DE2507282C3

DE2507282C3 - Regelsystem zur Wiederherstellung der Orthogonalität zweier orthogonal polarisiert gesendeter und im Funkfeld verkoppelter Signale

Info

Publication number: DE2507282C3
Application number: DE2507282A
Authority: DE
Inventors: Heinz Dipl.-Ing. 7150 Backnang Kannowade
Original assignee: ANT Nachrichtentechnik GmbH
Current assignee: Bosch Telecom GmbH
Priority date: 1975-02-20
Filing date: 1975-02-20
Publication date: 1984-04-19
Also published as: FR2301976A1; DE2507282A1; GB1539208A; FR2301976B1; IT1055101B; JPS51108594A; DE2507282B2; CA1034643A; US4027105A; ES445332A1

Description

Die vorliegende Erfindung befaßt sich mit einem Regelsystem zur Wiederherstellung der Orthogonalität zweier mit je einem Bakensignal versehener, orthogonal polarisiert gesendeter und im Funkfeld verkoppelter Signale, wobei die Signale in einem aus Stellgliedern bestehenden Entkopplungs-Netzwerk wieder entkoppelt und wobei die Stellgrößen für die Stellglieder gewonnen werden, indem aus beiden Signalen hinter dem Entkopplungs-Netzwerk die Bakensignalanteile ausgekoppelt und umgesetzt werden und das dem ersten Signal eigene Bakensignal mit dem in das zweite Signal eingekoppelten Bakensignalanteil multipliziert wird, woraus eine erste Stellgröße resultiert, weiterhin das dem ersten Signal eigene aber um 90° phasenverschobene Bakensignal ebenfalls mit dem in das zweite Signal eingekoppelten Bakensignalanteil multipliziert wird, woraus eine zweite Stellgröße resultiert, und indem in analoger Weise multiplikative Verknüpfungen zwischen dem dem zweiten Signal eigenen Bakensigna! und dem in das erste Signal eingekoppelten Bakensignalanteil durchgeführt werden, woraus zwei weitere Stellgrößen resultieren.

Bei der Übertragung von Nachrichten durch Wellenausbreitung läßt sich bei vorgegebener Bandbreite die Übertragungskapazität eines Systems verdoppeln, wenn man zwei orthogonal polarisierte Wellen verwendet Die Wellen können orthogonal linear polarisiert oder entgegengesetzt zirkulär polarisiert sein.

Durch atmosphärische Effekte, vesonders durch Regen und durch Faraday-Drehungen in der Ionosphäre, durch Fehlausrichtung und Unsymmetrie der Antennen und durch nicht ideale Eigenschaften der Speisesysteme tritt jedoch eine Verkopplung der beiden Kanäle auf. Art und Stärke der Verkopplung ändern sich mit der Zeit, insbesondere, weil sich die atmosphärischen Bedingungen mit der Zeit ändern.

In der US-PS 37 35 266 ist ein Regelsystem zur Wiederherstellung der Orthogonalität zweier mit je einem Bakensignal versehener, orthogonal polarisierter Signale beschrieben, bei dem Stellglieder mit Stellsignalen nachgesteuert werden. Bei diesem Regelsystem werden sechs Regelspannungen (Qu Cn, Cn C21, C22, Cn) (Spalte 5, Z. 28-34) benötigt, die aus zwei Ums2tzern (Processors) 47 und 48 gewonnen und dem Stellgerät (Apparatus 50) zugeführt werden. Hierbei enthalten die Umsetzer 47 und 48 (Spalte 3, Z. 42-49) phasen- und amplitudenempfindliche Schaltungen, die in der Lage sind, Additionen, Subtraktionen, Multiplikationen und Divisionen durchzuführen, um die Regelspannungen zu gewinnen. Zur Ausführung dieser Operationen ist ein beachtlicher Aufwand an Elektronik erforderlich. Schaltungsmaßnahme,1, die zur Durchführung des beschriebenen Regelsystems geeignet und erforderlich sind, werden nicht angegeben.

In dem älteren Recht DE-PS 24 41 889 ist ein Verfahren vorgeschlagen, nach dem aus den Bakensignalanteilen der zwei orthogonal polarisierten Signale Stellgrößen gewonnen werden, mit deren Hilfe eine Entkopplung der im Funkfeld verkoppelten Signale möglich ist. Und zwar werden dabei die Bakensignalanteile aus den Signalen herausgefiltert und umgesetzt. Darauf wird das dem ersten Signal beigefügte Bakensignal mit dem Anteil, der vor diesem Bakensignal in das zweite Signal eingekoppelt ist, und das dem zweiten Signal beigefügte Bakensignal mit dem Anteil, der von diesem Bakensignal in das erste Signal eingekoppelt ist, multiplikativ verknüpft, wie es eingangs beschrieben worden ist.

Die Aufgabe der vorliegenden Krfindung ist es nun. ein Verfahren zur Entkopplung zweier in einem Funkfeld verkoppelter orthogonal polarisierter Signale anzugeben unter Einsatz der nach der anfangs genannten Methode aus den verkoppelten Signalen

hergeleiteten Stellgrößen.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst daß das Entkopplungs-Netzwerk aus mehreren in den Signalweg eingefügten, als Stellglieder dienenden Hohlleiterabschnitten gebildet wird, von denen einer mit einem Phasenschieber, ein anderer mit einem einstellbaren Dämpfungsglied versehen wird und zwei weitere um ihre Längsachse verdrehbar ausgeführt werden und daß diese mechanisch betätigbaren Stellglieder von Motoren angetrieben werden, welche über Verstärker von den Stellgrößen angesteuert werden.

Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung gehen aus den Unteranspoichen hervor.

Das für die Lösung der obigen Aufgabe verwendete Entkopplungs-Netzwerk ist an sich bekannt Es gibt nämlich eine grundlegende Untersuchung darüber, wie sich die Verkopplung beseitigen läßt, und zwar von T.S. Chu: Restoring the Orthogonality of Two Polarizations in Radio Communications Systems, Part I, Bell Systems Technical Journal, Vol. 50, No. 9, Nov. 1971, pp. 3063 - 3069, Part II, Bell Systems Technical Journal, Vol. 52, No. 3, March 1973, pp. 319-327. T.S. Chu hat ein Entkopplungsnetzwerk für den allgemeinen Fall angegeben, mit dem es möglich ist, die verkoppelten Polarisationen wieder zu entkoppeln.

Die Funktionen dieses genannten Netzwerkes bestehen aus zwei Koordinatendrehungen, einem differentiellen Phasenschieber und einem differentiellen Dämpfungsglied. Diese Funktionen lassen sich sowohl in einem doppelt polarisierten Hohlleiter als auch in zwei getrennten Leitungen oder einfach polarisierten Hohlleitern realisieren. In beiden Fällen sind mechanische oder elektronische Stellglieder möglich. Da die Verkopplung in Abhängigkeit von der Zeit verschieden ist, kann durch eine einmalige Einstellung keine exakte Entkopplung erreicht werden.

Dieser Literatjrstelle ist kein Verfahren zur Regelung der einzelnen Komponenten des Entkopplungs-Netzwerkes zu entnehmen. Mit einem solchen Verfahren befaßt sich aber die vorliegende Erfindung.

Die Wirkungsweise dieses erfindungsgemäßen Regelsystems wird anhand eines Blockschaltbildes als Ausführungsbeispiel, das in der Zeichnung dargestellt ist, näher erläutert. Das Entkopplungsnetzwerk besteht in diesem Beispiel aus mechanisch angetriebenen Stellgliedern im doppelt polarisierten Hohlleiter.

Dieses Blockschaltbild stellt den Eingang eines Empfängers zum Empfang zweier polarisierter Signale 51 und S 2 dar. Die Eingangsschaltung besteht aus einem Netzwerk zur Entkopplung von durch Fremdeinflüsse verkoppelten, orthogonal polarisiert gesendeten Wellen. Empfangen werden können orthogonal linear polarisierte oder entgegengesetzt zirkulär polarisierte Wellen. Da dieses Netzwerk ausschließlich zur Entkopplung von linear polarisierten Wellen ausgelegt ist, ist es erforderlich, beim Empfang entgegengesetzt zirkulär polarisierter Wellen, diese in einem Polarisationswandler PW in linear polarisierte Wellen umzuwandeln.

Zur Entkopplung der verkoppelten Polarisationen sind vier Stellglieder vorgesehen. Das Stellglied 1 besteht aus einem Hohlleiterabschnitt, der gegen den Eingangshohlleiter. Antennenhohlleiter oder Polarisationswandler PW. axial verdrehbar ist. Sein Verdrehungswinkel ist v. Das Stellglied 2 ist ein Hohlleiterabschnitt mit einem im Hohlleiter angeordneten differentiellen Phasenschieber, der beispielsweise aus zwei gegeneinander vsrdrehbaren dielektrischen Scheiben bestehen kann. Sein Verdrehungswinkel ist Ψ. Das 3. Steilglied besteht wieder aus einem Hohlleiterabschnitt, der axial gegen den differentiellen Phasenschieber

-> verdrehbar ist. Sein Drehwinkel is; ε. Schließlich ist das 4. Stellglied ein differentielles Dämpfungsglied, in dem die beiden Hohlleiterwellen durch in den Hohlleiter eintauchende Dämpfungsscheiben in zwei orthogonalen Richtungen unterschiedlich gedämpft werden können.

Das Amplituden verhältnis sefo.

Diese vier Stellglieder 1 bis 4 werden getrennt motorisch nachgestellt, bis eine geforderte Entkopplung beider Polarisationen erreicht ist Bei geringeren Ansprüchen genügt es, zwei bis drei Parameter nachzustellen, und zwar sind die Parameter 1 und 2 von größerem Einfluß als die Parameter 3 und 4 auf die Wiederherstellung der Orthogonalität der Polarisationen. Es müssen unbedingt die Parameter 1 und 2 vorgesehen bzw. nachgestellt werden, während die Parameter 3 und 4 bei geringeren Anforderungen ausgelassen werden können.

Diesen vier Parametern 1 bis 4 ist eine Polarisationsweiche PE nachgeschaltet, die die beiden Kanäle voneinander trennt und in zwei getrennten Leitungen weiterführt Um die Systemrauschtemperctur gering zu halten, ist es zweckmäßig, wenn die Auskopplung und Weiterverarbeitung der Bakensignale erst hinter den 'auscharmen Vorverstärkern Vo erfolgt.

Die Auskopplung der Bakensignale aus den beiden

ίο Leitungen mit den Signalen S Γ und S 2' erfolgt über die Koppler KX und K 2.

Es sei f\ die Frequenz des Bakensignals, die dem Nachrichtensignal 1 zugesetzt wird und /2 die Frequenz des Bakensignals, die dem Nachrichtensignal 2 zugesetzt wird. Durch die KreuzpolarisationEkopplung treten bei nicht abgeglichenem Entkopplungsnetzwerk auf der Empfangsseite beide Bakensignale in beiden Signalen Sl und S 2 auf. Die auf der Empfangsseite ausgekoppelten Bakensignale sollen folgendermaßen bezeichnet werden:

i>ii: aus dem Kanal 1 ausgekoppeltes Bakensignal mit der Frequenz f\

b_n: aus dem Kanal 1 ausgekoppeltes Bakensignal mit der Frequenz /2

Ö21: aus dem Kanal 2 ausgekoppeltes Bakensignal mit

der Frequenz /1
t>22' aus dem Kanal 2 ausgekoppeltes Bakensignal mit der Frequenz f2

Diese ausgekoppelten Signale werden dem Umsetzer LAS zugeführt und hier umgesetzt und in zwei getrennte Bakensignalpaare aufgespalten.

Im einzelnen enthält der Umsetzer US die folgenden Bausteine: die beiden ausgekoppelten Signale Sl' und 52' werden je einem Mischer Ml und M 2 über je ein vorgeschaltetes Filter Fl bzw. F2 zugeführt. Die Filter Fl und F2 haben die Aufgabe, nur die Bakensignale durchzulassen, während das gesamte Übertragungsband reflektiert wird. Die Bandbreite dieser Filter Fl bzw. F2 richtet sich nach dem Frequenzabstand der beiden Bakensignale, der aus diesem Grund möglichst klein sein sollte. Dadurch wird der Anteil der eingekoppelten Signalleistung des Nutzsignals SI bzw. S2 klein gehalten. Wiederum soll der Frequenzabstand der Bakensignale so groß sein, daß die Bakensignale in den nachfolgenden Filtern F3, F4, F5, F6 gut voneinander trennbar sind.

In den Mischern M 1 und M 2 findet eine Frequenzumsetzung auf eine Zwischenfrequenz, beispielsweise 70MHz, statt, um die phasenempfindliche Gleichrichtung gut beherrschen zu können. Das umgesetzte Signal wird im Verstärker Vl und V2 verstärkt und in je einem 3-dB-Koppler K 3 und K 4 in je ein Signalpaar aufgespalten.

In der folgenden Schaltungsanordnung werden die jeweils in das Nachbarsignal 5 Γ bzw. 52' eingekoppelten Bakensignalanteile mit dem einem jeden Signal 52' bzw. 5 1 zugeordneten Bakensignal verglichen. So wird in den phasenempfindlichen Gleichrichtern R 1 und R 2, die nachstehend als Ringmodulatoren bezeichnet werden, die Einkopplung des Bakensignals des Signals 51 in das Signal 52 und in den Ringmodulatoren Ri und R 4 die Einkopplung des Bakensignals des Signais 5 2 in das Signal 5 ί ermittelt.

Dies geschieht auf folgende Weise: dem Ringmodulator R 1 wird in seinen ersten Eingang über das Filter F 4 das Bakensignal mit der Frequenz fX des Signals 51 zugeführt. Dem zweiten Eingang des Ringmodulators R 1 wird der in das Signal 52 durch die Polarisationsverkopplung eingekcppelte Anteil des Bakensignals ebenfalls der Frequenz /1 zugeführt. Dieses eingekoppelte Bakensignal ist ein Maß für die Verkopplung der beiden Polarisationen miteinander. Der Ringmodulator R 1 gibt eine aus dem multiplikativen Vergleich der beiden Bakensignale abgeleitete Gleichspannung UX ab, die dem jeweiligen Stellglied, in diesem Fall dem Stellglied St 3, zugeführt wird.

In dem Ringmodulator R 2 wird eine weitere Stellgröße LJ 2 gewonnen. Hierzu wird gleichfalls dem ersten Eingang des Ringmodulators R1 der in das Signal 52 durch die Verkopplung eingekoppelte Anteil des Bakensignals der Frequenz fX zugeführt Dem zweiten Eingang des Ringmodulators R 2 wird das Bakensignal mit der Frequenz f\ des Signals 51 über ein Phasendrehglied φ 1 zugeführt. Dieses Phasendrehglied dreht die Phase des Signals um 90°.

Hierbei ist die Gleichspannung oder Stellgröße U1 proportional dem cos der Phasendifferenz der beiden Eingänge und die Stellgröße U 2 dem sin dei Phasendifferenz der beiden Eingänge. Die Polaritäi dieser Stellgröße UX und U 2 ergibt sich aus einem positiven oder negativen sin bzw. cos.

In entsprechender Weise werden mit Hilfe der Ringmodulatoren /?3 und R 4 die Stellgrößen U 3 und U4 gewonnen, die sich aus dem eingekoppelten Bakenanteil des Bakensignals /2 des Signals 52 in das Signal 5 1 ergeben.

Die Filter F4 und F6 können auch durch Phase Locked Loops (PLL) ersetzt werden.

Die so gewonnenen Stellgrößen UX, U2, U3, U4 werden den Stellgliedern St 1, 5r2, St 3, 5i4 zugeführt. Die bei diesem Ausführungsbeispiel verwendete motorische Nachstimmung der Parameter sieht vor, daß die jeweilige Stellgröße, beispielsweise U ί, dem Verstärker V5, der einen Dämpfungseingang zur Stabilisierung des Motors hat, des Stellgliedes 5t 3 zugeführt wird. Der Ausgang des Verstärkers V5 ist mit dem Motor M5 gekoppelt und liefert bei einer notwendigen Korrektur des Parameters 3 eine Gleichspannung, die Stellgröße U 1. Durch diese Stellgröße UX läuft der Motor M5 an. Die Polung der Stellgröße UX bestimmt seine Drehrichtung.

Zur Stabilisierung des Motors ist eine Gegenkopplung vorgesehen, sie ist so ausgebildet, daß der mit einem Generator G 5 gekoppelte Motor M5 eine seiner Drehzahl gemäße Spannung an den Verstärker K5 abgibt, die mit entsprechendem Vorzeichen in dem Verstärker V5 zu der ankommenden Stellgröße UX addiert wird.

Bei entsprechender Ausbildung der Stellglieder 1 bis 4 ist es möglich, eine Nachstellung auf elektronischem Wege durchzuführen. Die Antriebsmotoren werden dann durch Integratoren ersetzt

Eine Wiederherstellung der Orthogonalität kann ebenfalls dann erfolgen, wenn bereits am Eingang des Empfängers die Signale nach zwei orthogonalen Polarisationsrichtungen aufgespalten werden und in zwei getrennten Leitungen durch entsprechende Stellglieder die Nachstellung erfolgt. .

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Regelsystem zur Wiederherstellung der Orthogonalität zweier mit je einem Bakensignal versehener, orthogonal polarisiert gesendeter und im Funkfeld verkoppelter Signale, wobei die Signale in einem aus Stellgliedern bestehenden Entkopplungs-Netzwerk wieder entkoppelt und wobei die Stellgrößen für die Stellglieder gewonnen werden, indem aus beiden Signalen hinter dem Entkopplungs-Netzwerk die Bakensignalanteile ausgekoppelt und umgesetzt werden und das dem ersten Signal eigene Bakensignal mit dem in das zweite Signal eingekoppelten Bakensignalanteil multipliziert wird, woraus eine erste Stellgröße resultiert, weiterhin das dem ersten Signal eigene aber um 90° phasenverschobene Bakensignal ebenfalls mit dem in das zweite Signal eingekoppelten Bakensignal multipliziert wird, woraus eine zweite Stellgröße resultiert, und indem in analoger Weise multiplikative Verknüpfungen zwischen dem dem zweiten Signal eigenen Bakensignal und dem in das erste Signal eingekoppelten Bakensignalanteil durchgeführt werden, woraus zwei weitere Stellgrößen resultieren, dadurch gekennzeichnet, daß das Entkopplungs-Netzwerk aus mehreren in den Signalweg eingefügten, als Stellglieder dienenden Hohlleiterabschnitten (1, 2, 3, 4) gebildet wird, von denen einer (2) mit einem Phasenschieber, ein jo anderer (3) mit einem einstellbaren Dämpfungsglied versehen wird und zwei weitere (1, 4) um ihre Längsachse verdrehbar ausgeführt werden und daß diese mechanisch betätigbaren Stellglieder (1,2,3,4) von Motoren (M 3, M 4, Ai 5, M 6) angetrieben is werden, welche über Verstärker (V3. V4, V5, V 6) von den Stellgrößen (Ul, U2, t/3, U 4) angesteuert werden.

2. Regelsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Motoren (M 3, M 4, M 5, M6) gegengekoppelt werden, indem ein an jeden Motor gekoppelter Generator (C) mit seiner von der Motordrehzahl abhängenden Ausgangsspannung den dem Motor vorgeschalteten Verstärker (V3, V4, V5, V6) ansteuert.

3. Regelsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stellglieder (1,2,3,4) in der Reihenfolge, verdrehbarer Hohlleiterabschnitt (1), Hohlleiterabschnitt (2) mit Phasenschieber, verdrehbarer Hohlleiterabschnitt (3) und Hohlleiterab- >" schnitt (4) mit einstellbarem Dämpfungsglied, angeordnet werden.

4. Regelsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß nur zwei der Stellglieder, und zwar ein axial verdrehbarer Hohlleiterabschnitt (1) und der Hohlleiterabschnitt

(2) mit dem Phasenschieber, für die Entkopplung der Signale (S 1, S 2) eingesetzt werden.