DE2033017B2

DE2033017B2 - Vorrichtung zum empfang mehrerer eingangssignale gleicher frequenz

Info

Publication number: DE2033017B2
Application number: DE19702033017
Authority: DE
Inventors: William Joseph Weston Cease Richard Gardner Westwood Mass Bickford (VStA)
Original assignee: Raytheon Co
Current assignee: Raytheon Co
Priority date: 1969-07-30
Filing date: 1970-07-03
Publication date: 1977-08-04
Also published as: GB1286757A; JPS5148009B1; US3609663A; BE753712A; FR2055336A5; DE2033017A1; DE2033017C3

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Empfang mehrerer Eingangssignale gleicher Frequenz, jedoch mit unbekannten und veränderlichen Phasendifferenzen, insbesondere zum Raum- oder Frequenz-Di versity-Empfang, mit mehreren, je einem der Eingangssignale zugeordneten Empfangszweigen, deren Ausgangssignale einem gemeinsamen Addierer zugeführt werden und von denen jeder Empfangszweig do eine erste Schaltungsanordnung aufweist, die einen ersten Mischer zur Überlagerung des entsprechenden Eingangssignals mit dem Ausgangssignal des Addierers, ein dem ersten Mischer nachgeschaltetes Filter und einen an das Filter angeschlossenen zweiten Mischer ds zur Überlagerung des entsprechenden Eingangssignals mit einer vom Filter ausgewählten Komponente des Ausgangssignals des ersten Mischers umfaßt.

Bei einer derartigen Vorrichtung, die aus der FR-PS 15 30 054 bekannt ist, liefert jeder Empfangszweig ein Signal, dessen Frequenz von der Filterabstimmung abhängig und dessen Phasenlage von der Phasenlage des Eingangssignals unabhängig ist. Es wird also in jedem Empfangszweig ein künstliches Signal erzeugt, das eine von der Frequenz des Eingangssignals abweichende Frequenz hat und dessen Phase von der Phase des Eingangssignals isoliert ist. Auf diese Weise ist es möglich, in allen Empfangszweigen Signale gleicher Frequenz und gleicher Phasenlage zu erzeugen, die bei ihrer Addition ein Summensignal ergeben, dessen Amplitude der algebraischen Summe der von den einzelnen Empfangszweigen gelieferten Signale gleich ist. Es werden also bei dieser bekannten Vorrichtung keine besonderen und komplizierten Regeleinrichtungen benötigt, um Phasendiiiferenzen zwischen den einzelnen Eingangssignalen mittels gesteuerter Phasenschieber auszugleichen. Ein Nachteil dieser bekannten Vorrichtung besteh i jedoch darin, daß das von der Vorrichtung gelieferten Ausgangssignal eine andere Frequenz aufweist als das Eingangssignal.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bekannte Vorrichtung in der Weise auszubilden, daß ein Ausgangssignal erzielt wird, das die gleiche Frequenz wie das Eingangssignal aufweist, ohne daß die Isolierung der Phasenlage des Ausgangssignals von der Phasenlage des Eingangssignals preisgegeben wird.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß in jedem Empfangszweig der ersten Schaltungsanordnung eine zweite Schaltungsanordnung parallel geschaltet ist, die einen an den Eingang des jeweiligen Empfangszweiges angeschlossenen 90°-Phasenschieber, einen dritten Mischer zur Überlagerung des Ausgangssignals des Phasenschiebers mit dem Ausgangssignal des Addierers, ein dem dritten Mischer nachgeschaltetes zweites Filter und ein an das zweite Filter angeschlossenen vierten Mischer zur Überlagerung des Ausgangssignals des Phasenschiebers mit einer vom zweiten Filter ausgewählten Komponente des Ausgangssignals des dritten Mischers umfaßt, und daß die Ausgänge der beiden Schaltungsanordnungen eines Empfangszweiges mit einem Addierer verbunden sind, dessen Ausgangssignal dem allen Empfangszweigen gemeinsamen Addierer zugeführt wird.

Da das Ausgangssignal der erfindungsgemäßen Vorrichtung keine Frequenzverschiebung gegenüber dem Eingangssignal aufweist, kann das Ausgangssignal dieser Vorrichtung anstelle des üblichen Eingangssignals einem normalen Empfänger zur Weiterverarbeitung zugeführt werden, ohne daß an diesem Empfänger irgendwelche Abänderungen hinsichtlich der Frequenzabstimmung' getroffen werden müßten. Darüber hinaus hat die erfindungsgemäße Vorrichtung den weiteren Vorteil, daß die verwendeten Filter anstelle von Bandpässen, wie sie bei der bekannten Vorrichtung benötigt werden, von Tiefpässen gebildet werden können, deren Abstimmung auf einfachere Weise möglich ist als diejenige von Bandpässen. Die Filter bestimmen bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ebenso wie bei der bekannten die Bandbreite der Rückkopplungsschleife, die der Phasenisolation dient und die dadurch gegeben ist, daß das Ausgangssignal des allen Empfangszweigen gemeinsamen Addierers dem ersten und dritten Mischer jeden Empfangszweiges als Überlagerungssignal für das Eingangssignal zugeführt wird. Die Anwendung von Tiefpässen führt zu dem weiteren Vorteil, daß die bei der erfindungsgemäßen

Vorrichtung vorhandene positive Rückkopplung auch ncch bei Frequenzen nahe 0 Hz wirksam ist.

Endlich hat die erfindungsgemäße Vorrichtung den Vorteil, daß auftretende Frequenzfehler in dem das Eingangssignal verarbeitenden Empfangäzweig niederfrequente Signale zur Folge haben, deren Frequenz der Frequenzdifferenz zwischen dem Eingangssignal und dem Ausgangssignal gleich ist, so daß diese niederfrequenten Signale für eine automatische Frequenzsteuerung benutzt werden können, weil sie nicht nur den ι ο Betrag, sondern auch den Sinn der Frequenzabweichungangeben.

Es sind zwar aus der Modulationstechnik Schaltungen bekannt, die ähnlich aufgebaut sind wie die erfindungsgemäße Vorrichtung, jedoch dienen diese Schaltungen ι s einem anderen Zweck, auch wenn sie Additionsstufen aufweisen, in denen für bestimmte, unerwünschte Frequenzen eine Auslöschung stattfindet.

So ist beispielsweise aus der US-PS 26 24 041 eine Vorrichtung zur Amplitudenmodulation bekannt, bei der zwei Anteile des Trägersignals entgegengesetzt phasenmoduliert und dann vektoriell addiert werden, so daß sich eine von der Phasenmodulation abhängige Amplitudenmodulation ergibt. In einem der beiden zur Phasenmodulation dienenden Zweige ist ein Phasenschieber angeordnet, der den Zweck hat, eine vorbestimmte Phasendifferenz zwischen den beiden Signalen zu erzeugen, die diese Signale bei Fehlen einer Phasenmodulation haben sollen, um einen Mittelwert des amplitudenmodulierten Ausgangssignals festzulegen. Für diese bekannte Modulationsvorrichtung ist es wesentlich, daß die phasenmodulierten Ausgangssignale der Frequenz f\ in einer festen Phasenbeziehung zu dem von einem Hauptoszillator gelieferten Eingangssignal mit der gleichen Frequenz stehen. Daher ist diese bekannte Vorrichtung nicht dazu geeignet, Ausgangssignale zu erzeugen, welche die gleiche Frequenz wie die Eingangssignale haben, deren Phasenlage jedoch von der Phasenlage der Eingangssignale unabhängig ist. Wegen der festen Phasenbeziehung zwischen Eingangs- und Ausgangssignal läßt diese Druckschrift nicht einmal die Möglichkeit erkennen, daß eine Signalverarbeitung in zwei Kanälen mit mehrfacher Überlagerung zur Erzeugung von Ausgangssignalen führen kann, die von der Phase des Eingangssignals unabhängig sind.

Weiterhin ist aus der DT-AS 12 68 689 eine Vorrichtung zur Unterdrückung eines Seitenbandes bei Einseitenbandmodulation. Durch die Unterdrückung eines Seitenbandes wird kein Ausgangssignal geschaffen, das die Frequenz des Eingangssignals aufweist, aber von der Phasenlage des Eingangssignals unabhängig ist. Insbesondere bleibt bei der Unterdrückung eines Seitenbandes das Trägersignal und dessen Phasenlage unberührt. Demgemäß liefert die Vorrichtung nach der DT-AS 12 68 689 stets ein Ausgangssignal, dessen Frequenz und Phasenlage in einem bestimmten Zusammenhang zum Eingangssignal steht. Daher läßt auch diese Druckschrift nicht erkennen, daß durch die Verarbeitung eines Eingangssignals in zwei parallelen Kanälen ein Ausgangssignal geschaffen werden kann, <>o das die gleiche Frequenz und auch die gleiche Bandbreite aufweist wie das Eingangssignal, bei dem aber die Phasenlage des Trägers von der Phasenlage des Trägers des Eingangssignals unabhängig ist.

Die Erfindung wird im folgenden anhand des in der <> > Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher beschrieben und erläutert. Die Zeichnung zeigt das Blockschaltbild einer Vorrichtung nach der Erfindung.

Die in der Zeichnung als Ausführungsbeispiel dargestellte Vorrichtung weist mehrere Empfangszweige II, 2, 3.../V auf, die durch gestrichelte Blöcke 12 angedeutet sind. Jedem der Empfangszweige 1 bis N wird auf einer Leitung 14 ein Eingangssignal zugeführt. Jeder Empfangszweig 12 umfaßt zwei Schaltungsanordnungen 16 und 18. Das Eingangssignal auf der Leitung 14 wird der Schaltungsanordnung 16 über einen ersten Mischer 20 zugeführt, der eine Vervielfacherfunktion ausübt, wie es später noch beschrieben werden wird. Das Ausgangssignal des ersten Mischers 20 wird einem Tiefpaß 22 zugeführt, dessen Ausgangssignal zu einem zweiten Mischer 24 gelangt. Das Eingangssignal auf der Leitung 14 wird dem zweiten Mischer 24 auch direkt zugeführt. Das Ausgangssignal des zweiten Mischers 24 wird einem Addierer 26 zugeführt. Die Schaltungsanordnung 18 umfaßt einen Phasenschieber 28, der dem auf der Leitung 14 zugeführten Eingangssignal eine Phasenverschiebung von —90° aufprägt. Das um -90° verschobene Signal wird dann einem dritten Mischer 30 zugeführt, der in der gleichen Weise arbeitet wie der erste Mischer 20 der ersten Schaltungsanordnung 16. Das Ausgangssignal des dritten Mischers 30 wird einem Tiefpaß 32 zugeführt, dessen gefiltertes Ausgangssignal einem vierten Mischer 34 zugeführt wird. Dem vierten Mischer 34 wird das um -90° phasenverschobene Signal auch unmittelbar zugeführt. Das Ausgangssignal des vierten Mischers 34 wird in dem Addierer 26 zu dem Ausgangssignal des zweiten Mischers 24 addiert.

Alle Empfangszweige 12 haben den gleichen Grundaufbau, wie er anhand des Empfangszweiges 1 beschrieben worden ist. Die Ausgangssignale der Addierer 26 aller Empfangszweige 1 bis N werden einem Addierer 36 zugeführt, in dem die Ausgangssignale alle addiert werden. Das Ausgangssignal dieses allen Empfangszweigen gemeinsamen Addierers 36 wird einem Verstärker 38 mit automatischer Verstärkungsregelung zugeführt. Um das Ausgangssignal des Verstärkers 38 konstant zu halten, ist eine einen Gleichrichter 40 enthaltende, den Ausgang des Verstärkers 38 mit dessen Eingang verbindende Rückkopplungsschleife vorgesehen. Das Ausgangssignal des Verstärkers 38 wird von dem Verzweigungspunkt K aus als Rückkopplungssignal den ersten und dritten Mischern 20 bzw. 30 in jedem der Empfangszweige 1 bis N zugeführt. Wie ersichtlich, führen vom Verzweigungspunkt K Verbindungen zu den entsprechenden Mischern 20 und 30 jedes der Empfangszweige 1 bis N.

Jeder der Empfangszweige 1 bis N arbeitet in einer solchen Weise, daß das von jedem der Empfangszweige 1 bis N dem gemeinsamen Addierer 36 zugeführte Ausgangssignal im wesentlichen die gleiche Frequenz aufweist wie das auf der Leitung 14 zugeführte Eingangssignal. Das auf der Leitung 14 zugeführte Eingangssignal kann beispielsweise durch die Gleichung

A cos ((M₁ f + Φ)

wiedergegeben werden. Ferner sei angenommen, daß das Ausgangssignal des gemeinsamen Addierers 36 die Form

₁T (-)

hat. Das Ergebnis der im ersten Mischer 20 stattfindenden Überlagerung ist ein Signal, das den Signalamplituden und den Phasendifferenzen proportional ist, nämlich

1/2/lß[cos'/> + cos(2,-., / f Φ)] .

Wegen der Phasenverschiebung von -90°, die durch den Phasenschieber 28 bewirkt wird, ist das dem dritten Mischer zugeführte Signal

A sin (<-), / + 0).

(4)

Das Ausgangssignal des dritten Mischers 30 ist ebenfalls den Signalamplituden und den Phasendifferenzen proportional, ist jedoch wegen der Phasenverschiebung durch folgende Gleichung gegeben

1 /2 AB [sin 0 + sin(2<-.,f + 0)] .

(5)

Infolgedessen ist das Eingangssignal in zwei Anteile zerlegt, nämlich in einen Anteil mit der ursprünglichen Phasenlage und einen Anteil mit einer verschobenen Phasenlage. Der Anteil mit der ursprünglichen Phasenlage nach Gl. (3) wird dem ersten Tiefpaß 22 zugeführt, während der Anteil mit der verschobenen Phase nach Gl. (5) dem zweiten Tiefpaß 32 zugeführt wird. Das Ausgangssignal des ersten Tiefpasses 22 ist

1/2/1B cos 0,

(6)

1/2/4 B sin 0

(7)

ist. Das Ausgangssignal des ersten Tiefpasses 22 nach Gl. (6) wird in dem zweiten Mischer 24 zusammen mit dem auf der Leitung 14 zugeführten ursprünglichen Signal nach Gl. (1) gemischt. Entsprechend wird auch das Ausgangssignal des zweiten Tiefpasses 32 nach Gl.(7) in dem vierten Mischer 34 mit dem um -90° phasenverschobenen Eingangssignal nach Gl. (1) gemischt. Durch die Mischung in dem zweiten bzw. vierten Mischer 24 bzw, 34 entstehen die Mischprodukte

1/4/1²B[cos(.μ, ι + 20) + cos

(8)

1/4 A² ß[cos ω, f --

₁ 1 + 20)] . (9)

die dem Addierer dieses Empfangszweiges zugeführt werden. Das sich aus der Addition der Mischprodukte nach den Gl. (8) und (9) ergebende Ausgangssignnl des Addierers ist

1/2/1¹UCOSn.,! .

(10)

Das Ausgangssignal des Addierers eines jeden Empfangszweiges hat demnach die gleiche Frequenz wie das Eingangssignal nach 01.(1) und ist von dessen Phase unabhängig.

Daher haben die Ausgangssignale aller Empfangszweige 1 bis NdIe gleiche, durch die 01.(1O) gegebene Form, und es werden diese Ausgangssignalc In dem gemeinsamen Addierer 36 addiert. Werden dem gemeinsamen Addierer 36 beispielsweise von den Kanälen 1 und 2 zwei gleiche Signale zugeführt, so ist das Ausgangssignal des gemeinsamen Addierers

A² B cornet.

(H)

Die Annahme, daß dem ersten und dem dritten Mischer 20 bzw. 30 das Signal nach der Gl. (2) zugeführt wird, ist berechtigt, wenn der an den Ausgang des gemeinsamen Addierers 36 angeschlossene Verstärker

ίο 38den Verstärkungsfaktor IM² aufweist.

Die Gl. (1) bis (10) sind auch dann gültig, wenn das Eingangssignal eine Frequenzmodulation aufweist. Es genügt dann, ωι t durch den Ausdruck [on t + 6(tj\ zu ersetzen, in dem θ (t) die Information über die

is Phasenwinkelmodulation enthält. In gleicher Weise kann bei einer Amplitudenmodulation A durch A (t)una B durch B (t) ersetzt werden. Allerdings ist das Produkt AB in den Gleichungen (6) und (7) das Ergebnis des Hindurchleitens der Signale mit den Amplituden A (t) und B(t) durch schmale Filter 22 und 32, welche die gesamte oder fast die gesamte Modulation abtrennen. In diesem Fall wird AB zu einem Mittelwert AB, und es wird die Gl. (10) zu

wogegen das Ausgangssignal des zweiten Tiefpasses 32 l/2/4(r) IB cosr..,' ·

(12)

Die erfindungsgemäßc Vorrichtung modifiziert demnach das Eingangssignal durch eine Änderung der Phase des Trägers. Die Geschwindigkeit, mit der die Phase des

ίο Trägers geändert werden kann, ist durch die Bandbreite der beiden Tiefpässe 22 und 32 bestimmt. Wenn die Änderung des Phasenwinkels pro Sekunde sehr groß wird, findet eine Frequenzkorrektur statt. Eine solche Korrektur ist nötig, wenn die eintreffenden Signale in

is ihrer Frequenz leicht voneinander abweichen. Es ist möglich, die Frequenzdifferenzen zwischen zwei und mehr Empfangszweigen bis zu der Grenze zu korrigieren, die durch die Filterbandbreite bestimmt ist Die Vorteile der vorliegenden Erfindung bestehen darin

.io daß die Ausgangsfrequenz im wesentlichen dci Eingangsfrequenz gleich ist und das System nur bc Frequenzen nahe 0 Hz eine positive: Rückkopplung aufweist. Ein weiterer Vorteil der crfindungsgcmäßcr Vorrichtung besteht darin, daß Frequenzfehlcr, soferr

.is sie existieren, nur als Nicdcrfrcqucnzsignale in der Empfangszweigen auftreten. Diese Nicdcrfrcqucnzsi gnale können dann als Information für eine uutomuti sehe Frequenzregelung benutzt werden, weil nicht nui die Frequenz, sondern auch die Richtung der Abwci

so chung bestimmt werden kann. Da keine Frequcn/.vcr Schiebung stattfindet, kann die erflndungsgemäßi Vorrichtung weiter In Verbindung mit bcstchendci Empfängern benutzt werden, beispielsweise mit solcher die eine Zwischenfrequenz von 70MHz benutzen, um

si bei denen die letzten Demodulntionsstufon ohm Abänderung benutzt werden können.

Die erfindungsgemäOe Vorrichtung kann in eine Vielzahl von Systemen Anwendung finden. Ein solche System ist beispielsweise ein die Troposphäre abtasten

to des System,

Hierzu 1 lllult Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Empfang mehrerer Eingangssignale gleicher Frequenz, jedoch mit unbekannten und veränderlichen Phasendifferenzen, insbesondere zum Raum- oder Frequenz-Diversity-Empfang, mit mehreren, je einem der Eingangssignale zugeordneten Empfangszweigen, deren Ausgangssignale einem gemeinsamen Addierer zugeführt werden und von denen jeder Empfangszweig eine erste Schaltungsanordnung aufweist, die einen ersten Mischer zur Überlagerung des entsprechenden Eingangssignals mit dem Ausgangssignal des Addierers, ein dem ersten Mischer nachgeschaltetes Filter und einen an das Filter angeschlossenen zweiten Mischer zur Überlagerung des entsprechenden Eingangssignals mit einer vom Filter ausgewählten Komponente des Ausgangssignals des ersten Mischers umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß in jedem Empfangszweig der ersten Schaltungsanordnung (16) eine zweite Schaltungsanordnung (18) parallel geschaltet ist, die einen an den Eingang des jeweiligen Empfangszweiges angeschlossenen 90°-Phasenschieber (28), einen dritten Mischer (30) zur Überlagerung des Ausgangssignals des Phasenschiebers (28) mit dem Ausgangssignal des Addierers (36), ein dem dritten Mischer (30) nachgeschaltetes zweites Filter (32) und einen an das zweite Filter (32) angeschlossenen vierten Mischer (34) zur Überlagerung des Ausgangssignals des Phasenschiebers (28) mit einer vom zweiten Filter (32) ausgewählten Komponente des Ausgangssignals des dritten Mischers (30) umfaßt, und daß die Ausgänge der beiden Schaltungsanordnungen (16 und 18) eines Empfangszweiges mit einem Addierer (26) verbunden sind, dessen Ausgangssignal dem allen Empfangszweigen gemeinsamen Addierer (36) zugeführt wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Filter (22 und 32) von Tiefpässen gebildet werden.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangssignal des allen Empfangszweigen gemeinsamen Addierers (36) den ersten und dritten Mischern (20 bzw. 30) Ober einen geregelten Verstärker (30) mit geregelter Amplitude zugeführt wird.