CS218564B2 - Transmitter and receiver for the radiocommunication - Google Patents

Description

Vynález se týká vysílače a přijímače pro radiokomunikaci.

Známé vysílače a přijímače pracují buďto na způsob simplexního provozu, anebo na způsob duplexního provozu. Simplexní provoz používá jednoho kmitočtu jak pro vysílání, tak i pro příjem, přičemž je uspořádáno přepínací tlačítko к usnadnění volby buďto vysílání, anebo přijímání. Duplexní provoz vyžaduje naproti tomu používání dvou nosných kmitočtů, jednoho pro vysílání a jednoho pro příjem, s tou výhodou, že lze současně vysílat i přijímat, a proto není zapotřebí přepínacího tlačítka pro volbu funkce, jako je tomu u simplexního provozu, avšak s tou nevýhodou, že je zapotřebí dvakrát tolik pásmového prostoru, jak to vyžadují oddělené kmitočty pro vysílání a příjem.

Úkolem vynálezu je vyvinout vysílač a přijímač používající téhož nosného kmitočtu pro vysílání a příjem, čímž je usnadněn současný provoz v obou funkcích. Takovou soustavu lze pojímat jako jednofrekvenční duplexní provoz (SFD) anebo alternativně a snad i vhodněji jako duplexní provoz ve společném kanálu (CCD).

Okol se řeší vysílačem a přijímačem podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že v sobě zahrnuje oscilátor úhlově modulovatelný pro dodávku výstupního signálu pro anténní zařízení к vysílání, dva směšovače opatřené jednotlivě vždy dvěma vstupními svorkami, z nichž jedna je pro přívod výstupního signálu od anténního zařízení a druhá pro přívod vstupního signálu od oscilátoru, hybridní spojku pro přívod kvadraturních signálů ke směšovačům, a demodulační zařízení přímo napájené od směšovačů.

Další provedení vynálezu jsou pojata do jednotlivých podružných bodů definice jeho· předmětu, z nichž také vyplývá nový, anebo vyšší účinek dosahovaný vynálezem.

Vynález bude nyní blíže objasněn na příkladech provedení podle výkresů, na nichž představují:

Obr. 1 blokové schéma vysílače a přijímače, obr. 2 blokové schéma jiného vysílače a přijímače, obr. 3 blokové schéma vysílače a přijímače pozměněného v provedení vůči obr. 2 a obr. 4 blokové schéma části vysílače a přijímače znázorněného na obr. 2 nebo 3.

Podle obr. 1 je signál přijímán anténním zařízením 1 a přiváděn přes anténní ladicí prostředky (ATU) 2 a nereciproké spojovací zařízení 3 к hybridní spojce 4. Hybridní spojka 4 rozděluje signál do dvou signálů se stejnou odchylkou a s fázovým rozdílem 90° mezi nimi. Tyto signály jsou nato přiváděny ke dvojici vzájemně podobných směšovačů 5, 6. Směšovače 5, 6 jsou přepínány prostřednictvím oscilátoru 7 s kmitočtem, jenž se rovná jmenovitému nosnému kmitočtu přijímaných signálů, anebo je v jeho těsné blízkosti, přičemž oscilátor 7 je uspořádán к napájení směšovačů 5, 6 přes útlumový článek zahrnující v sobě odporníky 8 ,9, 10.

Výstupní signály jednotlivě od každého ze směšovače 5, 6 sestávají ze záznějového kmitočtu mezi oscilátorem 7 a mžikového kmitočtu přijatého signálu. Tyto výstupy směšovačů 5, 6 mají mezi sebou vždy fázový rozdíl 90°, avšak jeden výstup spíná 180° ve fázi vůči druhému, přebíhá-li kmitočet přijímaného signálu nulovým záznějem s kmitočtem oscilátoru 7. Informace potřebná к získání původní modulace je tedy dána výstupem směšovačů 5, 6 ve tvaru mžikového kmitočtu zázněje a vzájemného fázového rozdílu mezi výstupy.

Nízkofrekvenční modulace je získávána v demodulačním zařízení 11 a citlivost přijímače je určována prostřednictvím dolních propustí 12, 13. Veškeré zesilování, anébo jeho převážná část je prováděna ve výkonových zesilovačích.

Druh proměnlivě frekvenčně modulovaného demodulačního zařízení 11 není původní a jeho dokonalý popis je zveřejněn ve spisech GB-PS č. 1 172 975 a č. 1 172 977.

Oscilátor 7 je používán к buzení jak přijímače, tak i vysílače, přičemž jeho výstup je zesilován na hladinu asi 10 watt prostřednictvím výkonového zesilovače 16 a přiváděn do anténního zařízení 1 přes nereciproké spojovací zařízení 3 a anténní ladicí prostředky 2.

Při duplexním provozu s jediným kmitočtem musí být splněna dvě hlavní měřítka:

i) Výstup se nesmí dostávat do přijímače na dost vysoké hladině, aby jej nepoškodil anebo neznecitlivěl.

iij Vysílaný signál nesmí rušit přijímaný signál, i když jsou současně na stejném kmitočtu.

Tento druhý požadavek nemůže být splňován u obvyklých superhetních soustav, kdy přijímač a vysílač jsou v současném provozu se stejným kmitočtem, protože by nosná vlna vysílaného kmitočtu zaplavila přijímaný signál. Avšak podle předmětné soustavy se zřetelem к tomu, že vysílaný signál je také superhetním oscilátorem přijímače, je účinně rušen, jak ještě bude vysvětleno. Izolace mezi výstupem vysílače a vstupem přijímače je dosahováno používáním nereciprokého spojovacího zařízení 3. Za předpokladu, že průchod A nereciprokého spojovacího zařízení 3 „vidí” správně přizpůsobené zatížení, výkon v průchodu C bude přenášen к průchodu A s malou ztrátou. Podobně je přenášen signál přijímaný v průchode A s malou ztrátou к průchodu B, zatímco je přiváděn velmi malý výkon od průchodu С к průchodu B. Například, je-li výkon od vysílače 10 W a nereciproké spojovací zařízení 3 má izolaci 40 dB, výkon podávaný do přijímače se rovná 1 mW. Toto nenasytí průměrný diodový fázový směšovač.

6 . Avšak za účelem ochrany směšovače při výskytu závadných podmínek je výkon dodávaný přijímači snímán (demodulovánj detektorem 17 a používán k regulaci výkonu zesilovače 16 k omezování výstupní energie vysílače. Proto je-li přizpůsobení vůči anténnímu zařízení 1 příliš chabé a izolace zajišťována nereciprokým spojovacím zařízením 3 příliš nízká, výkon vysílače se obrací samočinné dolů, aby bylo zabráněno poruše přijímače. Výstupní energie od vysílače je tedy funkcí toho, jak dobře jsou seřízeny anténní ladicí prostředky 2. Vzájemnému rušení mezi vysílačem a přijímačem je zabraňováno používáním přijímacích technik s přímým směšováním.

Sledujeme nyní provoz jednoho ze směšovačů 5, 6, není-li přijímán žádný vstupní signál. Mžikový výkon směšovačů 5, 6 sestává z úhrnného a diferenčního kmitočtu mezi oscilátorem 7 a přijímaným signálem, jenž odpovídá jenom výstupu vysílače. Tento přijímaný signál má stejný kmitočet jako : oscilátor 7 přijímače, i když je superhetní oscilátor 7 frekvenčně modulován pro účely vysílání, protože oba jsou odvozovány z téhož zdroje. Úhrnný kmitočet je odstraňován prostřednictvím dolních propustí 12, 13 a diferenční kmitočet se rovná nule. Výstup z dolních propustí 12, 13 má tedy nulový kmitočet, tj. hladinu stejnosměrného proudu, jež může být odstraněna vazbou střídavého proudu, bez zřetele k tomu, kolik frekvenční modulace je na oscilátoru 7.

Hlavní zesilování je prováděno za dolními propustemi 12, 13 a zapojení střídavého proudu, kdy tedy není přiváděn žádný signál k zesilovačům přijímače, odpovídajícím místnímu vysílači. Modulace je snímána v přijímači změnou v diferenčním kmitočtu mezi přijímaným signálem a oscilátorem 7. Výstup z demodulačního zařízení 11 sestává tedy ze součtu modulace jak na přijímaném signálu tak i na oscilátoru 7, tj. přítomná místní modulace se jeví jako místní vazba ve výstupu přijímače v případě přijetí signálu.

Ačkoliv právě popsané uspořádání pracuje povšechně uspokojivě, může být odmítání frekvenčně modulovaného nežádoucího vysílaného signálu v přijímači zhoršováno účinkem zpožděného vysílání v dráze vysokofrekvenčního signálu mezi vysílačem a přijímačem. Jedním způsobem omezování tohoto: účinku na nejmenší míru je pojímání kompenzačního zpožďovacího zařízení 48 do dráhy oscilátoru 7, jak zobrazeno.

Soustava se bude chovat jako rádiové relé s jediným kmitočtem, bude-li část výstupu z demodulačního zařízení 11 přiváděna zpět do vysílače přes modulační vedení 47 jako modulační a negativní zpětná vazba.

Kmitočet oscilátoru 7 jeví sklon k sledování modulace na přijímaném signálu. Výstup demoduiátoru je proto signálem chyby.

Právě popsaná soustava umožňuje plný duplexní provoz k dosahování mezi dvěma radiotelefony, jež používají podobného nosného kmitočtu. Místní, anebo: superhetní oscilátory k buzení radiotelefonů nevyžadují vzájemnou synchronizaci s přesnou fází a malé rozdíly v kmitočtu mezi oběma oscilátory : jsou nevýznamné. Této soustavy lze také používat jako rádiového relé s jediným kmitočtem.

Vysílač může používat jekéhokoliv tvaru modulace se stálou odchylkou. Přijímač může být uspořádán pro snímání amplitudové nebo úhlové modulace nezávisle na modulaci vysílače. Nutno zaznamenat, že při používání frekvenční modulace jak pro vysílání, tak i příjem může být odchylka vysílaného signálu větší, anebo menší než odchylka používaná přijímaným signálem.

Zrušení vysílaného kmitočtu uvnitř přijímače selže, stane-li hladina signálu od vysílače k přijímači nepostačující k tomu, aby způsobovala nelineární provoz přijímače. Proto je důležité opatření dostatečné izolace mezi soustavami vysílače a přijímače pro vysoké výkonové hladiny vysílače. Toho lze dosáhnout sestavením obvodu podle obr. 1 s použitím nereciprokého spojovacího zařízení 3 nebo v obměně s použitím samostatných antén anebo podobných prostředků zlepšené izolace s použitím směrových antén.

Jako obměny provedení popsaného s odkazem na obr. 1 lze používat provedení popsaného v souvislosti s obr. 2 nebo 3, jež nevyžaduje nereciprokého spojovacího zařízení 3.

Podle obr. 2 a se zřetelem k vysílání signálů oscilátor 18, schopný frekvenční nebo jiné úhlové modulace, je přiváděn k výkonovému zesilovači 19 přes zeslabovač 20 s proměnným napětím. Výstupní tvar signálu od výkonového zesilovače 19 je usměrňován prostřednictvím diody 21 a porovnáván s referenční hladinou stejnosměrného proudu v komparátoru 22, jehož výstup napájí zeslabovač 20 k vymezování uzavřeného obvodu zpětné vazby. Zeslabovač 20 reguluje příkon k výkonovému zesilovači 19 za účelem udržování usměrněného výstupního napětí od diody 21 na refenční hladině. Takto popsaný obvod pracuje za účelem snižování amplitudově modulovaného šumu, vyskytujícího se obvykle ve výstupu z vysílače vlivem kolísání v přívodu proudu, jakož i šumu výkonového zesilovače 19 atd., a zajišťuje nízkou impedanci ve výstupu z výkonového zesilovače 19.

Výstup od výkonového zesilovače 19 j'e přiváděn k anténnímu zařízení 23 přes

1/4Λ — souosé napájecí vedení 24, signálový dělič 25 a hybridní spojku 26 s fázovým rozdílem 90°. Malá část výkonu se ztrácí v odváděcím zatížení 27 hybridní spojky 26 s fázovým rozdílem 90° vlivem té skutečnosti, že oba vstupní signály, přiváděné k hybridní spojce 26 od signálového děliče 25, jsou signály ve fázi, přičemž pro· nejvyšší přenos výkonu jsou požadovány signály kvadraturní.

Co se nyní týče provozu uspořádání podle obr. 2 pro přijímané signály, přijímaný signál, jenž má podobný kmitočet jako signál vysílaný, je štěpen do dvou podobných, avšak kvadraturních výstupů fázovaných hybridní spojkou 26 s rozdílem 9Oo°. Tyto signály jsou přítomny ve výstupních otvorech 28, 29 s fázovým rozdílem 0° a 90° hybridní spojky 26 spolu se signály ve fázi od vysílače. Signály přítomné jednotlivě v každém z výstupních otvorů 28, 29 zaznívají spolu k vytváření nosného signálu modulovaného · amplitudově s mžikovým diferenčním kmitočtem mezi vysílanými a přijímanými signály. Modulační obálka obou signálů má relaci s fázovým rozdílem 90°.

Pod účinkem uzavřeného obvodu zpětné vazby je výstupní impedance výkonového zesilovače 19 nízká oproti signálům přiváděným od něho od souosého napájecího vedení · 24. Napájecí vedení 24 působí jako transformátor a přeměňuje nízkou impedanci na vysokou ve středové odbočce 30 signálového děliče 25. Takto je bráněno nadměrné vazbě mezi výstupními otvory 28, 29 s fázovým rozdílem 0° a 90° hybridní spojky 26, protože signálový dělič 25 ve fázi se chová jako vysokofrekvenční tlumivka, není-li středová odbočka zatížena.

Signály ve výstupních Otvorech 28, 29 hybridní spojky 26 jsou usměrovány prostřednictvím směšovačů 31, 3Γ za účelem získávání obálek s diferenčním kmitočtem. Modulační obálky obsahují také zbytky šumu amplitudové modulace od vysílače. Tento šum je odstraňován odčítáním usměrněné verze výstupu od výkonového zesilovače 19 v odčítacím obvodě 32, 33, přičemž usměrňování je prováděno· s pomocí usměrňovačích prostředků 34, 35. Požadované signály jsou neovlivněny, protože přijímaný signál není přítomen ve výstupu od výkonového zesilovače 19 vlivem působení uzavřeného obvodu, jenž zajišťuje, aby impedance ve výstupu od výkonového zesilovače 19 byla nízká oproti kolísání amplitudy záznějového· kmitočtu. ·

Signály ve vedeních 36, 37 ve výstupu odčítacích obvodů 32, 33 mohou být zpracovány tak, jak popsáno s odkazem na obr. 1, prostřednictvím dolních propustí 38, 39, jež napájejí demodulátor 40, odpovídající v provedení podle obr. 2 spisu GB-PS čís. 1 172 975 nebo podle obr. 2 spisu GB-PS č. 1 172 977, .anebo může také v sobě zahrnovat Barberův diskriminátor.

Avšak se zřetelem k tomu, že amplitudová modulace na výkonovém zesilovači 19 je odčítána od nízkofrekvenčních výstupů, je při této soustavě možný duplexní provoz s amplitudově modulovaným jediným kmitočtem a podle toho by byl volen demodulátor 40.

Obměněného uspořádání podle Obr. 3 lze používat tam, kde jsou vzájemně vyměněny hybridní spojka 26 s fázovým rozdílem 90° a signálový dělič 25. Provoz obvodu jě velmi podoben onomu u obvodu podle obr. 2, avšak se zřetelem k tomu, že impedance anténního zařízení 23 je vysoká, není zapotřebí napájecího vedení 24 podle obr. 2. Signálový · dělič 25, znázorněný na obr. 2 nebo 3, může být nahrazen jakýmkoliv dělicím zařízením zajišťujícím výstupní signály ve fázi nebo protifázi.

Ačkoliv lze používat jakéhokoliv vhodného odčítacího obvodu pro činnost odčítacích obvodů 32, 33, na obr. 4 · je znázorněn jeden obvod, jenž v sobě zahrnuje sdružené usměrňovače.

Jde o obvod, jenž může nahradit odčítací a usměrňovači uspořádání zahrnující v sobě odčítací obvod 32, směšovač 31*, usměrňovači prostředky 34, anebo odčítací obvod 33, směšovač 31, usměrňovači prostředky 35, přičemž posléze jmenované uspořádání je naznačeno na obr. 2 přerušovanou čarou 41.

Tento obvod, naznačený na obr. 4 rovněž přerušovanou čarou 41, zahrnuje v sobě dvě diody 42, 43 a dva kondenzátory 44, 45, paralelně zapojené prostřednictvím potenciometru 46.

Používá-li se obvodu, jenž nahrazuje uspořádání vyznačené přerušovanou čarou 41, signály od výstupního otvoru 29 hybridní spojky 26 jsou usměrňovány diodou 43 a signály od výkonového zesilovače 19 jsou usměrňovány diodou 42. Seřizováním potenciometru 46 mohou být zrušovány šumové signály amplitudové modulace tak, jak to vyžaduje provoz obvodu.

Je-li výstup přijímače vhodně spojen se vstupem modulátoru vysílače, potom signál na nízké hladině, přicházející v přijímači, bude vysílán dál na témže nebo podobném kmitočtu. Proto , by mohlo· být takovéhoto uspořádání používáno ke zvyšování signálové hladiny v oblastech malé síly a pro funkci jako jednotka s rádiovým relé.

Používáním přijímače s duplexním provozem ve společném kanálu (GCD) je vylučována potřeba přepínacího tlačítka nezbytného pro simplexní provoz s jediným kmitočtem, je usnadněno opatření duplexního provozu s jediným kanálem namísto dvou a tak ve srovnání s dosavadními soustavami je zapotřebí jenom asi tak polovičního technického vybavení (hardware) a polovičního pásmového prostoru.

Claims (15)

1. Vysílač a přijímač pro radiokomunikaci, vyznačený tím, že v sobě zahrnuje oscilátor (7, 18) úhlově modulovatelný pro dodávku výstupního signálu pro anténní zařízení (1, 23) к vysílání, dva směšovače (5, 6; 31, 31’), opatřené jednotlivě vždy dvěma svorkami pro vstup, z nichž jedna je pro přívod výstupního signálu od anténního zařízení (1, 23) a druhá je pro přívod vstupního signálu od oscilátoru (7, 18), hybridní spojku (14, .216) pro přívod kvadraturních signálů ke směšovačům (5, 6; 31, 31’) a demodulační zařízení (11, 40), přímo napájené od směšovačů (5, 6; 31, 31’).

Я Vysílač a přijímač podle bodu 1, vyznačený tím, že za směšovači (5, 6; 31, 31’) jsou umístěny dolní propustě (12, 13; 38, 39) pro napájení demodulačního zařízení (11, 40) od směšovačů (5, 6; 31, 31’).

3. Vysílač a přijímač podle bodu 2, vyznačený tím, že anténní zařízení (1) zahrnuje v sobě jednu vysílací anténu (1) vstupního signálu od oscilátoru (7) a jednu přijímací anténu (la) pro napájení směšovačů (5, 6).

4. Vysílač a přijímač podle bodu 3, vyznačený tím, že na přijímací anténu (la) je napojena hybridní spojka (4) pro přívod kvadraturních signálů ke směšovačům (5, 6).

5. Vysílač a přijímač podle bodu 1, vyznačený tím, že anténní zařízení (1, 23) v sobě zahrnuje anténu pro vysílání a přijímání.

6. Vysílač a přijímač podle bodu 5, vyznačený tím, že к anténnímu zařízení (.1) pro vysílání a přijímání je připojené nereciproké spojovací zařízení (3) к napájení směšovačů (5, 6) přes hybridní spojku (4) kvadraturními signály, jakož i vstupními signály od oscilátoru (7).

7. Vysílač a přijímač podle bodu 6, vyznačený tím, že mezi anténním zařízením (1) pro vysílání a přijímání a nereciprokým spojovacím zařízením (3) jsou zapojeny anténní ladicí prostředky (2).

8. Vysílač a přijímač podle bodu 7, vyznačený tím, že mezi oscilátorem (7) a ne reciprokým spojovacím zařízením (3) je zapojen výkonový zesilovač (16).

9. Vysílač a přijímač podle bodu 8, vyznačený tím, že mezi výkonovým zesilovačem (16) a výstupní svorkou nereciprokého spojovacího zařízení (3) je zapojen detektor (17) pro napájení směšovačů (5, 6).

10. Vysílač a přijímač podle bodu 5, vyznačený tím, že v sobě zahrnuje dvojici odčítacích obvodů (32, 33), napájených jednotlivě od směšovačů (31, 31’) a od usměrňovacích prostředků (34, 35) к napájení demodulačního zařízení (40).

11. Vysílač a přijímač podle bodu 5, vyznačený tím, že anténní zařízení (23) pro vysílání a přijímání je spojeno se směšovači (31, 31’) přes hybridní spojku (26), přičemž směšovače (31, 31’) jsou spojeny s oscilátorem (18) přes napájecí vedení (24) a signálový dělič (25).

12. Vysílač a přijímač podle bodu 11, vyznačený tím, že signálový dělič (25) je vytvořen jako hybridní cívka se středovou odbočkou (30) spojenou s napájecím vedením (24).

13. Vysílač a přijímač podle bodu 11, vyznačený tím, že anténní zařízení (23) pro vysílání a přijímání je spojeno se směšovači (31, 31’) přes signálový dělič (/25), přičemž oscilátor (18) je spojen se směšovači (31, 31’) přes hybridní spojku (26).

14. Vysílač a přijímač podle bodu 13, vyznačený tím, že signálový dělič (25) je vytvořen jako hybridní spojka.

15. Vysílač a přijímač podle bodu 12 nebo 14, vyznačený tím, že v sobě zahrnuje výkonový zesilovač (19), spojený přes zeslabovač (20) s oscilátorem (18), a usměrňovači diodu (21) pro přívod signálu od výkonového zesilovače (19) ke komparátoru (22).

16. Vysílač a přijímač podle bodů 1 až 15, vyznačený tím, že mezi vstupem do oscilátoru (18), anebo do modulačního vedení (47) s výstupem z demodulačního zařízení (11, 40) je uspořádáno vedení zpětné vazby.