DE1791118B1

DE1791118B1 - Uebertragungssystem fuer mehrfach polarisierte wellen, auf denen getrennte informationssignale uebertragen werden

Info

Publication number: DE1791118B1
Application number: DE19681791118
Authority: DE
Inventors: Ruthroff Clyde Leslie
Original assignee: Western Electric Co Inc
Current assignee: AT&T Corp
Priority date: 1967-09-22
Filing date: 1968-09-17
Publication date: 1974-03-07
Also published as: FR1583342A; SE331305B; US3500207A; NL162528B; GB1233228A; JPS494780B1; NL6813218A; NL162528C; BE720984A

Description

Da die Verwendung der elektromagnetischen Übertragung zunimmt, wird die begrenzte Verfügbarkeit von Kanälen stärker spürbar. Ein Mittel zur Vergrößerung der Kanalanzahl besteht darin, bei einer gegebenen Trägerfrequenz mehrere, insbesondere zwei zueinander senkrecht stehende Polarisationsrichtungen anzuwenden. Wenn die Unterscheidung der Polarisationsrichtungen in einem Rundfunksystem ausreichend gut ist, kann bei jeder der beiden zueinander senkrecht stehenden Polarisationsrichtungen dieselbe Trägerfrequenz verwendet werden, so daß die Kanalanzahl verdoppelt werden könnte. Hierzu darf die Antenne von sich aus keine Kreuzpolarisationskopplung aufweisen, jedoch verursacht eine Bewegung der Antenne bereits eine Kopplung der Informationssignale auf den Polarisationsrichtungen.

Die Aufgabe der Erfindung besteht nun darin, diese Kreuzpolarisationskopplung klein zu halten, die durch zeitveränderliche Faktoren, wie das Schwanken der Antenne, verursacht wird.

Die gestellte Aufgabe wird durch die in dem Anspruch angegebene Kombination von Merkmalen gelöst. Eine Ausgestaltung der Erfindung ist dem Anspruch 2 zu entnehmen.

Bei Ubertragungssystemen ist es an sich bekannt, ein Fehlersignal auf Grund eines Summen- und Differenzsignals aus dem empfangenen Signal zu bilden und einem Regelsystem zuzuführen. Sowohl die elektrische als auch die mechanische Nachführung eines Empfangsantennensystems ist nicht mehr neu. Ferner sind Übertragungssysteme bekannt, bei denen für Steuerungszwecke auf der Empfangsseite ein Pilotsignal übertragen wird. Die Kenntnis dieser Prinzipien allein führt jedoch noch nicht zur Lösung der gestellten Aufgabe.

Um die Kreuzpolarisationskopplung gering zu halten, kann das Schwanken der Antenne durch den Bau starrer Türme beseitigt werden, was wesentlich teurer ist als die erfindungsgemäße Alternative der Korrektur durch elektrische Drehung des Signals an der Empfangsstation. Bei einem Mikrowellen-Übertragungssystem führt die Bewegung der Antenne zu einer Drehung der übertragenen Welle und damit zu einer Fehlausrichtung der Welle mit Bezug auf die polarisationsunterscheidenden Bauteile der Empfangsstation derart, daß die Unterscheidung der Nachrichtenteile auf den Polarisationsrichtungen verlorengeht.

Durch die Erfindung wird eine Korrektur dieser Drehung dadurch erzielt, daß die empfangene Welle durch eine mit Rückkopplung arbeitende Polarisationsdreheinrichtung geleitet wird. Die übertragene Welle wird mit einem Pilotsignal in einer ersten Polarisationsrichtung übertragen, das benutzt wird, um die erste Polarisationsrichtung zu kennzeichnen. In der Empfangsstation wird eine Referenzpolarisationsrichtung und eine hierzu senkrechte, getrennte Polarisationsrichtung erzeugt Die Komponenten des Pilotsignals, das in den beiden Polarisationsrichtungen der Empfangsstation empfangen wird, werden in einem symmetrischen Detektor verglichen, um ein Fehlersignal zu erzeugen, das die Richtung und die Größe der Fehlausrichtung anzeigt. Das Fehlersignal wird in einem Rückkopplungskreis verwendet, um die Polarisationsdreheinrichtung zu steuern, welche die empfangene Welle zu der Polarisation der Empfangsstation ausrichtet.

Wenn das Pilotsignal nur in der Referenzpolarisationsrichtung empfangen wird, ist eine vollständige Entsprechung zwischen dieser Referenzpolarisationsrichtung und der gesendeten ersten Polarisationsrichtung vorhanden. Durch fortlaufende Rückkopplung des Fehlersignals innerhalb der Empfangsseite wird die richtige Drehausrichtung der Welle aufrechterhalten.
Nachfolgend wird die Erfindung an Hand der Zeichnungen beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 2 ein Blockschaltbild, das die Einzelheiten des in den Fig. 1 und3 dargestellten Detektors veranschaulicht,

F i g. 3 ein Blockschaltbild einer abgeänderten Ausführungsform der Erfindung.

In F i g. 1 ist als Beispiel eine Ausführungsform der Erfindung dargestellt, die ein Übertragungssystern zur Sendung von einer zu einer anderen Stelle mittels zweier Polarisationsrichtungen darstellt, die sendeseitig durch die mit A und B bezeichneten Pfeile angegeben und empfangsseitig durch die mit C und D angegebenen Pfeile bezeichnet sind.

Durch eine Signalquelle 11 werden Nachrichtensignale in einer ersten Polarisationsrichtung A erzeugt und über einen Wellenleiter 40 einem Wellenleiter 41 zugeführt. In einem Pilotsignalgenerator 12 wird ein Pilotsignal erzeugt und durch einen Koppler 13 in der ersten Polarisationsrichtung A in den Wellenleiter 41 eingekoppelt. Durch die Signalquelle 21 werden andere Nachrichtensignale in einer zweiten Polarisationsrichtung B erzeugt und einem Wellenlei-

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ter 42 zugeführt. Die Wellen in den Leitern 41 und richtung C der Polarisationsrichtung A und die PoIa-42 werden durch einen Polarisationskoppler 31 zu risationsrichtungD der Polarisationsrichtung B enteiner einzigen kreuzpolarisierten Ausgangswelle im spricht. Ferner sei angenommen, daß das vom Gene-Wellenleiter 43 kombiniert. Die Ausgangswelle wird rator 12 erzeugte Pilotsignal in der Polarisationsrichvon der Sendestation 23 durch eine Antenne 32 ge- 5 rung A liegt und daß es ein sinusförmiges Spansendet, nungssignal ist, dessen Amplitude^ beträgt, und

Die gesendete Welle wird von einer Antenne 33 in daß die Eingangswelle mit einem positiven Winkel α der Empfangsstation 24 empfangen, die polarisa- zur Polarisationsrichtung der Empfangsstation emptionsabhängige Bauteile aufweist, die so ausgelöst fangen wird. Das Pilotsignal wird daher mit einem sind, daß sie die Wellen in zwei Polarisationsrichtun- io Winkel α gegen die Referenzpolarisationsrichtung C gen, der sogenannten Kreuzpolarisation, empfangen, gedreht empfangen, so daß die Amplitude der Komwelche mit Referenzpolarisationsrichtung C und ge- ponente des in der Polarisationsrichtung C empfantrennter Polarisationsrichtung D bezeichnet werden. genen Pilotsignals E₁ · cos α beträgt. Da die Refe-Die Drehausrichtung der polarisationsabhängigen renzpolarisationsrichtung C und die getrennte Polari-Bauteile sei willkürlich festgelegt. Die empfangene 15 sationsrichtungD zueinander senkrecht stehen, beWelle wird in einem Wellenleiter 44 zu einer Steuer- trägt die Amplitude des in der Polarisationsrichbaren Polarisationsdreheinrichtung 50 übertragen. tung D empfangenen Pilotsignals E₁ · sin a. Diese Die gedrehte Welle erscheint in einem Wellenleiter Spannungssignale in der Referenzpolarisationsrich-45. Die Komponente der gedrehten Welle in der tung und der getrennten Polarisationsrichtung er-Referenzpolarisationsrichtung C wird aus der gedreh- 20 scheinen auf den Leitern 37 und 38, wie es vorher an ten Welle durch einen Polarisationskoppler 34 ausge- Hand der F i g. 1 beschrieben wurde,
koppelt und pflanzt sich in einem Wellenleiter 46 Die Signale werden durch Mischer 52 und 53 in fort. Der resultierende Teil der gedrehten Welle, der ZF-Signale umgewandelt. Beide Mischer 52 und 53 die Komponente in der getrennten Polarisation D ist, haben einen gemeinsamen örtlichen Oszillator 54, so pflanzt sich in einem Wellenleiter 47 fort. Koppler 25 daß die relative Phase zwischen den Komponenten in 35 und 36 trennen jeweils die Komponenten des Pi- den beiden Polarisationsrichtungen beibehalten wird, lotsignals ab, die im allgemeinen in der Referenzpo- Die Ausgangssignale der Mischer 52 und 53 werden larisationsrichtung C und der getrennten Polarisa- durch gleiche Verstärker 55 und 56 verstärkt und tionsrichtung D vorkommen. Die Pilotsignale in der einer Gabelschaltung oder Verzweigungsanordnung Referenzpolarisationsrichtung C und in der getrenn- 30 57 zugeführt, welche die Eingangssignale miteinanten Polarisationsrichtung D werden über die Leiter der koppelt und zwei Ausgangssignale abgibt. Das 37 bzw. 38 zu einem Detektor 51 geleitet. Ein WeI- erste Ausgangssignal ist die Summe der Eingangslenleiter 48 pflanzt die Komponente in der Referenz- signale der Verzweigungsanordnung, während das Polarisationsrichtung C ohne das Pilotsignal zum zweite Ausgangssignal die Differenz der Eingangssig-Empfänger 14 des Signals C fort. In gleicher Weise 35 nale der Verzweigungsanordnung ist.
pflanzt ein Wellenleiter 49 die Komponente in der Als Beispiel einer geeigneten Verzweigungsanordgetrennten Polarisationsrichtung D ohne das Pilotsig- nung kann ein magisches T benutzt werden, das nal zum Empfänger 22 für das Signal D fort. Ausgangssignale für die Summe und die Differenz

Die Spannungen auf den Leitern 37 und 38 wer- mit den Amplituden E₂ (cos α 4- sin α) und E₂

den im Detektor 51 verglichen, der in der Weise, die 40 (Cos α—sin α) erzeugt, wobei E₂ gleich E₁ mal der

später an Hand der F i g. 2 vollständiger geschildert Verstärkung der Verstärker 55 oder 56 ist.

wird, eine Ausgangsspannung auf einem Leiter 39 er- Ein Hüllkurven-Detektor 58 stellt die Hüllkurve

zeugt, die der Größe der Drehung der Eingangswelle der Summe und ein Hüllkurven-Detektor 59 in glei-

relativ zur Referenzpolarisationsrichtung proportio- eher Weise die Hüllkurve der Differenz fest. Der ab-

nal ist, und die ein Vorzeichen aufweist, das die 45 solute Wert der auf diese Weise am Punkt 63 erzeug-

Richtung der Drehung anzeigt. Die Ausgangsspan- ten Summe wird vom absoluten Wert der auf diese

nung wird der Dreheinrichtung 50 als Steuersignal in Weise am Punkt 64 erzeugten Differenz mit Hufe der

bekannter Weise zugeführt, derart, daß eine Drehung in der dargestellten Weise geschalteten Widerstände

der Eingangswelle im Wellenleiter 44 bewirkt wird, 60 und 61 subtrahiert. Das Resultat wird durch

um die Ausgangsspannung klein zu machen. 50 E = 2 E₂ · sin α dargestellt. E₀ wird durch einen

Wenn also die Ausgangsspannung auf dem Leiter Gleichstromverstärker 62 verstärkt und als Steuer-39 zu Null wird, ist das vom Empfänger 14 für das spannung an die Polarisationsdreheinrichtung 50 so Signal C auf der Referenzpolarisationsrichtung C angelegt, daß die Eingangswelle derart gedreht wird, empfangene Signal ausschließlich das Signal, das von daß die Spannung E₀ klein wird. E₀ ist ein Maß des der Signalquelle 11 in der Polarisationsrichtung A er- 55 Winkels α zwischen der Eingangswellenrichtung und zeugt wurde, während das vom Empfänger 22 für der Richtung der Empfangsstation. Da α positiv andas Signal D in der getrennten Polarisationsrich- genommen wurde, ist die Steuerspannung E₀ positiv, tung D empfangene Signal ausschließlich das Signal Wenn die Drehung in der entgegengesetzten Richist, das von der Signalquelle 21 in der Polarisations- tung gelegen hätte, würde cc negativ und damit E₀ nerichtungß erzeugt wurde. Die automatische Korrek- 60 gativ, so daß die Dreheinrichtung 50 die Eingangstur durch den Rückkopplungsvorgang ergibt somit welle in der entgegengesetzten Richtung drehen eine laufende Unterscheidung zwischen den Kreuz- würde.
Polarisationen. In F i g. 1 ist ein Einweg-Übertragungssystem dar-

Unter Hinweis auf F i g. 2 und 1 sei angenommen, gestellt, doch ist selbstverständlich die Erfindung in

daß die Ausgangswelle in den Kreuzpolarisations- 65 keiner Weise auf die Einwegübertragung beschränkt,

richtungen^ undB gesendet wird, und daß die Emp- Die in Fig. 1 dargestellte Ausführung kann vom

f angsstation 24 auf die Kreuzpolarisationsrichtun- Fachmann leicht auf die Zweiweg-Arbeitsweise abge-

gen C und£> ausgerichtet ist, wobei die Polarisations- ändert werden.

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In Fig. 3 ist als Beispiel eine abgeänderte Ausfüh- 74 ausschließlich in einen Wellenleiter 83 eingekoprungsform der Erfindung dargestellt, die ein Zwei- pelt. Die beiden Polarisationsrichtungen werden weg-Ubertragungssystem zwischen Übertragungssta- durch den Polarisationskoppler 75 vereinigt. Wie tionen 29 und 30 veranschaulicht. Die Stationen 29 oben an Hand der Fig. 1 beschrieben wurde, wird und 30 sind gleich, wobei entsprechende Elemente in 5 die Ausgangswelle am Übertragungspunkt 30 mit beiden Stationen durch gleiche Bezugszahlen angege- einem Drehwinkel empfangen. Das Prinzip der PoIaben sind. Beide Stationen 29 und 30 enthalten die Si- risationskorrektur ist das gleiche, wie es vorher begnalquellen-Signalempfängerpaare 77 und die Signal- schrieben wurde. Der wesentliche Unterschied bequellen-Signalempfängerpaare 78. Bekanntlich kön- steht darin, daß die Eingangswelle nicht unmittelbar nen Signalquellen-Signalempfängerpaare so gebaut to durch die Dreheinrichtung 70 geht. Damit wird erwerden, daß sie Signale eines Zweiweg-Übertra- reicht, daß das Zweiweg-Rückkopplungssystem stabil gungswegs abgeben oder empfangen. Die Signalquel- wird. Die Eingangswelle wird durch den Polarisalen-Signalempfängerpaare 77 erhalten Signale von tionskoppler 75 in zwei Komponenten aufgespalten Wellenleitern 80 und geben sie an diese ab, während derart, daß die Komponenten in der Referenzpolaridie Signalquellen-Signalempfängerpaare 78 Signale 15 sationsrichtung C im Wellenleiter 82 und die Komvon den Wellenleitern 87 erhalten und an sie abge- ponenten in der getrennten Polarisationsrichtung D ben. In den Empfangswegen, die durch die Pfeile C im Wellenleiter 83 fortgepflanzt werden. Diese Kom- und D bezeichnet sind, befinden sich Reflexionsdreh- ponenten der empfangenen Welle werden durch die einrichtungen 70, jedoch nicht in den Sendewegen, Zirkulatoren 73 und 74 jeweils ausschließlich in die die durch die Pfeile^ undB bezeichnet sind. Die 20 Wellenleiter 84 und 85 eingekoppelt. Die beiden Po-Dreheinrichtungen 70 sind Reflexions-Polarisations- larisationen werden durch einen Polarisationskoppler dreheinrichtungen, z.B. Faraday-Dreheinrichtungen, 76 vereinigt und in einen Wellenleiter 86 und dann die am Ausgangsende kurzgeschlossen sind. in die steuerbare Reflexions-Dreheinrichtung 70 ein-

Es sei eine Übertragung von der Station 29 zur gebracht, welche die vereinigte Welle dreht. Die geStation 30 angenommen, da die Stationen 29 und 30 25 drehte Welle wird in den Wellenleiter 86 zurückgeaber gleich sind, ist dementsprechend die Übertra- führt. Der Polarisationskoppler 76 spaltet die Welle gung von Station 30 zur Station 29 die gleiche. Die in ihre Komponenten in der Referenzpolarisations-Signale, die vom Signalquellen-Signalempfängerpaar richtung und der getrennten Polarisationsrichtung auf, 77 in einer ersten Polarisationsrichtung A dem WeI- die in den Wellenleitern 84 und 85 zu den Zifkulatolenleiter 80 zugeführt werden und das vom Pilotsig- 3°. ren 73 und 74 geleitet werden. Die Zirkulatoren 73 nalgenerator 72 erzeugte Pilotsignal werden vom Pi- und 74 koppeln die Komponenten der gedrehten lotkoppler 69 vereinigt und im Wellenleiter 81 zu Wellen ausschließlich in die Wellenleiter 81 bzw. 82 einem Zirkulator 73 fortgepflanzt, wo die Welle in ein. Die Wege zu den entsprechenden Signalquelder ersten Polarisation^ ausschließlich in einen len-Signalempfängerpaaren 77 und 78, die Feststel-Wellenleiter 82 eingekoppelt wird. In gleicher Weise 35 lung des Pilotsignals durch die Pilotkoppler 69 und geht die vom Signalquellen-Signalempfängerpaar 78 71 und der Rückkopplungsvorgang gleichen denjeniin der zweiten PolarisationsrichtungB dem Wellen- gen, die vorher an Hand der Fig. 1 beschrieben wurleiter 87 zugeführte Welle durch den Pilotkoppler 71 den, so daß eine weitere Beschreibung nicht notwenzum Wellenleiter 88 und wird durch einen Zirkulator dig ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Übertragungssystem für mehrfach polarisierte Wellen, auf denen getrennte Informationssignale übertragen werden, gekennzeichnet durch die Kombination folgender Merkmale:

ein sendeseitig in nur einer Polarisationsrichtung mitausgesendetes Pilotsignal wird auf der Empfangsseite einem Detektor (51) zugeführt, der in Abhängigkeit von der relativen räumlichen Orientierung zwischen der Polarisationsrichtung des empfangenen Pilotsignals und der Polarisationsausrichtung des Empfangsantennensystems ein Fehlersignal bildet;

eine Dreheinrichtung (50, 70) bringt durch das Fehlersignal die Polarisationsausrichtung des Empfangsantennensystems in Übereinstimmung mit der Orientierung der Polarisationsrichtung des Bezugspilotsignals der empfangenen Welle.

2. Übertragungssystem nach Anspruch1, dadurch gekennzeichnet, daß das Sendesignal kreuzpolarisiert ist und daß nach Bildung von Summen- und Differenz-Fehlersignalen diese Signale einer Differenzbildungseinrichtung (60, 61, 62) zugeführt werden, der das Fehlersignal zur Steuerung der Dreheinrichtung (50, 70) entnommen wird.