Способ многофункциональной интерактивной связи с передачей и приёмом сигналов с круговой/эллиптической поляризацией и система для его реализации

Номер патента: 444

Опубликовано: 26.08.1999

Автор: Вонг Томас Т.

Скачать PDF файл.

Формула / Реферат

1. Способ связи с помощью электромагнитных волн, включающий следующие операции:

-передают первую вращающуюся волну;

-принимают первую вращающуюся волну, при этом составляющие первой вращающейся волны входят в первый канал (56) и второй канал (58);

-выделяют первую вращающуюся волну, по меньшей мере, из одного первого канала (56) и второго канала (58), причем первый канал разделен на первичный тракт первого канала (56) и вторичный тракт (56') первого канала;

-второй канал разделен на первичный тракт второго канала (58) и вторичный тракт второго канала;

-сдвигают первую фазу вторичного тракта первого канала и суммируют первую сдвинутую фазу с первичным трактом второго канала, сдвигают вторую фазу вторичного тракта второго канала и суммируют вторую фазу с первичным трактом первого канала.

2. Способ связи по п.1, отличающийся тем, что он дополнительно включает следующие операции:

-передают первую вращающуюся волну и вторую вращающуюся волну одновременно, причем вторая вращающаяся волна вращается в противоположном направлении по отношению к первой вращающейся волне;

-принимают первую вращающуюся волну и вторую вращающуюся волну, причем составляющие (C, jC) первой вращающейся волны и составляющие (D, jD) второй вращающейся волны поступают в первый канал (56) и во второй канал(58);

-выделяют, по меньшей мере, одну первую вращающуюся волну и вторую вращающуюся волну из, по меньшей мере, одного первого канала (56) и второго канала (58), причем первый канал разделен на первичный тракт первого канала (56) и вторичный тракт первого канала (56'); второй канал разделен на первичный тракт второго канала (58) и вторичный тракт второго канала (58'); первую фазу вторичного тракта первого канала (56') сдвигают и объединяют с первичным трактом второго канала (58); вторую фазу вторичного тракта второго канала (58') сдвигают и объединяют с первичным трактом первого канала (56).

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что обнаруживают разницу между первой величиной первого канала (56) и второй величиной второго канала (58) и выравнивают первые и вторые величины.

4. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что уменьшают первую частоту первого канала (56) до первой сниженной частоты и уменьшают вторую частоту второго канала (58) до второй сниженной частоты.

5. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что первая сниженная частота равна второй сниженной частоте.

6. Способ по одному из пп.1-5, отличающийся тем, что первую фазу сдвигают приблизительно на 90ш и вторую фазу сдвигают приблизительно на 90ш.

7. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что определяют разность фаз между первой фазой первого канала (56) и второй фазой второго канала (58) и передают сигнал как функцию величины разности фаз.

8. Способ по п.7, отличающийся тем, что регулируют антенный фидер (46) в зависимости от величины сигнала разности фаз.

9. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что осуществляют обнаружение первой фазы первого канала (56) и обнаружение второй фазы второго канала (58) с последующей корректировкой одной из фаз для получения заданной разности фаз между первой и второй фазами.

10. Способ по п.9, отличающийся тем, что заданная разность фаз составляет около 90ш.

11. Способ по п.9, отличающийся тем, что электронный фазовращатель регулирует одну из первой фазы и второй фазы для получения заданной разности фаз между первой фазой и второй фазой.

12. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что определяют разность фаз между первой фазой первого канала (56) и второй фазой второго канала (58) и выбирают, по меньшей мере, один из множества антенных фидеров (46) в зависимости от величины разности фаз.

13. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что выбирают, по меньшей мере, один из множества антенных фидеров (46) в зависимости от первой величины первого канала (56) и второй величины второго канала (58).

14. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что передачу первой вращающейся волны и второй вращающейся волны от интерактивной передающей станции и прием первой вращающейся волны и второй вращающейся волны осуществляют множеством интерактивных приемных станций.

15. Способ по п.14, отличающийся тем, что он содержит, по меньшей мере, одну из интерактивных приемных станций, передающих первый сигнал на интерактивную передающую станцию, как функцию, по меньшей мере, одной из первой вращающейся волны и второй вращающейся волны.

16. Система связи с помощью электромагнитных волн, содержащая средство передачи (41) для передачи первой вращающейся волны; средство приема для приема первой вращающейся волны, в которой составляющие (C, jC) первой вращающейся волны поступают в первый канал (56) и во второй канал (58), причем первый канал разделен на первичный тракт первого канала (56) и вторичный тракт первого канала (56'), а второй канал разделен на первичный тракт второго канала (58) и вторичный тракт второго канала (58'); разделяющее средство (48) для выделения первой вращающейся волны из, по меньшей мере, указанного первого канала (56) и второго канала (58); первое фазовращательное средство (76) и первое суммирующее средство (80) для сдвига и соответствующего сложения первой фазы вторичного тракта первого канала (56') с первичным трактом второго канала (58); второе фазовращательное средство (75) и второе суммирующее средство (78) для сдвига и соответствующего сложения второй фазы вторичного тракта второго канала (58') с первичным трактом первого канала (56).

17. Система связи по п.16, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит средство передачи (41) для передачи первой вращающейся волны и второй вращающейся волны одновременно, в которой вторая вращающаяся волна вращается в противоположном направлении относительно первой вращающейся волны; средство приема для приема первой вращающейся волны и второй вращающейся волны, в котором составляющие (C, jC) первой вращающейся волны и составляющие (D, jD) второй вращающейся волны поступают в первый канал (56) и во второй канал (58), причем первый канал (56) разделен на первичный тракт первого канала (56) и вторичный тракт первого канала (56'), а второй канал (58) разделен на первичный тракт второго канала (58) и вторичный тракт второго канала (58'); средство разделения (48) для выделения, по меньшей мере, одной из первой вращающейся волны и второй вращающейся волны из, по меньшей мере, одного из первого канала (56) и второго канала (58); первое фазовращательное средство (76) и первое суммирующее средство (80) для сдвига и соответствующего сложения первой фазы вторичного тракта первого канала (56') с первичным трактом второго канала (58); второе фазовращательное средство (75) и второе суммирующее средство (78) для сдвига и соответствующего сложения второй фазы вторичного тракта второго канала (56') с первичным трактом первого канала (56).

18. Система по одному из пп.16 или 17, отличающаяся тем, что дополнительно содержит средство (73) для обнаружения разности между первой величиной первого канала (56) и второй величиной второго канала (58) и для выравнивания первой величины и второй величины.

19. Система по одному из пп.16-18, отличающаяся тем, что дополнительно содержит средство для расчета величины разности фаз между первой фазой первого канала (56) и второй фазой второго канала (58) и для подачи сигнала разности фаз как функции величины разности фаз.

20. Система по пп.16-19, отличающаяся тем, что дополнительно содержит средство регулировки антенных фидеров (46) в зависимости от сигнала разности фаз.

21. Система по одному из пп.16-20, отличающаяся тем, что дополнительно содержит второе средство обнаружения разности фаз (88) для выявления первой фазы первого канала (56) и второй фазы второго канала (58) и для корректировки одной из первой фазы и второй фазы для получения заданной разности фаз между первой фазой и второй фазой.

22. Система по одному из пп.16-21, отличающаяся тем, что содержит еще одно средство определения и селекторное средство для определения величины разности фаз между первой фазой первого канала (56) ш второй фазой второго канала (58) и выбора, по меньшей мере, одного из множества антенных фидеров (46) в зависимости от величины разности фаз.

23. Система по одному из пп.16-22, отличающаяся тем, что содержит еще одно селекторное средство для выбора, по меньшей мере, одного из множества антенных фидеров (46) в зависимости от первой величины первого канала (56) и второй величины второго канала (58).

 

Рисунок 1

Текст

Смотреть все

1 Настоящее изобретение относится к способу и системе связи с помощью электромагнитных волн. Система работает, в основном, в диапазоне миллиметровых волн и в ней используется поляризационное разнесение. Информационная пропускная способность системы связи может быть значительно увеличена при использовании поляризационного разнесения. Это справедливо как для симплексной,так и для дуплексной связи. Вертикальная и горизонтальная поляризация часто используется в системах спутниковой связи и других микроволновых системах для передачи и приема сигналов между двумя пунктами с разделением как передаваемых, так и принимаемых сигналов или для увеличения информационной емкости. Для местных систем связи, использующих миллиметровые волны, характерной помехой при передаче двойного линейно-поляризованного сигнала является перекрестная поляризация, вызванная атмосферными осадками. Кроме того, если на линии связи имеет место последовательное отражение сигналов от зданий и других объектов городской застройки,изменяется сама поляризация сигналов, делая выделение сигнала ортогональной поляризацией менее эффективной. Для заданной частоты плоскость круговой поляризации или квазиплоскость электромагнитной волны, распространяющейся в открытом пространстве, векторы напряженности поля могут вращаться по часовой стрелке (СР) или против часовой стрелки (ССР). Две такие волны,вращающиеся в противоположном направлении относительно друг друга, ортогональны друг другу и могут быть разделены соответствующими антенными фидерами и электронными цепями. Тем не менее, атмосферные осадки и/или отражение и дифракция от зданий и других препятствий могут вызвать искажение волн и эллиптическую поляризацию. Если волны излишне эллиптически поляризованы, информация, которую они несут, не может быть извлечена из принимаемого сигнала. В патенте США 4,747,160 описывается многофункциональная сотовая телевизионная система, способная обеспечить двухстороннюю связь. Всенаправленный передатчик передает вертикальные и горизонтальные линейнополяризованные волны. Система, раскрываемая данным патентом, в основном, работает в диапазоне миллиметровых волн на частотах 27,529,5 ГГц. Патент США 4,264,908 описывает систему коррекции поляризации, которая автоматически компенсирует перекрестную поляризацию, вызванную, например, атмосферными осадками. Система передает волны с линейной горизонтальной и вертикальной поляризацией. Патент США 4,136,015 раскрывает радиолокационную систему, в которой подавляются эхо-сигналы от дождевых капель. Переда 000444 2 ются пульсирующие поляризованные волны, и два отдельных приемных канала принимают сигналы, отраженные от дождевых капель. Этот отраженный сигнал подавляется путем регулировки ортогональных составляющих отраженных сигналов с последующей настройкой этих сигналов в противофазе по отношению друг к другу. Патент США 4,737,793 описывает микрополосковую антенну с двойной поляризацией,способную одновременно передавать волны со взаимно ортогональной поляризацией, включая круговую поляризацию по часовой стрелке и против часовой стрелки, для удвоения пропускной способности данного частотного диапазона. Патент США 4,146,893 раскрывает сущность спутниковой системы связи, в которой компенсируются искажения поляризации,вызванные атмосферными осадками и неполной поляризацией волн антенной, путем предискажения волны с круговой поляризации на эллиптическую. Как только эллиптически поляризованная волна встречается с деполяризованной средой, образуется круговая волна, которая и принимается спутником. Патент США 3,956,699 описывает систему связи при помощи электромагнитных волн,которая передает и принимает волны, имеющие взаимно ортогональную поляризацию. В системе предусмотрена регулировка поляризации до поступления сигнала в оконечный каскад передатчика и его усиление при приеме. Патент США 5,337,058 описывает быстрокоммутирующую линзу, которая расположена перед антенной радиолокатора для манипулирования поляризацией передаваемой волны путем переключения ее в различные режимы поляризации. Эта линза может также и принимать волны с различной поляризацией. Патент США 4,329,687 раскрывает радиолокационную систему, которая попеременно излучает волны с круговой и эллиптической поляризацией по часовой стрелке и против часовой стрелки. Достигается относительно высокое отношение "сигнал - отраженная помеха" путем анализа разности фаз между двумя ортогональными составляющими переданной волны и разности фаз двух ортогональных составляющих принятой волны. Вышеупомянутые прототипы не раскрывают способ или устройство системы связи, которая может восстанавливать круговую поляризацию искаженной волны и которая могла бы работать в городских условиях на частотах миллиметрового диапазона. Таким образом ясно,что необходима система связи, которая работала бы на частотах миллиметрового диапазона и обеспечивала бы двойную поляризацию и относительно высокую степень восстановления сигнала. В патентной заявкеWO-A-94 фирмы 3 основном, предназначен для подавления помех от второго источника, который может представлять собой стационарную двухпунктовую радиолинию, чей сигнал в условиях мобильной связи непроизвольно перехватывается антенной движущегося приемника. Данный способ основан на сравнении сигналов и установлении порога включения системы подавления помехи. Кроме того, система PACTEL Corp. предназначена для пассивных спутников связи, работающих в диапазоне от 1,5 до 2,5 ГГц. На этих частотах спиральная антенна или антенны,собранные из проволочных или штыревых элементов, могут эффективно выбирать направление вращения волны с круговой поляризацией. Как показано на чертежах заявки фирмы PACTEL Corp., в системе используются спиральные антенны, допускающие одно направление вращения. Это, однако, не может быть использовано для более высоких частот, особенно свыше 10 ГГц, поскольку из-за низкого усиления и плохой направленности спиральные антенны часто не могут эффективно работать в диапазоне миллиметровых волн. Кроме того, эффекты перекрестной поляризации среды распространения привносят дополнительный вклад в плохую работу спиральной антенны или ее производных. Помимо этого, конструкция, раскрытая в заявке PACTEL Corp., не обеспечивает удовлетворительные функциональные возможности при работе в диапазонах миллиметровых волн. В патенте США 3,883,872 Флетчера и др. используется система антенного фидера для подачи радиолокационных сигналов к антенне. Снова отметим, что антенна может обрабатывать волны с круговой поляризацией, но она малоэффективна для передачи волн с эллиптической поляризацией с наклонной осью эллипса. В патенте CШA4,310,813 Юуки Хиронори и др. описываются два поворотных дифференциальных фазовращателя в каскаде антенного фидера перед преобразователем для возбуждения ортогональных мод при обработке волн с эллиптической поляризацией. В результате необходимо использовать два сервомеханизма для поворота фазовращателей. В патентной заявкеEP-A-0 228 94 Сереля описан фидер антенны, разделяющий входящие волны. Используемые в устройстве электронные цепи являются обычными схемами для сдвига частот, которые нашли широкое применение в приемниках. Опять же такая конструкция эффективна при разделении волн с круговой поляризацией, но она не может обрабатывать волны с эллиптической поляризацией с наклонными осями эллипса. Целью настоящего изобретения является разработка способа и устройства связи с помощью электромагнитных волн, в котором устранены или значительно снижены эффекты замирания, вызванные атмосферными осадками. 4 Другой целью изобретения является разработка способа и устройства, в которых используется двойная поляризация для повышения пропускной способности канала и снижения до минимума эффекта перекрестной поляризации. Еще одной целью изобретения является разработка способа и устройства для дуплексной системы связи с двойной поляризацией,которые обеспечивают связь в диапазоне миллиметровых волн в городских условиях, несмотря на отрицательное влияние отражения и/или преломления волн от препятствий. Эти и другие цели достигаются в способе связи с помощью электромагнитных волн,включающего стадии передачи первой вращающейся волны и приема указанной первой вращающейся волны, в котором составляющие указанной первой вращающейся волны поступают в первый канал и во второй канал; выделение указанной первой вращающейся волны из, по меньшей мере, одного из указанного первого канала и указанного второго канала, в котором указанный первый канал разделен на первичный тракт первого канала и вторичный тракт первого канала; сдвиг первой фазы вторичного тракта указанного первого канала и сложение его с первичным трактом указанного первого канала; сдвиг второй фазы вторичного тракта указанного первого канала и сложение его с первичным трактом указанного первого канала. В соответствии с предпочтительным вариантом настоящего изобретения, разработан способ связи с помощью электромагнитных волн,включающего стадии передачи первой вращающейся волны и второй вращающейся волны одновременно, в котором указанная вторая вращающаяся волна вращается в противоположном направлении относительно указанной первой вращающейся волны; прием указанной первой вращающейся волны и указанной второй вращающейся волны, при котором составляющие указанной первой вращающейся волны и составляющие указанной второй вращающейся волны поступают в первый канал и во второй канал; выделение, по меньшей мере, одной указанной первой вращающейся волны и указанной второй вращающейся волны из, по меньшей мере, одного указанного первого канала и указанного второго канала, причем указанный первый канал разделен на первичный тракт первого канала и вторичный тракт первого канала, а указанный второй канал разделен на первичный тракт второго канала и вторичный тракт второго канала; сдвиг первой фазы вторичного тракта первого канала и сложение его с первичным трактом второго канала; сдвиг второй фазы вторичного тракта второго канала и сложение его с первичным трактом первого канала. Настоящее изобретение также относится к системе связи с помощью электромагнитных волн, содержащей передатчик для одновременной передачи первой вращающейся волны и 5 второй вращающейся волны, в котором указанная вторая вращающаяся волна вращается в противоположном направлении относительно указанной первой вращающейся волны; приемник для приема указанной первой вращающейся волны и указанной второй вращающейся волны,в котором составляющие указанной первой вращающейся волны и составляющие указанной второй вращающейся волны поступают в первый канал и во второй канал; в данной системе связи указанный первый канал разделен на первичный тракт первого канала и вторичный тракт первого канала, а указанный второй канал разделен на первичный тракт второго канала и вторичный тракт второго канала; средство разделения для выделения, по меньшей мере, одной указанной первой вращающейся волны и указанной второй вращающейся волны из, по меньшей мере, одного указанного первого канала и указанного второго канала; средство для сдвига первой фазы и первый сумматор для сдвига и сложения первой фазы вторичного тракта первого канала с первичным трактом второго канала, соответственно; тракт и второе фазосдвигающее средство и второй сумматор для сдвига и сложения второй фазы вторичного тракта второго канала с первичным трактом первого канала, соответственно. В указанной системе связи используется двойная поляризация для эффективного удвоения емкости конкретной полосы частот. В соответствии с одним предпочтительным вариантом настоящего изобретения, радиоволны с эллиптической и/или круговой поляризацией излучаются одновременно с одной передающей антенны. Первая волна вращается в направлении, противоположном относительно второй вращающейся волны. В диапазоне миллиметровых волн, в частности, на частоте свыше 18 ГГц, атмосферные осадки в виде дождя и снега или тумана, а также отражение от городских зданий могут вызвать замирание и деполяризацию таких волн. Иными словами, волны с круговой поляризацией могут стать эллиптическими и ось эллиптических волн может вращаться. Без соответствующего усиления сигнала информация, переносимая такими искаженными волнами, может быть потеряна. В изобретении не используется некое пороговое значение сигнала. Цепь для отделения поступающих волн, вращающихся в противоположных направлениях, работает непрерывно. Кроме того, изобретение не использует уровень комбинированного сигнала и не вырабатывает предупреждающих сигналов. В изобретении используются отражательные антенны с высоким коэффициентом усиления или антенные решетки для обеспечения необходимого усиления и диаграммы направленности. В изобретении широко используются адаптивные электронные цепи для разделения сигналов, переносимых радиоволнами. Система, описанная в 6 патенте PACTEL Corp., не может обеспечить такие функциональные возможности в полосе миллиметровых волн. Кроме того, в изобретении не используются поворотные дифференциальные фазовые фильтры в антенных фидерах. В системе используется только один сервомеханизм для механического вращения облучателя антенны. Используется разнесение антенн, не требующее механического поворота. Кроме того, рабочий диапазон системы согласно изобретению расположен в области сверхвысоких частот, в частности, свыше 10 ГГц. Система связи, в соответствии с настоящим изобретением, включает адаптивный приемник, способный восстанавливать круговую поляризацию таких эллиптически поляризованных волн. В соответствии с одним предпочтительным вариантом настоящего изобретения,адаптивный приемник включает антенну с ортогональной поляризацией и электромеханическим приводом для приема двойных вращающихся волн. Составляющие каждой из таких волн поступают каждая в свой канал. Сигналы в каналах могут быть преобразованы с понижением частот с получением промежуточной частоты (ПЧ). Если принимаемые волны являются эллиптическими в данный период времени, сигналы в канале, соответствующие облучателю,ориентированному по большой оси волн, вращающихся в противоположных направлениях,будут иметь большую амплитуду, чем сигналы,соответствующие облучателю, ориентированному по малой оси волн. Каждый канал предпочтительно снабжен цепью автоматической регулировки усиления для выравнивания амплитуды сигналов в каналах. Отдельные части сигналов в каналах подвергаются сдвигу по фазе на угол 90 и смешиваются с сигналами другого канала для выделения одного вращающегося сигнала от другого вращающегося сигнала. Фазовый детектор может обнаружить потерю квадратуры между двумя каналами и передать команду на сервомотор, который вращает работающий в ортогональном режиме облучатель антенны для согласования его с большой и малой осями сигналов. В соответствии с одним предпочтительным вариантом изобретения, блок управления разнесением антенн управляет несколькими антеннами для сопровождения падающего сигнала. Коммутатор управления разнесением проверяет силу сигнала в каждом канале в одной ступени ПЧ и выбирает антенну с достаточной напряженностью поля. Поскольку фидеры выбранной антенны могут быть неточно сопряжены с большой и малой осями вращающегося сигнала, электронный фазовращатель может обеспечить сдвиг фазы на 90 между сигналами в двух каналах. Усилители автоматической системы усиления могут, если это необходимо, восстановить 7 сигналы в каналах до круговой поляризации. Первый вращающийся сигнал может быть отделен от второго вращающегося сигнала путем сдвига фазы части каждого сигнала и повторного сложения сдвинутой по фазе части с другим сигналом. Оба выделенных сигнала могут быть промодулированы в соответствии со способом модуляции, используемым в передатчике. Цепь промежуточной частоты может быть снабжена цепью подстройки гетеродина с использованием соответствующей фильтрации и блоком фазовой автоматической подстройки частоты. Использование нескольких антенн и коммутатора разнесения позволяет избавиться от механических движущихся узлов и использовать монолитные интегральные схемы. Такой вариант изобретения особенно удобен там, где требуются небольшие размеры системы и малое потребление энергии. В соответствии с другим предпочтительным вариантом изобретения, центр управления системой связи обеспечивает передачу двух волн с эллиптической и круговой поляризацией по азимутальной диаграмме направленности ряду абонентов, каждый из которых имеет приемопередатчик для приема и передачи сигналов. Антенна приемопередатчика является относительно остронаправленной. Абонент может передавать свой сигнал в обратном направлении в центр управления. Поскольку антенна абонента является остронаправленной, можно получить значительный индекс направленности при относительно малой мощности, требуемой для передачи сигнала. Обратный сигнал может быть использован центром управления для выбора программ или для регулировки уровня мощности при передаче от центра управления для компенсации замирания, вызванного атмосферными осадками и/или препятствиями. В целом, целью использования данной системы является обеспечение эффективного средства для повторного использования частоты и выделения сигнала в диапазоне миллиметровых волн для многофункциональной системы связи с многочисленными пользователями. На таких частотах электромагнитная волна может претерпевать отражение от плоских поверхностей и на режим е поляризации могут также влиять атмосферные осадки. На режим двойной поляризации отражение и атмосферные осадки также влияют. Схемы двойной поляризации,включая вертикальную и горизонтальную поляризацию, ограничены перекрестной поляризацией, воздействующей на эти элементы в процессе прохождения. В изобретении используются волны с двойной круговой поляризацией (по часовой стрелке и против часовой стрелки), которые лучше защищены от влияния перекрестной поляризации элементов. Волна с круговой поляризацией может быть эллиптически преобразована при прохождении через среду. Для эффективного выделения двух эллиптически 8 поляризованных волн с противоположным направлением вращения, приемные антенны должны быть оборудованы специальными устройствами, а приемники снабжены необходимыми электронными цепями. Эти цепи представляют собой предварительные устройства,предназначенные для выделения волны с круговой поляризацией из линейно-поляризованной волны или для выделения двух волн с круговой поляризацией. Данные устройства эффективны при таком режиме работы, но они плохо справляются с эллиптически поляризованными волнами с наклонными осями эллипса. В настоящей конструкции для выделения эллиптически поляризованных волн используются специальные антенны совместно с адаптивными электронными цепями. Следует отметить, что в соответствии с начальным вариантом изобретения, система связи также может быть выполнена только для работы с первой вращающейся волной, как и в случае соответствующего известного способа, описанного выше. В этом случае передается одиночная волна с круговой/эллиптической поляризацией. Такая волна может быть принята и обработана более простым устройством по сравнению с теми, которые предназначены для приема волн с двойной поляризацией. Эти и другие цели и преимущества настоящего изобретения будут лучше поняты из последующего подробного описания и приложенных чертежей, на которых: фиг. 1 - общая схема системы двухпунктовой передачи в соответствии с предпочтительным вариантом настоящего изобретения; фиг. 2 - блок-схема приемопередатчика в соответствии с одним предпочтительным вариантом изобретения; фиг. 3 - схема части приемопередатчика в соответствии с другим предпочтительным вариантом изобретения; фиг. 4 - схема части приемопередатчика в соответствии с еще одним предпочтительным вариантом изобретения. Используемые в описании и пунктах патентной формулы термины "миллиметровые волны" и "частоты диапазона миллиметровых волн" относятся к относительно высоким частотам электромагнитного спектра, в частности, к частотам свыше 18 ГГц. В системе связи с помощью электромагнитных волн с использованием двойной поляризации для передачи сигналов пропускная способность канала связи практически удваивается. Однако на частотах миллиметровых волн перекрестная поляризация и эффект замирания сигналов из-за атмосферных осадков ограничивают дуплексную связь, в которой используется такое разнесение поляризации. В частности, дождь,снег или туман могут вызвать затухание и/или деполяризацию миллиметровых волн. Более того, в городских условиях здания, деревья и 9 другие препятствия могут также вызвать затухание и/или деполяризацию таких волн. Эти эффекты особенно заметны при условиях связи при прямой видимости. Способ и устройство связи при помощи электромагнитных волн в соответствии с настоящим изобретением включают цепи восстановления сигнала, обеспечивающие успешную работу системы связи на миллиметровых волнах с разнесенной поляризацией в городских условиях. Способ и устройство в соответствии с настоящим изобретением значительно снижают эксплуатационные расходы такой системы связи при работе в диапазоне миллиметровых волн. На фиг. 1 показан схематический вид двухпунктовой дуплексной системы связи в соответствии с настоящим изобретением. Центр управления 20 предпочтительно обеспечивает одновременное излучение двух радиоволн с круговой или эллиптической поляризацией,вращающихся в противоположных направлениях по отношению друг к другу. Если эффект деполяризации окружающей средой незначителен, можно использовать комбинацию линейной и круговой/эллиптической поляризации. В соответствии с другим предпочтительным вариантом настоящего изобретения достаточная пропускная способность канала обеспечивается при использовании одной вращающейся волны с круговой поляризацией, и центр управления 20 передает только одну волну с круговой/эллиптической поляризацией. Если две волны с круговой поляризацией,вращающиеся в противоположных относительно друг друга направлениях, отражаются или преломляются различными препятствиями окружающей среды, такими как здание 26 или здание 28, или если волны входят в зону атмосферных осадков 30, относительное направление вращения волн сохраняется, однако, эти волны могут быть эллиптически поляризованы. Поскольку та же самая деполяризирующая среда воздействует на каждую волну, оси эллипса первой вращающейся волны будут ориентированы по соответствующим осям эллипса второй вращающейся волны. При использовании приемника в соответствии с предпочтительным вариантом изобретения, как описано ниже, такие эллиптические волны могут быть восстановлены до первоначальных волн с круговой поляризацией и выделены из спектра, устраняя, таким образом, потенциально разрушительное влияние атмосферных осадков и отражения/преломления от препятствий. Центр управления 20 может передавать многоканальные программы через различные антенны и форматы сигналов абоненту 22 и/или абоненту 24. Центр управления 20 может также принимать сигналы от абонента 22 и/или абонента 24 и осуществлять коммутацию и распределение имеющихся каналов в соответствии с нуждами абонента 22 и/или абонента 24. 10 Центр управления 20 предпочтительно имеет антенну, обладающую различной диаграммой направленности, в частности по отношению к азимутальной зоне обслуживания. Хотя нельзя обеспечить полной круговой поляризации во всех направлениях, вполне возможно обеспечить эллиптическую поляризацию с относительно небольшим эксцентриситетом на большой площади распределения. Зона атмосферных осадков 30, строение 26 и строение 28 могут изменить поляризацию сигналов в дуплексном канале 32 и/или в дуплексном канале 34. Если эксцентриситет эллипса, описанный вектором поля, несущественен,например, меньше 0,97, то в соответствии с настоящим изобретением два вращающихся сигнала в каждом из дуплексных каналов 32 и дуплексных каналов 34 могут быть разделены в приемнике. При экстремальных обстоятельствах каждый вращающийся сигнал может приближаться к линейной поляризации по тому же направлению, что и в результате отражения при угле падения близком к брюстеровскому углу(углу полной поляризации). При таких обстоятельствах можно выбрать альтернативный канал для сигнала или, если такого альтернативного канала нет, можно установить дополнительный центр управления 20 или ретранслятор. Поскольку введение дополнительного центра управления 20 или ретранслятора определяется силой сигнала и/или ухудшением поляризации,характерным для данных окружающих условий,способ и устройство для электромагнитной связи, в соответствии с настоящим изобретением,отличаются от обычных сотовых распределительных сетей. В таких обычных системах используется нормальная сотовая структура с фиксированной площадью охвата абонентов. В зависимости от требуемой диаграммы направленности центр управления 20 может быть оборудован несколькими антеннами. В соответствии с другим предпочтительным вариантом настоящего изобретения, для передачи и приема сигналов используются отдельные антенны, ориентированные с возможностью оптимального перекрытия рабочей зоны. Как показано на фиг. 2, сумматор 46 может принимать сигналы от антенны 41 и передатчика 42 одновременно. Контроллер 50 предпочтительно координирует функции приемника или приемопередатчика и обеспечивает распределение каналов или выполняет иные функции. Поскольку все элементы облучателя имеют конечное разделение сигналов, часть сигнала от передатчика 42 предпочтительно инжектируется в разъединитель сигнала 48 для соответствующего подавления сигнала-помехи, так что чувствительность приемника может поддерживаться на расчетном уровне. Дополнительное выделение сигнала может быть достигнуто путем выделения конкретных каналов только для приема, а также путем использования фильтрующих це 11 пей и синхронного детектирования. В демодуляторе 40 и модуляторе 44 может быть использована система с избыточной шириной полосы или другой известный метод модуляции. В соответствии с одним предпочтительным вариантом изобретения абонент 22 и/или абонент 24 используют остронаправленную антенну. При использовании отражателя и соответствующего облучателя или микрополосковой решетки можно получить нужную ширину луча, в частности -3 дБ, менее 5 с применением антенны диаметром менее 12 дюймов на частоте около 28 ГГц. Такая антенна обычно устраняет замирание благодаря прохождению сигналов по нескольким каналам. Кроме того, возвратный сигнал от абонента 22 к центру управления 20 может передаваться путем обратного хода сигнала,переданного от центра управления 20 абоненту 22. Челночная природа процесса прохождения сигнала "вперед-назад" обеспечивает сохранение направления поляризации между сигналами и гарантирует обратный путь к центру управления 20, если абонент 22 имеет достаточную мощность. Поскольку антенна абонента 22 является остронаправленной, можно получить значительный коэффициент направленного действия, и мощность, требуемая для передачи сигнала от абонента 22 до центра управления 20,может быть менее 100 милливатт. Такая мощность может быть обеспечена полупроводниковыми усилителями. В дополнение к обеспечению связи с центром управления 20, этот центр может использовать обратный сигнал от абонента 22 для регулирования уровня мощности передатчика с целью компенсации замирания. Модуляция и демодуляция многоканального сигнала может быть осуществлена с помощью нескольких модуляторов и демодуляторов с системой слежения частоты. На фиг. 3 представлена схема адаптивной части приемопередатчика в соответствии с предпочтительным вариантом изобретения. Антенна 41 может принимать две волны, вращающиеся в противоположных направлениях относительно друг друга. В соответствии с одним из предпочтительных вариантов настоящего изобретения антенна 41 имеет фидер, работающий в ортогональном режиме. Составляющие каждой из двух волн поступают в канал 56 и канал 58. Генератор 64 и смесители 6, 62 осуществляют преобразование с понижением частоты сигналов в каналах 56, 58 до промежуточной частоты (ПЧ). Если сигналы в каналах 56, 58 имеют одинаковую величину, эти сигналы получены из волн с круговой поляризацией. Если получены эллиптически-поляризованные сигналы, сигнал в канале, соответствующем облучателю антенны 41, ориентированной по большой оси эллипса, будет иметь большую величину, чем сигнал в канале, соответствующем облучателю антенны 41, ориентированной по малой оси эллипса. 12 Усилители 66 и 68 с автоматической регулировкой усиления предпочтительно электрически соединить с дифференциальным усилителем 73 через диоды 70 и 71 соответственно. Усилители 66 и 68 с автоматической регулировкой усиления предпочтительно использовать для работы в одном и том же режиме по отношению друг к другу, и это может выровнять амплитуду сигналов в каналах 56,58. Каналы 56, 58 предпочтительно электрически соединить с фазовым детектором 88 через ограничители 84 и 86. Фазовый детектор 88 подает сигнал на двигатель 90 через усилитель 89 в зависимости от разности фаз между сигналами в каналах 56 и 58. Двигатель 90 может представлять собой сервомотор, который регулирует положение антенны 41 в зависимости от амплитуды сигнала, поступающего от фазового детектора 88. Квадратурная взаимосвязь сигналов в каналах 56, 58 может быть восстановлена путем поворота облучателя антенны 41, работающего в ортогональном режиме, по большой и малой осям эллипса вращающихся сигналов. Поскольку две волны вращаются в противоположных по отношению друг к другу направлениях, они обе поглощаются фидером ортогональной антенны и составляющие каждой из вращающихся волн поступают в каждый из каналов 56 и 58. Приемник в этом варианте изобретения отделяет одну из вращающихся волн от другой в каналах 56, 58 и отделяет другую вращающуюся волну в тех же каналах 56, 58. Как это достигается, описано ниже. В соответствии с одним предпочтительным вариантом настоящего изобретения, две электрические составляющие вектора первой волны, вращающейся в определенном направлении, могут быть обозначены как C и jC, где j= 90. Таким образом, фаза вектора jC опережает фазу вектора C на 90. Две электрические составляющие вектора второй волны, вращающиеся в направлении, противоположном относительно первой волны, могут быть обозначены как D и -jD, где -jD = -90. Предположим, что составляющая C первой волны и составляющаяD второй волны поглощаются выводом, соответствующим каналу 56. Предположим также,что составляющая jC первой волны и составляющая -jD второй волны поглощаются выводом, соответствующим каналу 58. Канал 58 после преобразования в ПЧ пониженной частоты выделяется во второй канал, обозначенный цифрой 58' на фиг. 3. Половина сигнала, включающая составляющие jC и -jD, поступает в канал 58' и вращается по фазе на угол +90 фазовращателем 75. После сдвига по фазе, фазы составляющих в канале 58' будут: jC + 90 =-С и -jD + 90 = D. Таким образом, после того,как фазовращатель 75 стал действовать на сигнал в канале 58', составляющие сигнала от канала 58' и поступающие в сумматор мощностей 13 78, представляют собой компоненты -C и D. Сумматор мощностей 78 складывает составляющие -C и D канала 58' с составляющими C иD канала 56. Составляющая C из канала 56 и составляющая -C из канала 58' гасят друг друга,оставляя только один сигнал в канале 56, который представляет собой вращающуюся волну,обозначенную как D. Вращающаяся волна, обозначенная как C,выделяется в канале 58 аналогичным образом. Одна половина составляющих C и D из канала 56 поступает в канал 56'. Фазовращатель 76 сдвигает фазы составляющих C и D на угол+90. Соответственно, C + 90 = jC и D + 90 = jD. Сумматор мощностей 80 складывает составляющие jC и jD канала 56' с составляющими jC и -jD канала 58. Составляющие jD из канала 56' гасят составляющие -jD из канала 58,оставляя только вращающуюся волну, обозначенную как C в канале 58. Выделенные сигналы в каналах 56, 58,проходящие через сумматоры мощностей 78, 80,являются независимыми и могут быть демодулированы в соответствии со способом демодуляции, используемом в центре управления 20. При необходимости можно использовать фильтр и систему фазовой подстройки частоты 82 для регулировки гетеродина 64 и для синхронной демодуляции. На фиг. 4 представлена схема приемной части приемопередатчика в соответствии с другим предпочтительным вариантом настоящего изобретения. В приемнике, показанном на фиг. 4, используется управление разнесением антенны с помощью блока 100 для выбора одной из нескольких антенн 41. В сумматор мощности 99 поступает часть сигналов из канала 56 и канала 58. В зависимости от величины сигнала, поступающего из сумматора мощностей 99 или разности фаз между сигналами в канале 58, система управления разнесением антенн выбирает одну конкретную антенну 41, которая обеспечивает достаточную напряженность поля сигнала. Благодаря тому, что связь между фидерами каждой из антенн и осями эллипса вращающихся волн является производной, сигналы в канале 56 могут быть не в квадратуре с сигналами в канале 58. Таким образом, сдвиг по фазе на 90 в соответствии с настоящим изобретением может быть использован для восстановления квадратуры между сигналами в каналах 56 и сигналов в каналах 58. В соответствии с одним предпочтительным вариантом настоящего изобретения, умножитель 88 принимает составляющие сигналов в каналах 56 и 58. Выходной сигнал умножителя 88 подается в фазовращатель 104 через усилитель 89. Электронный фазовращатель 104 восстанавливает квадратурную взаимосвязь между сигналами в канале 56 и сигналами в канале 58. В соответствии с другим предпочтительным вариантом изобретения для восста 000444 14 новления квадратуры можно использовать две цепи управления квадратурой, например, пару электронных фазовращателей. Приемник, показанный на фиг. 4, не требует движущихся частей, что в определенных случаях является важным преимуществом. Такая конструкция может быть выполнена на монолитных интегральных схемах. Усилители промежуточной частоты 65, 67 могут увеличивать амплитуду сигналов в каналах 56, 58. Как и в приемнике, схематически показанном на фиг. 3, сигналы в каналах 56, 58 могут быть восстановлены до круговой поляризации с помощью усилителей 66, 68 с автоматической регулировкой усиления. Вращающиеся волны могут быть отделены друг от друга фазовращателями 75, 76 и сумматорами мощности 79, 80. Делители мощности 92, 94 могут обеспечить часть сигналов в каналах 56, 58 для подачи на фильтры и цепь 82 автоматической подстройки частоты для подстройки гетеродина 64 и синхронной демодуляции. Хотя способ и устройство согласно настоящему изобретению описаны применительно к определенным предпочтительным вариантам изобретения и многие детали изложены только в качестве примера, специалистам в данной области совершенно ясно, что изобретение может быть осуществлено и в других вариантах, не выходя из объема и основных принципов изобретения, как они определены патентными притязаниями. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ связи с помощью электромагнитных волн, включающий следующие операции: передают первую вращающуюся волну; принимают первую вращающуюся волну,при этом составляющие первой вращающейся волны входят в первый канал (56) и второй канал (58); выделяют первую вращающуюся волну, по меньшей мере, из одного первого канала (56) и второго канала (58), причем первый канал разделен на первичный тракт первого канала (56) и вторичный тракт (56') первого канала; второй канал разделен на первичный тракт второго канала (58) и вторичный тракт второго канала; сдвигают первую фазу вторичного тракта первого канала и суммируют первую сдвинутую фазу с первичным трактом второго канала,сдвигают вторую фазу вторичного тракта второго канала и суммируют вторую фазу с первичным трактом первого канала. 2. Способ связи по п.1, отличающийся тем,что он дополнительно включает следующие операции: передают первую вращающуюся волну и вторую вращающуюся волну одновременно, 15 причем вторая вращающаяся волна вращается в противоположном направлении по отношению к первой вращающейся волне; принимают первую вращающуюся волну и вторую вращающуюся волну, причем составляющие (C, jC) первой вращающейся волны и составляющие (D, jD) второй вращающейся волны поступают в первый канал (56) и во второй канал (58); выделяют, по меньшей мере, одну первую вращающуюся волну и вторую вращающуюся волну из, по меньшей мере, одного первого канала (56) и второго канала (58), причем первый канал разделен на первичный тракт первого канала (56) и вторичный тракт первого канала(56'); второй канал разделен на первичный тракт второго канала (58) и вторичный тракт второго канала (58'); первую фазу вторичного тракта первого канала (56') сдвигают и объединяют с первичным трактом второго канала (58); вторую фазу вторичного тракта второго канала (58') сдвигают и объединяют с первичным трактом первого канала (56). 3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем,что обнаруживают разницу между первой величиной первого канала (56) и второй величиной второго канала (58) и выравнивают первые и вторые величины. 4. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем,что уменьшают первую частоту первого канала(56) до первой сниженной частоты и уменьшают вторую частоту второго канала (58) до второй сниженной частоты. 5. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем,что первая сниженная частота равна второй сниженной частоте. 6. Способ по одному из пп.1-5, отличающийся тем, что первую фазу сдвигают приблизительно на 90 и вторую фазу сдвигают приблизительно на 90. 7. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем,что определяют разность фаз между первой фазой первого канала (56) и второй фазой второго канала (58) и передают сигнал как функцию величины разности фаз. 8. Способ по п.7, отличающийся тем, что регулируют антенный фидер (46) в зависимости от величины сигнала разности фаз. 9. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем,что осуществляют обнаружение первой фазы первого канала (56) и обнаружение второй фазы второго канала (58) с последующей корректировкой одной из фаз для получения заданной разности фаз между первой и второй фазами. 10. Способ по п.9, отличающийся тем, что заданная разность фаз составляет около 90. 11. Способ по п.9, отличающийся тем, что электронный фазовращатель регулирует одну из первой фазы и второй фазы для получения заданной разности фаз между первой фазой и второй фазой. 16 12. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что определяют разность фаз между первой фазой первого канала (56) и второй фазой второго канала (58) и выбирают, по меньшей мере,один из множества антенных фидеров (46) в зависимости от величины разности фаз. 13. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что выбирают, по меньшей мере, один из множества антенных фидеров (46) в зависимости от первой величины первого канала (56) и второй величины второго канала (58). 14. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что передачу первой вращающейся волны и второй вращающейся волны от интерактивной передающей станции и прием первой вращающейся волны и второй вращающейся волны осуществляют множеством интерактивных приемных станций. 15. Способ по п.14, отличающийся тем, что он содержит, по меньшей мере, одну из интерактивных приемных станций, передающих первый сигнал на интерактивную передающую станцию, как функцию, по меньшей мере, одной из первой вращающейся волны и второй вращающейся волны. 16. Система связи с помощью электромагнитных волн, содержащая средство передачи(41) для передачи первой вращающейся волны; средство приема для приема первой вращающейся волны, в которой составляющие (C,jC) первой вращающейся волны поступают в первый канал (56) и во второй канал (58), причем первый канал разделен на первичный тракт первого канала (56) и вторичный тракт первого канала (56'), а второй канал разделен на первичный тракт второго канала (58) и вторичный тракт второго канала (58'); разделяющее средство (48) для выделения первой вращающейся волны из, по меньшей мере, указанного первого канала (56) и второго канала (58); первое фазовращательное средство (76) и первое суммирующее средство (80) для сдвига и соответствующего сложения первой фазы вторичного тракта первого канала (56') с первичным трактом второго канала (58); второе фазовращательное средство (75) и второе суммирующее средство (78) для сдвига и соответствующего сложения второй фазы вторичного тракта второго канала (58') с первичным трактом первого канала (56). 17. Система связи по п.16, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит средство передачи (41) для передачи первой вращающейся волны и второй вращающейся волны одновременно, в которой вторая вращающаяся волна вращается в противоположном направлении относительно первой вращающейся волны; средство приема для приема первой вращающейся волны и второй вращающейся волны, в котором составляющие (C, jC) первой 18 второе средство обнаружения разности фаз (88) для выявления первой фазы первого канала (56) и второй фазы второго канала (58) и для корректировки одной из первой фазы и второй фазы для получения заданной разности фаз между первой фазой и второй фазой. 22. Система по одному из пп.16-21, отличающаяся тем, что содержит еще одно средство определения и селекторное средство для определения величины разности фаз между первой фазой первого канала (56) и второй фазой второго канала (58) и выбора, по меньшей мере,одного из множества антенных фидеров (46) в зависимости от величины разности фаз. 23. Система по одному из пп.16-22, отличающаяся тем, что содержит еще одно селекторное средство для выбора, по меньшей мере,одного из множества антенных фидеров (46) в зависимости от первой величины первого канала (56) и второй величины второго канала (58). вращающейся волны и составляющие (D, jD) второй вращающейся волны поступают в первый канал (56) и во второй канал (58), причем первый канал (56) разделен на первичный тракт первого канала (56) и вторичный тракт первого канала (56'), а второй канал (58) разделен на первичный тракт второго канала (58) и вторичный тракт второго канала (58'); средство разделения (48) для выделения,по меньшей мере, одной из первой вращающейся волны и второй вращающейся волны из, по меньшей мере, одного из первого канала (56) и второго канала (58); первое фазовращательное средство (76) и первое суммирующее средство (80) для сдвига и соответствующего сложения первой фазы вторичного тракта первого канала (56') с первичным трактом второго канала (58); второе фазовращательное средство (75) и второе суммирующее средство (78) для сдвига и соответствующего сложения второй фазы вторичного тракта второго канала (56') с первичным трактом первого канала (56). 18. Система по одному из пп.16 или 17, отличающаяся тем, что дополнительно содержит средство (73) для обнаружения разности между первой величиной первого канала (56) и второй величиной второго канала (58) и для выравнивания первой величины и второй величины. 19. Система по одному из пп.16-18, отличающаяся тем, что дополнительно содержит средство для расчета величины разности фаз между первой фазой первого канала (56) и второй фазой второго канала (58) и для подачи сигнала разности фаз как функции величины разности фаз. 20. Система по пп.16-19, отличающаяся тем, что дополнительно содержит средство регулировки антенных фидеров (46) в зависимости от сигнала разности фаз. 21. Система по одному из пп.16-20, отличающаяся тем, что дополнительно содержит

МПК / Метки

МПК: H04B 7/10

Метки: приёмом, передачей, связи, многофункциональной, реализации, способ, интерактивной, система, сигналов, поляризацией

Код ссылки

<a href="https://eas.patents.su/11-444-sposob-mnogofunkcionalnojj-interaktivnojj-svyazi-s-peredachejj-i-priyomom-signalov-s-krugovojj-ellipticheskojj-polyarizaciejj-i-sistema-dlya-ego-realizacii.html" rel="bookmark" title="База патентов Евразийского Союза">Способ многофункциональной интерактивной связи с передачей и приёмом сигналов с круговой/эллиптической поляризацией и система для его реализации</a>

Похожие патенты