波频率高等于一个旋转频率的一个值的一个上差分载波信号并用于用所述信息调制所述上差分载波信号的一个上调制器电路；

耦合于所述下调制器电路以响应于一个信息调制下差分载波信号产生一个波的一个下天线系统，所述圆偏振波具有第一读出(sense)；和

耦合于所述上调制器电路以响应于一个信息调制下差分载波信号产生一个圆偏振波的一个上天线系统，所述圆偏振波具有与所述第一读出相反的第二读出。

15.如权利要求14的发射器，其特征在于：

所述下天线系统包括具有第一扭向的一个下螺旋天线元件；

所述上天线系统包括具有与所述第一扭向相反的第二扭向的一个上螺旋天线元件。

16.一种用于接收用信息调制的、具有一个载波频率并具有一个小于所述载波频率的恒定电场角速度的调制载波的接收器，包括：

对第一读出中的一个圆偏振波敏感的一个下天线系统；

对与所述第一读出相反的第二读出中的一个圆偏振波敏感的一个上天线系统；

耦合于所述下螺旋天线元件的一个下差分载波频率滤波器，所述下差分载波频率滤波器产生具有比所述载波频率低等于一个旋转频率的一个值的一个频率的一个下边频带信号，所述旋转频率相应于所述载波的所述恒定电场角速度；

耦合于所述上螺旋天线元件的一个上差分载波频率滤波器，所述上差分载波频率滤波器产生具有比所述载波频率高等于一个旋转频率的一个值的一个频率的一个上边频带信号度；

耦合于所述上下差分载波频率滤波器以产生代表所述上下边频带信号的和的一个加和信号的一个加法电路；和

用来从所述加和信号接收所述信息的一个调制探测器电路。

17.如权利要求16的接收器，其特征在于：

所述下天线系统包括具有第一扭向的一个下螺旋天线元件；

所述上天线系统包括具有与所述第一扭向相反的第二扭向的一个上螺旋天线元件。

18.一种用于发射信息的发射器，包括：

一个信号-电磁波转换器系统；和

从所述转换器系统发射沿一个传播轴传播并具有一个载波频率和一个电场矢量及用所述信息调制的一个电磁波的发射器电子设备，从一个观测器透视向所述传播轴看去，所述电场矢量的末端以处于所述载波频率与零之间的一个频率跟踪一个非线性周期路径。

19.如权利要求18所述的发射器，其特征在于所述转换器系统包括一个天线系统。

20.如权利要求19所述的发射器，其特征在于所述路径是玫瑰花瓣形状的。

21.如权利要求20所述的发射器，其特征在于所述波是用所述信息振幅调制的，所述波以所述载波频率承载所述信息。

22.一种用于信息通信的方法，包括沿一个传播轴发射一个电磁波的步骤，所述波具有一个载波频率和一个电场矢量及用所述信息调制，从一个观测器透视向所述传播轴看去，所述电场矢量的末端以处于所述载波频率与零之间的一个频率跟踪一个非线性周期路径。

23.如权利要求22的方法，其特征在于从所述观测器的所述透视向所述传播轴看去，所述电场矢量的所述末端以处于所述载波频率和零之间的一个恒定角速度跟踪一个玫瑰花瓣路径。

24.如权利要求23的方法，其特征在于所述波是用所述信息振幅调制的，所述波以所述载波频率承载所述信息。

25.沿一个传播轴传播的并具有一个载波频率和一个电场矢量并用信息调制的一个电磁波，从一个观测器的一个透视向所述传播轴看去，所述电场矢量的一个末端以处于所述载波频率和零之间的一个频率跟踪一个非线性周期路径。

26.如权利要求25所述的电磁波，其特征在于从所述观测器的所述透视向所述传播轴看去，所述电场矢量的所述末端以处于所述载波频率和零之间的一个恒定角速度跟踪一个玫瑰花瓣状路径。

27.如权利要求26所述的电磁波，其特征在于所述波是用所述信息振幅调制的，所述波以所述载波频率承载所述信息。

28.一种使用具有一个载波频率的一个载波信号发射信息的方法，包括：

(a)发射作为承载具有若干值的信息的一个电磁波的载波信号，电磁波具有以小于载波频率并大于零的一个旋转频率绕一个传播轴旋转的一个电场。

29.一种使用具有一个载波频率的一个载波信号发射信息的方法，包括：

(a)发射作为承载具有若干值的信息一个电磁波的载波信号，电磁波具有一个电场，从垂直于一个传播轴的一个平面看去电场具有跟踪玫瑰花瓣状路径的一个末端。

30.如权利要求29的方法，其特征在于玫瑰花瓣状路径以相应于一个旋转频率的时间周期被周期重复，旋转频率小于载波频率大于零。

31.如权利要求29的方法，其特征在于玫瑰花瓣状路径以相应于一个旋转频率的时间周期被周期重复，旋转频率小于载波频率大于零，当旋转频率是载波频率的整数倍时玫瑰花瓣状路径与前面的跟踪路径对齐。

32.如权利要求29的方法，其特征在于在步骤(a)中发射的波用信息振幅调制，波以载波频率承载信息。

33.如权利要求29的方法，其特征在于在步骤(a)中发射的波用信息振幅调制，波以载波频率承载信息，旋转频率小于载波频率至少信息带宽的一半并比零大至少信息带宽的一半。

34.如权利要求29的方法，其特征在于在步骤(a)中发射的波用信息频率调制，波以载波频率承载信息。

35.如权利要求29的方法，其特征在于在步骤(a)中发射的波用信息频率调制，波以载波频率承载信息，旋转频率小于载波频率至少信息带宽的一半并比零大至少信息带宽的一半。

36.如权利要求29的方法，其特征在于在步骤(a)中发射的波用信息相位调制，波以载波频率承载信息。

37.如权利要求29的方法，其特征在于在步骤(a)中发射的波用信息相位调制，波以载波频率承载信息，旋转频率小于载波频率至少信息带宽的一半并比零大至少信息带宽的一半。

38.如权利要求29的方法，其特征在于在步骤(a)中发射的波的旋转频率用信息频率调制。

39.如权利要求29的方法，其特征在于在步骤(a)中发射的波的旋转频率用信息频率调制，旋转频率小于载波频率至少信息带宽的一半并比零大至少信息带宽的一半。

40.如权利要求29的方法，其特征在于在步骤(a)中发射的波的旋转频率用信息相位调制。

41.如权利要求29的方法，其特征在于在步骤(a)中发射的波的旋转频率用信息相位调制，旋转频率小于载波频率至少信息带宽的一半并比零大至少信息带宽的一半。

42.一种产生具有绕一个传播轴旋转的一个旋转电场的一个电磁波的方法，包括：

(a)产生具有一个载波频率的若干分量信号；

(b)用来自具有以小于载波频率并大于零的一个旋转频率的若干旋转信号的一个旋转信号调制各个分量信号，各个旋转信号从剩余的旋转信号进行相位偏移；及

(c)基于调制的分量信号发射电磁波，电磁波具有以相应于旋转频率的一个旋转频率绕一个传播轴旋转的一个电场。

43.一种使用具有一个载波频率的一个电磁波进行信息通信的方法，包括：

(a)发射具有载波频率并承载信息的一个电磁波，电磁波具有以小于载波频率并大于零的一个旋转频率绕一个传播轴旋转的一个电场；及

(b)接收与旋转电场同步的电磁波。

44.一种使用具有一个载波频率并具有以小于载波频率并大于零的一个旋转频率绕一个传播轴旋转的一个电场的一个电磁波来接收信息的方法，电磁波承载信息，包括：

(a)接收承载信息的电磁波以产生若干各自具有载波频率的分量信号；

(b)通过来自具有一个旋转频率的若干旋转信号的一个旋转信号解调各个分量信号，各个旋转信号与其余旋转信号有相位差；和

(c)从分量信号再现信息。

45.如权利要求44所述的方法，其特征在于在步骤(a)中发射的波用信息振幅调制，波以载波频率承载信息。

46.如权利要求44所述的方法，其特征在于在步骤(a)中发射的波用信息振幅调制，波以载波频率承载信息，旋转频率小于载波频率至少信息带宽的一半并比零大至少信息带宽的一半。

47.如权利要求44的方法，其特征在于在步骤(a)中发射的波用信息频率调制，波以载波频率承载信息。

48.如权利要求44的方法，其特征在于在步骤(a)中发射的波用信息频率调制，波以载波频率承载信息，旋转频率小于载波频率至少信息带宽的一半并比零大至少信息带宽的一半。

49.如权利要求44的方法，其特征在于在步骤(a)中发射的波用信息相位调制，波以载波频率承载信息。

50.如权利要求44的方法，其特征在于在步骤(a)中发射的波用信息相位调制，波以载波频率承载信息，旋转频率小于载波频率至少信息带宽的一半并比零大至少信息带宽的一半。

51.如权利要求44的方法，其特征在于在步骤(a)中发射的波的旋转频率用信息频率调制。

52.如权利要求44的方法，其特征在于在步骤(a)中发射的波的旋转频率用信息频率调制，旋转频率小于载波频率至少信息带宽的一半并比零大至少信息带宽的一半。

53.如权利要求44的方法，其特征在于在步骤(a)中发射的波的旋转频率用信息相位调制。

54.如权利要求44的方法，其特征在于在步骤(a)中发射的波的旋转频率用信息相位调制，旋转频率小于载波频率至少信息带宽的一半并比零大至少信息带宽的一半。

55.一种使用具有一个载波频率的一个载波信号发射信息的装置，包括：

接收载波信号和具有小于载波频率的一个旋转频率的一个旋转信号的一个旋转调制器，所述旋转调制器把旋转信号分为分量信号，所述旋转调制器对各个分量信号进行相位移动，所述旋转调制器用分量信号调制载波信号；和

与所述旋转调制器连接的一个传输媒质耦合器，所述耦合器基于调制的载波信号传输一个电磁波，电磁波具有以旋转频率绕一个传播轴旋转的一个电场。

56.如权利要求55的装置，其特征在于：

传输媒质耦合器是绕一个传播轴在角度上设置的并且在垂直于一个传播轴的一个平面内的若干天线偶极子；及

旋转调制器对分量信号移动相应于天线偶极子的角度设置的一个数量值的相位。

57.如权利要求55的装置，其特征在于：

传输媒质耦合器是基本上与一个传播轴一起设置的若干螺旋天线元件；及

旋转调制器对分量信号移动相应于螺旋天线的扭向的一个数量值的相位。

58.如权利要求55的装置，其特征在于传输媒质耦合器是若干与一个传播轴一起设置的波导角状物。

59.一种使用具有一个载波频率的若干载波信号发射信息的装置，包括：

各自从具有小于载波频率且大于零的一个旋转频率的若干旋转信号接收一个旋转信号的若干旋转调制器，各个旋转信号与其余旋转信号之间有相位移动，各个调制器接收来自若干载波信号的一个载波信号，各个旋转调制器用旋转信号调制载波信号；和

与所述若干旋转调制器连接的一个传输媒质耦合器，所述耦合器基于调制的载波信号传输一个电磁波，电磁波具有以旋转频率绕传播轴旋转的一个电场。

60.一种使用具有一个载波频率并承载信息的电磁波来接收信息的装置，电磁波具有以小于载波频率且大于零的一个旋转频率绕一个传播轴旋转的一个电场，包括：

把电磁波转换为若干分量信号的一个传输媒质耦合器，和

连接到所述耦合器的若干旋转解调器，各个旋转解调器接收来自若干分量信号的一个分量信号，各个第一解调器通过来自具有旋转频率的若干旋转信号的一个旋转信号对分量信号解调，各个旋转信号与其余旋转信号之间有相位移动。

61.如权利要求60的装置，其特征在于：

传输媒质耦合器是绕一个传播轴在角度上设置的若干天线偶极子并且在垂直于一个传播轴的一个平面内；及

各个旋转解调器对其旋转信号的相位移动相应于其相关的天线偶极子的角度设置的一个数量值的相位。

62.如权利要求60的装置，其特征在于：

传输媒质耦合器是基本上与一个传播轴一起设置的若干螺旋天线元件；及

各个旋转解调器对其旋转信号的移动一个相应于螺旋天线的扭向的数量值的相位。

63.如权利要求60的装置，其特征在于传输媒质耦合器是若干与一个传播轴基本一起设置的波导角状物。

64.一种使用具有一个载波频率的一个载波信号进行信息通信的装置，包括：

用来发射作为承载信息的一个电磁波的载波信号的装置，电磁波具有以小于载波频率并大于零的一个旋转频率绕一个传播轴旋转的一个电场，及

用来与旋转电场同步接收电磁波的装置。

65.使用具有一个载波频率的一个载波信号和具有一个旋转频率的一个旋转信号的信息发射器中的调制电路，该调制电路包括：

若干移相器，各个移相器相对于若干移相器的其余移相器移动旋转信号的相位；和

各个与若干移相器的一个移相器连接的若干平衡混频器调制器，各个平衡混频器调制器用移相的旋转信号振幅调制载波信号以产生具有第一频率分量、第二频率分量和第三频率分量的一个合成信号，第一频率分量具有小于载波频率的第一频率，第二频率分量具有大于载波频率的第二频率，第三频率分量具有载波频率并具有小于载波信号的振幅的一个振幅。

66.使用具有第一频率分量、第二频率分量和第三频率分量的一个接收信号的信息接收器中的调制电路，第一频率分量具有小于载波频率的第一频率，第二频率分量具有大于载波频率的第二频率，第三频率分量具有载波频率，该调制电路包括：

若干移相器，各个移相器相对于若干移相器的其余移相器移动一个旋转信号的相位；和

各个与若干移相器的一个移相器连接的若干电压可变衰减器，各个电压可变衰减器用移相的旋转信号振幅调制接收信号以产生在载波频率的一个合成信号。

67.一种使用具有第一载波频率的第一载波信号和使用具有第二载波频率的第二载波信号的发射信息的方法，包括：

(a)基于第一载波信号发射第一电磁波，第一电磁波承载信息并具有以第一方向绕一个传播轴旋转的第一电场；

(b)基于第二载波信号发射第二电磁波，第二电磁波承载信息并具有以与第一方向相反的第二方向绕一个传播轴旋转的第二电场。

68.如权利要求67的方法，其特征在于第一载波信号和第二载波信号用信息振幅调制，分别在步骤(a)和(b)发射的第一波和第二波叠合产生一个合成波，合成波以第一载波频率与第二载波频率的平均值承载信息。

69.如权利要求67的方法，其特征在于第一载波信号和第二载波信号用信息振幅调制，分别在步骤(a)和(b)发射的第一波和第二波叠合产生一个合成波，合成波以第一载波频率与第二载波频率的平均值承载信息，合成波具有以小于平均值至少信息带宽的一半且大于零至少信息带宽的一半的旋转频率旋转的电场。

70.如权利要求67的方法，其特征在于第一载波信号和第二载波信号用信息频率调制，分别在步骤(a)和(b)发射的第一波和第二波叠合产生一个合成波，合成波以第一载波频率与第二载波频率的平均值承载信息。

71.如权利要求67的方法，其特征在于第一载波信号和第二载波信号用信息频率调制，分别在步骤(a)和(b)发射的第一波和第二波叠合产生一个合成波，合成波以第一载波频率与第二载波频率的平均值承载信息，合成波具有以小于平均值至少信息带宽的一半且大于零至少信息带宽的一半的旋转频率旋转的电场。

72.如权利要求67的方法，其特征在于第一载波信号和第二载波信号用信息相位调制，分别在步骤(a)和(b)发射的第一波和第二波叠合产生一个合成波，合成波以第一载波频率与第二载波频率的平均值承载信息。

73.如权利要求67的方法，其特征在于第一载波信号和第二载波信号用信息相位调制，分别在步骤(a)和(b)发射的第一波和第二波叠合产生一个合成波，合成波以第一载波频率与第二载波频率的平均值承载信息，合成波具有以小于平均值至少信息带宽的一半且大于零至少信息带宽的一半的旋转频率旋转的电场。

74.如权利要求67的方法，其特征在于分别在步骤(a)和(b)发射的第一波和第二波叠合产生一个合成波，合成波具有以旋转频率旋转的一个电场，合成波的旋转频率用信息频率调制，旋转频率小于第一载波频率和第二载波频率的平均值。

75.如权利要求67的方法，其特征在于分别在步骤(a)和(b)发射的第一波和第二波叠合产生一个合成波，合成波具有以旋转频率旋转的一个电场，合成波的旋转频率用信息频率调制，旋转频率小于第一载波频率和第二载波频率的平均值至少信息带宽的一半且大于零至少信息带宽的一半。

76.如权利要求67的方法，其特征在于分别在步骤(a)和(b)发射的第一波和第二波叠合产生一个合成波，合成波具有以旋转频率旋转的一个电场，合成波的旋转频率用信息相位调制，旋转频率小于第一载波频率和第二载波频率的平均值。

77.如权利要求67的方法，其特征在于分别在步骤(a)和(b)发射的第一波和第二波叠合产生一个合成波，合成波具有以旋转频率旋转的一个电场，合成波的旋转频率用信息相位调制，旋转频率小于第一载波频率和第二载波频率的平均值至少信息带宽的一半且大于零至少信息带宽的一半。

78.一种使用具有第一载波频率的第一载波信号和使用具有第二载波频率的第二载波信号的进行信息通信的方法，包括：

(a)基于第一载波信号发射第一电磁波，第一电磁波具有以第一方向以第一旋转频率绕一个传播轴旋转的第一电场；

(b)基于第二调制载波信号发射第二电磁波，第二电磁波具有以与第一方向相反的第二方向以第二旋转频率绕一个传播轴旋转的第二电场，

(c)与以等于第一旋转频率与第二旋转频率的差的第三旋转频率绕一个传播轴旋转的叠合电场同步地接收叠合电磁波，叠合电磁波是第一电磁波与第二电磁波的叠加，叠合电磁波具有等于第一载波频率与第二载波频率的平均值的第三载波频率。

79.一种接收信息的方法，包括：

(a)接收承载信息的第一电磁波以产生第一接收信号，第一电磁波具有第一载波频率和一个以第一旋转频率以第一方向绕一个传播轴旋转的第一电场；

(b)接收承载信息的第二电磁波以产生第二接收信号，第二电磁波具有第二载波频率和一个以第二旋转频率以与第一方向相反的第二方向绕该传播轴旋转的第二电场；

(c)把第一接收信号和第二接收信号相加以产生一个加和信号；

(d)从该加和信号恢复信息。

80.如权利要求79的方法，其特征在于在步骤(a)和(b)接收到的第一波和第二波分别用信息振幅调制并叠合产生一个合成波，合成波以第一载波频率与第二载波频率的平均值承载信息。

81.如权利要求79的方法，其特征在于在步骤(a)和(b)接收到的第一波和第二波分别用信息振幅调制并叠合产生一个合成波，合成波以第一载波频率与第二载波频率的平均值承载信息，合成波具有以小于平均值至少信息带宽的一半且大于零至少信息带宽的一半的一个旋转频率旋转的一个叠合电场。

82.如权利要求79的方法，其特征在于在步骤(a)和(b)接收到的第一波和第二波分别用信息频率调制并叠合产生一个合成波，合成波以第一载波频率与第二载波频率的平均值承载信息。

83.如权利要求79的方法，其特征在于在步骤(a)和(b)接收到的第一波和第二波分别用信息频率调制并叠合产生一个合成波，合成波以第一载波频率与第二载波频率的平均值承载信息，合成波具有以小于平均值至少信息带宽的一半且大于零至少信息带宽的一半的旋转频率旋转的一个叠合电场。

84.如权利要求79的方法，其特征在于在步骤(a)和(b)接收到的第一波和第二波分别用信息相位调制并叠合产生一个合成波，合成波以第一载波频率与第二载波频率的平均值承载信息。

85.如权利要求79的方法，其特征在于在步骤(a)和(b)接收到的第一波和第二波分别用信息相位调制并叠合产生一个合成波，合成波以第一载波频率与第二载波频率的平均值承载信息，合成波具有以小于平均值至少信息带宽的一半且大于零至少信息带宽的一半的旋转频率旋转的一个叠合电场。

86.如权利要求79的方法，其特征在于分别在步骤(a)和(b)接收的第一波和第二波叠合产生一个合成波，合成波具有以一个旋转频率旋转的一个叠合电场，叠合波的旋转频率用信息频率调制，旋转频率小于第一载波频率和第二载波频率的平均值。

87.如权利要求79的方法，其特征在于分别在步骤(a)和(b)接收的第一波和第二波叠合产生一个合成波，合成波具有以一个旋转频率旋转的一个叠合电场，叠合波的旋转频率用信息频率调制，旋转频率小于第一载波频率和第二载波频率的平均值至少信息带宽的一半且大于零至少信息带宽的一半。

88.如权利要求79的方法，其特征在于分别在步骤(a)和(b)接收的第一波和第二波叠合产生一个合成波，合成波具有以一个旋转频率旋转的一个叠合电场，叠合波的旋转频率用信息相位调制，旋转频率小于第一载波频率和第二载波频率的平均值。

89.如权利要求79的方法，其特征在于分别在步骤(a)和(b)接收的第一波和第二波叠合产生一个合成波，合成波具有以一个旋转频率旋转的一个叠合电场，叠合波的旋转频率用信息相位调制，旋转频率小于第一载波频率和第二载波频率的平均值至少信息带宽的一半且大于零至少信息带宽的一半。

90.用于发射信息的一种装置，包括：

产生具有第一载波频率的第一信号的第一源；

连接于第一源的第一传输媒质耦合器，所述第一耦合器基于第一信号传输第一电磁波，第一电磁波承载信息并具有第一载波频率，第一电磁波具有以第一方向绕一个传播轴旋转的第一电场；

产生具有第二载波频率的第二信号的第二源；

连接于第二源的第二传输媒质耦合器，所述第二耦合器基于第二信号传输第二电磁波，第二电磁波承载信息并具有第二载波频率，第二电磁波具有以与第一方向相反的第二方向绕一个传播轴旋转的第二电场。

91.如权利要求90的装置，其特征在于：

第一传输媒质耦合器是绕传播轴在角度上设置的第一批天线偶极子并在垂直于传播轴的第一平面内；

第二传输媒质耦合器是绕传播轴在角度上设置的第二批天线偶极子并在垂直于传播轴的第二平面内。

92.如权利要求90的装置，其特征在于：

第一传输媒质耦合器是基本上绕传播轴设置的第一批螺旋天线元件；及

第二传输媒质耦合器是基本上绕传播轴设置的第二批螺旋天线元件。

93.如权利要求90的装置，其特征在于：

第一传输媒质耦合器是与传播轴一起设置的第一批波导角状物；及

第二传输媒质耦合器是与传播轴一起设置的第二批波导角状物。

94.用于接收包含在具有一个载波频率和以一个旋转频率一个绕一个传播轴旋转的E场矢量的叠合电磁波中的信息的一种装置，叠合波是第一电磁波和第二电磁波的叠合，包括：

把第一电磁波转换为第一接收信号的第一传输媒质解耦器；

把第二电磁波转换为第二接收信号的第二传输媒质解耦器；

连接于所述第一耦合器和所述第二耦合器的一个加法电路，所述加法电路把第一接收信号和第二接收信号加在一起以产生一个加和信号；及

连接于所述加法电路的一个解调器，所述解调器从加和信号恢复信息。

95.如权利要求94的装置，其特征在于：

第一传输媒质耦合器是绕传播轴在角度上设置的第一批天线偶极子并在垂直于传播轴的第一平面内；

第二传输媒质耦合器是绕传播轴在角度上设置的第二批天线偶极子并在垂直于传播轴的第二平面内。

96.如权利要求94的装置，其特征在于：

第一传输媒质耦合器是基本上绕传播轴设置的第一批螺旋天线元件；及

第二传输媒质耦合器是基本上绕传播轴设置的第二批螺旋天线元件。

97.如权利要求94的装置，其特征在于：

第一传输媒质耦合器是与传播轴一起设置的第一批波导角状物；及

第二传输媒质耦合器是与传播轴一起设置的第二批波导角状物。

98.用于信息通信的一种装置，包括：

产生具有第一载波频率的第一产生信号的第一源；

连接于第一源的第一传输媒质耦合器，所述第一耦合器基于第一产生信号传输第一电磁波，第一电磁波承载信息并具有第一载波频率，第一电磁波具有以第一方向绕一个传播轴旋转的第一电场；

产生具有第二载波频率的第二产生信号的第二源；

连接于第二源的第二传输媒质耦合器，所述第二耦合器基于第二产生信号传输第二电磁波，第二电磁波承载信息并具有第二载波频率，第二电磁波具有以与第一方向相反的第二方向绕一个传播轴旋转的第二电场；

把第一电磁波转换为第一接收信号的第三传输媒质解耦器；

把第二电磁波转换为第二接收信号的第四传输媒质解耦器；

连接于所述第三耦合器和所述第四耦合器的一个加法电路，所述加法电路把第一接收信号和第二接收信号加在一起以产生一个加和信号；及

连接于所述加法电路的一个解调器，所述解调器从加和信号恢复信息。

99.使用具有第一载波频率的第一载波信号并使用具有第二载波频率的第二载波信号来信息通信的一种装置，包括：

基于第一载波信号来发射第一电磁波的装置，第一电磁波具有以第一方向以第一旋转频率绕一个传播轴旋转的第一电场，第一电磁波承载信息；

基于第二调制载波信号来发射第二电磁波的装置，第二电磁波具有以与第一方向相反的第二方向以第二旋转频率绕一个传播轴旋转的第二电场，第二电磁波承载信息；

与以等于第一旋转频率与第二旋转频率之差的第三旋转频率绕传播轴旋转的叠合电场同步地来接收叠合电磁波的装置，叠合电磁波是第一电磁波与第二电磁波的叠加，叠合电磁波具有等于第一载波频率与第二载波频率的平均值的载波频率。

100.使用具有第一载波频率的第一载波信号并使用具有第二载波频率的第二载波信号的信息发射器中的调制电路，调制电路包括：

接收第一载波信号和信息信号的第一调制器，第一调制器用信息信号调制第一载波信号；

接收第二载波信号和信息信号的第二调制器，第二调制器用信息信号调制第二载波信号。

101.使用具有第一频率分量和第二频率分量的一个接受信号的信息接收器中的调制电路，第一频率分量具有小于载波频率的第一频率，第二频率分量具有小于载波频率的第二频率，调制电路包括：

第一滤波器，第一滤波器对来自接受信号的第一频率分量进行滤波；

第二滤波器，第二滤波器对来自接受信号的第二频率分量进行滤波；

连接于第一滤波器和第二滤波器的一个加法器，加法器把第一频率分量和第二频率分量相加以产生载波信号。

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