DE3542693A1

DE3542693A1 - Breitband-radiouebertragungseinrichtung

Info

Publication number: DE3542693A1
Application number: DE19853542693
Authority: DE
Inventors: Larry W. Huntsville Ala. Fullerton
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1984-12-03
Filing date: 1985-12-03
Publication date: 1986-06-05
Anticipated expiration: 2005-12-04
Also published as: DE3542693C2; GB2167923B; JP3232413B2; GB8529168D0; US4641317A; KR970003529B1; DE68923280T2; EP0413707A4; GB2167923A; EP0413707B1; RU2105415C1; JPH03504666A; KR920700504A; WO1990010980A1; DE68923280D1; EP0413707A1

Description

Beschreibung Breitband-Radioubertragungseinrichtung

Die Erfindung betrifft Radioübertragungseinrichtungen, die mit einen breiten Frequenzband arbeiten, worin einzelne Signalefrequenzen im allgemeinen unterhalb des Störpegels liegen und so nicht von herkömmlichen Radioempfangseinrichtungen erkennbar sind.

Die Radioübertragung von Nachrichtensignalen, beispielsweise Audiosignalen, wird normalerweise nach einer von zwei Methoden verwirklicht. Bei einer, auf die als Amplitudenmodulationsverfahren Bezug genommen wird, wird die Amplitude eines sinusförmigen Radiofrequenzträgers in Form des Nachrichten- oder Informationssignals moduliert und beim Empfang in einer Empfangsstation in umgekehrter Weise behandelt, d.h. der Radiofrequenzträger wird demoduliert, um das Nachrichtensignal zurückzugewinnen. Das andere Verfahren verwirklicht das, was als Frequenzmodulation bezeichnet wird, wobei anstatt der Amplitude des Trägersignals dessen Frequenz moduliert wird. Wenn ein frequenzmoduliertes oder FM-Signal empfangen wird, werden Schaltkreise
verwendet, die das ausführen, was als Diskriminierung bezeichnet wird. Dabei werden Frequenzänderungen in Änderungen der Amplitude umgewandelt, die mit der ursprünglichen Modulation übereinstimmen, wodurch das Nachrichtensignal zurückgewonnen wird. Beide Verfahren haben ein sinusförmiges Trägersignal als Grundlage, welches ein bestimmtes Frequenzband bzw. einem bestimmten Kanal zugeordnet ist, so daß dieser Kanal einen Abschnitt des Frequenzspektrums besetzt, welcher im Sendebereich nicht von anderen Radiosignalen benutzt werden kann. Mittlerweile ist fast jede Ecke und jede Spalte des Frequenzspektrums in Benutzung, so daß ein enormer Bedarf für ein Verfahren der Ausweitung der verfügbaren Kanäle für die Kommunikation besteht. In Anbetracht dieser Tatsachen wurde vorgeschlagen, anstatt in

herkömmlicher Weise bestimmte getrennte Kanäle für Radiokomrciunikationsverbindungen zu benutzen, eine Radiokommunikationsverbindung einzusetzen, die ein erheblich weiteres Frequenzspektrum abdeckt, welches über einen Bereich des 10- bis 100-fachen der zu übertragenden Nachrichtensignalbandbreite geht, wobei die Energie jeder einzelnen Frequenz des Spektrums sehr gering ist, typischerweise unterhalb des normalen Störpegels. Es ist anzunehmen, daß dieses übertragungsverfahren mit anderen Nachrichtendiensten nicht störend in Wechselwirkung treten würde. Es wurde vorgeschlagen, bei dieser Methode in der Reihenfolge kodierte Modulation ("coded sequence modulations") zu verwenden und daß jede der Kommunikationsverbindungen störungsfrei arbeitet, da auf die verschieden kodierten Reihenfolgen, abgestimmt werden könne.

Bezeichnenderweise jedoch ist - soweit die Anmelderin dies beurteilen kann - bislang kein praktisches System entwickelt worden.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, diesen Zustand zu verbessern und den Frequenzbereich von Breitbandübertragungseinrichtungen auszuweiten, so daß dieser eher das 1.000- oder 100.000-fache oder mehr, als das 10- oder 100-fache des Nachrichtenfrequenzbandes umfaßt und dies mit einer außerordentlich einfachen und kostengünstigen elektronischen Anordnung zu erreichen.

Diese Aufgabenstellung wird erfindungsgemäß durch dia 5 η den Ansprüchen 1 bis 13 gekennzeichneten Merkmale gelöst.

Erfindungsgemäß wird ein Pulssignal mit einer bestimmten oder programmierten Frequenz in Abhängigkeit eines Nachrichtensignals

hinsichtlich der Zeit des Einschaltens der Pulse verändert oder moduliert. Die resultierenden Pulssignale bewirken das Einschalten oder triggern eines in Avalanche-Betriebsweise arbeitenden Halbleiterschalters, der über eine Verzögerungsleitung oder eine andere kurzzeitige Quelle elektrischer Energie versorgt wird, die zwischen den Zeiten des Auftretens von Triggerpulsen aufgeladen wird, wodurch der Avalanche-Halbleiterschalter innerhalb eines Zeitraumes von einigen wenigen Picosekunden bis größenordnungsmäßig 50 Nanosekunden abgeschaltet wird. Das resultierende Signal des Avalanche-Halbleiterschalters wird in eine Breitband-Antenne eingekoppelt, die ihrerseits in die Atmosphäre oder den Raum sendet. Die Aufnahme der Sendungen wird mit einem Empfänger vollzogen, der synchrone Demodulation ausführt, indem er die Demodulation zwischen dem erwarteten Auftreten von Pulsen unempfindlich macht.

Weitere Einzelheiten und Vorteile des Gegenstandes der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der zugehörigen Zeichnungen, in denen zwei bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung dargestellt worden sind.

Fig. 1 kombiniertes Block- und elektrisches Schaltbild eines Breitband-Radiosenders;

Fig. 2 kombiniertes Block- und elektrisches Schaltbild eines Breitband-Radioempfängers;

Fig. 3 kombiniertes Block- und elektrisches Schaltbild einer alternativen Form der in Fig. 2 dargestellten Synchrondetektionseinrichtung;

Fig. 4 ein Satz elektrischer Wellenformen zur Erläuterung des Signalflusses in den Schaltkreisen in den Fig. 1 bis 3.

- 10 -

- ίο -

In der Fig. 1 ist ein Radiosender 10 gezeigt, in dem eine Grundfrequenz von 100 kHz von einem als Pulserzeugungseinrichtung 12 dienenden Oszillator erzeugt wird. Typischerweise wird ein Oszillator in herkömmlicher Schaltungstechnik mit einem Steuerquarz verwendet, der als Ausgangssignal ein Rechtecksignal von Pulsen mit einer Frequenz von 100 kHz zur Verfügung stellt. Dieses Pulssignal wird einem 1/4-Frequenzteiler 14 zugeführt, um an dessen Ausgang eine Rechteckwelle von 25 kHz, 0 bis 5 Volt, zur Verfügung zu stellen, welches in der Wellenform A der Fig. 4 dargestellt ist. Bei weiteren Bezugnahmen auf Wellenformen werden diese einfach durch ihren Buchstaben gekennzeichnet und wird nicht weiter auf die Fig. 4 verwiesen. Das Ausgangssignal wird als allgemeines Sendesignal benutzt und als Eingangssignal in die Spannungsversorgung 16 eingespeist. Die letztere ist geregelt und stellt eine entkoppelte 300-Volt Gleichspannung für die Ausgangsstufe 18 des Radiosenders 10 zur Verfügung, welche ebenfalls mit einer Frequenz von 25 kHz getastet wird.

Das Ausgangssignal des 1/4-Frequenzteilers 14 wird als Grundsignal verwendet und über einen Kondensator 20 einer Modulationseinrichtung 22 zugeführt, welche die Pulslage moduliert. Die Modulationseinrichtung 22 hat an ihrem Eingang ein RC-Serienglied aus einem Widerstand 24 und einem Kondensator 26, welches das rechteckförmige Eingangssignal in ein annähernd dreiecksförmiges Signal umwandelt, wie in Wellenform B gezeigt, welches über einen Widerstand 25 dem nichtinvertierenden Eingang eines Komparators 28 zugeführt wird. Eine positive Referenzspannung, die von einem Kondensator 27 gefiltert wird, wird außerdem dem nichtinvertierenden Eingang des Komparators 28 zugeführt. Diese Referenzspannung wird von dem 5-Volt Pluspol 29 der Gleichspannungsversorgung 30 über den Widerstand 32 zugeführt. Demgemäß würde tatsächlich an dem nichtinvertierenden

- 11 -

Eingang eine in den positiven Bereich nach oben verschobene Dreieckswelle erscheinen, wie sie beispielsweise in der Wellenform C dargestellt ist.

Der tatsächliche Leitungszustand des Komparators 28 wird von einem Audiosignal bestimmt, welches von einer Nachrichtensignalquelle 34, im vorliegenden Falle einem Mikrophon, über einen Kondensator 36 zugeführt wird und über einen Widerstand 37 dem invertierenden Eingang des Komparators 28 zugeführt wird, der von der Gleichspannungsversorgung 30 durch den Widerstand 38 und über den Widerstand 32 vorgespannt wird. Das mit der Vorspannung kombinierte Audiosignal ist in der Wellenform D dargestellt. Aufgrund des so zustandegekommenen Eingangsignals, steigt der Ausgangspegel des Komparators 28 auf den positiven Sättigungswert, wenn die Dreieckswelle 40 (Wellenform E) einen höheren Wert 'als das Modulationssignal 42 hat und fällt der Ausgangspegel auf den negativen Sättigungswert, wenn das Modulationssignal 42 einen größeren Wert als die Dreieckswelle 40 hat. Das Ausgangssignal des Komparators 28 ist in der Wellenform F dargestellt.

Im vorliegenden Falle sind wir daran interessiert, die in negativer Richtung abfallende oder Hinterflanke 44 (Wellenform F) des Ausgangssignals des Komparators 28 zu verwenden und es muß festgehalten werden, daß diese Hinterflanke 44 in ihrer zeitlichen Lage in Abhängigkeit von der Modulation des Ausgangssignals variiert. Diese Hinterflanke 44 der Wellenform in Wellenform F triggert einen monostabilen Multivibrator 46 in den Einschaltzustand, der ungefähr 50 Nanosekunden andauert und dessen Ausgangssignal in der Wellenform G dargestellt ist. Zur Erläuterung muß gesagt werden, daß die Vorderflanken oder Hinterflanken der aufeinander bezogenen Wellenformen zwar richtig aufeinander ausgerichtet sind, daß die Pulsweiten und Pulsabstände (wie durch gebrochene Linien angedeutet, betragen die Pulsabstände 40 MikroSekunden (pS)) jedoch nicht im richtigen

- 12 -

Maßstabsverhaltnis dargestellt sind. So korrespondiert die Vorderflanke des Pulses der Wellenform G zeitlich mit der Hinterflanke 44 (Wellenform F) und seine zeitliche Lage gegenüber einem durchschnittlichen Zeitabschnitt zwischen Pulsen der Wellenform G wird als Funktion des in den Komparator 28 eingegebenen Modulationssignals 42 variiert.

Das Ausgangssignal des monostabilen Multivibrators 46 wird über eine Diode 48 einem Widerstand 50 an der Basis eine npn-Transistors 52 zugeführt, der als Triggerverstärker arbeitet. Er wird in herkömmlicher Weise über einen Widerstand 54 mit Spannung versorgt, beispielsweise von einem 1,5 kOhm-Widerstand, der am 5-Volt Pluspol 29 der 5-Volt Gleichspannungsversorgung 30 und dem Kollektor des Transistors 52 angeschlossen ist. Der Kondensator 56 hat eine Kapazität von ungefähr 0,1 mF und ist zwischen dem Kollektor des npn-Transistors 52 und Masse geschaUtet, damit die Vorspannung in ihrer vollen Höhe am Transistor anliegt, wenn dieser kurz, d.h. 50 Nanosekunden, durchgeschaltet wird. Das Ausgangssignal des npn-Transistors 52 wird zwischen seinem Emitter und Masse ausgekoppelt und der Pirmärwicklung 58 des Triggertransformators 60 zugeführt, der getrennt die Basis-Emitter-Eingänge von npn-Avalanche-, oder Lawinen-Durchschlag-Transistoren 66 und 68 der Ausgangsstufe 18 versorgt. Obwohl zwei Lawinen-Durchschlag-Transistoren 66 und 68 dargestellt sind, kann einer oder auch mehr als zwei verwendet werden, wenn diese in geeigneter Weise gekoppelt werden.

Lawinen-Durchschlag-Transistoren 66 und 68, z.B. vom Typ 2N2222 mit einer Metallhülse, haben die Charakteristik, daß ihr Widerstand absinkt, wenn sie getriggert werden (z.B. auf jeweils ungefähr 30 Ohm) und daß sie in diesem Zustand verbleiben, bis der Kollektorstrom so weit abfällt, daß die Leitfähigkeit aufhört (bei wenigen Mikroampere). Ihre Kollektor-Emmitter-Kreise sind

- 13 -

in Serie geschaltet und dem Kollektor wird eine Vorspannung von + 300 Volt zugeführt, die von einer Spannungsversorgung 16 über einen Filterkondensator 72 und durch einen Widerstand 74 an ein Leitungsende 76 parallel geschalteter Verzögerungsleitungen 77 gelangt. Während drei Abschnitte S, bis S, der Verzögerungsleitungen 77 gezeigt sind, können typischerweise fünf bis 10 davon verwendet werden. Sie können aus einem Koaxialkabel vom Typ RG 58 aufgebaut werden, wobei jedes eine Länge von ungefähr 3 Zoll haben muß um einen Puls von ca. 3 Nanosekunden Dauer zu erreichen. Wie dargestellt, wird die positive Eingangsspannung vom Widerstand 74 in den Mittelleiter jeder der Verzögerungsleitungen 77 geleitet und sind die Außenleiter mit Masse verbunden. Der Widerstand 74 hat ungefähr 50 kOhm und ist so ausgewählt, daß die Verzögerungsleitungen 77 in ungefähr einer Mikrosekunde aufgeladen werden. Die Spannungsteilenden Widerstände 71 und 73 haben typischerweise einen Wert von jeweils einem MOhm und haben die Aufgabe, die Spannung zwischen den Lawinen-Durchschlag-Transistoren 66 und 68 auszugleichen. Die Verzögerungsleitungen 77 werden auf 300 Volt Vorspannung aufgeladen, während die Lawinen-Durchschlag-Transistoren 66 und 68 zwischen den Steuerpulsen abgeschaltet sind. Wenn die Eingänge der Lawinen-Durchschlag-Transistoren 66 und 68 von einem Triggerpuls getriggert werden, beginnen sie innerhalb von 0,5 Nandosekunden zu leiten, wonach aufgrund ihres geringen Spannungsverlustes (da sie in Avalanche-Betriebsweise betrieben werden), eine Spannung von ungefähr 120 Volt in Form eines Pulses an dem Ausgangswiderstand 78 auftritt, der beispielsweise einen Wert von 50 Ohm hat.

Es ist von Bedeutung, daß das Einschalten oder die Vorderflanke dieses Pulses von dem Triggerpuls bewirkt wird, der den Eingängen der Lawinen-Durchschlag-Transistoren 66 und 68 zugeführt wird und daß die Hinterflanke dieses Pulses von der Entladungszeit der Verzögerungsleitung 77 bestimmt wird.

- 14 -

Mit dieser Technik und durch Auswahl von Länge und Querschnitt der Verzögerungsleitungen 77 wird eine gutgeformter, sehr kurzer Puls erzeugt, der ungefähr 3 Nanosekunden lang ist und eine Spitzenleistung von ungefähr 300 Watt hat. Nach dem Abschalten der Lawinen-Durchschlag-Transistoren 66 und 68 werden die Verzögerungsleitungen 77 über den Widerstand 74 wieder aufgeladen, bevor der nächste Triggerpuls ankommt. Es ist einleuchtend, daß die Ausgangsstufe 18 äußerst einfach aufgebaut ist und aus sehr kostengünstigen Schaltkreiselementen besteht. Beispielsweise können die Lawinen-Durchschlag-Transistoren 66 und 68 auf dem amerikanischen Markt für einen Preis von ungefähr $ 0,12 erstanden werden.

Das Ausgagnssignal der Ausgangsstufe 18 fällt an einem Ausgangswiderstand 78 an und wird über ein Koaxialkabel 80 einem Filter 82 zugeführt, daß das Signal im Zeitbereich formt (t-Filter) und dazu verwendet werden kann, dem Ausgangssignal eine Kennung zur Kodierung oder als Erkennungssignal hinzuzufügen. Wahlweise kann das Filter 82 auch weggelassen werden, wenn solche Sicherheitsmaßnahmen nicht für notwendig erachtet werden. Zum Abschalten des Filters 82 ist eine Ausweichleitung 84 mit einem Schalter 86 vorgesehen.

Das Ausgangssignal des Filters 82, bzw. das direkte Ausgangssignal der Ausgangsstufe 18, wird über ein Koaxialkabel 88 einer Breitband-Antenne 90 zugeführt, welche eine Scheibenkonusantenne ist. Dieser Antennentyp strahlt alle Frequenzen oberhalb seiner Grenzfrequenz, welche beispielsweise eine Funktion seiner Größe ist, gleichmäßig ab. Bei relativ kleinen Einheiten gilt dies für Signale oberhalb von ungefähr 50 MHz. In jedem Fall strahlt die Breitband-Antenne 90 ein Breitband-Signal ab, von dem in der

- 15 -

Wellenform H ein Beispiel im Zeitbereich dargestellt ist. Diese Wellenform geht auf ein Gemisch der Einflüsse des formenden Filters 82, soweit dies benutzt ist und zu einem gewissen Ausmaß der Scheibenkonusantenne zurück.

Das Sendesignal wird von der Breitband-Antenne 90 typischerweise über einen bestimmten Raum übertragen und würde typischerweise von einer gleichen Antiresonanz-Antenne 92, nämlich einer Scheibenkonusantenne eines Radioempfängers 96 an einem zweiten Ort empfangen. Obwohl Ubertragungseinflüsse die Wellenform irgendwie stören können, wird zu Zwecken der Darstellung angenommen, daß die empfangene Wellenform ein genaues Abbild der Wellenform H ist. Das empfangene Signal wird von einer breitbandigen Verstärkungseinrichtung 94 verstärkt, die über den gesamten Bereich des gesendeten Signals eine breite Frequenzantwort hat. In Fällen, in dem das Filter 82 im Radiosender 10 verwendet wird, würde ein reziprokes Filter 98 verwendet werden. Zur Erläuterung ist für die Fälle, in denen keine abgestimmten Filter verwendet würden, ein Schalter 100 vorgesehen, welcher den Eingang und den Ausgang des Filters 98 miteinander verbindet, so daß durch Schließen des Schalters 100 das Filter 98 umgangen würde. Unter der Annahme, daß kein Filter zur Abstimmung verwendet würde, ist das Ausgangssignal der breitbandigen Verstärkungseinrichtung 94, als eine verstärkte Nachbildung der Wellenform H, in der Wellenform I dargestellt. In beiden Fällen fällt es am Widerstand 101 an.

Das Signal mit der Wellenform I wird einer Synchrondetektionseinrichtung 102 zugeführt. Grundsätzlich hat diese zwei Funktionseinheiten, nämlich den Lawinen-Durchschlag-Transistor 104 und den einstellbaren monostabilen Multivibrator 106. Der

- 16 -

monostabile Multivibrator 106 wird von einem Eingang geschaltet, der an einen Emitterwiderstand 110 gelegt ist, welcher zwischen dem Emitter des Lawinen-Druchschlag-Transistors 104 und Masse geschaltet ist. Der Lawinen-Durchschlag-Transistor 104 wird von einer variablen Gleichspannungsquelle 112 mit einer Vorspannung von z.B. 100 bis 130 Volt gespeist, die ihm über einen Drehwiderstand 114 zugeführt wird, der beispielsweise 100 kühm bis lMOhm hat. Eine Verzögerungsleitung 116 ist zwischen den Kollektor des Lawinen-Durchschlag-Transistors 104 und Masse geschaltet und sorgt für eine wirksame Arbeitsvorspannung des Lawinen-Durchschlag-Transistors 104, wozu sie, wie im Folgenden beschrieben, zwischen den Schaltphasen aufgeladen wird.

Unter der Annahme, daß ein Aufladeintervall abgeschlossen ist, wird der Lawinen-Durchschlag-Transistor 104 von einem Signal, das an den Widerstand 101 anfällt und seiner Basis zugeführt wird durchgeschaltet oder getriggert. Es wird weiterhin davon ausgegangen, daß das Triggern von dem hochliegenden Q Ausgang des monostabilen Multivibrators 106 ermöglicht wird, an dem die Wellenform 3 feststellbar ist. Nach dem Triggern erzeugt der leitende Lawinen-Durchschlag-Transistor 104 eine ansteigende Spannung am Emitterwiderstand 110, an dem die Wellenform K feststellbar ist. Die ansteigende Spannung triggert ihrerseits den monostabilen Multivibrator 106 und zieht den Q Ausgang auf einen niedrigen Spannungswert herunter. Diese wiederum bringt die Diode 108 in einen leitfähigen Zustand, wodurch der Eingangsimpuls des Lawinen-Durchschlag-Transistors 104 wirksam kurzgeschlossen wird, was innerhalb von 2 bis 20 Nanosekunden von der Vorderflanke des Steuersignals mit der Wellenform I geschieht. Die Leitperiode des Lawinen-Durchschlag-Transistors 104 wird exakt von der Ladekapazität der Verzögerungsleitung 116

- 17 -

festgelegt. Mit einer' Verzögerungsleitung von 12" von RG 58 Koaxialkabel und mit einer Ladespannung von ungefähr 110 Volt, wird die Ladeperiode z.B. auf ungefähr 2 Nanosekunden festgesetzt. Ein bis 25 Abschnitte des Koaxialkabels mit Längen von 0,25" bis 300" können verwendet werden, mit entsprechender Variation der Einschaltzeit.

Der monostabile Multivibrator 106 ist einstellbar, um die Schaltzeit festzusetzen, nach der sein Q Ausgang auf den hohen Spannungswert zurückkehrt und er wieder, wie bereits beschrieben, triggerbar ist. Wenn er hochschaltet, wird die Diode 108 wieder gesperrt und so der Kurzschluß des Eingangs an der Basis des Lawinen-Durchbruch-Transistor 104 beseitigt, wodurch dieser gegenüber einem ankommenden Signal wieder empfindlich ist. Beispielsweise kann dies zu einem Zeitpunkt T. der Wellenform J auftreten. Die Verzögerungszeit, vor dem Schalten durch den monostabilen Multivibrator 106 ist so festgesetzt, daß die erneuerte Empfindlichkeit des Lawinen-Durchschlag-Transistors 1OA zum Zeitpunkt T. auftritt, kurz bevor ein interessierendes Signal erwartet wird. Es ist feststellbar, daß dies gerade vor dem Auftreten eines Signalpulses der Wellenform I ist. So kann mit einer VJiderholungsrate von 25 kHz für das interessierende Signal, der monostabile Multivibrator 106 in der beschriebenen Weise dazu gebracht werden, den Q Ausgang vom niedrigen auf den hohen Spannungszustand zu schalten, wobei im wesentlichen 40 Mikrosekunden oder 40.000 Nanosekunden zwischen den Schaltvorgängen vergehen. Wenn man bedenkt, daß die Breite des positiven Teils des Eingangspulses nur ungefähr zwei Nanosekunden beträgt, ist die Synchrondetektionseinrichtung 102 in der meisten Zeit unempfindlich. Das Fenster der Empfindlichkeit ist zwischen den Zeiten T. und T₂ dargestellt und ist in seiner Dauer einstellbar, indem der monostabile Multivibrator 106 in

- 18 -

herkömmlicher Weise hinsichtlich der Schaltzeit eingestellt wird. Typischerweise würde er zunächst ziemlich weit eingestellt werden, um ein ausreichendes Fenster für ein schnelles aufschalten auf ein Signal zu haben und würde er dann so eingestellt werden, daß er ein engeres Fenster erzeugt, um ein maximales Kompressionsverhältnis zu erreichen.

Das Ausgangssignal des Lawinen-Durchschlag-Transistors 104 ist in der Wellenform K dargestellt und ist eine Pulsfolge von Pulsen konstanter Breite, mit einer Vorderflanke, deren Lage als Funktion der Modulation variiert. So liegt eine Form der Pulslagemodulation vor. Das Ausgangssignal fällt über dem Emitterwiderstand 110 an und wird vom Emitter des Lawinen-Durchschlag-Transistors 104 in eine Signalumwandlungseinrichtung 117 eingespeist, die ein aktives Tiefpaßfilter ist. Das Tiefpaßfilter überträgt und demoduliert dieses Signal variierender Pulse in ein Nachrichtensignal im Modulationsfrequenzband, welches in einen Audioverstärker 119 eingespeist und von diesem verstärkt wird. Geht man - wie im vorliegenden Beispiel - von einer Stimmübertragung aus, so wird das Ausgangssignal des Audioverstärkers 119 in eine Signalwiedergabeeinrichtung 120, nämlich einen Lautsprecher eingespeist und von diesem wiedergegeben. Wenn das Nachrichtensignal von einer anderen Art wäre, müßte eine geeignete Art der Demodulation angewendet werden, um die dann vorliegende Modulation zu ermitteln.

Es ist besonders erwähnenswert, daß der Radioempfänger 96 zwei Einstellmöglichkeiten hat: die Empfindlichkeit und die Fensterbreite. Die Empfindlichkeit wird durch Einstellen der variablen Gleichspannungsquelle 112 eingestellt und das Aufschalten auf das Signal wird, wie bereits beschrieben, durch Einstellen der Zeitdauer des Hochschaltens des Ausgangssignals des monostabilen Multivibrators 106 bewirkt. Typischerweise würde diese Zeitdauer so eingestellt, daß sie den kleinsten erforderlichen Wert hat,

- 19 -

um das in seiner Lage modulierte Pulssignal in seinem Ausweichbereich einzufangen.

Die Fig. 3 zeigt eine andere Ausführungsform des Demodulators für den Radioempfänger 96, welche als Synchrondetektionseinrichtung 122 beziffert ist. Dieser bewirkt eine Form der synchronen Demodulation des Signals, bei der ein Ringdemodulator 124 aus vier zusammengeschalteten Dioden D, bis D. verwendet wird. Im wesentlichen arbeitet dieser als ein einpoliger Umschalter oder einfacher ausgedrückt, als ein Gatter, bei dem das Eingangssignal über den Widerstand 101 anfällt und dem Signaleingang I zugeführt wird. Sein gesteuertes Ausgangssignal erscheint am Signalausgang 0 und wird durch den Kondensator 113 und über den Widerstand 115 dem Eingang der denodulierenden Signalumwandlungseinrichtung 117, nämlich dem aktiven Tiefpaßfilter zugeführt. Der Ringdemodulator 124 wird von einem Puls PG gesteuert, welcher in der Wellenform L der Fig. 4 in gestrichelten Linien dargestellt ist und über den Steuereingang G zugeführt wird. Der Puls PG wird von einem monostabilen Multivibrator 126 erzeugt, welcher von einem spannungsgesteuerten Oszillator 127 gesteuert wird. Der spannungsgesteuerte Oszillator 127 wird so gesteuert, daß er synchron mit der Durchschnittsrate des ankommenden Signals ist, welches in der Wellenform L in ausgezogenen Linien dargestellt ist. Um dies zu erreichen, wird die Ausgangsspannung des Ringdemodulators 124 durch einen Widerstand 128 und über einen (mittelnden) Kondensator 130 eingespeist, der an den Steuereingang des spannungsgesteuerten Oszillators 127 angeschlossen ist. Die so gesteuerte Frequenz des Ausgangssignals des spannungsgesteuerten Oszillators 127 wird dem Eingang des monostabilen Multivibrators 126 zugeführt, der als Ausgangssignal den Steuerpuls PG liefert. Dieser Steuerpuls hat die gezeigte Rechteckform und eine

- 20 -

ausgewählte Pulsweite, die typischerweise 2 bis 20 Nanosekunden beträgt, welche hinsichtlich der zeitlichen Modulation des übertragenen Pulssignales ausgewählt ist. Er wird in die Primärwicklung des Pulsübertragers 132 eingespeist, dessen Sekundärwicklung über die Pole des Steuereingangs G des Ringdemodulators 124 geschaltet ist. Die Diode 134 ist parallel zur Sekundärwicklung des Pulsübertragers 132 geschaltet und schneidet die negativen Übergänge ab, die andrenfalls durch die Zuführung des Ausgangspulses des monostabilen Multivibrators 126 an den Transformator 132 entstehen würden. Auf diese Weise spannt der Steuerpuls PG alle Dioden des Ringdemodulators so vor, daß diese während seiner Dauer leitfähig werden und dadurch das Eingangssignal vom Signaleingang I zum Signalausgang 0 leiten. Wie schon oben ausgeführt, wird das Eingangssignal über einen Kondensator 113 und an einem Widerstand 115 dem Eingang der Signalumwandlungseinrichtung 117, d.h. dem Tiefpaßfilter zugeführt.

Die Arbeitsweise der Synchrondetektionseinrichtung 122 ist so, daß sie dem Tiefpaßfilter den Teil des in der Wellenform L der Fig. 4 dargestellten Eingangssignals zuführt, welcher innerhalb der Grenzen des Steuerpulses PG auftaucht. Die zeitliche Lage des Steuerpulses PG wird durch die Abstimmung des pulsförmigen Ausgangssignals des spannungsgesteuerten Oszillators 127 festgelegt und die Frequenz des Ausgangssignals des spannungsgesteuerten Oszillators 127 wird von der Spannung des Eingangssignals des spannungsgesteuerten Oszillators 127 bestimmt, die am Kondensator 130 anfällt. Der Kondensator 130 wird so ausgewählt, daß er eine Zeitkonstante hat, die gerade unterhalb derjenigen ist, die der tiefsten Frequenz der zu demodulierenden Modulation entspricht. Die Frequenz des pulsförmigen Ausgangssignals des spannungsgesteuerten Oszillators 127 ist so, daß sie die

- 21 -

Lage der Steuerpulse PG gegenüber der modulationsbedingten zeitlichen Lage der Eingangssignale nicht verändert (wie in ausgezogenen Linien in der Wellenform H dargestellt). Im Ergebnis variiert der Durchschnittswert des durch den Ringdemodulator 124 geleiteten Signals als Funktion der ursprünglich dem Signal zugeführten Modulation. Dieser Durchschnittswert wird in ein Nachrichtensignal vom Amplituden-Typ umgeformt, indem es durch das Tiefpaßfilter (Signalumwandlungseinrichtung 117) geleitet wird. Es wird dann von einem Audioverstärker 119 verstärkt und von einem Lautsprecher 120 wiedergegeben.

Aus dem vorhergehend beschriebenen erscheint es besonders vorteilhaft, daß dem Anwender sowohl eine kostengünstige als auch eine praktikable Breitband-Radioübertragungseinrichtung zur Verfügung gestellt wird. Diese verwendet einen in Avalanche-Betriebsweise gesteuerten Transistor, der von einer Verzögerungsleitung geladen wird und, wenn er mit einem- modulationsbedingten Puls variabler Lage gespeist wird, als Ausgangssignal ebenfalls einen Puls variabler Lage zur Verfugung stellt, der eine Breite von einer bis zu drei Nanosekunden hat. Dieses wiederum ermöglicht ein breites Band, welches bei ungefähr 50 Megahertz beginnt und sich bis ?u größenordnungsmäßig 500 Megahertz erstreckt. So kann mit einer Audiofrequenz von ungefähr 5.000 Hz die zur Übertragung ausgestrahlte Energie des Signals um beinahe das 100.000-fache verteilt oder ausgebreitet werden. Als Folge werden Störungen mit einem herkömmlichen Signal, welches in seiner Bandbreite beschränkt ist, im wesentlichen ausgeschlossen. Als ein Beispiel der Wirksamkeit einer solchen Einrichtung wurde, unter Benutzung eines Avalanchebetriebsweise geschalteten 20-Cent Transistors, ein mit einem Tonsignal an den Vorderflanken moduliertes Pulssignal erzeugt, mit einer Ausgangsspitzenleistung von annähernd 280 Watt. Das

- 22 -

Signal wurde in einer Entfernung von 200 Fuß empfangen und hatte an einer Last von 50 Ohm eine Spitzenspannung von annähernd einem Volt. Tatsächlich betrug das für den Empfang notwendige Leistungsniveau ungefähr einige Mikrowatt, so daß der wirksame Bereich für dieses Leistungsniveau beträchtlich ist. Gleichzeitig konnte ein Spektralanalysator am Empfangsort keine Signale feststellen bzw. die Möglichkeit der Interferenz mit anderen Signalen ermitteln. Tatsächlich betrüge angesichts der Ausbreitung des Bandes des übertragenen Signals der erforderliche Pegel, der Interferenz mit einem herkömmlichen Signal, beispielsweise einem 5 kHz breiten Signal, wirken würde, größenordnungsmäßig 2,8 Mikrowatt in der Antenne. Ein Weg der Beschreibung der Vorteile, die diese Art der Sendung über herkömmliche hat ist der festzustellen, daß die Leistung bei dem angegebenen Beispiel während einer Dauer von im wesentlichen 3 Nanosekunden auftritt und dies nur alle 1.000.000 Nanosekunden tut. So gibt es ein natürliches Leistungsverhältnis von 33.000:1, Wenn nun die Zeitdauer des Hörens dieses Signals auf im wesentlichen seine Pulsbreite beschränkt wird, ist die Empfangseinrichtung mit seinem Auftreten nur innerhalb eines winzigen Zeitfensters befaßt. Demgemäß ist das über alles gemessene Signal-Rauschverhältnis außerordentlich groß. Es ist weiterhin vorteilhaft, daß eine große Anzahl von Benutzern untergebracht werden könnte, die nur geringfügig unterschiedliche Wiederholungsfrequenzen benutzen und daß selbst diese Anzahl noch daduch ausgeweitet werden kann, daß getrennte Muster der Pulsfolge verwendet werden. Sowohl analoge, als auch digitale Muster können verwendet werden, welche beispielsweise ein Schwanken der modulierten Grundfrequenz des Pulssignales bewirken, wobei eine gleiche oder komplementäre Schwankung auf der Ernpfangsseite verwendet wird. Tatsächlich können mit nur geringem Grad der Spitzfindigkeit äußert zuverlässige

- 23 -

Nachrichtenübertragungssysteme erreicht werden, selbst gegenüber einem Empfänger, der grundsätzlich die Gegenwart dieses Typs von Nachrichtenübertragung kennt. Überdies ist die Anwendung in der Radartechnik oder bei Geräten, die Bewegungen feststellen unbegrenzt, wodurch eine verzögerungsfreie Ortung möglich ist, die typischerweise für die Signalintegration gefordert wird.

- 24 -

Bezuqszeich e η 1 i s t e

10	Radiosender	64
12	Pulserzeugungseinrichtung	66
14	1/4-Frequenzteiler
16	Spannungsversorgung	68
18	Ausgangsstufe
20	Kondensator	71
22	Modulationseinrichtung	72
24	Widerstand	73
25	Widerstand	74
26	Kondensator	76
27	Kondensator	77
28	Komparator	78
29	Pluspol	80
30	Gleichspannungsversorgung	82
32	Widerstand	84
34	Nachrichtensignalquelle	86
36	Kondensator	88
37	Widerstand	90
38	Widerstand	92
40	Dreieckswelle	94
42	Modulationssignal	96
44	Hinterflanken	98
46	Multivibrator (monostabiler)	100
48	Diode	101
50	Widerstand	102
52	npn-Transistor
54	Widerstand	104
56	Kondensator
58	Primärwicklung	106
60	Triggertransformator
62	Sekundärwicklung	108

Sekundärwicklung Lawinen-Durchschlag-Transistor Lawinen-Durchschlag-Transistor Widerstand Filterkondensator Widerstand Widerstand Leitungsende Vsrzögerungsleitungen Ausgangswiderstand Koaxialkabel Filter

Ausweichleitung Schalter Koaxialkabel Breitband-Antenne Breitband-Antenne Verstärkungseinrichtung Radioempfänger Filter
Schalter Widerstand Synchrondetektionseinrichtung Lawinen-Durchschlag-Transistor Multivibrator (monostabiler) Diode

- 25 -

110	Emitterwiderstand
112	Gleichspannungsquelle
	(variabel)
113	Kondensator
HA	Drehwiderstand
115	Widerstand
116	Verzögerungsleitung
117	Signalumwandlungseinrichtung
119	Audioverstärker
120	Signalwidergabeeinrichtung
122	Synchrondetektionseinrichtung
124	Ringdemodulator
126	Multivibrator
	(monostabiler)
127	Oszillator
	(spannungsgesteuerter)
128	Widerstand
130	Kondensator
132	Pulsüberträger
134	Diode

G Steuereingang I Signaleingang 0 Signalausgang

- 26 -

Claims

PATENTANWÄLTE UiPL.-ING. ALEX STENGER Kaiser-Friedrich-Ring 70 DIPL.-ING. WOLFRAM WATZKE '* D-4000.DÜSSELDORF Il DIPL.-ING. H E I N Z J. RING " EUROPEAN PATENT ATTORNEYS „ ,.. 26 651 _h 02. Dezember 1985 Unser Zeichen: Datum: Larry W. Fullerton, 10003 Brewer Drive, Huntsville, Alabama, USA Ansprüche:

1. Breitband-Radioübertragungseinrichtung aus einem Radiosender (10) und eins;".. Radioempfänger (96),
dadurch gekennzeichnet,

daß der Radiosender eine Pulserzeugungseinrichtung (12) zur Erzeugung wiederkehrender Pulse hat, die in ausgewähltem Zeitabstand auftreten,

daß er eine Nachrichtensignalquelle (34) hat,
daß er eine Modulationseinrichtung (22) hat, die auf die Pulse der Pulserzeugungseinrichtung (12) und die NAchrichtensignale der Nachrichtensignalquelle (34) reagiert, um als Ausgangssignal eine Pulsfolge zu liefern, worin die zeitliche Lage der Vorderflanken der Pulse als Funktion des Nachrichtensignals verändert wird,

daß er eine Avalanche-Halbleiterschalteinrichtung hat, die einen Steuersignaleingang für das Ausgangssignal der Modulationseinrichtung (22) hat, die einen vorzuspannenden Leistungseingang hat und die einen geschalteten Leistungsausgang hat, an dem die Leistung ein- und ausgeschaltet wird,

daß er eine Gleichspannungsquelle hat, die mit dem vorzuspannenden Leistungseingang verbunden ist, mit einer Verzögerungsleitung (77) mit einer Verzögerung von ungefähr einer Picosekunde bis zu 50 Nanusekunden und mit einer Auflageeinrichtung, die mit der Verzögerungsleitung (77) verbunden ist, um diese zwischen den Pulsen der Pulsfolge aufzuladen,

daß er eine Sendeantenneneinrichtung hat, mit einer Breitband-Antenne (90), die mit dem geschalteten Leistungsausgang verbunden ist und in den Raum abstrahlt, um das Signal aus dem

geschalteten Leistungsausgang zu senden und

daß der Radioempfänger (96) eine Empfangsantenneneinrichtung hat, mit einer Breitband-Antenne (92) für den Empfang von Sendungen von der Sendeantenneneinrichtung und um als Ausgangssignal elektrische Pulse entsprechend der gesendeten Pulssignale zu liefern,

daß er eine Verstärkungseinrichtung (94) hat, die das Ausgangssignal der Empfangsantenneneinrichtung aufnimmt, um die empfangenen Pulse zu verstärken,

daß er eine Synchrondetektionseinrichtung hat, mit einer signalempfindlichen Ausblendeinrichtung, deren Signaleingang auf die Ausgangssignale der Verstärkungseinrichtung (94) anspricht, um darauf zu reagieren und um Ausgangssignale für Signale bereitzustellen, die innerhalb wiederkehrender Ausblendzeiten erscheinen, welche mit der durchschnittlichen Zeit des Auftretens der Pulse zusammenfallen, die vom Radioempfänger (96) empfangen werden und der Einrichtungen enthält, um unempfindlich gegenüber empfangenen Signalen zu sein, die zwischen den Ausblendzeiten eintreffen,

daß er Signalumwandlungseinrichtungen (117) hat, um die Ausgangssignale der Synchrondetektionseinrichtung (102) in eine Nachbildung der Signale der Nachrichtensignale umzuwandeln und

daß er eine Signalwiedergabeeinrichtung (120) hat, die auf die Ausgangssignale der Signalumwandlungseinrichtung reagiert, um die Nachrichtensignale zu reproduzieren.

2. Breitband-Radioübertragungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Avalanche-Halbleiterschalteinrichtung mindestens einen Lawinen-Durchschlag-Transistor (66,68) hat, der in Emitterschaltungsanordnung angeschlossen ist, mit dem geschalteten Leistungsausgang zwischen dem Emitter und einem gemeinsamen Masseanschluß, mit einer Basis als Steuersignaleingang und mit einem Kollektor als vorzuspannendem Leistungseingang.

3. Breitband-Radioübertragungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufladeeinrichtung eine Gleichspannungsversorgung (30) hat, deren Spannung größer oder gleich dem Avalanche-Potential der Avalanche-Halbleiterschalteinrichtung ist, daß der vorzuspannende Leistungseingang und der geschaltete Leistungsausgang einen ersten und zweiten Pol bilden und daß die Aufladeeinrichtung weiterhin einen Widerstand (74) hat, der mit dem ersten Pol und der Gleichspannungsversorgung (30) verbunden ist und einen Wert hat, der beim Beginn der Avalanche-Bedingungen der Avalanche-Halbleiterschalteinrichtung die Spannung über die Avalanche-Halbleiterschalteinrichtung auf ungefähr den Wert Null fallenläßt.

4. Breitband-Radioübertragungseinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Breitband-Antenne (90) mit dem zweiten Pol und der Gleichspannungsversorgung (30) gekoppelt ist.

5. Breitband-Radioübertragungseinrichtung nach Anspruch 2, dadurch geknnzeichnet, daß die Verzögerungsleitung (77) aus parallel miteinander verbundenen Abschnitten von 1 bis 25 Koaxialkabeln besteht, mit einer Länge von 0,25" bis 300", wobei ein Ende des Innenleiters eines jeden Koaxialkabels mit dem Kollektor verbunden ist, wobei der Außenleiter des Koaxialkabels an Masse gelegt ist und wobei das andere Ende des Innenleiters frei ist.

6. Breitband-Radioübertragungseinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Avalanche-Halbleiterschalteinrichtung einen Transistor hat, dessen Emitter mit der Sendeantenneneinrichtung verbunden ist.

7. Breitband-Radioübertragungseinrichtung nach Anspruch 6, dadurch geknnzeichnet, daß die Avalanche-Halbleiterschaltein-

richtung zumindest zwei Lawinen-Durchschlag-Transistoren (66,68) beinhaltet, deren Kollektor-Emitter-Kreise in Serie geschaltet sind, wobei ein Widerstand (78) und der Leistungsausgang mit dem Emitter eines der Lawinen-Durchschlag-Transistoren (68) verbunden sind und die Gleichspannungsquelle zwischen den Widerstand (78) und den Kollektor des anderen der Lawinen-Durchschlag-Transistoren (66) geschaltet ist.

8. Breitband-Radioübertragungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Synchrondetektionseinrichtung einen Lawinen-Durchschlag-Transistor (104) hat, dessen Signaleingang mit dem Ausgang der Verstärkungseinrichtung (94) verbunden ist und der eine einstellbare Steuereinrichtung hat, die auf das Auftreten der Vorderflanke eines Ausgangssignals des letztgenannten Lawinen-Durchschlag-Transistors (104) anspricht, um den Signaleingang des Lawinen-Durchschlag-Transistors (104) für ausgewählte Zeitabschnitte zwischen den wiederkehrenden Einblendzeiten zu sperren.

9. Breitband-Radioübertragungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Synchrondetektionseinrichtung (122) einen Ringdemodulator (124) hat, der einen Steuereingang (G), einen Signaleingang (I) und einen Signalausgang (0) hat, wobei der Signalausgang (U) der Ausgang der Synchrondetektionseinrichtung (122) ist, daß sie einen spannungsgesteuerten Oszillator (127) hat, der auf einen Mittelwert des Ausgangssignals des Ausgangs des Ringdemodulators (124) reagiert, um ein pulsförmiges Ausgangssignal mit einer Frequenz zu liefern, die der Durchschnittsfrequenz des Ausgangssignals des Ringdemodulators (124) entspricht und daß sie eine Steuereinrichtung hat, die auf das Ausgangssignal des spannungsgesteuerten Oszillators (127) reagiert, um einen Puls für den Steuereingang des Ringdemodulators (124) zur

Verfügung zu stellen, der eine ausgewählte Zeitdauer hat, die die wiederkehrende Einblendzeit definiert.

10. Breitband-Radioübertragungseinrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung einen monostabilen Multivibrator (126) hat, dessen Eingang mit dem spannungsgesteuerten Oszillator (127) gekoppelt ist und einen Ausgang hat und daß sie einen Pulstransformator (132) hat, der zwischen dem Ausgang des monostabilen Multivibrators (126) und des Steuereingangs (G) des Ringdemodulators (124) geschaltet ist.

11. Breitband-Radioübertragungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalumwandlungseinrichtung (117) ein aktives Tiefpaßfilter beinhaltet.

1.2. Breitband-Ubertragungseinrichtung,

dadurch gekennzeichnet,

daß sie eine Pulserzeugungseinrichtung (12) zur Erzeugung einer Pulsfolge mit wiederkehrenden Pulsen hat,
daß sie eine Avalanche-Halbleiterschalteinrichtung hat, mit einem Steuersignaleingang, der auf das Ausgangssignal der Pulserzeugungseinrichtung (12) anspricht, um die Avalanche-Halbleiterschalteinrichtung zu schalten, mit einem vorzuspannenden Leistungseingang und mit einem geschalteten Leistungsausgang, um die Leistung an dem geschalteten Leistungsausgang ein- und auszuschalten,

daß sie eine Gleichspannungsquelle hat, die mit dem Leistungseingang für die Vorspannung verbunden ist, mit einer Verzögerungsleitung (77), die eine Verzögerung von einer Picosekunde bis zu 50 Nanusekunden hat und einer Aufladeeinrichtung für die Verzögerungsleitung (77), die mit dieser gekoppelt ist, um die Verzögerungsleitung (77) zwischen den Pulsen der Pulsfolge aufzuladen, wodurch die

Avalanche-Halbleiterschalteinrichtung von den Ausgangssignalen der Pulserzeugungseinrichtung angeschaltet wird und durch die Entleerung der Energie aus der Verzögerungsleitung (77) ausgeschaltet wird,

daß sie eine Kopplungseinrichtung hat, die mit dem geschalteten Leistungsausgang und einem Ubertragungsmedium verbunden ist, um die Signale aus dem geschalteten Leistungsausgang zu dem Übertragungsmedium zu leiten und
daß sie eine Radioempfangseinrichtung hat, mit einer Verstärkungseinrichtung (94) für ein breites Frequenzband, um Sendungen aus dem Ubertragungsmedium zu empfangen und Ausgangssignale zu liefern, die eine Funktion der empfangenen Sendungen sind.

13. Breitband-Übertragungseinrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Kopplungseinrichtung eine Breitbandantenne umfaßt und daß das Ubertragungsmedium um die Breitbandantenne angeordnet ist.