Дуплексный приемопередатчик миллиметровых волн
Полезная модель относится к области радиосвязи и может использоваться для организации цифровых радиорелейных линий связи. Достигаемый технический результат - повышение пропускной способности. Устройство содержит два приемника входных сигналов (1, 12), три выделителя тактовой частоты (2, 29, 35), три регенератора (3, 30, 36), два кодера (4, 15), переключатель (5), усилитель-формирователь (6), модулятор (7), генератор (8), циркулятор (9), антенну (10), согласующий блок (11), блок привязки (13), генератор тактовых импульсов (14), видеоусилитель (16), демодулятор (17), усилитель промежуточной частоты (18), управляемый аттенюатор (19), малошумящий усилитель (20), фильтр верхних частот (21), смеситель (22), гетеродин (23), полосовой фильтр (24), пиковый детектор (25), алгебраический сумматор (26), генератор постоянного напряжения (27), два пороговых блока (28, 34), два декодера (31, 37), два выходных усилителя (32, 40), формирователь огибающей (33), генератор тестовых импульсов (38) и объединитель (39).
Полезная модель относится к области радиосвязи и может использоваться для организации цифровых радиорелейных линий связи.
Известны приемопередатчики, используемые для радиорелейной связи, например, системы «Радан-2», описанные в [1]. Однако эти приемопередатчики имеют высокое энергопотребление и большие габариты.
Из известных приемопередатчиков наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является дуплексный приемопередатчик миллиметровых волн, описанный в [2], принятый за прототип.
На фиг.1 приведена функциональная схема устройства-прототипа, где введены следующие обозначения:
1 - приемник входного сигнала;
6 - усилитель-формирователь;
7 - модулятор;
8 - генератор;
9 - циркулятор;
10 - антенна;
11 - входной согласующий блок;
16 - видеоусилитель;
17 - демодулятор;
18 - усилитель промежуточной частоты;
19 - управляемый аттенюатор;
20 - малошумящий усилитель;
21 - фильтр верхних частот;
22 - смеситель;
23 - гетеродин;
24 - полосовой фильтр;
25 - пиковый детектор;
26 - алгебраический сумматор;
27 - генератор постоянного напряжения;
28 - первый пороговый блок;
32 - выходной усилитель;
34 - второй пороговый блок;
41 - выходной согласующий блок.
Устройство-прототип содержит последовательно соединенные входной согласующий блок 11, вход которого является входом устройства, приемник входного сигнала 1, усилитель-формирователь 6 и модулятор 7, выход которого соединен с первым входом циркулятора 9, второй вход-выход которого подключен к антенне 10; последовательно соединенные полосовой фильтр 24, смеситель 22, фильтр верхних частот 21, малошумящий усилитель 20, управляемый аттенюатор 19, усилитель промежуточной частоты 18, демодулятор 17, видеоусилитель 16, первый пороговый блок 28, выходной усилитель 32 и выходной согласующий блок 41, выход которого является выходом устройства. Кроме того, содержит генератор 8, выход которого соединен со вторым, сигнальным входом модулятора 7; гетеродин 23, выход которого соединен со вторым, гетеродинным входом смесителя 22; генератор постоянного напряжения 27, выход которого соединен со вторым входом алгебраического сумматора 26, выход которого соединен со вторым, управляющим входом управляемого аттенюатора 19. Кроме этого, выход видеоусилителя 16 через пиковый детектор 25 соединен с первым входом алгебраического сумматора 26 и входом второго порогового блока 34, выход которого соединен со вторым, стробирующим входом первого порогового блока 28. Первый выход циркулятора 9 соединен с входом полосового фильтра 24.
Устройство-прототип работает следующим образом. С входа устройства цифровой сигнал через входной согласующий блок 11 поступает на вход приемника входного сигнала 1, с выхода которого сигнал поступает на вход усилителя-формирователя 6, который обеспечивает уровень и форму сигнала, поступающего на первый, модулирующий вход модулятора 7. Модулятор 7 осуществляет модуляцию сигнала, поступающего на его второй, сигнальный вход с выхода генератора 8. Генератор 8 работает в диапазоне 36-39,5 ГГц. Модулированный сигнал через циркулятор 9 поступает в антенну 10 и излучается в эфир. Циркулятор 9 обеспечивает разделение передаваемого и принимаемого сигналов.
Принимаемый из эфира сигнал с выхода антенны 10 через циркулятор 9 поступает на вход полосового фильтра 24, с выхода которого отфильтрованный сигнал поступает на первый, сигнальный вход смесителя 22, на второй, гетеродинный вход которого поступает сигнал с выхода гетеродина 23, работающего в диапазоне частот 36-39,5 ГГц. Смеситель 22 преобразует принимаемый сигнал в сигнал промежуточной частоты. Фильтр верхних частот 21 ослабляет сигнал, образующийся при взаимодействии в смесителе 22 принимаемого сигнала и сигнала от генератора 23, попадающего на вход смесителя 22 через циркулятор 9 и полосовой фильтр 24. С выхода фильтра верхних частот 21 сигнал через малошумящий усилитель 20, управляемый аттенюатор 19 и усилитель промежуточной частоты 18 поступает на вход демодулятора 17, где выделяется информационный модулирующий сигнал, который затем усиливается в видеоусилителе 16. С выхода видеоусилителя 16 сигнал поступает на вход пикового детектора 25 и на первый, сигнальный вход первого порогового блока 28. Пиковый детектор 25 отслеживает медленные изменения уровня сигнала, а алгебраический сумматор 26 определяет разность между этим уровнем и уровнем опорного напряжения, вырабатываемого генератором постоянного напряжения 27. Сигнал с выхода алгебраического сумматора 26 управляет затуханием управляемого аттенюатора 19, поддерживая выходной сигнал видеоусилителя 16 на постоянном уровне при изменениях уровня сигнала на входе управляемого аттенюатора 19.
Такая система автоматической регулировки усиления позволяет значительно повысить динамический диапазон приемной части приемопередатчика, поскольку уровень сигнала на входе усилителя промежуточной частоты 18 поддерживается практически постоянным, не допуская перегрузки усилителя промежуточной частоты 18 и искажений сигнала, вызываемых этой перегрузкой.
При появлении на входе антенны 10 принимаемого полезного сигнала, на выходе пикового детектора 25 формируется сигнал, превышающий уровень срабатывания второго порогового блока 34. Второй пороговый блок 34 срабатывает и выдает разрешение-строб на срабатывание первого порогового блока 28. При отсутствии на входе антенны 10 принимаемого полезного сигнала, второй пороговый блок 34 запрещает срабатывание первого порогового блока 28 (которое возможно от напряжения шумов).
Первый пороговый блок 28 обеспечивает принятие решения о принятом символе - «0» или «1». С выхода первого порогового блока 28 сформированный выходным усилителем 32 сигнал поступает через выходной согласующий блок 41 на выход устройства.
Недостатком устройства-прототипа является недостаточно высокая пропускная способность.
Задача, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, заключается в разработке устройства, позволяющего передавать сигналы стандартов Ethernet и Манчестер-2.
Достигаемый технический результат - повышение пропускной способности.
Для достижения технического результата в известный дуплексный приемопередатчик миллиметровых волн, содержащий первый приемник входного сигнала, согласующий блок, второй пороговый блок и первый выходной усилитель, последовательно соединенные усилитель-формирователь, модулятор, циркулятор, полосовой фильтр, смеситель, фильтр верхних частот, малошумящий усилитель, управляемый аттенюатор, усилитель промежуточной частоты, демодулятор, видеоусилитель и первый пороговый блок; генератор, выход которого соединен со вторым, управляющим входом модулятора; гетеродин, выход которого соединен со вторым, гетеродинным входом смесителя; антенну, вход-выход которой соединен с входом-выходом циркулятора; алгебраический сумматор, выход которого соединен со вторым, управляющим входом управляемого аттенюатора, первый вход алгебраического сумматора соединен с выходом пикового детектора, а второй вход - с выходом генератора постоянного напряжения, согласно полезной модели, в него введены последовательно соединенные первый выделитель тактовой частоты, первый регенератор, первый кодер и переключатель, выход которого соединен с входом усилителя-формирователя, при этом вход первого выделителя тактовой частоты соединен с выходом первого приемника входного сигнала и со вторым, стробирующим входом первого регенератора; последовательно соединенные второй приемник входного сигнала, блок привязки и второй кодер, выход которого соединен со вторым входом переключателя, при этом первый, управляющий вход второго приемника входного сигнала соединен с выходом согласующего блока; генератор тактовых импульсов, выход которого подключен ко второму, тактовому входу блока привязки; последовательно соединенные второй выделитель тактовой частоты, второй регенератор, первый декодер и формирователь огибающей, выход которого соединен со вторым, управляющим входом второго приемника входного сигнала; при этом второй, стробирующий вход второго регенератора соединен с выходом первого порогового блока и с входом второго выделителя тактовой частоты; последовательно соединенные третий выделитель тактовой частоты, третий регенератор, второй декодер, объединитель и второй выходной усилитель, выход которого является выходом устройства, при этом вход третьего выделителя тактовой частоты соединен со вторым, стробирующим входом третьего регенератора и выходом второго порогового блока; генератор тестовых импульсов, выход которого соединен со вторым входом объединителя; при этом вход первого приемника входного сигнала является входом устройства, вход первого выходного усилителя соединен с выходом первого декодера, а выход подключен к первому входу согласующего блока, вход-выход которого является входом-выходом устройства; вход пикового детектора соединен с выходом видеоусилителя и с входом второго порогового блока.
На фиг.2 приведена функциональная схема заявляемого дуплексного приемопередатчика миллиметровых волн, где введены следующие обозначения:
1 - первый приемник входного сигнала;
2 - первый выделитель тактовой частоты;
3 - первый регенератор;
4 - первый кодер;
5 - переключатель;
6 - усилитель-формирователь;
7 - модулятор;
8 - генератор;
9 - циркулятор;
10 - антенна;
11 - согласующий блок;
12 - второй приемник входного сигнала;
13 - блок привязки;
14 - генератор тактовых импульсов;
15 - второй кодер;
16 - видеоусилитель;
17 - демодулятор;
18 - усилитель промежуточной частоты;
19 - управляемый аттенюатор;
20 - малошумящий усилитель;
21 - фильтр верхних частот;
22 - смеситель;
23 - гетеродин;
24 - полосовой фильтр;
25 - пиковый детектор;
26 - алгебраический сумматор;
27 - генератор постоянного напряжения;
28 - первый пороговый блок;
29 - второй выделитель тактовой частоты;
30 - второй регенератор;
31 - первый декодер;
32 - первый выходной усилитель;
33 - формирователь огибающей;
34 - второй пороговый блок;
35 - третий выделитель тактовой частоты;
36 - третий регенератор;
37 - второй декодер;
38 - генератор тестовых импульсов;
39 - объединитель;
40 - второй выходной усилитель.
Заявляемое устройство содержит последовательно соединенные:
- первый приемник входного сигнала 1, первый выделитель тактовой частоты 2, первый регенератор 3, первый кодер 4, переключатель 5, усилитель-формирователь 6, модулятор 7 и циркулятор 9;
- полосовой фильтр 24, смеситель 22, фильтр верхних частот 21, малошумящий усилитель 20, управляемый аттенюатор 19, усилитель промежуточной частоты 18, демодулятор 17, видеоусилитель 16 и пиковый детектор 25;
- согласующий блок 11, второй приемник входного сигнала 12, блок привязки 13 и второй кодер 15;
- первый пороговый блок 28, второй выделитель тактовой частоты 29, второй регенератор 30, первый декодер 31 и первый выходной усилитель 32;
- второй пороговый блок 34, третий выделитель тактовой частоты 35, третий регенератор 36, второй декодер 37, объединитель 39 и второй выходной усилитель 40.
Кроме того, содержит:
- генератор 8, выход которого соединен со вторым, управляющим входом модулятора 7;
- генератор тактовых импульсов 14, выход которого соединен со вторым, тактовым входом блока привязки 13;
- гетеродин 23, выход которого соединен со вторым, гетеродинным входом смесителя 22;
- алгебраический сумматор 26, первый вход которого соединен с выходом пикового детектора 25, второй вход - с генератором постоянного напряжения 27, а выход - со вторым, управляющим входом управляемого аттенюатора 19;
- формирователь огибающей 33, вход которого соединен с выходом первого декодера 31 и с входом первого выходного усилителя 32, а выход - со вторым, управляющим входом второго приемника входного сигнала 12;
- генератор тестовых импульсов 38 выход, которого соединен со вторым входом объединителя 39.
Кроме того, вход первого приемника входного сигнала 1 является входом устройства. Выход первого приемника входного сигнала 1 и вход первого выделителя тактовой частоты 2 соединен со вторым, стробирующим входом первого регенератора 3. Вход-выход циркулятора 9 подключен к антенне 10, а выход его подключен к входу полосового фильтра 24. Вход-выход устройства соединен с входом-выходом согласующего блока 11. Выход второго кодера 15 подключен ко второму входу переключателя 5. Выход первого порогового блока 28 и вход второго выделителя тактовой частоты 29 соединены со вторым, стробирующим входом второго регенератора 30. Выход второго порогового блока 34 и вход третьего выделителя тактовой частоты 35 соединены со вторым, стробирующим входом третьего регенератора 36. Выход второго выходного усилителя 40 является выходом устройства, при этом вход второго порогового блока 34 подключен к выходу видеоусилителя 16. Выход первого выходного усилителя 32 подключен к входу согласующего блока 11, при этом вход первого порогового блока 28 подключен к выходу видеоусилителя 16.
Заявляемое устройство работает следующим образом.
С входа устройства цифровой сигнал стандарта Ethernet через первый приемник входного сигнала 1 поступает на вход первого выделителя тактовой частоты 2 и на второй, стробирующий вход первого регенератора 3. В первом регенераторе 3 осуществляется стробирование входного сигнала по фронтам тактового сигнала, выделяемого из входного сигнала первым выделителем тактовой частоты 2. Благодаря этому, осуществляется восстановление временных положений импульсов сигнала на выходе первого регенератора 3. С выхода первого регенератора 3 сигнал поступает в первый кодер 4, в котором происходит относительное кодирование поступающего сигнала. Такое кодирование обеспечивает разбиение длинных последовательностей «единиц», что облегчает выделение тактового сигнала на приеме. С выхода первого кодера 4 сигнал через переключатель 5 поступает на вход усилителя-формирователя 6, который обеспечивает уровень и форму сигнала, поступающего на первый, модулирующий вход модулятора 7. Модулятор 7 осуществляет модуляцию сигнала, поступающего на его второй, управляющий вход с выхода генератора 8. Генератор 8 работает в диапазоне 36-39,5 ГГц. Модулированный сигнал через циркулятор 9 поступает в антенну 10 и излучается в эфир. Циркулятор 9 обеспечивает разделение передаваемого и принимаемого через антенну 10 сигналов.
С входа-выхода устройства цифровой сигнал стандарта Манчестер-2 через согласующий блок 11 и второй приемник входного сигнала 12 поступает на первый вход блока привязки 13; на второй, тактовый вход которого поступает сигнал с выхода генератора тактовых импульсов 14. В блоке привязки 13 происходит «привязка» входного сигнала, имеющего собственную тактовую частоту, к тактовой частоте генератора тактовых импульсов 14, в результате чего сигнал на выходе блока привязки 13 имеет уже частоту и фазу сигнала, задаваемую генератором тактовых импульсов. С выхода блока привязки 13 сигнал поступает во второй кодер 15, в котором происходит относительное кодирование поступающего сигнала. Такое кодирование обеспечивает разбиение длинных последовательностей «единиц», что облегчает выделение тактового сигнала на приеме.
Переключатель 5 пропускает на свой выход только один (первый или второй) из сигналов, поступающих на его входы. Переключение с одного сигнала на другой происходит автоматически. Признаком, определяющим переключение, является информационная скорость сигналов.
Принимаемый из эфира сигнал с выхода антенны 10 через циркулятор 9 поступает на вход полосового фильтра 24, с выхода которого отфильтрованный сигнал поступает на первый, сигнальный вход смесителя 22, на второй, гетеродинный вход которого поступает сигнал с выхода гетеродина 23, работающего в диапазоне частот 36-39,5 ГГц. Смеситель 22 преобразует принимаемый сигнал в сигнал промежуточной частоты. Фильтр верхних частот 21 ослабляет сигнал, образующийся при взаимодействии в смесителе 22 принимаемого сигнала и сигнала от генератора 8, попадающего на вход смесителя 22 через циркулятор 9 и полосовой фильтр 24. С выхода фильтра верхних частот 21 сигнал через малошумящий усилитель 20, управляемый аттенюатор 19 и усилитель промежуточной частоты 18 поступает на вход демодулятора 17, где выделяется информационный модулирующий сигнал, который затем усиливается в видеоусилителе 16. С выхода видеоусилителя 16 сигнал поступает на вход пикового детектора 25. Пиковый детектор 25 отслеживает медленные изменения уровня сигнала, а алгебраический сумматор 26 определяет разность между этим уровнем и уровнем опорного напряжения, вырабатываемого генератором постоянного напряжения 27. Сигнал с выхода алгебраического сумматора 26 управляет затуханием управляемого аттенюатора 19, поддерживая выходной сигнал видеоусилителя 16 на постоянном уровне при изменениях уровня сигнала на входе управляемого аттенюатора 19. Такая система автоматической регулировки усиления позволяет значительно повысить динамический диапазон приемной части приемопередатчика, поскольку уровень сигнала на входе усилителя промежуточной частоты 18 поддерживается практически постоянным, не допуская перегрузки усилителя промежуточной частоты 18 и искажений сигнала, вызываемых этой перегрузкой.
Сигнал с выхода видеоусилителя 16 поступает на вход первого порогового блока 28, который обеспечивает принятие решения о принятом символе - «0» или «1», и преобразует входной аналоговый сигнал в цифровой с логическими уровнями. С выхода первого порогового блока 28 сигнал поступает на вход второго выделителя тактовой частоты 29 и на второй, стробирующий вход второго регенератора 30. В регенераторе 30 осуществляется стробирование входного сигнала по фронтам тактового сигнала, выделяемого из входного сигнала вторым выделителем тактовой частоты 29. Благодаря этому, осуществляется восстановление временных положений импульсов сигнала на выходе второго регенератора 30. С выхода второго регенератора 30 сигнал стандарта Манчестер-2 поступает на вход первого декодера 31, который осуществляет декодирование относительного кода, а затем через первый выходной усилитель 32 и согласующий блок 11 поступает на вход-выход устройства.
С выхода первого декодера 31 сигнал поступает на вход формирователя огибающей 33, где формируется огибающая пакета принимаемого сигнала. Этот сигнал огибающей пакета поступает на второй, управляющий вход второго приемника входного сигнала 12, благодаря чему, блокируется его выход на время действия сигнала огибающей пакета.
Сигнал с выхода видеоусилителя 16 поступает на вход второго порогового блока 34, который обеспечивает принятие решения о принятом символе - «0» или «1», и преобразует входной аналоговый сигнал в цифровой с логическими уровнями. С выхода второго порогового блока 34 сигнал поступает на вход третьего выделителя тактовой частоты 35 и на второй, стробирующий вход третьего регенератора 36. В регенераторе 36 осуществляется стробирование входного сигнала по фронтам тактового сигнала, выделяемого из входного сигнала третьим выделителем тактовой частоты 35. Благодаря этому, осуществляется восстановление временных положений импульсов сигнала на выходе третьего регенератора 36. С выхода третьего регенератора 36 сигнал поступает на вход второго декодера 37, который осуществляет декодирование относительного кода, и через объединитель 39 и второй выходной усилитель 40 подается на выход устройства. Объединитель 39 пропускает на свой выход либо сигнал, имеющий пакетную форму стандарта Ethernet с выхода второго декодера 37, либо в паузах между пакетами сигнал с выхода генератора тестовых импульсов 38. При этом при поступлении на вход объединителя 39 сигнала с выхода второго декодера 37, прохождение сигнала с выхода генератора тестовых импульсов 38 блокируется на время передачи сигнала с выхода второго декодера 37. Блокирование осуществляется с помощью сигнала огибающей пакета, вырабатываемого в объединителе 39. Генератор тестовых импульсов 38 вырабатывает пачки (из 2-10) импульсов длительностью около 100 не с паузой между пачками 8-24 мс. Тестовые импульсы предназначены для контроля целостности линии связи в промежутках между информационными пакетами.
Реализация вновь введенных блоков не представляет сложностей. Первый 2, второй 29 и третий 35 выделители тактовой частоты, а также первый 3, второй 30 и третий 38 регенераторы могут быть реализованы, например, как описано в [3, стр.143-151]. Первый кодер 4, второй кодер 15, а также первый декодер 31 и второй декодер 37 могут быть реализованы, как описано в [4, стр.164 и 168].
Источники информации:
1. «Системы радиосвязи», Мордухович Л.Г., Степанов А.П., М., «Радио и связь», 1987 г.
2. Патент РФ на полезную модель 
48134 «Дуплексный приемопередатчик миллиметровых волн», Золотухин А.В., Древаль А.В., 2005 г.
3. Левин Л.С., Плоткин М.А. Цифровые системы передачи информации. М., «Радио и связь», 1982 г.
4. Пенин П.И. Системы передачи цифровой информации М. «Советское радио», 1977 г.
Дуплексный приемопередатчик миллиметровых волн, содержащий первый приемник входного сигнала, согласующий блок, второй пороговый блок и первый выходной усилитель, последовательно соединенные усилитель-формирователь, модулятор, циркулятор, полосовой фильтр, смеситель, фильтр верхних частот, малошумящий усилитель, управляемый аттенюатор, усилитель промежуточной частоты, демодулятор, видеоусилитель и первый пороговый блок; генератор, выход которого соединен со вторым управляющим входом модулятора; гетеродин, выход которого соединен со вторым гетеродинным входом смесителя; антенну, вход-выход которой соединен с входом-выходом циркулятора; алгебраический сумматор, выход которого соединен со вторым управляющим входом управляемого аттенюатора, первый вход алгебраического сумматора соединен с выходом пикового детектора, а второй вход - с выходом генератора постоянного напряжения, отличающийся тем, что в него введены последовательно соединенные первый выделитель тактовой частоты, первый регенератор, первый кодер и переключатель, выход которого соединен с входом усилителя-формирователя, при этом вход первого выделителя тактовой частоты соединен с выходом первого приемника входного сигнала и со вторым стробирующим входом первого регенератора; последовательно соединенные второй приемник входного сигнала, блок привязки и второй кодер, выход которого соединен со вторым входом переключателя, при этом первый вход второго приемника входного сигнала соединен с выходом согласующего блока; генератор тактовых импульсов, выход которого подключен ко второму, тактовому входу блока привязки; последовательно соединенные второй выделитель тактовой частоты, второй регенератор, первый декодер и формирователь огибающей, выход которого соединен со вторым управляющим входом второго приемника входного сигнала; при этом второй стробирующий вход второго регенератора соединен с выходом первого порогового блока и с входом второго выделителя тактовой частоты; последовательно соединенные третий выделитель тактовой частоты, третий регенератор, второй декодер, объединитель и второй выходной усилитель, выход которого является выходом устройства, при этом вход третьего выделителя тактовой частоты соединен со вторым стробирующим входом третьего регенератора и выходом второго порогового блока; генератор тестовых импульсов, выход которого соединен со вторым входом объединителя; при этом вход первого приемника входного сигнала является входом устройства, вход первого выходного усилителя соединен с выходом первого декодера, а выход подключен к первому входу согласующего блока, вход-выход которого является входом-выходом устройства; вход пикового детектора соединен с выходом видеоусилителя и с входом второго порогового блока.
