RU1835607C - Система радиосв зи - Google Patents

Abstract

Использование: в космических и наземных радиолини х св зи с повторным использованием частоты. Сущность изобретени : система радиосв зи содержит генератор сигнала 1, первый, второй, третий развётви- тели мощности 17, 2, 18, первый, второй, третий, четвертые амплитудные модул торы 3,4, 19,20, первый, второй усилители сигнала 5, 21, первую, вторую, третью, четвертую передающие антенны б, 7, 22, 23, фазовращатель 8, первую, вторую, третью, четвертую приемные антенны 9,10.24, 25, первый, второй, третий сумматоры 11, 26. 16, первый , второй вычитатели 12, 27, первый, второй , третий демодул торы 13, 14, 28, амплитудный ограничитель 15. Цель изобретени  - повышение эффективности использовани  пропускной способности канала св зи.3 ил.

Description

Ё

00 OJ

ел

о

Изобретение относитс  к радиосв зи и может быть использовано в космических и наземных радиолини х св зи с повторным использованием частоты (ПИЧ).

Целью изобретени   вл етс  повышение эффективности использовани  пропускной способности канала св зи,

Структурна  электрическа  схема системы радиосв зи приведена на фиг. 1, где введены следующие обозначени :

1- генератор сигнала;

2- второй разветвитель мощности;

3, 4 - первый и второй амплитудные модул торы;

5 - первый усилитель сигнала:

б, 7 - перва  и втора  передающие антенны;

8 - фазовращатель;

9, 10 - перва  и втора  приемные антенны;

11- первый сумматор;

12- первый вычитатель;

13, 14-первый и второй демодул торы;

15- амплитудный ограничитель;

16- третий сумматор;

17, 18 - первый и третий разветвитель мощности;

19, 20 - третий и четвертый амплитудные модул торы;

21 - второй усилитель сигнала;

22, 23 - треть  и четверта  передающие антенны;

24, 25 - треть  и четверта  приемные антенны;

26- второй сумматор;

27- второй вычитатель;

28- третий демодул тор. Предлагаема  система радиосв зи работает следующим образом.

Генератор сигналов 1 формируют сигнал , модулированный по фазе или по частоте основными сообщени ми St, вида

uc(t)Uccos V(0,

где Uc - амплитуда сигнала

V(thai (t)+ y (t);

ш - углова  частота;

р (t) - функци  изменени  фазы сигнала , соответстеующа  фазовой или частотой модул ции основным сообщением.

Сигнал (1) поступает на вход разветви- тел  мощности 2. с соответствующих выходов которого сигнал n 5crynaet на входы второго и третьего разветвителей мощности 17 и 18. С выхода разветвител  мощности 17 сигнал разветвл етс  на два канала, в которых установлены амплитудные модул торы 3 и 4, выполненные е виде управл емых

высокочастотных усилителей. В низ амплитуда проход щих сигналов измен етс  про- тивофазио по закону передаваемого дополнительного сообщени  52 с помощью напр жений, снимаемых с противофазного усилител  5. При этом сигналы на выходах амплитудных модул торов 3 и 4 имеют вид

U3(tHJ{1+fi(t)cosV(t) LU(t)(t)cosV(t).

(2)

(3)

где U - амплитуда;

fi(t) функци  изменени  амплитуды сигнала, соответствующа  дополнительному сообщению $2.

Сигналы (2) и (3) поступают на входы передающих антенн 6 и 7 с горизонтальной пол ризацией.

С выхода разветвител  мощности 18 сигнал разветвл етс  на два канала, в которых установлены амплитудные модул торы 19 и 20, выполненные в виде управл емых высокочастотных усилителей. В них амплитуда проход щих сигналов измен етс  про- тивофазно по закону передаваемого дополнительного сообщени  5з, с помощью напр жений, снимаемых с противофазного усилител  21. При этом сигналы на выходах амплитудных модул торов 19 и 20 имеют вид

Ul9{t)(t)JcOSV(t)

U2o(t)(t)cosV(t).

(4)

(5)

45

50

55

35

40

где fz(t) - функци  изменени  амплитуды сигнала, соответствующа  дополнительному сообщению 5з.

Сигналы (4) и (5) поступают на входы передающих антенн 22 и 23 с вертикальной пол ризацией.

На фиг, 2 показан вариант пространственного расположени  передающих (6, 7, 22, 23) и приемных (9, 10, 24, 25) антенн,

На фиг. 3 .показана схема прохождени  сигналов между передающими и приемными антеннами 6, 7 и 9, 10с горизонтальной пол ризацией. Передающие и приемные антенны располагаютс  в горизонтальной плоскости симметрично относительно оси ОО1, соедин ющей середины баз антенн dr, dp,

Мы рассматривает случай, когда нет -разв зки между парами антенн б, 9 и 7, 10, что имеет место при

ZT«dT. ZR«dr,

(6)

где ZT, ZR - горизонтальные размеры апертур передающих и приемных антенн. В этом

случае диаграммы направленности антенн практически полностью перекрываютс .

На выходах приемных антенн 9, 10 с горизонтальной пол ризацией получим сигналы

U9(t)(t)Jcos V (t)+ (t) ( Др,(7)

Uw((t)cosV W+ (t) (t)- ,(8)

где Un - амплитуда сигнала в месте приема, обусловленна  излучением одной из передающих антенн с горизонтальной пол ризацией;

Ду - разность фаз, возникающа  от разности хода лучей.

Определим А р

uJ t.w -р-.

где а - кругова  частота;

Д t - врем , необходимое дл  преодолени  радиоволной рассто ни  Д I (разно- сти хода лучей),

с - скорость света.

-г1 ш А 2л:Д| ,п.

Так как с° Я-j--, то Ду (9)

Д1-Из геометрическихпостроений на фиг. 46 следует, что

dp dT,im

)

Подставив (10) в (9), получим

Д

JTdT dp DA

(11)

где А-длина волны;

D - рассто ние между передающей и приемной сторонами.

Дл  примера рассчитаем по формуле (II) величину dp (рассто ние между приемными антеннами), если рассто ние между передающими и приемными антеннами км, рассто ние между передающими антеннами м, длина волны см, при которой Др 90°.

dR

1 5 м

DA JTUT

На выходах сумматора 13 и вычитател  14 будут действовать сигналы

)2Un{cos j) (t) (t)- (12)

5

5

0.

5

о

5

Uu(t)2Unf1(tKcosV (t -cos (t))

После преобразований получим

Uz(t)4Un cos cos W- (14) U4(t)4Unfi(t)sln sin гр (t)J (15)

Из выражений (14) и (15) видно, что сигнал с выхода сумматора 13 имеет только угловую модул цию функцией р (t) (поскольку ty(l) to t+ f (t), а сигнал с выхода вычитател  14 имеет как углоеую. так и амплитудную модул цию функцией d(t). Необходимо отметить, что эта амплитудна  модул ци  есть результат пространственной модул ции сигнала, излучаемого передающими антеннами б, 7 с горизонтальной пол ризацией.

Радиолинию св зи с дополнительной пространственной модул цией сигнала можно рассматривать как двухканальную. Очевидно, что коэффициенты передачи сигналов в каналах угловой и пространственной модул ции  вл ютс  периодическими функци ми сдвига фаз , который  вл етс  функцией рассто ний между антенна-, ми на передающей и приемной сторонах dr и dp, дальности св зи D и длины волны А. л/2 эти коэффициенты передачи равны, при этом

Ujft)2 VsTUnCOsfV; (1)(17/

ид (t)-2 (t) (т)-лг/4 (18)

Амплитудно-модулированный сигнал

(12) с выхода вычитател  14 поступает на вход демодул тора дополнительного сообщени  13, выполненного в виде синхронного демодул тора, на опорный вход которого поступает сигнал с выхода амплитудного ограничител  15. На выходе демодул тора 13 выдел етс  дополнительное сообщение $2.

Аналогично описанному выше радиоканалу св зи с горизонтальной пол ризацией

радиоволн работает радиоканал св зи с вертикальной пол ризацией радиоволн. При этом на выходах приемных антенн 24, 25 с вертикальной пол ризацией получим сигналы

U24(t)( V(t)+

+Un 1-f2{t)cos(t)(19)

U25(t)(t)CGS(t)+

+Un 1 + f2(t)Jcos V (th Д у,(20)

где Un - амплитуда сигнала в месте приема, обусловленна  излучением одной из передающих антенн с вертикальной пол ризацией .

На выходах сумматора 26 и вычитател  27 будут действовать сигналы

U(tHUnCOS 4 cos ДОЮ- (21) U4(tHUnf2(t)sln slnfV (t)- . (22)

где &./) по-прежнему определ етс  выражением (11)

Амплитудно-модулированный сигнал (22) с выхода вычитател  32 поступает на вход демодул тора дополнительного сообщени  28, выполненного в виде синхронного демодул тора, на опорный вход которого поступает сигнал с выхода амплитудного ограничител  15. На выходе демодул тора 28 выдел етс  дополнительное сообщение 5з.

В сумматоре 16 складываютс  сигналы (14) и (21). Чтобы использовать выходной сигнал сумматора 16 в качестве опорного дл  синхронных демодул торов 13 и 28, его необходимо сфазировэть с входными сигналами этих демодул торов (13) и (22). Дл  этого служит фазовращатель на 90 8. В качестве синхронного демодул тора может быть использована цепь, состо ща  из перемножител  двух входных сигналов и ФИЧ.

Дл  устранени  возможной паразитной амплитудной модул ции сигнала с выхода сумматора 16 служит амплитудный ограничитель 15, Сигнал с выхода ограничител  15 модулирован только по углу. Углова  модул ци  этого сигнала снимаетс  демодул тором основного сообщени  14, на выходе которого выдел етс  основное сообщение St.

В сумматоре 16 складываютс  сигналы

(14) и (21). Дл  случа  Ду - -  на выходе сумматора 16 получим

иг1в&Н ипс «ДОЮ-||(23)

Как видно из (23), амплитуда (обозначим ее через Ai) сигнала Ujieft) равна

ViiFu n

(24) 55

Как видно из (8) амплитуда (обозначим .ее через Аз)сигнала на выходе сумматора 11 прототипа равна

A2 2U n(25)

Сравним AI и А2. Мы исходим из того, что мощности, излучаемые передатчиками системы - прототипа и предлагаемой системы радиосв зи, равны. Тогда очевидно, что амплитуда U п сигнала на выходе каждого из двух облучателей приемной антенны прототипа порождена излучением мощности Р/2, где Р - полна  мощность, излучаема 

передатчиком. Амплитуда Un сигнала на выходе каждой из четырех приемных антенн предлагаемой системы порождена излучением мощдости Р/4. Отсюда следует, что 2. Подставл   это значение Un в

(24), получим

п и

Такой результат объ сн етс , в частности , наличием в предлагаемой системе четырех приемных антенн, расположенных в пространстве таким образом, чтобы было возможно использовать  вление интерференции (см., например, Ландсберг Г.С. Оптика . - М.: ГИТТЯ, 1952, с. 82).

Как видно из (18), амплитуда (обозначим ее через Аз) сигнала на выходе вычитател  12 предлагаемой системы равна

30

(26)

35

Как видно из (9), амплитуда (обозначим ее через А) сигнала на выходе вычитател  14 прототипа равна

(27)

0

5

0

5

Выше уже показано, что л/ 2, поэтому . Рассужда  аналогично получим , что амплитуда As сигнала на выходе вычитател  27 также равна А4.

Таким образом из приведенных рассуждений следует, что помехозащищенность передачи информации по каналам угловой и пространственной модул ции в предлагаемой системе по крайней мере не ниже, чем в прототипе.

Итак, технико-экономическа  эффективность предлагаемой системы радиосв зи по сравнению с прототи пом заключаетс  втом, что она обеспечивает передачу дополнительной информации 5з в той же полосе частот и с теми же энергетическими затратами .

Ф о рм ула изобретени 

Система радиосв зи, содержаща  на передающей стороне генератор сигнала, первый разветвитель мощности, первый усилитель сигнала, первый и второй амплитудные модул торы, управл ющие входы которых соединены соответственно с пр мым и инверсным выходами первого усилител  сигнала, а сигнальные входы соединены соответственно с первым и вто- рым выходами первого разветвител  мощности , первую и вторую передающие антенны, входы которых соединены соответственно с выходами первого и второго амплитудных модул торов, при этом управ- л ющий вход генератора сигнала и вход первого усилител  сигнала  вл ютс  соответственно первым и вторым информационными входами системы, а на приемной стороне - первую и вторую приемные антен- ны, первый сумматор, первый вычитатель. первый и второй демодул торы, выходы которых  вл ютс  соответственно первым и вторым информационными входами системы , выход первой приемной антенны под- ключей к объединенным первым входам первых сумматора и вычитател , выход второй приемной антенны подключен к объединенным вторым входам первых сумматора и вычитател , выход первого вычитател  подключен к сигнальному входу первого демодул тора , опорный вход которого соединен с входом второго демодул тора, отличающа с  тем, что, с целью повышени  эффективности использовани  пропускной способности канала св зи, введены на передающей стороне второй и третий разеет- вители мощности, третий и четвертый амплитудные модул торы, второй усилитель сигнала, вход которого  вл ютс  треть- им информационным входом системы, треть  передающа  антенна, вход которой соединен с выходом третьего амплитудного модул тора, четверта  передающа  антенна , вход которой соединен с выходом чет-

вертого амплитудного модул тора, пр мой и инверсный выходы второго усилител  сигнала подключены к управл ющим входам соответственно третьего и четвертого амплитудных модул торов, выход генератора сигнала соединен с входом второго разветвител  мощности, первый и второй выходы которого соединены с входами первого и третьего разветвителей мощности соответственно , сигнальные входы третьего и четвертого амплитудных модул торов соединены соответственно с первым и вторым выходами третьего разветвител  мощности , а на приемной стороне - треть  и четверта  приемные антенны, второй сумматор , второй вычитатель, третий демодул тор , выход которого  вл етс  третьим информационным выходом системы, последовательно соединенные третий сумматор, фазовращатель и амплитудный ограничитель , выход которого подключен к объединенным входам первого и второго демодул торов и к опорному входу третьего демодул тора, выход третьей приемной антенны подключен к объединенным первым входам вторых сумматора и вычитател , выход четвертой приемной антенны подключен к объединенным вторым входам вторых сумматора и вычитател , выходы первого и второго сумматоров соединены соответственно с первым и вторым входами третьего сумматора, выход второго вычитател  подключен к сигнальному входу третьего демодул тора, при этом перва  и втора  передающа  антенны и перва  и втора  приемные антенны выполнены с горизонтальной пол ризацией, а треть  и четверта  передающие антенны и треть  и четверта  приемные антенны выполнены с вертикальной пол ризацией.

п

23

&U 2, 2

Pu&3