NO855306L - Diversity-mottageranordning. - Google Patents

Description

Teknisk område

Oppfinnelsen angår en diversity-mottageranordning med

to signalveier for en radioforbindelse som oppviser et stort frekvensbåndområde, og hvor hver signalvei på sin inngangs-side oppviser en antenne med etterkoblet mellomfrekvensomformer og på utgangssiden står i forbindelse med en av de to signalinnganger til en kobleanordning, og hvor kobleanordningen oppviser en sumsignalutgang og en di fferansesignalutgang som en og en mottager er tilkoblet med sin signalinngang,

samt hvor der i signalveien mellom kobleanordningen og mellomfrekvensomformeren er anordnet et fasedreieledd.

Relevant stadium av teknikken

En diversity-mottageranordning av denne art er kjent

fra publikasjonen EP 0 023 948 A1. Ved dens hjelp er det mulig i det minste delvis å kompensere de fadings som opptrer ved overlagrede radiofelter med hensyn til deres innflytelse på overføringsegenskapene. Den benyttede kobleanordning gir mulighet for å optimere det ved sumsignalutgangen opptredende sumsignal ved at det ved differansesignalutgangen opptredende di fferansesignal utnyttes som innstillingskriterium for inn-still ingsstørrelsen til et fasedreieledd anordnet i en av de to signalveier. På denne måte kan der gjennomsnittlig oppnås en vinning på 6-10 dB i forhold til en signalmottagning med bare én antenne. Den relativt langsomme regulering for optimeringen av det ved sumsignalutgangen opptredende sumsignal tillater imidlertid ingen mottagningsdri ft hvor der raskt må kobles om fra én mottagningsfrekvens til en annen.

Redegjørelse for oppfinnelsen

Til grunn for oppfinnelsen ligger den oppgave for en diversity-mottagningsanordning av den innledningsvis angitte art å gi anvisning på en ytterligere løsning som gjør det mulig å optimere det ved kobleanordningens sumsignalutgang opptredende sumsignal i avhengighet av innstillingen av et fasedreieledd ved ekstremt kort innsvingningstid for reguleringskretsen.

Denne oppgave blir løst med de trekk som er angitt

som karakteristiske i patentkrav 1.

Til grunn for oppfinnelsen ligger den vesentlige er-kjennelse at optimeringen av sumsignalet via innstillingen av et fasedreieledd i en av de to inngangssidige signalveier kan tilveiebringes på ytterst gunstig måte og med meget god tilnærmelse også ved at der som reguleringskriterium gjøres bruk av fasedifferansen null mellom de to.mellomfrekvenssignaler ved de to signalinnganger til kobleanordningen. Tolket med en fasesammenligner leverer dette kriterium det ønskede innstillingsresultat for fasedreieleddet ved en eneste måling, dvs. at innstillingen av fasedreieleddet blir oppnådd straks og ikke i en iterasjonsprosess med større skrittantall og bedret tilnærmelse for hvert skritt. Reguleringsprosessens innsvingningstid lar seg derved med den tradisjonelle tekno-logi begrense til under 1 ys, så en slik diversity-mottageranordning t.o.m. egner seg for gjennomførelse av en rask frekvenssprangdri ft.

Særlig gunstig arter forholdene seg i denne forbindelse dersom de to antenner oppviser en minst mulig gjensidig avstand på f.eks. en halv bølgelengde av midtfrekvensen i radioforbindelsens frekvensbåndområde. For derved blir det sikret at nivået av de mottatte signaler i de to signalgrener ved kobleanordningens signalinnganger stadig i det minste til-nærmelsesvis er like store.

Hvis denne forutsetning ikke foreligger, det vil altså si dersom de to antenner, som i den forbindelse også kan være av forskjellig art, oppviser en større gjensidig avstand på f.eks. flere bølgelengder av midtfrekvensen i radioforbindelsens frekvensbåndområde, er det hensiktsmessig i de to signalveier ved tilslutningen til mellomfrekvensomformeren å anordne en automatisk forsterkningsreguleringsinnretning og i den forbindelse å anordne det innstillbare fasedreieledd i en signalvei på utgangssiden av den automatiske forsterkningsreguleringsinnretning. Denne forsterkningsreguleringsinnretning er utført slik at den utregulerer nivådifferansen mellom mellomfrekvenssignalene ved kobleanordningens signalinnganger i et på forhånd gitt dynamikkområde.

Innsvingningstiden for reguleringen i denne reguleringskrets som består av to innbyrdes avhengige reguleringssløyfer, er riktignok større enn innsvingningstiden for reguleringen av en reguleringskrets som bare omfatter innstillingen av fasedreieleddet, men den er stadig så kort at en diversity-mottagningsanordning utført på denne måte, likeledes egner seg til gjennomførelse av én frekvenssprangdri ft.

Kort tegningsbeskrivelse

Tegningsfigurene anskueliggjør oppfinnelsen nærmere. Fig. 1 er et blokkoblingsskjerna for en diversity-mottageranordning med en fasereguleringskrets. Fig. 2 viser skjematisk de to antenner i blokkskjemaet

•på fig. 1 i azimutplanet.

Fig. 3 er et partielt blokkskjema over en variant av diversity-mottageranordningen på fig. 1.

Fig. 4 viser et første antennestrålingsdiagram for

to antenner i henhold til fig. 1 og fig. 2.

Fig. 5 viser et annet antennestrålingsdiagram for en antenneanordning i samsvar med fig. 1 og fig. 2. Fig. 6 viser et fasediagram som nærmere belyser virkemåten av diversity-mottageranordningen på fig. 1. Fig. 7 viser et annet fasediagram som nærmere anskuelig-gjør virkemåten av diversity-mottageranordningen på fig. 1.

Beste måte å utføre oppfinnelsen på

Diversity-mottageranordningen ifølge blokkskjemaet

på fig. 1 har to signalveier. Hver signalvei inneholder på inngangssiden en antenne A1 resp. A2 og en mellomfrekvensomformer U1 resp. U2 i forbindelse med et utgangssidig filtrer-ingsmiddel i form av et båndpassfilter BP1 resp. BP2. Omform-ningssvingningene får de to omformere U1 og U2 fra en synthe-sizer SYN, hvis frekvensinnstilling foretas via en frekvens-adresseinngang fa fra en adressegiver som ikke er nærmere vist på fig. 1.

Til båndpassfiltrene BP1 og BP2 slutter seg en firepol

i form av et reguleringsnettverk RN, hvis innganger e1 og e2 er forbundet med utgangene fra båndpassfiltrene BP1 og BP2; og hvis utganger som vil bli betegnet nærmere, er forbundet med inngangen til hver sin forsterker RE1 resp. RE2.

Reguleringsnettverket RN oppviser på inngangssiden

ved inngangen el et innstillbart fasedreieledd PH som styres fra styresignalutgangen fra en fasesammenligner Pd. Utgangssidig oppviser reguleringsnettverket kobleanordningen COP.

Den ene signalinngang til kobleanordningen COP er forbundet med utgangen fra båndpassfilteret BP1 via fasedreieleddet PH og den annen signalinngang er direkte forbundet med utgangen fra båndpassfilteret BP2. Fasesammenligneren PD sammenligner via sine to innganger mellomfrekvenssignalene i de to signalgrener ved signalinngangene til kobleanordningen COP og styrer i avhengighet av sammenligningsresultatene innstillingen av fasedreieleddet PH slik at mellomfrekvenssignalene ved signalinngangene til kobleanordningen COP stadig er i fase.

Kobleanordningen COP sammenfatter de to mellomfrekvenssignaler i de to signalgrener ved deres sumsignalutgang S

til et sumsignal og ved di fferansesignalutgangen D til et di fferansesignal. Mottageren RE1 mottar i den forbindelse sumsignalet og mottageren RE2 di fferansesignalet, så begge signalene etter behov kan behandles videre eller tolkes.

Er avstanden d mellom antennene A1 og A2, slik det

er representert i azimutplanet X,Y på fig. 2, i størrelses-orden en halv bølgelengde ved midtfrekvensen i frekvensbånd-området for den radioforbindelse som diversity-mottageran-nordningen på fig. 1 anvendes for, kan man gå ut fra at begge antennene A1 og A2 i alminnelighet mottar det signal som skal mottas, med samme styrke. Dette utgjør en optimal mottag-ningsbetingelse, da fasekoinsidensen og samme nivå av mellomfrekvenssignalene ved de to signalinnganger til kobleanordningen COP gir et maksimalt sumsignal ved signalutgangen S og et ignorerbart lite differansesignal ved differansesignalutgangen D.

Som det allerede ble påpekt, er fasereguleringskretsen meget rask, så denne anordning også egner seg for anvendelsen av en meget rask frekvenssprangmetode. Ved de anvendelses-tilfeller hvor de to antenner Al og A2 ikke kan anbringes på en felles mast, men må monteres i en større innbyrdes avstand i rommet, lar det seg ikke unngå at mottagningsfelt-styrken av det mottatte signal ved de to antenner A1 og A2 i alminnelighet blir forskjellig stor. For også her å skaffe mest mulig optimale mottagningsbetingelser for en slik diversity-mottageranordning kan reguleringskretsen med fasedreieleddet PH og fasesammenligneren PD, som vist i varianten av reguleringsnettverket RN på fig. 3, i tillegg utvides med en forsterkningsreguleringsinnretning AGC.

Forsterkningsreguleringsinnretningen AGC er anordnet

på inngangssiden av reguleringsnettverket RN, altså foran fasedreieleddet PH i signalstrømmens retning. På denne måte er det sikret at en slik fasedifferanse av mellomfrekvenssignalene ved de to signalinnganger til kobleanordningen COP som opptrer i avhengighet av forsterkningsreguleringen, straks blir utlignet via fasereguleringskretsen. Forsterk-ningsreguler ingsinnretningen AGC sammenligner signalnivåene ved signalutgangene til kobleanordningen COP med hverandre og regulerer forsterkningen i de to signalgrener slik at mellomfrekvenssignalenes nivå ved signalinngangene til koble-anodningen COP blir i det minste tilnærmet like store i et på forhånd gitt dynamikkområde. Dermed er der så skaffet samme forhold som ved den antenneanordning hvor avstanden d mellom de to antenner A1 og A2 ligger i størrelsesorden en halv bølgelengde av midtfrekvensen i radioforbindelsens frekvensbåndområde.

På fig. 4 er strålingsdiagrammet for sumsignalet SP

og strålingsdiagrammet for differansesignalet DP oppført som funksjoner av azimutvinkelen $ mellom 0 og 360° for det tilfelle at avstanden d mellom antennene A1 og A2 er så liten at man kan gå ut fra like mellomfrekvenssignalnivåer ved signalinngangene til kobleanordningen COP. Der forekommer her ikke noen forsterkningsregulering av mellomfrekvenssignalene i samsvar med fig. 3. Som strålingsdiagrammene klart tilkjennegir, har strålingsdiagrammet for sumsignalet SP

et maksimum når strålingsdiagrammet for differansesignalet DP har et skarpt minimum, og omvendt.

Fig. 5 viser forløpet av strålingsdiagrammet for sumsignalet SP og forløpet av strålingsdiagrammet for differansesignalet DP for det tilfelle at avstanden d mellom de to antenner A1 og A2 på fig. 1 er lik det dobbelte av bølgelengden ved midtfrekvensen i radioforbindelsens frekvensbåndområde og nivået av mellomfrekvenssignalet ved en signalinngang til kobleanordningen er 10% lavere enn nivået av mellomfrekvenssignalet ved dennes annen signalinngang. Som det viser seg, fremkommer der mellom sumsignalet SP i strålingsdiagrammets maksimum og di fferansesignalet DP i strålingsdiagrammets minimum en avstand av størrelsesorden 25 dB. Dette gjør det tydelig at det vil være mulig å unnvære en ekstra forsterk-ningsreguler ing så lenge nivåforskjellen mellom mellomfrekvenssignalene ved de to signalinnganger til kobleanordningen ikke vesentlig overskrider 10%.

I alminnelighet kan man ikke gå ut fra at det ønskede signal under praktisk drift av en radioforbindelse blir mottatt fritt for forstyrrelser. Tvertimot må det regnes med at der er overlagret det mottatte nyttesignal et støysignal. Et slikt tilfelle er vist i fasediagrammet•på fig. 6. Nyttesignalet som mottas ved antennene A1 og A2, er her representert ved nyttesignalvektorene S1 og S2, på hvilke der er overlagret ett og ett støysignal i form av en støysignalvektor a1 resp. a2. Faseforskjellen mellom signalene ved antennene A1 og A2 utgjør en fasevinkel eps som her som følge av støy-signaler som ikke er korrelert med nyttesignalet, svinger periodisk mellom cpmin og cpmax.

Da fasereguleringskretsen er meget rask, blir også en slik periodisk fasevariasjon i regelen langt på vei undertrykket. Som det fremgår av fasediagrammet på fig. 6, forår-saker det støysignal som er overlagret på nyttesignalet,

i tillegg en periodisk svingning av nivådifferansen mellom de to mellomfrekvenssignaler ved signalinngangene til kobleanordningen. Denne variasjon blir ikke utlignet med mindre man gjør bruk av en forsterkningsregulering svarende til fig. 3 i tillegg.

Som strålingsdiagrammet på fig. 5 viser, kan nivådiffe-ranser som skyldes slike overlagrede forstyrrelser, uten videre tillates når de holder seg i størrelsesorden ca. 10%.

De betraktede sammenhenger endrer seg ikke vesentlig dersom der som antydet ved et tilsvarende fasediagram på fig. 7, 7

er overlagret nyttesignalet S to forstyrrelser a og b, som begge er ukorrelert i forhold til nyttesignalet og også i forhold til hverandre. Spissen av sumvektoren SS beskriver her bare en noe mer komplisert bane rundt spissen av nytte-signalvektoren.

Fig. 6 og 7 gjør det også tydelig at fasen og, såfremt der anvendes en forsterkningsregulering i tillegg, også for-sterkningsreguler ingen til enhver tid vil innstille seg på det sterkeste signal. Er støysignalet vesentlig større enn det nyttesignal som skal mottas, opptrer derfor støyens sumsignal som optimert signal ved sumsignalutgangen. I så fall kan nyttesignalet på ytterst gunstig måte tas ut ved di fferanseutgangen D fra kobleanordningen COP, siden dette støysignal da her blir optimalt undertrykket.

Industriell anvendelighet

Den beskrevne diversity-mottageranordning er anvendelig med fordel overalt hvor der står et bredt frekvensbånd til rådighet for overføringen og der ved behov gjøres bruk av en frekvenssprangdri ft for å øke en støyresistens overfor tilsiktet forstyrrelse. Disse forutsetninger er særlig til stede ved taktiske radionett.

Claims (3)

1. Diversity-mottageranordning med to signalveier for en radioforbindelse som oppviser et stort frekvensbåndområde, og hvor hver signalvei inngangssidig oppviser en antenne med etterkoblet mellomfrekvensomformer og utgangssidig står i forbindelse med en av de to signalinnganger til en kobleanordning, og hvor kobleanordningen oppviser en sumsignalutgang og en differansesignalutgang til hvilke en og en mottager er koblet med sin signalinngang, og hvor der i den ene signalvei er anordnet et fasedreieledd mellom kobleanordningen og mellomfrekvensomformeren, karakterisert ved at det innstillbare fasedreieledd (PH) for gjennom-førelse av en frekvenssprangdrift påstyres via en fasesammenligner (PD) som overvåker fasekoinsidensen av mellomfrekvenssignalene ved de to signalinnganger til kobleanordningen (COP) og når der fastslås en fasedifferanse mellom de to mellomfrekvenssignaler, korrigerer fasedreieleddets innstilling tilsvarende.

2. Diversity-mottager som angitt i krav 1, karakterisert ved at de to antenner (A1,A2) har minst mulig gjensidig avstand (d) på f.eks. en halv bølgelengde ved midtfrekvensen i radioforbindelsens frekvensbåndområde.

3. Diversity-mottageranordning som angitt i krav 1, karakterisert ved at begge signalveiene i tilfellet av større gjensidig avstand (d) mellom de to antenner (A1,A2), f.eks. på flere bølgelengder ved midtfrekvensen av radioforbindelsens frekvensbåndområde, i tilslutning til frekvensomformerne (U1, U2) oppviser en automatisk forsterkningsreguleringsinnretning (AGC) og det innstillbare fasedreieledd (PH) i en signalvei herunder er anordnet på den automatiske forsterkningsreguleringsinnretnings utgangs-side, og at denne forsterkningsreguleringsinnretning utregulerer mellomfrekvenssignalenes nivådifferanse ved signalinngangene til kobleanordningen (COP) i et på forhånd gitt dynamikkområde.