NO852728L - Diversity-kombinator - Google Patents

Description

Di versity-kombinator

Foreliggende oppfinnelse angår en diversity-kombinator i samsvar med ingressen til de etterfølgende selvstendige patentkrav.

Ved en type diversity-mottaking av radiosignaler hvor signalene treffer adskilte mottakerantenner, og signalene om-vandles til signaler som er i fase med hverandre og som så sammenføres til ett signal som mates til en demodulator, forekommer det at det sammenførte signalet tilbakekoples til de organene hvor de mottatte signalene blir omvandlet til signaler med samme fase. Prinsippet for slik tilbakekopling er angitt i I. Granlund :"Topics in design of Antennas for scatter", Lincoln Lab, MIT, Cambridge, Techn.rep. 135, Mass. USA, Nov. 1956.

I de diversity-kombinatorene som er konstruert i samsvar med dette prinsippet, er det vanlig at de innkommende mottatte signaler med sine frekvenser har måttet gjennomgå en fler-foldig blandingsprosess for å gi opphav til signalene med sammenfallende fase på en annen frekvens enn frekvensen til det innkommende signalet. I dette tilfellet utnyttes høyfre-kvensblanderens egenskap med å avgi et utgangssignal i form av en vekselspenning med fasevinkel som er summen eller dif-feransen av fasevinklene til inngangssignalene. Et eksempel på et apparat som er utført på denne måten er beskrevet i patent CA-A-1141437. Innføringen av signaler på flere frekvenser enn den til det innkommende signalet har imidlertid medført den ulempen at falske signaler kan ha oppstått, som under visse forhold har forstyrret det ønskede signalet. Dessuten har det vært nødvendig med mange avstemte båndpassfiltere i dette apparatet.

I samsvar med foreliggende oppfinnelse er høyfrekvensbland-eren for hvert mottatt signal utformet som en modulator, innrettet for å bli styrt av et signal som har frekvens lik 0 og er likespennings-koplet til modulatorens modulasjons inngang og dertil er det anordnet en fasedreier for hvert av radiosignalene foran den fasefølsomme detektoren for oppdeling av radiosignalene i et delsignal i form av et i-fase-signal og et delsignal i form av et kvadratur-signal.

Med en diversity-kombinator anordnet i henhold til det oven-nevnte oppnås at falske signaler som er forårsaket av at signaler med flere forskjellige frekvenser opptrer i apparatet, forhindres effektivt.

En ytterligere fordel ved apparatet i samsvar med oppfinnelsen er at det har en enklere konstruksjon enn tidligere ut-førte apparater, siden det bare er nødvendig med et enkelt lavpassfilter for signalet som kommer fra detektoren, mens det tidligere kjente apparatet måtte ha båndpassfiltere for tilsvarende høyfrekvente hjelpesignaler.

I det følgende skal et apparat i samsvar med oppfinnelsen beskrives med henvisning til de medfølgende tegninger, hvor

fig. 1 viser den prinsippielle kretskoplingen for diversity-kombinatoren,

fig. 2 viser karakteristikken for en fasefølsom detektor, fig. 3 viser karakteristikken for en modulator,

fig. 4 viser karakteristikken for detektoren og modulatoren i samvirke,

fig. 5 og 6 er vektordiagrammer for delspenningene før og etter behandling i en av detektorene og modulatorene, og fig. 7 (a, b, c) viser et koplingsskjerna for en utført diversity-kombinator .

Diversity-kombinatoren i samsvar med oppfinnelsen er bereg-net for å kombinere radiosignaler som treffer to adskilte mottakerantenner. Radiosignalene har samme frekvens og det samme informasjonsinnhold. En høyfrekvensforsterker er for-bundet med hver antenne, og likeså et antall blandetrinn, med lokaloscillatorer og tilhørende mellomfrekvens-forster- trinn for suksessiv nedblanding av antennesignalet til en siste mellomfrekvens, i dette tilfellet 460 kHz. De mottatte radiosignalene er frekvensmodulerte med audiosignaler eller digitale frekvens-skift-signaler, (frequency shift keying FSK).De hittil nevnte apparatene har kjent utførelse og skal derfor ikke beskrives nærmere. Mellomfrekvenssignalene er inngangssignaler for diversity-kombinatoren.

Forsterkningen fra antennen til mellomfrekvens-signalet er den samme for begge signaler, idet dette er oppnådd ved trimming av apparatet.

Inngangssignalene har et så lavt nivå at de lineært arbei-dene kretsene i diversity-kombinatoren er gitt et dynamikk-område på minst 40 dB over inngangssignalenes støynivå.

På grunn av fading kan begge inngangssignaler ha forskjellige nivåer og forskjellige fasevinkler. Oppgaven er å sarn-menføre signalene ved hjelp av diversity-kombinatoren til et utgangssignal med et gitt nivå for å mates til en detektor.

For dette formål er kombinatoren innrettet for å omvandle hvert av inngangssignalene til et nytt signal med samme fasevinkel som fasevinkelen til et referansesignal som har samme frekvens. Den faktiske fasevinklen for referansesignalet har ingen betydning.

Prinsippet for signalbehandlingen i kombinatoren beskrives først med henvisning til fig. 1. Et inngangssignal S^,

også kalt S-^av grunner som vil fremgå senere, blir forsterket i en forsterker 1 med begrensning, og mates til en fasefølsom detektor 2, hvor signalets fasevinkel sammen-lignes med et referansesignal på ledningen A. Utgangssignalet ved B har en størrelse som er en funksjon av som er faseforskjellen mellom begge de innmatede vekselspennings-signalene, og i prinsipp er det en likespenning som er adskilt fra mellomfrekvensen, men inneholder andre overlag-

rede signaler. Forsterkeren 1 og fasedetektoren 2 er sammen-bygget i en integrert krets Z6, her av typen TBA 120S. Kretsen er vanlig og skal derfor ikke beskrives nærmere.

Et lavpassfilter 3 er innført for filtrering av utgangssig-naler fra fasedetektoren 2.

Det filtrerte utgangssignalet fra fasedetektoren brukes i en modulator Z2 til å modulere det opprinnelige signal S . på mellomfrekvensen slik at utgangssignalet fra modulatoren ved C er en vekselspenning med samme frekvens som mellomfrekvensen, med størrelse cos <p^, og med fasevinkel som er lik fasevinkelen til referansesignalet ved A. Modulatoren er en integrert krets, her av typen MC 1596. Kretsen er vanlig og skal derfor ikke beskrives nærmere.

For en beskrivelse av virkemåten til fasedetektoren 2 i samvirke med modulatoren Z2, henvises det nå til fig. 2. Utgangspenningen u ved B i fig. 1 avhenger av faseforskjellen p)^, slik det fremgår av diagrammet. For modulatoren Z2 varierer stigningsforholdet, dvs. utgangsstrøm/inngangsspen-ning, målt i Siemens (S), i avhengighet av styrespenningen u slik det fremgår av diagrammet på fig. 3. En kombinasjon av begge diagrammer gir som resultat at stigningsforholdet G for signalet S^ varierer i avhengighet av fasevinkelen

(J)^, slik det fremgår av diagrammet på fig. 4. Stignings-f orholdet er med god tilnærmelse proposjonalt med cos <p ^ .

For at det skal være mulig å gjenskape inngangssignalet S^med uforandret amplitude når informasjonen om dets fasevinkel skal frembæres av likespenningssignalet fra den fase-følsomme detektoren, oppdeles S^i to delsignaler S^,

som er lik S^, og s^q>som er fasedreiet 90° i positiv retning av en fasedreier 4, og kalles et kvadratur-signal, se fig. 1. Signalene illustreres i vektordiagrammet på fig.

5. Det fasedreiete signalet behandles i en fasedetek-tor Z7 og en modulator Z3, som er identiske med de ovenfor beskrevne enhetene Z6 og Z2. Delsignalene summeres etter be-handlingen ved D i fig. 1, hvor sum-signalet kan kalles S^<1>.Her gjelder således følgende sammenheng:

Ved vektor-summasjon av begge bidrag til ', se fig. 6, og ettersom størrelsene av S^^ og S, begge er lik stør-relsen av S^, oppstår en sum-vektor med størrelse og med fasevinkel som faller sammen med fasevinkelen til refereransespenningen.

Det andre signalet S£behandles på nøyaktig samme måte i for det innrettet kretser, slik at en sum-vektor, S^' dannes fra den på følgende måte:

S2' har størrelse lik og har en fasevinkel som likeledes faller sammen med fasevinkelen til referansespenningen.

Signalspenningene har nå samme fase, og adderes i en addi-sjonsforsterker Z8. Sum-signalet ved E i fig. 1, som inneholder hele den frekvensmodulasjonen som inngangssignalene S-^ og S2inneholdt, mates ut fra diversity-kombinatoren

for å behandles i en etterfølgende frekvensdetektor 5. Sluttforsterkeren i Z8 for sum-signalet er begrensende, slik at utgangssignalet har et konstant og temmelig høyt nivå.

Det er typisk for den her beskrevne diversity-kombinatoren at referansespenningene som brukes i alle de fase-følsomme detektorene Z6, Z7, Z9 og Z10 hentes fra utgangsspenningen ved E, dvs. de er tilbakekoplet. Ved at man har unngått en spesiell oscillator for frembringelse av en referansespen- ning med samme frekvens som inngangssignalene, er det gjort mulig å unngå falske signaler som vanligvis ellers ville forekomme når en vekselspenning fra en spesiell oscillator blandes med inngangssignalene. Det at referansespenningene inneholder samme frekvensmodulasjon som inngangssignalene, medfører i dette apparatet i samsvar med oppfinnelsen, at signalene som mates ut fra detektorene Z6, Z7, Z9 og Z10 ikke inneholder noen frekvensmodulasjon, siden modulasjonen i begge spenningene som er matet inn har utlignet hverandre.

Det kan nevnes at tilbakekoplingskretsen for referansespenningen har en båndbredde på 3kH, i det vesentlige bestemt av lavpass-filtrene 3 osv.

Utførelsen av diversity-kombinatoren er vist i detalj i kop-lingsskjemaet på fig. 7. Betegnelsene for de integrerte kretsene er de samme i diagrammet som i fig. 1. Buffering og fasedreiing 90° av inngangssignalene og S2utføres av N-P-N-transistorene V5, V6 og svingekretsene L1C2 og L.2C4, som er avstemt etter inngangssignalenes bæref rek vens. Det fasedreide delsignalet S og det ikke-fasedreide delsignalet S, . mates til forsterkerinngangen på begrensere, til inngang 14 på Z6 osv., og på balanserte modulatorer, til inngang 1 på Z2 osv.

Det samførte utgangssignalet fra diversity-kombinatoren dannes ved å kople signalet C fra utgangene 6 på de fire balanserte modulatorene Z2-Z5 til en felles belastning, den avstemte kretsen L3C46. Det kombinerte signalet begrenses i Z8 og utmates som det balanserte signalet E på utgangene 6 og 10, og tilbakekoples som referansesignalet A til inngang-ene 7 og 9 på de fire fasedetektorene Z6, 7, 9, 10. Det ut-matede signalet for modulering fremkommer på utgangen 8. Motstandene R35 osv. bestemmer utgangssignalets nivå. RC-filteret C15R21C27 osv. , som tilsvarer lavpassfilteret 3 på fig. 1, er innsatt for å filtrere bort radiofrekvens og fastlegge styrekretsens båndbredde til ca. 3kHz.

Det modulerende signalet B mates til inngangen 7 på Z2 osv. En forspenning hentes fra potensiometeret R66 og tilføres til balanserings-inngangen 8. Forspenningen oppnås ved at forsyningsstrømmen til Z6-Z10 går gjennom motstanden R48. Forsyningsstrømmen varierer med apparatets temperatur, og dermed varierer også forspenningen på inngangen 8, hvilket medfører en viss grad av kompensering for temperaturendring-en .

Forspenning til forsterkertrinnene i Z2-Z5 oppnås ved spen-ningsdeling i R17R18. Begrenserne har innebygde forspen-nings-kretser.

Nødvendige forspenninger for modulatorinngangene på Z2-Z5 oppnås ved å mate disse med + 11 volt. Begrenserne mates med +8 volt.

Forsterkeren Z8, som her også er av typen TBA 120S, inneholder en overflødig detektor, som brukes som frekvensdetektor for utgangssignalet E fra diversity-kombinatoren. Kvadratur-referansespenningen for denne detektoren oppnås fra den avstemte kretsen L4C40. Det demodulerte signalet fremkommer på utgangen 8.

Claims (2)

1. Diversity-kombinator for summering før detektering av to eller flere mottatte radiosignaler med definerte bærebøl-ger med samme frekvens, hvilken kombinator omfatter avsnitt for hvert av radiosignalene (S^ ; $ 2^' en fasefølsom detektor (2), styrt av et referansesignal (A) som er felles for alle detektorene og med et utgangssignal^B} som inneholder informasjon om radiosignalets fasevinkel, og en anordning (Z2-Z5) styrt av utgangssignalet fra den til-hørende fasefølsomme detektoren (2) for omforming av radiosignalet til et vekselspenningssignal (C) med samme fasevinkel som den til referansesignalet (A), og for alle radiosignalene sammen, en addisjonsenhet (Z8) for summering av de likefasete vek-selspennings-signalene fra alle anordningene for omforming (Z2-Z5) til et sum-signal (E), i hvilket de mottatte radiosignalene er summert, hvorved sum-signalet (E) er koplet til styreinngangene til de fasefølsomme detektorene (2) for der å virke som det for alle detektorene felles referansesignalet, karakterisert ved at anordningene for omforming (Z2-Z5) er modulatorer innrettet for styring ved hjelp av utgangssignalet fra den tilhørende fasefølsomme detektoren (2), hvilket signal har frekvens lik 0 og er likespenningskoplet til modulatorens modulasjonsinngang.

2. Kombinator som angitt i krav 1, karakterisert ved at en fasedreier (4) for hvert av radiosignalene er anordnet foran den fasefølsomme detektoren (2) for oppdeling av radiosignalene i ett delsignal (S-^ ; S2^ ) i form av et i-fase-signal og et delsignal (S^ ; S2q^ ^ f° rm av et kvadratur-signal.