DE1441800A1 - Signalwiederholungsvorrichtung - Google Patents

Description

MÖNCHEN NUSSBAUMSTBASSETO

DIPL-INC. W. NIEMANN TELEFON: 555474

HAMBURG
MTINTANWXLTI 1 441800

W. 12O«l«t/BH 12/Nö

Hational Aeronautics and Space Administration Washington, B.C. (V,St.A.)

Signalwiederholung*vorrichtung

Di· Erfindung besieht sich auf minm Signalwiederholungsvorrichtung alt ein·» eine Wanderfeldröhre bsw. Wanderwellenröhre aufweisenden Wiedereintritt·- bsw* Hehrfaehverstarker (traveling wave tub· re-entrant amplifier) und insbesondere auf einen eine Wanderwellenröhre aufweisenden .'_: * Mehrfaohver et Irker, welcher ein an ihn angelegtes Mikrowellenfr*quen*signal verstärkt und dessen Frequen« verschiebt b»w, ändert.

In vielen Nachrichtenanlagen ist es, wenn die Signale wehrend ihrer Übertragung geechwlcht werden, wesent· lieh, sie χα verstärken, um mim Ähnlichkeit su der Nactw rieht oder Information beiiubehalten* Diese Verstlrkung

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wird allgemein durch einen aktiven Verstarker bzw, Wiederholer erhalten, welcher ein .übertragenes Mikrowellenträgerfrequenzsighal empfängt, es verstärkt, seine Frequenz zu einer anderen Mikrowellenfrequenz umwandelt und es schlieft« lieh weiterüberträgt· Der Wiederholer wandelt die Frequenz des Mikrowellenträgerfrequenzsignals auf eine andere Mikrowellenfrequenz um, um eine Rückkopplung von dem Signalauegang zu dem Signaleingang au verhindern, welche Störschwingungen in dem System hervorrufen würde·

Bei einer Nachrichtenanlage, weiche auf einer Bahn um die Erde kreisende Satelliten verwendet, werden die übertragenen Signal» zwischen der sendenden Erdstation und der empfangenden Erdstation zufolge der großen Entfernungen zwischen den Hauptelementen dir Anlage in großem Ausmaß gesohwioht. Dies trifft insbesondere für synchrone Nachrich» tensatelliten zu, die ein· 2H Stunden-Höhenbahn <ungefähr 3 Ϊ *00 km, ungefähr 22 000 Meilen) als Haohriohtenrelaisstelle verwenden. In einer solch·» Anlage ist daher für wirk •Am·· Arbeiten ein aktiver Wiederholer erforderlieh. Tatstchlich könnte in Abhängigkeit von der Art der Verwendung des Nachrichtensatelliten für jeden Satelliten eine Anzahl ■olcher Wiederholer erwünecht ««in, von denen jeweils eiaer ffir jeden TrSgerfre^uenzkanal erforderlich ware, ^: - - . ; ν

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Bisherig« in Verbindung mit Nachrichtensatelliten verwendete aktive Wiederholer waren im allgemeinen nicht in der Lage, die Frequenz einet empfangenen Mikrowellenträgerfrequenzsignals unmittelbar zur Weitergabe zu einer anderen Mikrowellenfrequenx umzuwandeln« Statt dessen mußte für VerstÄrkungszwecke die Frequenz des empfangenen Mikrowellentrlgerfrequenzsignals zunächst auf eine Zwischenfrequenz (IF) zurückgeführt und danach zu einer anderen Mikrowellen· frequenz umgewandelt werden» bevor es weiterübertragen wer« den konnte» Dementsprechend waren die Stromkreisanordnungen der Wiederholer sehr komplex und wiesen wenigstens einen Vorwählter, getisnnte Mischer, einen lokalen Oszillator, Verstärker und Filter auf« Es ist ersichtlich, daß durch Fortlassen einer oder mehrerer dieser Komponenten das Gesamtgewicht der Wiederholer herabgesetzt werden kann. Dadurch wird ein besonderer Vorteil "bei Nachrichtensatelliten erhalten, die eine Anzahl von Wiederholern verwenden können und bei denen ein geringes Gewicht von größter Bedeutung ist

Durch die Vorrichtung gemäß der Erfindung laut nachstehender Beschreibung wird der Vorteil erhalten, daß gleichzeitig sowohl direkte frequenzumwandlung (Verhalten wie ein Umwandlungstransducer (conversion transducer)) als auch Verstärkung eines Mikrowellenfrequenzsignals durch Verwendung eines billigen einfachen Stromkreises möglich

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ist„ der eine minimale Anzahl von Komponenten erfordert» Außerdem wird dadurch, daß weniger Filter und keine getrennten Radiofrequenzmisoher (RF) benötigt werden, der zusätzliche Vorteil geringerer Verluste als bei bisherigen Stromkreisen erhalten«

Die oben genannten und weitere Vorteile werden bei der Vorrichtung gemäß der Erfindung erhalten durch Verwendung einer Wänderwellenröhre in Wiedereintritt-(Mehrfach) bzw, Serrodyne-Art,als Hauptkomponente eines aktiven Wiederholers, um doppelte Verstärkung und Frequenzverschiebung eines Mikrowellenfrequenzeingangssignales hervorzurufen. Im einzelnen wird das Mikrowellenfrequenzeingangssignal einer Frequenz F mittels eines F -Bandpassfliters bzw. Bandfilters mit der Wenderwellenröhre gekoppelt, in welcher eine Frequenzübersetzung durch eine Sagezahn-Djurch-"gangszeitmodulatipn des Signals stattfindet» Dies wird dadurch erreicht, daß ein Sagezahnablenkungssignal der Frequenz ^f an die Schraube oder Wendel der Wanderwellenröhre angelegt wird» Der in der Frequenz umgewandelte Frequenzsignalsausgang der Wanderwellenröhre wird an zwei Bandpaßfilter angelegt, von denen der eine auf eine Frequenz Fj, wobei F₁ = (F₀ +Af), und der andere auf eine Frequenz F₂ abgestimmt ist, wobei F₂ = (F^ +Af) ist» Der Ausgang des F₁ - Bandpaßfilters wird mit dem Eingang der

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Wanderwellenröhre rückgekoppelt. Wenn das Sägezahnablenkungs signal eine positive Schleife hat, enthält der Ausgang der Wanderwellenröhre Signale der Frequenzen (F_Q ♦ 4f) und (F₁ ♦ Λ f)t die mit den auf die Frequenzen F₁ bzw. F₂ abgestimmten Bandpaßfilter gekoppelt und durch diese hindurchgeführt werden» Es ist demgemäß! wenn Verluste vernachlässigt werden, leicht erkennbar, daß das von dem F₂-Bandpaßfilter abgeleitete Ausgangssignal zweimal verstärkt und frequenzverahoben ist.

Zwecke und weitere Vorteile der Erfindung gehen aus der nachstehenden Beschreibung hervor, in welcher die Erfindung anhand der Zeichnung beispielsweise erläutert ist*

Fig. 1 ist eine schaubildliche Ansicht der Erfindung bei Verwendung in Verbindung mit einer einen aktiven Nachrichtensatelliten aufweisenden Anlage»

Fig, 2 ist ein Blockdiagramm einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung*

In Fig. 1 ist eine der Erde zugeordnete, einen aktiven Satelliten aufweisende Nachrichtenanlage wiedergegeben, die eine auf der Erde angeordnete Übertragungs- bzw. Sendestation 1 aufweist mit einem Sender 2, der mit einer Sendeantenne 3 verbunden ist, die zum Aussenden oder Ausstrahlen verschiedener Mikrowellenträgerfrequenzsignale verwendet

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wird. Ein aktiver Verstärker- bzw. Wiederholersatellit H mit einer Empfangsantenne 5 zum Empfang der Mir^kowellenträgerfrequenzsignale von der Sendestation 1 trägt weiterhin einen eine Wanderfeldröhre bzw* eine Wanderwellenröhre aufweisenden frequenzumwandelnden Wiedereintsitteverstärker-» Stromkreis bzw. Mehrfachverstärkerstronikreis 6 (re-entrant amplifier) gemäß der Erfindung und eine Obertragungs- bzw» Sendeantenne 7, Die Sendeantenne 7 strahl die empfangenen Mikrowellenträgerfrequenzsignale mit anderen Mikrowellenfrequenzen weiter aus. Jeder eine Wanderwellenröhre aufweisende frequenzumwandelnde Mehrfächverstärker 6 verstärkt ein empfangenes Mikrowellenträgerfrequenzsignal und wandelt es zu einem anderen Mikrowellenträgerfrequenzsignal um, welches seinerseits durch die Antenne 7 ausgesfij^a/Lt wird. Eine weitere Station» eine auf der Erde angeordnete Empfangsstation 8, weist eine Empfangsantenne 9 und einen Empfänger 10 auf» wobei die Antenne 9 zum Empfang des von der Sendeantenne 7 ausgestrahlten Trägerfrequenzsignals verwendet wird.

In Fig. 2 ist in einem Blockdiagramm der eine Wanderwellenröhre aufweisende frequenzumwandelnde Mehrfaehverstärkerstromkreis 6 gemäß F ig. 1 wiedergegeben, der eine Wanderwellenröhre (TWT) 11 aufweist, m-it deren Eingang ein

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auf ein* Frequenz F_Q abgestimmter Bandpaßfilter 12, und mit deren Ausgang ein auf eine Frequenz F₂ abgestimmter Band* paßfilter 15 verbunden ist. Quer über die bzw* parellel zur Wanderwellenröhre 11 ist ein Bandpaßfilter IU angeschlossen, der auf eine Frequenz F^ abgestimmt ist und für die Wanderwellenröhre 11 als RÜekkopplungskreis wirkt« Dieser Filter IU ermöglicht eine Wirkung der Wanderwllenröhre 11 als Mehrfachverstärker, indem ein Signal zu ihr zurückgeführt wird, so daß es zweimal verstärkt werden kann«

Mit der Wanderwellenröhre 11, beispielsweise mit ihrer Wendel, ist weiterhin ein Sägezahngenerator 13 verbunden, welcher ein eine positive Schleife aufweisendes Sägezahnsignal einer Frequenz Δ f an die Wanderwellenröhre 11 anlegt. Durch diese Verbindung werden die Serrodyn-Charakteristiken der Wanderwellenröhre 11 ausgenutzt, und es tritt eine FrequenzverSchiebung bei dem verstärkten Signal auf» Ein Beispiel dafür, wie die verschiedenen Signale an die Wanderwellenröhre 11 angelegt werden können, und eine Beschreibung der Serrodyn-Modulationsteehnik ist in der US-Patentschrift 2 927 280 und in einem Artikel "The Serrodyne Frequency Translator" von Raymond C. Gumming, in "Procedures of the IRE", Februar 19 57, auf den Seiten 175 bis 186 beschrieben.

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Ein Arbeiten nach der Serrodyn-Technik besteht in der Modulation eines unterdrückten Trägers auf ein einziges Seitenband₉ wobei das Seitenband durch die Einstellung der Amplitude und der Frequenz des Sägezahnablenkungssignals bestimmt ist« Durch eine derartige Modulationstechnik wird * der größte Teil der Mikrowellenträgerfrequenzeingangsener» gie zu einem speziellen Seitenbahdsignal umgewandelt» wo« bei das Seitenband, wenn die Schleife des Sägesahn&blenkungssignals (des modulierenden Signale) die relative Durch·* gangszeit oder Laufzeit durch die Veretärkungsvorrichtung hindurch vermindern sollte, eine Frequenz hat, die höher als die Frequenz des Mikrowellenträgerfrequenzeingangeeignals (des modulierten Signals) ist» und wobei das Seiten« band, wenn die Schleife des SSgesahnablenkungssignals (des modulierenden Signale) die relative Durchgangsseit oder Laufzeit durch die Verstärkungsvorrichtung hindurch erhöhen sollte, eine Frequenz hat, die niedriger als die Frequenz des Mikrowellenträgerfrequenzeingangssignals (des modulierten Signals) iet. In allgemeinen Worten ausgedrückt, wenn das Sägezahnsignal eine Ablenkung hervorruft und die Phase des Mikrowellenfrequenzsignals durch 2N Radianten moduliert wird, dann 1st die Frequenz des besonderen erzeugten Seitenbandsignal um N χ Grundfrequenz des SÄgeSÄhnsignals verschoben«

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Wenn die Erfindung als Teil des aktiven Wiederholersatelliten H gemäß Fig* 1 verwendet wird, nimmt eine Empfangs einrichtung 17, die beispielsweise die Antenne S des aktiven Wiederholersatelliten ^ und einen Vorverstärker (nicht dargestellt) aufweist, das von der Antenne 3 der auf der Erde angeordneten Sendestation 1 ausgesandte Mikrowellenträgerfrequenssignal auf und legt es an den Bandpaßfilter 12 an» Eine Weiterstrahlungseinrichtung 16, beispielsweise ein Energieverstärker (nicht dargestellt) und die Antenne des aktiven Wiederholersatelliten ^ sind mit dem Bandpaßfilter 15 gekoppelt, um dessen Ausgangsignal zu empfangen und zu der Antenne 9 der auf der Erde angeordneten Empfangsstation 3 weiterzustrahlen, wobei das von der Einrichtung 16 weitergestrahlte Ausgangssignal sowohl verstärkt als auch zu einer anderen Mikrowellenträgerfrequenz verschoben werden ist, und zwar gemäß nachstehender Beschreibung«

Im Batrieb wird ein Signal der Frequenz F_Q von der Empfangseinrichtung 17 durch den Bandpaßfilter 12 hindurch dem Eingang der Wanderwellenröhre 11 zugeführt. Zur gleichen Zeit wird ein Sägezahnablenkungssignal der Frequenz Δ f mit positiver Schleife von dem Sägezahngenerator 13 an die Wendel (nicht dargestellt) der Wanderwellenröhre 11 angelegt* Außer zur Verstärkung des Eingangssignals durch ihr noraales Arbeiten wirkt die Wanderwellenröhre 11 xu-

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folge der Ausnutzung ihrer Serrodyn-Charakteristiken als Umwandlungstransducer (conversion transducer), um die Frequenz des Eingangssignales F derart-zu verschieben$ daß das Signal an ihrem Ausgang eine Frequenz (F +^f) * F* hat. Dieses Ausgangseignal hat die höhere SeitenbandfrequemL weil das an die Wendel der Wanderwellenröhre 11 angelegte Sägezahnsignal mit positiver Schleife bewirkt₉ daß die Durchgangsgeschwindigkeit des Mikrowellenfrequenzsignals zunimmt ·"."-"

Das Ausgangssignal der Wanderwellenröhre 11₁ das eine Frequenz F₁ hat, wird dann durch den Bandpaßfilter i»f hindurch zu dem Eingang der Wanderwellenröhre 11 zurückge!- führt und an diesen angelegt, und zwar zusätzlich zu dem Signal mit der Frequenz F₀, Demgemäß enthält der Eingang der WanderwäLlenröhre 11 nunmehr ein Signal mit der Frequenz F_Q und ein Signal mit der Frequenz F^ » (F₀ ♦ Λ f), der Serrodyn^Charakteristilcen der Wanderwellenröhre 11 wandelt das Sägezahnablenkungssignal <Δ fw-iederum die gangssignale der Frequenzen F_Q und Fj zu Signalen der · Frequenzen (F₀ ♦ -^f) s F^ und (F^ + &f) « F₂ um. Außer dieser Frequenzumwandlung der Eiiigangssignale ruft die Wan·» derweilenröhre 11 weiterhin eine Verstärkung dieser SignAl· hervor» Demgemäß ist das Signal der Frequenz F₂ β (F^-*afl im wesentlichen zweimal verstärkt worden»

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Die verstärkten in der Frequenz umgewandelten Signale des Ausgangs der Wanderwellenröhre 11 werden mit den Band« paßfiltern IM und 15 gekoppelt. Der Bandpaßfilter Ik führt das Signal der Frequenz (F ♦ Af) «■ F* zu dem Eingang der Wanderwellenröhre 11 zurück» und der Bandpaßfilter 15 führt das Signal der Frequenz (F. ♦ ύ f) * F* zu der Weiterstrah-» lungseinrichtung 16. .

Die Erfindung ist in Verbindung mit einem Sägezahnablenkungssignal beschrieben worden, das eine positive Schleife aufweist und an die Wendel der Wanderwellenröhre 11 an« gelegt ist_e jedoch kann das SSgesahnablenkungssignal eine negative Schleife haben und kann in gleicher Weise als auch an ancfere Elemente der Wanderwellenröhre 11 angelegt werden» so lange die Serrodyn-Charakteristiken erhalten werden können. Wenn das Sägezahnsignal eine negative Schleife hat, dann hat das Ausgangseignal der Wanderwellenröhre 11 die niedrigere Seitenbandfrequenz des Trägers anstelle der liheren Seitenbandfrequenz und die Frequenz F^¹ wird zu (F - 4 f) und die Frequenz F₂* wird zu (F₁ - 4f). Anstelle der Wanderwellenröhre 11 können andere Mirowellenröhren verwendet werden, welche Serrodyn-Charakteristiken haben*

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Claims (1)

1. Patentansprüche

   1« Signalwiederholungsvorrichtung iait einem Verstärker, welcher ein Eingangssignal einer Frequenz F verstärkt und seine Frequenz um eine Frequenz 4.f verschiebt, gekennzeichnet durch eine erst© frequenzselektive Einrichtung» die zwischen den Ausgang und den Eingang des Verstärkers geschaltet ist und ein Signal der Frequenz F^ * F + Λ f führt, und durch eine zweite frequenzselektive Einrichtung! die mit dem Ausgang des Verstärkers gekoppelt ist und ein Ausgangssignal- einer Frequenz Fj ^e-F* + Λf führt, wodurch das Aus gangs signal der Signalwiedex'holungsvorrichtung relativ zu dem Eingangssignal doppelt verstärkt und frequenzverschoben ist,

   2* Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Eingangssignal und das Ausgangssignal Mikrowellenträgersignale sind und daß der Verstarker ein Wiedereintrittsverstärker bzw» Mehrfachverstärker ist, A%v nach der Serrodyn-Technik arbeitet.

   3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2» gekennzeichnet durch einen Sägezahnsignalerzeuger (13), der mit dem Verstärker (fs) gekoppelt ist, um dem Eingangssignal eine Fraquenzverechiebung zu erteilen» .-

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   4· Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz F₁ ein Seitenband des Träger« eingangssignal^, und daß die Frequenz F₂ ein Seitenband der Frequenz F« ist»

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