DE2139049A1

DE2139049A1 - Relaisstelle in einem nachrichtenuebertragungssystem

Info

Publication number: DE2139049A1
Application number: DE19712139049
Authority: DE
Inventors: Rudolf Dr Ing Herz
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1971-08-04
Filing date: 1971-08-04
Publication date: 1973-02-15
Also published as: FR2148140A1; NL7210624A; JPS5716541B2; CH551721A; GB1377818A; FR2148140B1; BE787247A; AU4440772A; JPS4827609A; DE2139049C3; ATA610572A; AU462307B2; CA993953A; IT963644B; AT332909B; DE2139049B2

Description

SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT München 2, den _a.„" ⁴ ^ ¹⁹

Witteisbacherplatz

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Relaisstelle in einem Nachrichtenübertragungssystem

Die Erfindiang bezieht sich auf eine Relaisstelle in einem Nachrichtenübertragungssystem mit einem Empfangsüberlagerer, in dem die Schwingungen des empfangenen Radiofrequenzbandes in ein Zwischenfrequenzband umgesetzt und gegebenenfalls noch gesondert verstärkt werden und einer auf den Empfangsüberlagerer folgenden Weichenschaltung, in der das Zwischenfrequenzband in mehrere frequenzmäßig getrennt«?, insbesondere aneinandergrenzende Teilbänder aufgespalten wird, bei der des weiteren für jedes der zwisehenfrequenten und frequenzverschiedenen' Teilbänder ein eigener Teilbandverstärker mit anschließendem Sendeüberlagerer und daran anschließendem, hinsichtlich des Typs für die einzelnen Teilbänder gleichen Sendeverstärker vorgesehen ist» deren Ausgänge über eine weitere Weichenschaltung zusammengefaßt sind.

Bei Übertragungssystemen, die mit einer Funkverbindung arbeiten, ist es häufig nicht möglich, eine direkte Funkverbindung zwischen den beiden Endstellen der Funkstrecke herzustellen. In diesen Fällen wird die Funkstrecke in zwei oder mehrere Funkfelder aufgeteilt, die jeweils über eine Relaisstelle verbunden sind. Diese Relaisstellen empfangen aus dem in übertragungsrichtung vorausgehenden Funkfeld die rait den Informationen modulierten Radiofrequenzsignale und geben sie an das in übertragungsrichtung darauffolgende Funkfeld und somit zur nächsten Relaisstelle oder Endstelle als Radiofrequonzsignale weiter. Aus Gründen der Entkopplung

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des Empfangsteils vom Sendeteil einer Relaisstelle werden in dieser die Radiofrequenzsignale des Sendeteils frequenzversetzt gewählt gegen die Radiofrequenzsignale des Empfangsteils. Bei Funkverbindungen, vor allem über sehr große Entfernungen, wird anstelle der dabei erforderlichen vielen Relaisstellen,die über die Erdoberfläche verteilt in Kette geschaltet sind, häufig eine Satellitenverbindung gewählt, bei der die sendende Bodenendstelle ihre Radiofrequenzsignale an eine in entsprechender Höhe über dem Erdboden in einem Satelliten befindliche Relaisstelle abgibt. Die Satellitenrelaisstelle strahlt diese Radiofrequenzsignaie in der Frequenz versetzt zu einer anderen Bodenstation bzw. Endstelle. Bei derartigen Funk verb Indungen sind die Empfänger als Überlagerungsempfänger und die Sender als Überlagerungssender ausgebildet. Die Durchschaltung in der Relaisstelle erfolgt meist in der Weise, daß das empfangene" Radiofrequenzsignal auf eine in der Frequenz niedriger gelegene Zwischenfrequenz transponiert wird und von dort mittels eines Sendeüberlagerers in die für die Äbstrahlung vorgesehene Radiofrequenzlage gebracht wird. Bei Systemen, die mehrere Übertragungskanäle zur Verfügung stellen, wird hierfür das Frequenzband des Zwischenfrequenzsignals in mehrere aneinandergrenzende Teilbänder mittels einer Frequenzweiche aufgespalten. Diese Teilbänder werden jeweils für sich verstärkt und mittels einer entsprechenden Trägerschwingung in einer entsprechenden Anzahl von Sendeüberlagerern in die für die Aussendung vorgesehene Radiofrequenzlage gebracht. Da die Trägerschwingung für sämtliche Sendeüberlagerer gleich ist, reihen sich die einzelnen, auf diese Weise erhaltenen Radiofrequenzteilbänder zu dem gesamten Radiofrequenzsendeband aneinander.

Bei Relaisstellen in Nachrichtensatelliten ist noch zu beachten, daß aus Gründen der Zuverlässigkeit die entsprechenden

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Geräte in ihren.aktiven Teilen redundant ausgeführt werden müssen und demzufolge vor allem für die Sendeüberlagerer eine erhebliche Trägerschwingungsleistung benötigt wird. Für derartige Transponder hat man vorgesehen, die für die einzelne Uberlagerungsstufe benötigten Trägerschwingungen mittels gesonderter Oszillatoren zu erzeugen und diese Oszillatoren mittels besonderer Synchronisiereinrichtungen, insbesondere einer Injektionssynchronisierung auf den geforderten Frequenzwerten zu halten.

Bei erdgebundenen Richtfunksystemen für postalische Zwecke wird eine hiervon verschiedene Systemtechnik angewendet. Bei diesen Systemen arbeitet die einzelne Relaisstelle mit einem einzigen Zwischenfrequenzband. Wird mehr Kanalkapazität benötigt, so werden mehrere Richtfunkstrecken, also mehrere Radiofreqxienzkanäle zu einem großen Bündel zusammengefügt, die in einem relativ engen Radiofrequenzband benachbart angeordnet sind. Bei diesen Systemen ist demzufolge für die verschiedenen Empfangsüberlagerer und Sendeüberlagerer eine große Anzahl von Trägerschwingungen für die Frequenztransponierung erforderlich. Diese Trägerschwingungen müssen eine hohe Frequenzkonstanz aufweisen. Die Schaltungen für die Erzeugung dieser Trägerschwingungen sind demzufolge relativ aufwendig, wenn es sich um größere Systeme handelt. Bei einigen Richtfunksystemen hat man deshalb den Weg der sogenannten zentralen Trägerversorgung beschritten, bei der,von mehreren Muttergeneratoren ausgehend, durch Frequenzumsetzungen mit vor- und nachgeschalteten Filtern die entsprechenden Trägerschwingungen erzeugt werden. Ein Beispiel für eine derartige Trägerversorgung ist in der Zeitschrift "The Bell System Technical Journal", 1961, Band 40, S. 1569 bis 1586, beschrieben.

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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für eine Relaisstelle in einem Nachrichtensystem ein Konzept zu finden, das bei wesentlich verringertem Aufwand den strengen Bedingungen hinsichtlich der Trägerversorgung bei den erläuterten Ubertragungssystemen genügt.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird von einem Relaisstellentyp ausgegangen mit einem Empfangsüberlagerer, in dem die Schwingungen des empfangenen Radiofrequenzbandes in ein Zwischenfrequenzband umgesetzt und gegebenenfalls noch gesondert verstärkt werden und einer auf den Empfangsüberlagerer folgenden Weichenschaltung, in der das Zwischenfrequenzband fc in mehrere frequenzmäßig getrennte, insbesondere aneinandergrenzende Teilbänder aufgespalten wird, bei der des v/eiteren für jedes der zwischenfrequenten und frequenzverschiedenen Teilbänder ein eigener Teilbandverctärkor mit anschließendem Sendeüberlagerer und daran anschließendem, hinsichtlich des Typs für die einzelnen Teilbänder gleichen Sendeverstärker vorgesehen ist, deren Ausgänge über eine v/eitere Weichenschaltung zusammengefaßt sind.

Erfindungsgemäß wird hierbei die geschilderte Aufgabe dadurch gelöst, daß für die Sendeüberlagerer eine gemeinsame Trägerschwingungsquelle vorgesehen ist, die aus einem frequenzstabilen, die Trägerschwingung in der erforderlichen Frequenzlage und mit geringer Leistung im Vergleich zu der für die Sendeüberlagerer benötigten Gesamtleistung abgebenden Oszillator besteht, dem ein Trägerschwingungsverstärker nachgeschaltet ist, der vorzugsweise vom gleichen Typ ist wie die einzelnen Sendeverstärker und dessen Ausgang über ein Leistungsteilungsnetzwerk mit den einzelnen Sendeüberlagerern verbunden ist.

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Vorteilhaft ist es, wenn der Trägerschwingungsverstärker außerdem die Trägerschwingung für den Empfangsüberlagerer verstärkt und an den Ausgang des Trägerschwingungsverstärkers eine Bandfilterweiche angeschaltet ist, die so ausgebildet ist, daß Intermodulationsprodukte des Typs (2fp-f-j) sowie die Räuschleistung auf den Signalfrequenzen unterdrückt werden (f.. und f~ sind die Frequenzen der Trägerschwingungen für die Sende- bzw. Erapfangsüberlagerer).

Von Vorteil ist es bei dieser Ausbildung auch, wenn bei Verwendung in einem Satellitenübertragungssystem eine der beiden vom Ausgang des Trägerschwingungsverstärkers entnehmbaren Trägerschwingungen zugleich als Bakensignal dient. Dabei empfiehlt es sich, wenn die Trägerschwingung für die Sendeüberlagerer und die als Bakensignal dienende Trägerschwingung für den Empfangsüberlagerer gemeinsam über den Trägerschwingungsverstärker geführt sind unter Zwischenschaltung eines Modulators in der Zuleitung für die als Bakensignal dienende Trägerschwirgung des Empfangsüberlagerers. Eine vorteilhafte Ausgestaltung einer solchen Relaisstelle besteht darin, daß der Modulator in der der Erzeugung der als Bakenschwingung vorgesehenen Trägerschwingung dienenden Schaltung an einer Stelle angeschaltet ist, an der die Frequenz und der Pegel des dort vorhandenen Signals niedrig sind bezogen auf die Frequenz und den Pegel der von der Schaltung als Bakenschwingung abgegebenen Trägerschwingung.

Nachstehend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert „ die in wesentlichen Einzelheiten in der Zeichnung dargestellt sind.

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Im einzelnen zeigt die Zeichnung in

Fig. 1 eine Relaisstelle für einen Nachrichtensatelliten, der mit zwölf Ubertragungskanälen arbeitet und bei dem alle Kanäle redundant ausgeführt sind,

Fig. 2 eine Weiterbildung der anhand der Fig. 1 erläuterten Trägerversorgung unter Doppelausnutzung von Wanderfeldverstärkern ,

Fig. 3 eine Schaltungsmöglichkeit zur B'akensignalerzeugung, wobei die Bakenfrequenz identisch mit der Oszillatorfrequenz für den Empfangsumsetzer ist und

Fig. 4 eine Schaltungsmöglichkeit für die Erzeugung der Oszillatorfrequenz für die Sende- und für die Empfangsumsetzer sowie für das Bakensignal und für dessen Modulation durch evtl. zu übertragende TeIemetriesignale.

In Fig. 1 wird über die Antenne 1 bzw. 1^! das Empfangssignal aufgenommen, welches ein Radiofrequenzband von beispielsweise 12750 bis 13250 MHz überdeckt. Dieses Frequenzband wird über einen Bandpaß 2 entsprechenden Durchlaßbereiches auf einen Umschalter 9 geführt, der die Zuführung dieses Signals zum eigentlichen Betriebsempfänger 3» 4, 5, 6 oder bei dessen Ausfall auf den entsprechend ausgebildeten, also redundanten Empfänger 7, 8 ermöglicht. Über den Umschalter 9' wird das Ausgangssignal abgenommen und einem 3 dB-Koppler 10 eingespeist. Im Empfänger bedeutet 3 einen selektiven Verstärker, der beispielsweise um 30 dB verstärkt, 4 ist der Empfangsumsetzer, der das gesamte Frequenzband von 12750 MIIz bis 13250 MHz in eine Zwischenfrequenzlage von beispielsweise 1050 bis 1550 MHz transponiert. Zu diesem Zweck wird ihm über die Zuleitung 6 die Trägerschwingung tie zugeführt. Das Ausgangsprodukt in der genannten hohen Zwischenfrequenzlage wird in 5 entsprechend nachverstärkt und zwar selektiv und beispielsweise um 24 dB. Hatte also das Radiofrequenzsignal am Anschluß der Antenne 1 einen Pegel von -49 dBm, so ergibt

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sich am Ausgang von 5 ein Pegelwert von etwa -13 dBm. Die Gesamtempfangsanlage von 1 bis 9¹ ist aus Redundanzgründen nochmals vorgesehen und mit 11 bezeichnet.

An die beiden zueinander konjugierten Ausgänge des 3 dB-Kopplers 10 sind zwei zueinander in der Grundschaltung gleiche Zwischenfrequenz- bzw. Sendeverstärker angeschaltet. Da das Radiofrequenzband insgesamt 12 Kanäle von je etwa 36 MHz Bandbreite umfassen soll, sind in dem Zwischenfrequenzsignal von 5 alle zwölf Kanäle frequenzmäßig aneinandergereiht enthalten. Von der tiefsten Frequenz beginnend werden alle ungeraden an dem oberen Zwischenfrequenz-- bzw. Sendeverstärker bearbeitet, während alle geradzahligen Kanäle in dem darunter gezeichneten Zwischenfrequenz- bzw. Sendeverstärker 27 verarbeitet werden. Die ungeradzahligen Kanäle sind mit a bis f und die geradzahligen Kanäle mit g biß m bezeichnet. Die Frequenzwerte der Mittenfrequenz der einzelnen Kanäle sind aus der Fig. 1 entnehmbar, beispielsweise hat der Kanal a eine Mittenfrequenz von 1075 MHz» Die frequcnzrpäßige Aufteilung der einzelnen Kanäle erfolgt über eine FilterweJche 12 für die Kanäle a bis-f. In diese Filterweiche wird mit Vorteil zugleich der Laufzeitausgleich für die einzelnen Kanäle mit einbezogen. Die Aufteilung in die geradzahligen und un-geradzahligen Kanäle vereinfacht die filtertechnischen Anforderungen an die Filterweichen 23 nach den Sendeumsetzern, da hierdurch der Frequenzabstand zwischen benachbarten Kanälen ausreichend groß gehalten v/erden kann., nämlich gleich einer Kanalbandbreite. Bezogen auf den Übertragungskanal a werden die Zwischenfrequenzen des Kanals a mit einer Mittenfrequenz von 1075 MHz einer Gabelschaltung 1j5_r wie einem 3 dB-Koppler, zugeführt und in zwei gleiche Signalanteile aufgeteilt. Unter der Annahme der eingangs gegebenen Pegelwerte beträgt am Ausgang von 13 im einzelnen Kanal der Pegel etwa -35 dBm. Er wird zunächst in einem Verstärker 14, der regelbar ist, auf einen Pegel von etwa -10 dBm angehoben. Dann wird das Signal

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einem Frequenzumsetzer 15 zugeführt, der es in die für die Aussendung vorgesehene Radiofrequenzlage von 11475 MHz transponiert. Zu diesem Zweck werden dem Frequenzumsetzer eine Träger schwingung t1s von 10400 MHz von einem Pegel von etwa 20 dBm zugeführt. Das Ausgangssignal wird in einem anschließenden Wanderfeldröhrenverstärker 16 auf einen Pegel von etwa 41 dBm angehoben und über einen Umschalter 17 in ein weiteres Weichenfilter 23 eingespeist. Dieses Weichenfilter dient der Zusammenfassung der verstärkten Kanalsignale a bis f. Der Kanal b enthält dabei den Verstärker 18, der Kanal c den Verstärker 19, der Kanal d den Verstärker 20, der Kanal e den Verstärker 21 und der Kanal f den Verstärker 22. Zu erwähnen ist noch, daß der Verstärkerzug 14, 15, 16 aus Redundanzgründen für jeden der erwähnten Verstärker doppelt ausgeführt ist und über den zweiten Gabelübertragcranschluß von 13 als Verstärkerteil 22' an 17 anliegt. Die Bandbreite des einzelnen Verstärkers beträgt etwa 36 MHz. Wesentlich ist, daß die Trägerfrequenzen t1s, t3s, t5s, t7s, t9s, t11s jeweils die gleiche Frequenz haben, die beim Ausführungsbeispiel zu 10400 MHz gewählt ist bei jeweils gleichem Pegel von etwa 20 dBn, Fällt der Verstärkerzug 14, 15, 16 in einem der Konalverstärker 14 bis 17, 18, 19, 20, 21 bzw. 22 aus, so wird der Umschalter 17 in dem einzelnen Kanalverstärker in seine andere Arbeitsstellung gelegt und der aus Redundanzgründen vorge™ sehene Ersatzverstärker 22' aktiviert. Diese Ersatzverstärker 22' erhalten ebenfalls als Trägerschwingung ein Signal mit einer Frequenz von 10400 MHz mit 20 dBm. Diese Trägerschwingungen sind mit t1s', t3s^J, t5s', t7s', t9s^f, t11s' bezeichnet. Die am Ausgang von 23 zum gesamten Radiofrequenzsignal zusammengefügten Kanalsignale werden in der Frequenzlage von 11450 bis 11950 MHz über ein entsprechendes Bandpaßdurchlaßfilter 24 zur Sendeantenne 25 gegeben. Im Zwischenfrequenzbzw. Sendeverstärkerteil 27 ist, wie bereits erwähnt, die Ausbildung gleichartig, nur sind die Frequenzwerte

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der Kanäle verschieden. Die Trägerschwingungen sind mit t2s, t4s, t6s, t8s, t1Os und t12s, bzw. mit t2s', t4s^f, t6s', t8s', tiOs¹ und t12s^f bezeichnet. Ihre Frequenz beträgt ebenfalls 10400 MHz. Ihr Pegel liegt auch bei ebenfalls etwa 20 dBm pro Trägerfrequenzschwingung.

Wie aus dem Vorstehenden ersichtlich, benötigt dieses Relaisstellenkonzept zwei Trägerfrequenzen für die verschiedenen Empfangs- bzw. Sendeumsetzer. Für die Empfangsumsetzer werden die Trägerfrequenzen tie, tie¹, t2e und t2e^f benötigt. Sie haben alle gleichen Frequenzwert von 11700 MIz und einen Pegel von etwa 10 dBm. Für die Sendeumsetzer werden die Trägerschwingimgen t1s bis t12s' benötigt, die alle einen Frequenzwert von 10400 MHz haben und jeweils einen Pegel von etwa 20 dBm.

Die Erzeugung der erwähnten Trägerschwingungen geschieht zentral in folgender Weise. Von einem mittels eines Schwingquarzes frequenzstabilisierten Oszillator 30 wird eine Grundschwingung mit einer Frequenz von 54 MHz 'erzeugt. Diese Schwingung wird in einem Vervielfacher 31 um den Faktor 12 in der Frequenz vervielfacht und über Verstärker 32» 34 zwei Frequenzvervielfachern 33 bzw. 35 zugeführt. 33 verachtzehnfacht und 35 versechzehnfacht die Ausgangsschwingung von 31· Die Pegelwerte sind für das angenommene Beispiel etwa, so gewählt, daß am Ausgang von 33 ein Pegel von 18 dBra und am Ausgang von 35 ein Pegel von etwa -10 dBm gegeben ist« Das Ausgangssignal von 33 wird einem 3 dB-Koppler-Gabelübertrager 37 zugeführt und über diesen aufgeteilt auf tie bis t2e^e. Dieser Aufteilung dienen auch die nachgeschalteten Gabelübertrager 38 bzw» 48, die zusätzlich von der zu 30 bis 35 redundant ausgebildeten Einrichtung 36 bzwβ 45 ₉ bzw. 46 gespeist werden. Es Ist also sowohl der Mnttergeneratorteil-30 bis 35 in sich aus Redundanzgründen mittels 3δ wiederholt als auch diese Doppelauslegung nochmals EaIt den Gruppen 45 bis 46 vorgesehene Der Ausgang von 35, bzw* der Ausgang der hierzu redundanten Teile von 36» 45 und 46 *) exakter Wert 54_si66,o MHz

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ist jeweils auf unter sich gleiche Verstärker 39, 41, 49 und gegeben, die beim Ausführungsbeispiel als Wanderfeldröhrenverstärker ausgebildet sind und vom gleichen Typ wie die Wanderfeldröhrenverstärker 16 in den Sendeveis tärkern. Bie Verstärkung dieser Wanderfeldröhrenverstärker ist so gewählt, daß ihr Ausgangspegel beispielsweise bei etwa 37 dBm liegt. Die Ausgänge der Verstärker 39 > 41, 49 und 50 sind über Gabelübertrager, bzw. 3 dB-Koppler 40 und 51, bzw. 42 und 52, so zusammengefaßt, daß jeder der Verstärker mit einem Pegel von etwa 29 dBm beim Ausführungsbeispiel Leistungsteilungsnetzwerke 43» 44, 53 und 54 mit gleicher Leistung ansteuert. Fs genügt also, wenn jeweils nur ein Verstärker arbeitet, um sämtliche dieser Leistungsteilungsnetzwerke voll zu versorgen. Aus der Fig. 1 ist ersichtlich, welche Trägerschwingungen, die untereinander alle die gleiche Frequenz haben und den gleichen Pegel, den einzelnen Leistungsteilungsnetzwerken entnommen werden.

Aus dem Blockschaltbild der Fig. 1 ist erkennbar, daß trotz mehrfach-redundanter Ausführung der Trägerversorgrmg diese einen relativ einfachen Aufbau hat und bei geringstem Aufwand hohe FrequenzStabilität aufweist und daß nur Verstärker

für die Trägerschwingungen vorgesehen sind, die im Typ den Verstärkern in den Sendeverstärkern entsprechen. Der Verwendung gleicher Verstärker kommt vor ellem auch deshalb gerade bei Satellitenrelaisstellen besondere Bedeutung zu, weil die Verwendung von Bauteilen in einer Satellitenstation eine eingehende und außerordentlich kostspielige Typenüberprüfung jedes einzelnen Bauteiles erfordert.

Zusammenfassend läßt sich das anhand des Ausführungsbeispiels beschriebene System wie folgt betrachten. Die Relaisstelle besteht aus zwei redundanten Empfangsanlagen, Kanalweichen

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in einer zwischenfrequenten Lage von 1050 bis 1550 MHz (ZF-Multiplex), zwölf jeweils redundanten Sendern, die über Radiofrequenzkanalweichen mit beispielsweise zwei Antennen verbunden sind sowie einer erfindungsgemäßen Trägerversorgung. Die einzelne Empfangsanlage enthält jeweils eine Empfangsantenne und zwei Empfänger, von denen einer redundant ist. In den Empfängern werden die Signale der zwölf Einzelkanäle gemeinsam verstärkt. Die zweite redundante Empfangsanlage ist, wie die Betriebsanlage_? über den gemeinsamen 3 dB-Koppler (10 in Fig. 1) mit den beiden ZF-Multiplexern verbunden. Der eine Multiplexer hat Ausgänge für die sechs ungeradzahligen, der andere für die sechs geradzahligen Kanäle. Die Bandfilter der ZF-Multiplexer müssen jedoch auch die Nachbarkanäle sperren, weil über den 3 dB-Koppler die Signale aller-zwölf Kanäle an ihrem Eingang liegen. An den Ausgängen der ZF-Multiplexer sind über 3 dB-Koppler die 36 MITz breiten redundanten Sender angeschlossen. Ein Sendozug besteht aus einem in der Verstärkimg regelbaren ZF-Kanalverstärker, einem Aufwärtsurosetzer und einem Wanderfeldröhren-Endverstärker. Über RF-Multiplexer v/erden die Einzelkanäle vereinigt und den Antennen zugeführt. Die Träger für die Empfangs- und Sendeumsetzer liefert die erfindungsgemäß ausgebildete gemeinsame Trägerversorgung. Die Oszillatorfrequenzen sind für die Empfangsmischer jeweils 11700 MHz, für alle Sendemischer 10400 LTHz; sie sind aus einer einzigen Quarzfrequenz von 54 MHz abgeleitet. D.ie Sender arbeiten bei Anwendung dieses Prinzips mit verschiedenen Zwi~ schenfrequenzen. Will man Redundanz in der in der Fig. 1 gezeichneten Weise vorsehen sowie komplizierte, und aus Gründen der Zuverlässigkeit unerwünschte Schalteinrichtungen vermeiden, so empfiehlt es sich, die vier Empfangsmischer und die vierundzwanzig Sendemischer ständig mit Oszillatorleistung zu versorgen (heiße Redundanz).

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Will man für die redundanten Geräte eine redundante Trägerversorgung vorsehen, so ist bei Ausfall eines Senders auf den Ersatzsender umzuschalten und die gesamte redundante 'Trägerversorgimg zu aktivieren. Im Hinblick auf die Gesamtenergiebilanz eines Nachrichtensatelliten mit zwölf Betriebs-Transpondern ist die ZusatzgleichstromleEtung für "heiße Redundanz" der Trägerversorgung gering und zwar bei erfindungsgemäßer Ausbildung geringer als 1/12 der Gesamtleistung des nachrichtentechnischen Satellitenteils. Umdie Zuverlässigkeit innerhalb der bei Nachrichtensatelliten geforderten Lebensdauer von 5 bzw. 7 Jahren sicherzustellen, führt man Empfangs- und Sendemischern Oszillatorleistungen an, die erheblieh über den für ihre Funktion notwendigen und bei terrestrischen Anwendungen (z.B. Richtfunk) üblichen liegen: im Ausführungsbeispiel 10 dBm für die Empfangsmiseher und 20 dBm für die Sendemischer. Berücksichtigt man noch die bei hohen Frequenzen hohen Zuleitungsverluste, so ergibt sich eine Summenleistung für die Empfangsmischer von 18 dBm und von 37 dBm für die Sendemischer. Leistungen dieser Größe und der genannten Frequenzen lassen sich heute - wenn überhaupt - nur mit sehr hohem Aulwand durch bloße Vervielfachung aus einer niedrigen Quarzfrequenz erzeugen.

Durch die erfindungsgeinäße Einschaltung eines Wanderfeldröhrenverstärker desselben Typs wie er im Signalweg als Endverstärker für die Sender angewendet wird, als RF-Verstärker für die zentrale Trägerversorgung, wird diesen Schwierigkeiten jedoch mit geringstem Aufwand begegnet. Vor allem mit Wanderfeldröhren, die Wendeln als Verzögerungsleitung haben, ist dies gut realisierbar, weil diese Röhren Bandbreiten von etwa einer Oktave aufweisen. Die Ansteuerleistung für diese Röhren läßt sich wegen ihrer hohen Verstärkung leicht durch Frequenzvervielfacher aus einem Muttergenerator (54 MHz) mit Halbleiterbauelementen erzeugen. Da-

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durch kann auch die thermische Belastung in den insbesondere passiven Frequenzvervielfachern bzw. ihren Varaktordioden sehr gering gehalten werden, wodurch sich die Zuverlässigkeit erhöht. Der einzelne Wanderfeldröhrenverstärker kann auch mit verringertem Kathodenstrom gegenüber dem bei üblichem Einsatz angewendeten Viert betrieben werden, wodurch sich auch seine thermische Belastung verringert bei erhaltenem Wirkungsgrad.

In Fig. 2 ist eine Weiterbildung der in der Fig. 1 erläuterten Trägerversorgung gezeigt, wobei die Verstärker insbesondere Wanderfeldröhreriverstärker doppelt ausgenutzt werden. Mit 30 ist wiederum der Generator bezeichnet, der ebenfalls vorzugsweise mittels eines Schwingquarzes auf eine Betriebsfrequenz von 54 MHz frequenzstabilisiert ist. 32 und 34 sind entsprechende Verstärker, 31 ist ein Verzwölffächer, 33 und 35 ein Versechzehnfacher bzw. Verachtzehnfacher. Der Ausgangspegel bei 33 betrage beispielsweise -29 dBra, der Ausgangspegel "" bei 35 betrage beispielsweise -12 dBm. Über eine Filterweiche 55, 56 werden die beiden Ausgangssignale zusammengefaßt, dem gemeinsamen Verstärker 57 zugeführt, der beispielsweise eine Verstärkung von 48 dB hat. Die verstärkte Ausgangsschwingung von 57 wird hinsichtlich ihrer beiden Frequenzanteile in der Filterweiche 58, 59 getrennt. Beispielsweise hat die Ausgangsenergie bei 58 einen Pegel von 18 dBm und die bei. 59 einen Pegel von 37 dBm. Die gesamte Einrichtung, wie sie bisher beschrieben ist, ist aus Redundanzgründen . mehrfach wiederholt in Form der Baugruppen 62, 63 und 64 vorgesehen. Die Gabelübertrager bzw. 3 dB-Koppler 60, 61, 65 und 66 dienen der Ableitung der Trägerschwingungen tie, t2e, tie* und t2e', die jeweils eine Frequenz von 11700 MHz beim Ausführungsbeispiel haben, mit einem Pegel von etwa 10 dBm. Die Gabelübertrager bzw. 3 dB-Koppler 67* 68, 69 und 70 dienen in Verbindung mit den Leistungsteilungsnetzwerken 43» 44, und 54 der Ableitungen der Trägerschwingungen für die Sende-

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umsetzer, die "beim Ausführungsbeispiel t1s bis t12s· sind, Die Pegelwerte an den beiden Ausgängen von 67 sind beispielsweise 33 dBm und an den Ausgängen von 69 bzw. 70 jeweils 29 dBm. An den Ausgängen von 43, 44, 53 und 54 stehen demzufolge die Trägerschwingungen mit einer Frequenz von 10400 MHz, mit einem Pegel von jeweils etwa 20 dBm zur Verfügung.

Wie aus der Fig. 2 ersichtlich, wird durch dieses Konzept die vom Oszillator 30, 31, 32, 33, 34, 35 aufzubringende Leistung noch nennenswert verkleinert, bei gleich guter Redundanz der Gesamtanlage.

Für die Trägerversorgung nach der Erfindung sind somit als Ausführungsbeispiele zwei Lösungen als vorteilhaft erläutert. Bei der Lösung nach der Fig. 1 wird nur die Leistung für die Sendemischer in einer Wanderfeidröhre erzeugtJ die geringe Leistung für die Empfangsmischer gewinnt man direkt durch Vervielfachung. Bei der Lösung nach der Fig. 2 werden beide Oszillatorfrequenzen- 11700 MHz für die Empfangsmischer und 10400 14Hz für die Sendemischer - gemeinsam über die gleiche Wanderfeidröhre'geführt. Die zu Diplexern vereinigten Bandfilter vor und hinter der Wanderfeldröhre sind kein nennenswerter Mehraufwand, weil eine Rauschfilterung in jedem Fall erforderlich ist (die Rauschleistung der Oszillatoren bei den Signalfrequenzen soll möglichst klein sein). Die Bandfilter sperren auch die Intermodulationsprodukte vom Typ 2^-^(2.11,7 GHz-10,4 GHz=I3 GHz und 2· 10,4 GHz-11,7 GHz =9,1 GHz). Die beschriebene zweite Lösung läßt eine weitere Vereinfachung des Aufwands im Satelliten zu.

Bei der in der Fig. 3 im Blockschaltbild dargestellten Schaltung handelt es sich um eine Einrichtung, die außer den Trägerschwingungen mit den beispielsweisen Frequenzen von 10400 bis 11700 MHz noch ein Bakensignal erzeugt. Dieses Bakensignal

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ist dabei in der Frequenz übereinstimmend mit der Frequenz der Trägerschwingung für den Empfangsumsetzer 4 in Fig. 1. Hinsichtlich der Baugruppen 30, 31, 32, 33, 34, 35, 55, 56, 57, 58 und 59 stimmt die Einrichtung mit der nach Fig. 2 überein. Es ist lediglich noch ein einstellbares Dämpfungsglied 71, 72 den Teilfiltern 55, 56 der Filterweiche vorgeschaltet. Diese Dämpfungsregler dienen der Einstellung des am Eingang von 55 und 56 zu fordernden Pegels/ Die Ausgänge von 58 und 59 sind innerhalb des Gesamtkonzepts gleichartig eingefügt zu denken wie es in der Fig. 2 dargestellt ist, d. h. sie speisen die Aufteilungsschaltung 6.0_s 61, 66 und in Fig. 2. In die Ausgangsleitung von 58 ist jedoch zusätzlich ein Leistungsteiler 73 eingefügt. Mittels dieses Le.istungsteilers wird ein geforderter Anteil aus der Trägerschwingung von 11700 Μίζ ausgekoppelt und einem Phasenmodulator 74 zugeführt« Vom Ausgang des Phaserunodulators 74 wird die Bakenantenne der Satellitenrelaisstelle gespeist. Als Modulationssignal wird dem Phasenmodulator 74 ein Signal TM, beispielsweise in Form der Telemetriedaten, zugeführt. Um die Pegel» Verhältnisse zu veranschaulichen_t sind, bezogen auf die Fig. 2_S in Fig. 3 wesentliche Pegelwerte als Beispiel angegeben. Am Eingang von 73 hat das Signal einen Pegel von 30 dBm (entsprechend einem.Wert von 1 Watt). Am Ausgang von 59 ist ein Pegel von 37 dBm (entsprechend einem Wert von 5 Watt) gegeben. Das Signal, das aus 73 in 74 eingespeist wird, hat einen Pegel von 29,7 dBm und das von 73 an 60 abgegebene Signal einen Pegel von 18 dBm.

In der Fig. 4 ist in Form eines Blockschaltbildes noch eine Schaltung gezeigt, die außer der Erzeugung der Trägerschwingungen für die Empfangs- und die Sendeumsetzer noch der Erzeugung des Bakensignals (beim Ausführungsbeispiel eine Festfrequenz von 11700 MHz) dient. Dnbei soll das Bakensignal zusätzlich

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noch in der Phase mit Telemetriesignalen modulierbar sein. 30, 31» 32, 34 und 35 entsprechen den gleichen Bausteinschaltungen nach Fig. 2. An den Ausgang von 32 ist ein Leistungsteiler 75 angeschaltet, der einerseits den Vervielfacher 33 speist, der mit dem Vervielfacher gleicher Bezugsziffer in Fig. 1 gleichzusetzen ist. Vom anderen Anschluß des Leistungsteilers 75 wird ein Phasenmödulator 76 gespeist, dem über 77 die zur Phasenmodulation dienenden Telemetriesignale zugeführt werden. Die phasenmodulierten Signale von werden in 78 in ihrer Frequenz verachtzehnfacht und dann über eine Filterweiche 79, 80 mit der frequenzverschiedenen Träft gerschwingung von 35 zusammengefaßt, einem Verstärker, insbesondere einem Wanderfeldröhrenverstärker 81, zu gemeinsamen Verstärkung zugeführt. 79 ist deshalb ein Bandpaßfilter für 11700 MHz und 80 ein Bandpaßfilter für 10400 MHz. Am Ausgang des Wanderfeldröhrenverstärkers 81 ist eine weitere Filterweiche 82, 83 vorgesehen. Die mit den Telemetriesignalen gegebenenfalls modulierte Trägerschwingung von 11700 MHz wird durch das Bandpaßfilter 83 ausgesiebt und zur Bakenantennenzuleitung geführt, über 82 wird die Trägerschwingung von 10400 MHz für die Sendeumsetzer (in Fig. 1 die Baugruppen 15, 22· und in 18, 19, 20, 21, 22 und 27) entnommen.

Zweckmäßig wird das Kanalraster so gewählt, daß die Oszilla- W torfrequenzen nicht innerhalb der Nutzbandbreiten liegen. In den Ausführungsbeispielen ist dazu der an sich durch einen Vorschlag der ESRO bekannte Frequenzplan geringfügig so zu ändern, daß der Sender-Kanal-Mittenabstand von 50 MHz nicht zwischen den Kanälen 8 und 9, sondern zwischen den Kanälen und 7 liegt. (Der Kanalmittenabstand zwischen den Kanälen bis 6 und 7 bis 12 beträgt 40 MHz (siehe Frequenzplan in Fig. 1). Die Oszillatorfrequenz für die Empfangsmischer von 11700 MHz fällt dann genau in die Mitte des Schutzbandes zwischen die Kanäle 6 und 7 (Kanal 6: 12957 bis 12993 MHz

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Empfangsband, 11657 bis 11693 MHz Sendeband; Kanal 7: 13007 bis 13043 MHz Empfangsband, 11707 bis 11743 MHz Sendeband.) Erhöht man nun die Ansteuerleistung für den Wanderfeldröhrenverstärker bei 11700 MHz, so kann man so viel Leistung, erzeugen, daß sich ihr überwiegender Teil als Bakensignal für die Zielverfolgung des Satelliten verwenden läßt. Empfangsoszillatprfrequenz und Bakenfrequenz stimmen dann wie beim Beispiel der Fig. 3 überein. Dadurch kann man auch die Ausgangsleistung des Wanderfeldröhrenverstärkers voll ausnutzen und den sonst bei Nachrichtensatelliten üblichen Bakenoszillator einsparen. Das Bakensignal wird bei manchen Nachrichtensatelliten zugleich als Trägerschwingung für Telemetriesignale benutzt. Die Telemetrie-Modulation läßt sich dem Bakensignal auch bei niedrigem Pegel und in niedriger Frequenzlage aufprägen, wenn die Schaltung nach Fig. 4 angewendet wird. Nach diesem Schaltungsprinzip erzeugt man die geringe Leistung für die Empfangsoszillatören direkt durch Vervielfachung (analog zu Fig. 1). Das Baken- , signal wird in einer niedrigen Frequenzlage und bei niedrigem Pegel phasenmoduliert und zusammen mit der Oszillatorfrequenz für die Sendemischer in einem Wanderfeldröhrenverstärker auf den geförderten Ausgangspegel gebracht. Allgemein läßt sich zum Prinzip der Trägerversorgung nach der Erfindung noch bemerken, daß sie so ausgelegt ist, daß die Redundanz frei gewählt werden kann. Die in den Fig. 1 und 2 angenommene dreifache Redundanz der Trägerversorgung läßt sich - wegen der geringen thermischen Belastung aller aktiven Bauelemente - ohne zu großes Risiko verringern und entsprechend der Massenbilanz des Gesamtsatelliten wählen.

Anstelle von Wanderfeldröhrenverstärkern lassen sich auch andere Breitbandverstärker mit entsprechend hohem Verstärkungswert verwenden. Beispielsweise sind derartige Breitbandverstärker Klystronverstärker mit Kreisketten als Modulations- bzw. Ausgangskreise.

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Das erfindungsgemäße Prinzip der Trägerversorgung in Verbindung mit dem Grundschema der in der Fig. 1 dargestellten Relaisstelle ist in der Anwendung auch für die terrestrische Richtfunktechnik geeignet, bedeutet hier allerdings ein absolutes Verlassen der bisher dort üblichen Relaisstellentechnik. Bei Richtfunk-Relaisstellen mit mehreren frequenzbenachbarten Radiofrequenzkanälen führt man bisher diese über eine der Kanaltrennung dienende Filter bzw. Richtungsgabelweiche einer entsprechenden Anzahl von Empfängern zu, die untereinander alle die gleiche Zwischenfrequenz haben. Die Ausgänge der Empfänger wurden mit Sendern verbunden, die

fc die entsprechende frequenzverschiedenen Radiofrequenzen zur Aussendung abgeben. Diese Radiofrequenzen wurde über eine Filterweiche bzw. Richtungsgabelweiche zusammengefaßt zur gemeinsamen Antenne geführt. Wegen der Überlagungsempfanger und Überlagenmgssender und der Forderung gleicher Zwischenfrequenzwerte in den Empfängernbzw. Sendern sind bei dieser Systemtechnik sehr viele untereinander frequenzverschiedene Trägerschwingungen zur Speisung der einzelnen Frequenzumsetzer erforderlich. Beim erfindungsgemäßen Relaisstellensystem reduziert sich dieser Aufwand auf zwei Trägerschwingimfen, wodurch der Aufwand für die Trägerversorgung sich wesentlich verringert. Besonders deutlich wird dies erkennbar, wenn man ein solches erfindungsgemäßes Richtfunksystem mit dem TH-

w Richtfunksystem vergleicht, wie es in der Zeitschrift "The Bell System Technical Journal», Vol. 40, 1961, S. 1468 bis 1471 und 1569 bis 1586 dargestellt und beschrieben ist.

5 Patentansprüche
4 Figuren

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Claims

Patentansprüche

^1.)Relaisstelle in einem Nachrichtenübertragungssystem mit einem Empfangsüberlagerer, in dem die Schwingungen des .empfangenen Radiofrequenzbandes in ein Zwischenfrequenzband umgesetzt und gegebenenfalls noch gesondert verstärkt werden und einer auf den Empfangsüberlagerer folgenden V/eichenschaltung, in der das Zwischenfrequenzband in mehrere frequenzmäßig getrennte, insbesondere aneinandergrenzende Teilbänder aufgespalten wird, bei der des weiteren für jedes der zwischenfrequenten und frequenzverschiedenen Teilbänder ein eigener Teilbandverstärker mit anschließendem Sendeüberlagerer und daran anschließendem hinsichtlich des Typs für die einzelnen Teilbärider gleichen Sendeverstärker vorgesehen ist, deren Ausgänge über eine weitere Weichenschaltung zusammengefaßt sind, dadurch gekennzeichnet , daß für die Sendeüberlagerer eine gemeinsame Trägerschwingungsquelle vorgesehen ist, die aus einem frequenzstabilen, die Trägerschwingung in der erforderlichen Frequenzlage und mit geringer Leistung im Vergleich zu der für die einzelnen Sendeüberlagerer benötigten Gesamtleistung abgebenden Oszillator besteht, dein ein Trägerschwingungsverstärker nachgeschaltet ist, der vorzugsweise vom gleichen Typ ist wie die einzelnen Sendeverstärker und dessen Ausgang über ein Leistungsteilungsnetzwerk mit den einzelnen Sendeüberlagerern verbunden ist.
2. Relaisstelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Trägerschwingungsverstärker außerdem die Trägerschwingung für den Empfangsüberlagerer verstärkt und an den Ausgang des Trägerschwingungsverstärkers eine Bandfilterweiche angeschaltet ist, die so ausgebildet

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ist, daß Intermodulationsprodukte des Typs p sowie die Rauschleistung auf den Signalfrequenzen unterdrückt werden (f,. und f₂ sind die Frequenzen der Trägerschwingungen für die Sende- bzw. Empfangsüberlagerer).
3. Relaisstelle nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß bei Verwendung in einem Satellitenübertragungssystem eine der beiden vom Ausgang des Träger-

• Schwingungsverstärkers entnehmbaren Trägerschwingungen zugleich als Bakensignal dient.
4. Relaisstelle nach Anspruch 3> dadurch gekennzeich n.et, ,daß die Trägerschwingung für die Sendeüberlagerer und die als Bakensignal dienende Trägerschwingung für den Empfangsüberlagerer gemeinsam über den Trägerschwingungsverstärker geführt sind unter Zwischenschaltung' eines Modulators in der Zuleit\mg für die als Bakensignal dienende Trägerschwingung des Empfangsüberlagerers.
5. Relaisstelle nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß der Modulator in der Erzeugung der als Bakenschwingung vorgesehenen Trägerschwingung dienenden Schaltung an einer Stelle angeschaltet ist, an der die Frequenz und der Pegel des dort vorhandenen Signals niedrig sind bezogen auf die Frequenz und den Pegel der von der Schaltung als Bakenschwingung abgegebenen Trägerschwingung.

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