DE3447716A1 - Elektrisch geschaltetes mikrowellen-sende-empfangs-geraet fuer vollduplexbetrieb - Google Patents

Elektrisch geschaltetes mikrowellen-sende-empfangs-geraet fuer vollduplexbetrieb

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DE3447716A1 DE19843447716 DE3447716A DE3447716A1 DE 3447716 A1 DE3447716 A1 DE 3447716A1 DE 19843447716 DE19843447716 DE 19843447716 DE 3447716 A DE3447716 A DE 3447716A DE 3447716 A1 DE3447716 A1 DE 3447716A1
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Description

Elektrisch geschaltetes MikroweIlen-Sende-Empfangs· Gerät für Vo I Idup I exbetrieb
Die Erfindung betrifft MikroweIlen-Sende-Empfangs-Geräte, insbesondere Vollduplex-Mikrowellen-Sende-Empfangs-Geräte, die separate Sende- und EmpfangsosziIlator-Hochfrequerizquellen aufweisen, die elektrisch zwischen zwei Kanälen geschalten werden können.
Sende-Empfangs-Geräte sind allgemein bekannt und weisen Sende- und Empfangsfunktionen auf, die eine g I e i chzei't i ge Zweiweg-Informationsübertragung (Vo I Idup I ex) zwischen bestimmten Punkten ermöglichen- MikroweIlen-Sende-Empfangs-Geräte verwenden einen breiten Bereich von Trägerfrequenzen, der sich seit kurzem auch auf den Millimeter-Wellenbereich erstreckt. In diesem Wellenbereich arbeitende Sende-Empfangs· Geräte sind insbesondere dort besonders sinnvoll, wo eine relativ gesicherte übertragung erforderlich ist, wie auch in beengten Gebieten, wie z.B. bei Gebäude-zu-Gebäude-Kommunikationen, bei denen es erforderlich ist. Störungen mit benachbarten Kommunikationssystemen zu minimieren. Da außerdem die unteren Mikrowellenbänder in zunehmendem Maße überfüllt sind, gewinnt die Verwendung des Millimeter-Wellenbereichs zunehmend an Bedeutung.
Ein gegenwärtiges Problem, dasbei der Herstellung von Sende-Empfangs-Geraten im Millimeter-Wellenbereich in Verbindung steht, betrifft die begrenzte Verfügbarkeit und relativ hohen Kosten von Hochfrequenz-Bauelementen.
Engbandige, elektronisch abstimmbare Festkörperoszillatoren im Millimeter-Wellenbereich sind jedoch im Kommen und lassen
sich kostengünstig einsetzen. Die wesentIiehe Frequenzstabilität dieser Bauteile als eine Funktion der Temperaturänderung und der Alterungseinflüsse ist im allgemeinen für eine Anwendung bei Sende-Empfangsgeräten nicht geeignet. Einrichtungen zum Stabilisieren der Frequenz schließen Techniken ein, die eine Temperaturstabilisierung und/oder ein Nachführen auf eine stabile Bezugsgröße, wie z.B. einen Hohlraumresonator, bewirken.
Sende-Empfangs-Geräte, die im Mi I Iimeter-WeI Ienbereich arbeiten, sind z.B. aus den US-PSn 3 916 412, 3 925 729, 3 939 533, 3 931 575 und 4 411 018 bekannt. Die in diesen Patentschriften beschriebenen Sende-Empfangs-Gerate können im Millimeter-Wellenbereich arbeiten. Ein spezielles Problem, das bei vielen bekannten MikroweIlen-Sende-Empfangs-Geräten, die in diesem Frequenzbereich arbeiten, auftritt, besteht darin, daß bei einem bekannten, mit Hilfe einer Kapazitätsdiode abgestimmten Gunn-OsziIlator zur Änderung der Kanäle der zugeordnete Hohlraumresonator mechanisch nachgestimmt werden muß. Das bedeutet, daß das Sende-Empfangs-Gerät nicht schnell auf einen zweiten Kanal geschaltet werden kann.
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Vollduplex-Mikrowellen-Sende-Empfangs-Gerät zu schaffen, das engbandige, abstimmbare Festkörper-Oszillatoren verwendet.
Ein besonderes Merkmal der Erfindung ist darin zu sehen, daß alle Sende-Empfangs-Geräte identisch sind und mit Hilfe einer MikroweI lens cha Itfunktion austausch- bzw. auswechselbar sind. Diese MikroweIlenschaItfunktion vertauscht die Sende- und Empfangsoszillator-Hochfrequenzsignale, die auf dem ausgewählten Kanal beruhen. Dieses Merkmal vereinfacht die Wartung und die logistischen Funktionen für das gesamte Kommunikationssystem. Ein zusätzliches Merkmal des Aufbaus
mit geschaltetem Oszillator besteht darin, daß für den Fall einer Störung irgendeiner einzigen Hochfrequenzquelle eine HaIbduplex-Betriebsart (zweiwegig, nicht gleichzeitig) trotzdem verfügbar ist. Beide Merkmale sind insbesondere für mili· tärische Anwendungszwecke sinnvoll.
Gemäß der Erfindung können zwei MikroweI Ien-Sende-Empfangs-Geräte einen Vo I Iduplex-Betrieb vorsehen und zwischen zwei Kanälen elektrisch geschaltet werden. Jedes Sende-Empfangs-Gerät umfaßt eine erste MikroweI IenosziI Iatοrscha Ltung sowie eine zweite Mikrowellenoszillatorschaltung. Eine erster Hohlraumresonator, der der Resonanz bei einer ersten Frequenz F1 dient, ist in einer Rückkopplungsschleife der · ersten MikroweIlenosziI Iatorscha Itung eingesetzt, wohingegen ein zweiter Hohlraumresonator, der der Resonanz bei einer zweiten Frequenz F „ dient, in eine Rückkopplungsschleife der zweiten MikroweI LenosziI I at orscha Itung eingesetzt ist. Jede Oszillatorschaltung kann zu jeder Flanke der Höh I raumresonatοrfrequenz hin mitgenommen werden. Ein Umschalter koppelt entweder den ersten Mikrowellenoszillator mit dem Sender sowie den zweiten Mikrowellenoszillator mit dem Empfänger oder umgekehrt.
Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel eines elektrisch
geschalteten MikroweLIen-Sende-Empfangs-
Geräts für VoIIduplex-Betrieb gemäß der Erfindung in BlockdiagrammdarsteL lung,
Fig. 2 einen Frequenzplan für zwei Sende-Empfangs-
Geräte gemäß der Erfindung, die im VoIlduplex-Betrieb arbeiten und
Fig. 3 die Beziehung zwischen jeder Hohlraumresonator f requenz und den KanaLfrequenzen in einer grafischen Darstellung.
In Fig. 1 ist ein Ausführungsbeispiel eines elektrisch geschalteten MikroweIlen-Sende-Empfangs-Geräts 10 für VoIldup lex-Betrieb gemäß der Erfindung dargestellt. Ein be-, sonders wichtiges Merkmal der Erfindung besteht darin, daß das Mikrowe11en-Sende-Empfangs-Gerät 10 elektrisch vom Betrieb auf einem Kanal, d.h. das Senden und Empfangen wird mit Hilfe eines ersten Frequenzsat zes bewerkstelligt, zum Betrieb auf einem zweiten Kanal, d.h. bei dem das Senden und Empfangen auf einem zweiten Frequenzsatz erfolgt, umgeschaltet werden kann. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird dies durch ein geeignetes Kanalsteuersignal auf der Leitung 12 bewerkstelligt, das gleichzeitig den Gleichspannungsausgangspegel der automatischen Frequenznachstimmschaltung (die nachstehend beschrieben wird) ändert und sowohl einen Eingangsschalter 14 als auch einen Wellenleiter-Umschalter 16 in die zweite Stellung schaltet.
Bei der Kanal-A-SteI lung werden, wie in Fig. 1 dargestellt, die Eingangssignale, wie z.B. Sprach-, Daten- oder Videosignale, über eine Leitung 13 dem Eingangsschalter 14 und anschließend über eine Leitung 15 einer ersten Oszillatorschaltung zugeführt. Die erste Oszillatorschaltung umfaßt einen Addierer 18, der die zugeführten Eingangssignale 15 mit einem von einer Leitung 17 zugeführten Rückkopplungssignal kombiniert. Das Ausgangssignal des Addierers 18 wird über eine Leitung 20 dem Eingang eines Festkörper-Gunn-Oszi 11 at ο rs 22 zugeführt. Der Ausgang des Gunn-Oszi I lators 22 ist mit Hilfe einer geeigneten übertragungsleitung mit einem Koppler 24 gekoppelt, wobei der größte Teil der
— O —
Mikrowellenenergie über eine We LLenleitung 26 einem Tor 28 des Umschalters 16 zugeführt wird. Ein geringer TeiL der MikroweLLenenergie wird durch den Koppler 24 in eine Rückkopp lungsschLeife eingegeben; diese Rückkopplungsschleife weist zuerst einen Hohlraumresonator 30 auf, der eine hohe Güte hat und bei einer bestimmten Frequenz f in Resonanz schwingt. Diese Resonanzfrequenz F.. wird durch die inherenten Eigenschaften des Hohlraumresonators 30 bestimmt. Ein Teil der Schwingungsenergie des Hohlraumresonators 30 wird an einen Detektor 32 gekoppelt, der an seinem Ausgang ein Gleichspannungssignal erzeugt, dessen Pegel in bezug zu der Resonanzfrequenz F. des Hohlraumresonators 30 steht. Das Ausgangssignal des Detektors 32 wird einer AFC (automatische Frequenznachstimmung)-Scha 11ung 34 zugeführt. Die AFC-Schaltung 34 verwendet das Gleichspannungssignal, das zur Resonanzfrequenz F1 des Hohlraumresonators 30 in Beziehung steht, und das Kanalsteuersignal von der Leitung 12 und schickt ein Steuersignal über die Leitung 17 zur einem Eingang des Addierers 18, wodurch die RückkoppIungssch I eife geschlossen wird. Die RückkoppIungsschIeife synchronisiert den Günn-OsziIlator auf eine Frequenz, die von dem Hohlraumresonator 30 abgeleitet wird, und zwar als Verlagerung infolge der AFC-Schaltung 34.
Das elektrisch geschaltete MikroweIlen-Sende-Empfangs-Gerät für Vollduplex-Betrieb gemäß der Erfindung umfaßt weiterhin eine zweite 0 sziLLatο rs cha Itung, die einen zweiten Addierer 40 aufweist. Ein Eingang des Addierers 40 steht mit einer Klemme des Eingangsschalters 14 in Verbindung. Das AusgangssignaI des Addierers 40 wird über eine Leitung 44 dem Eingang eines zweiten Festkörper-Gunn-0sziI Iatοr 46 zugeführt. Das AusgangssignaI des Gunn-OsziI I atοrs 46 wird über eine geeignete übertragungsleitung einem Koppler 48 zugeführt, wobei der größte Teil der Energie einem Tor 50
des Umschalters 16 zugeführt wird. Ein geringerer Teil der MikroweLLenenergie wird durch den Koppler 48 über eine Rückkopplungsschleife einem zweiten Hohlraumresonator 5 2 zugeführt, der ebenso ein Hohlraumresonator mit hoher Güte ist. Ein Teil der in dem Hohlraumresonator 52 in Resonanz schwingenden Mikrowe I Lenenergie wird einem zweiten Detektor 54 zugeführt, der an seinem Ausgang ein Gleichspannungssignal vorsieht, das in bezug zur Resonanzfrequenz F^ des zweiten Mikrowellen-Hohlraumresonators 52 steht. Das Ausgangssignal des Detektors 54 wird einer zweiten AFC-Schaltung 56 eingegeben, wo es zusammen mit dem Kana I steuersignaI auf der Leitung 12 verwendet wird. Das Ausgangssignal der AFC-SchaItung 52 stellt ein Steuersignal dar, das über-eine Leitung 55 an einen Eingang des Addierers 40 angelegt wird, um die Rückkopplungsschleife zu schließen. Diese Rückkopplungsschleife synchronisiert in gleicher Weise den Gunn-Oszillator auf eine Frequenz, die vom Hohlraumresonator abgeleitet wird, und zwar als Verschiebung durch die AFC-Schaltung 56.
Ein Duplexer 60 (Sende-Empfangs-Scha 11er), z.B. ein gewöhnlicher Dreitοr-KoppIer, ist vorgesehen, wobei ein Eingangstor über eine Leitung 62 mit einem Tor 64 des Umschalters 16 gekoppelt ist. Zur übertragung vorgesehene Mikrowellenenergie wird auf dieser We I L en I eitung empfangen und zu einer Antenne 66 gekoppelt, die als Sende-Empfangs-Öffnung wirkt. Von einer entfernten Station mit Hilfe der Antenne 66 empfangene Mikrowellensignale werden mit Hilfe des Duplexers 60 über eine We I lenLeitung 68 zu einem üblichen Mischer 70 gekoppelt. Ein Demodulations- oder Empfangsoszillator-Signal wird seitens der ersten Oszillatorschaltung über eine We I lenLeitung 72 zugeführt. Diese We I I en I eitung 72 steht über ein Dämpfungsglied 74 mit einem Tor 76 des Umschalters 16 in Verbindung. Der Mischer 70
kombiniert die beiden MikroweL LensignaLe unter Ausbildung von ZwischenfrequenzsignaI en, die einem gewöhnlichen FM-Empfänger 78 dargeboten werden.
Ein besonderes Merkmal des elektronisch geschalteten Mikrowe I Ien-Sende-Empfangs-Geräts für Vo I IdupIex-Betrieb gemäß der Erfindung besteht darin, daß die beiden Mikrowellenoszillatorschleifen elektrisch ausgetauscht werden können - als Quelle für die Übertragungsfrequenz und als Quelle der Empfangsosζi I Iatοrfrequenz für die Demodulation ohne daß dabei weder die Gunn-OsziIlatoren oder die Hohlraumresonatoren mechanisch nachgestimmt werden müssen. Dies kann besser durch Bezug auf Fig. 2 , die einen Frequenzplan für einen Vo I IdupIex-Betrieb auf zwei Kanälen darstellt, und außerdem auf Fig. 3, die die Hohlraumresona torbezugsfrequenzen darstellt, besser beurteilt werden. Das erfindungsgemäße MikroweI Ien-Sende-Empfangs-Gerät kann die vier erforderlichen Frequenzen für einen Vollduplex-Betrieb auf zwei Kanälen erzeugen, d.h. die
Frequenzen F1 , F-, , F0. und F1. . Bei Betrieb ruft ein la ca cd id
der Leitung 12 zugeführtes KanaIscha 11signa I das Umschalten des EingangssignaIscha 11ers 14, einen Wechsel des von den AFC-SchaItungen jedem Gunn-OsziIlator zugeführten Signals, wodurch die Mitnahmepunkte an die gegenüberliegende Flanke verlegt werden (Fig. 3), sowie ein Umschalten des Umschalters 16 hervor, wodurch die Empfangsoszillatorquelle und eine S endefrequenzqueI Ie von einer Oszillatorschaltung zur anderen Oszillatorschaltung geschaltet werden. Da die dem FM-Empfänger 78 zugeführte Zwischenfrequenz typischerweise 70 MHz (Fig. 3) beträgt und der Abstand zwischen der Sendefrequenz und der Empfangsoszillator f requenz einem Vielfachen der Zwischenfrequenz (z.B. 300 MHz) entspricht, wird ein übersprechen vom Sender zum Empfänger minimiert.
Leerseite

Claims (4)

Dtpl.-Ohem. Dr. Stiften ANORAE Dipl.-Phys. Dieter FLACH DipJ.-lng. Dietmar HAUG Dipl.-Chem. Dr. Richard KNEISSL I ι· DEI 18» PATENTANWÄLTE Stelnstr. 44, D-8000 München GO Anm.:.UNITED TECHNOLOGIES CORPORATION Az: 294 Hartford, Ct.06101 / V.St.A. Elektrisch geschaltetes MikroweI Ien-Sende-Empfangs-Gerät für Vollduplexbetrieb Patentansprüche
1. MikroweI Ien-Sende-Empfangs-Gerät , das elektrisch zwischen zwei Kanälen umschaltbar ist und einen Vollduplexbetrieb auf jedem Kanal vorsieht,
gekennzei chnet durch - eine erste Mikrowellen-Oszillatoreinrichtung (22), die einen in einer Rückkopplungsschleife angeordneten ersten Hohlraumresonator (30) aufweist, wobei der erste Hohlraumresonator für eine Resonanz bei einer ersten Frequenz sorgt,
- eine zweite Mikrowellen-Oszillatoreinrichtung (46), die einen in einer Rückkopp lungssch I eife angeordneten zweiten Hohlraumresonator (52) aufweist, wobei der zweite Hohlraumresonator für eine Resonanz bei einer zweiten Frequenz sorgt,
- eine Sendeeinrichtung (66) zur übertragung eines Mikro-
we LL ensignaLs bei den Frequenzen, die entweder von der ersten MikroweLLen-OsziLlatoreinrichtung (22) oder von der zweiten MikroweLlen-OsziLLatoreinrichtung (46) erzeugt werden,
- eine Empfangseinrichtung (78) zum Demodulieren eines empfangenen MikroweL LensignaLs, indem dieses Mikrowellen s i g η a L mit einem Signal von der ersten Mikrowellen-Oszillatoreinrichtung (22) oder der zweiten Mikrowellen-Oszillatoreinrichtung (46) kombiniert wird und - eine elektrisch betätigbare Umscha 11eiηrichtung (16) mit einer ersten Stellung, bei der die erste , Mikrowellen-Oszillatoreinrichtung (22) mit der Sendeeinrichtung (66) und die zweite Mikrowellen-Oszillatoreinrichtung. (46) mit der Empfangseinrichtung (78) gekoppelt ist, und einer zweiten Stellung, bei der die erste Mikrowellen-Oszillatoreinrichtung (22) mit der Empfangseinrichtung (78) und die zweite Mikrowe I Ien-0sziI Iatοreinrichtung (46) mit der Sendeeinrichtung (66) gekoppelt ist.
2. MikroweI Ien-Sende-Empfangs-Gerät nach Anspruch 1,
dadurch gekennzei chnet, daß das Mikrowellen-Sende-Empfangs-Gerät (10) mit Hilfe eines Kana I st euersigna I s (12) auf zwei verschiedene Kanäle schaltbar ist und daß das Kanalsteuersignal (12) die Umscha I teinrichtung (16) von der ersten Stellung zur zweiten Stellung und umgekehrt schaltet.
3. MikroweIlen-Sende-Empfangs-Gerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzei chnet, daß ein Eingangsschalter (14) vorgesehen ist, der eine erste Stellung aufweist, bei der Eingangssignale (13) der ersten Mikrowellen-Oszi I I atοreiηrichtung (22) zugeführt werden und eine zweite Stellung aufweist, bei der Eingangssignale (13) der zweiten Mikrowellen-Oszillatoreinrichtung (46) zugeführt werden, wo-
bei der Eingangsschalter (14) durch das KanaLsteuersignaL (12) von der ersten StelLung auf die zweite und umgekehrt schaltbar ist.
4. MikroweLLen-Sende-Empfangs-Gerät nach Anspruch 1,
dadurch gekennzei chnet, daß in der Rückkopp LungsschLeife der ersten MikroweLlen-OsziLLatoreinrich~ tung (22) und der zweiten Mikrowellen-Oszillatoreinrichtung (46) jeweils eine automatische Frequenznachstimmeinrichtung (34; 56) vorgesehen ist, daß die Rückkopplungsschleife der ersten Mikrowe I len-OsziILatoreinrichtung (22) und der zweiten MikroweILen-Oszi 11 atoreinrichtung (46) einer Mitnahme zu einer Flankenfrequenz unterliegt, die benachbart der ersten Frequenz bzw. der zweiten Frequenz ist, und daß die automatische Frequenznachstimmeinrichtung (34 bzw. 56) der ersten Mikrowellen-Oszillatoreinrichtung (22) und der zweiten Mikrowellen-Oszillatoreinrichtung (46) in Erwiderung auf das Kanalsteuersignal (12) eine Mitnahme zur anderen
Flanke der ersten Frequenz bzw. der zweiten Frequenz bewirkt.
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