ДУПЛЕКСНЫЙ ПРИЕМОПЕРЕДАТЧИК МИЛЛИМЕТРОВЫХ ВОЛН С ПОВЫШЕННЫМ БЫСТРОДЕЙСТВИЕМ

Предлагаемая 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» (Мордухович Л.Г., Степанов А.П.«Системы радиосвязи», М., «Радио и связь», 1987 г.). Однако эти приемопередатчики имеют высокое энергопотребление и большие габариты.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является «Дуплексный приемопередатчик миллиметровых волн» по свидетельству на полезную модель №24062 Н 04 В 7/14 от 20.07.2002 г, авторов Золотухина А.В., Древаля А.В., принятый за прототип.
На фиг.1 приведена функциональная схема устройства-прототипа, где введены следующие обозначения:
1 - входной согласующий блок;
2 - приемник входного сигнала;
3 - первый регенератор;
4 - блок синхронизации передатчика;
5 - декодер трехуровневого кода;
6 - скремблер;
7 - кодер относительного кода;
8 - усилитель-формирователь;
9 - модулятор;
10 - генератор;
11 - циркулятор;
12 - антенна;
13 - смеситель;
14 - гетеродин;
15 - фильтр верхних частот;
16 - усилитель промежуточной частоты;
17 - демодулятор;
18 - видеоусилитель;
19 - пороговый блок;
20 - второй регенератор;
21 - блок синхронизации приемника;
22 - декодер относительного кода;
23 - дескремблер;
24 - кодер трехуровнего кода;
25 - выходной усилитель;
26 - выходной согласующий блок.
Устройство-прототип содержит последовательно соединенные входной согласующий блок 1, приемник входного сигнала 2, первый регенератор 3, декодер трехуровневого кода 5, скремблер 6, кодер относительного кода 7, усилитель-формирователь 8, модулятор 9, выход которого соединен с первым входом циркулятора 11, второй вход которого, являющийся также и его вторым выходом, соединен с антенной 12. При этом выход приемника входного сигнала 2 соединен с входом блока синхронизации передатчика 4, выход которого соединен с входами синхронизации первого регенератора 3, декодера трехуровневого кода 5, скремблера 6 и кодера относительного кода 7. Выход генератора 10 соединен со вторым, сигнальным входом модулятора 9. Кроме того, содержит последовательно соединенные смеситель 13, фильтр верхних частот 15, усилитель промежуточной частоты 16, демодулятор 17, видеоусилитель 18, пороговый блок 19, второй регенератор 20, декодер относительного кода 22, дескремблер 23, кодер трехуровнего кода 24, выходной усилитель 25 и выходной согласующий блок 26, выход которого является выходом устройства. Кроме этого, выход порогового блока 19 соединен с входом блока синхронизации приемника 21, выход которого
соединен с входами синхронизации второго регенератора 20, декодера относительного кода 22, дескремблера 23 и кодера трехуровнего кода 24. Выход гетеродина 14 соединен со вторым, гетеродинным входом смесителя 13, вход которого соединен с первым выходом циркулятора 11. Вход входного согласующего блока 1 является входом устройства.
Устройство-прототип работает следующим образом. С входа устройства цифровой сигнал через входной согласующий блок 1 поступает на вход приемника входного сигнала 2, с выхода которого сигнал поступает на входы первого регенератора 3 и блока синхронизации передатчика 4. Блок синхронизации передатчика 4 выделяет сигнал тактовой частоты и формирует из него сигналы тактовой синхронизации, необходимые для работы первого регенератора 3, декодера трехуровнего кода 5, скремблера 6 и кодера относительного кода 7. Регенератор 3 восстанавливает форму и временные положения кодовых символов. Декодер трехуровнего кода 5 преобразует цифровой сигнал, передаваемый в коде HDB-3, с заполнением 0,5 в двухуровневый двоичный сигнал с заполнением 1. Далее сигнал подвергается скремблированию в скремблере 6 и относительному кодированию в кодере относительного кода 7 с целью придания ему соответствующих статистических характеристик, необходимых для выделения сигнала тактовой синхронизации в блоке синхронизации приемника 21. Усилитель-формирователь 8 обеспечивает уровень и форму сигнала, поступающего на первый, управляющий вход модулятора 9. Модулятор 9 осуществляет модуляцию сигнала, поступающего на его второй, сигнальный вход с выхода генератора 10. Модулированный сигнал через циркулятор 11 поступает в антенну 12 и излучается в эфир.
Принимаемый из эфира сигнал с выхода антенны 12 через циркулятор 11 попадает на первый, сигнальный вход смесителя 13. Циркулятор 11 обеспечивает разделение передаваемого и принимаемого сигналов. Смеситель 13с помощью гетеродина 14 преобразует принимаемый сигнал в сигнал промежуточной частоты. Фильтр верхних частот 15 ослабляет сигнал,
образующийся при взаимодействии в смесителе 13 принимаемого сигнала и сигнала от генератора 10, попадающего на смеситель 13 через циркулятор 11. Усилитель промежуточной частоты 16 обеспечивает усиление сигнала и частотную избирательность приемника. После демодулятора 17 сигнал поступает на вход видеоусилителя 18, обеспечивающего необходимое усиление сигнала для работы порогового блока 19. Пороговый блок 19 обеспечивает принятие решения о принятом символе - «0» или «1». С выхода порогового блока 19 сигнал поступает на входы второго регенератора 20 и блока синхронизации приемника 21. Блок синхронизации приемника 21 осуществляет выделение сигнала тактовой частоты и формирует из него сигналы тактовой синхронизации, необходимые для работы регенератора 20, декодера относительного кода 22, дескремблера 23 и кодера трехуровнего кода 24.
Второй регенератор 20 восстанавливает форму и временные положения кодовых символов. Декодер относительного кода 22 и дескремблер 23 выполняют операции, обратные операциям кодера относительного кода 7 и скремблера 6 соответственно. Кодер трехуровнего кода 24 преобразует двоичный двухуровневый сигнал в сигнал трехуровнего кода HDB-3. Далее усиленный выходным усилителем 25 сигнал поступает через выходной согласующий блок 26 на выход устройства.
Устройство-прототип обладает недостаточно высоким быстродействием.
Для устранения указанного недостатка в дуплексный приемопередатчик миллиметровых волн с повышенным быстродействием, содержащий последовательно соединенные входной согласующий блок, вход которого является входом устройства, и приемник входного сигнала; последовательно соединенные усилитель-формирователь, модулятор и циркулятор; последовательно соединенные смеситель и фильтр верхних частот; последовательно соединенные усилитель промежуточной частоты, демодулятор, видеоусилитель и первый пороговый блок; последовательно
соединенные выходной усилитель и выходной согласующий блок, выход которого является выходом устройства; первый и второй регенераторы; генератор, выход которого соединен со вторым, сигнальным входом модулятора; гетеродин, выход которого соединен со вторым, гетеродинным входом смесителя; антенну, соединенную со вторым входом-выходом циркулятора, согласно полезной модели, введены последовательно соединенные первая дифференцирующая цепочка, первый ключ, первый колебательный контур и второй пороговый блок, выход которого соединен с первым, сигнальным входом первого регенератора; последовательно соединенные второй ключ и первый блок задержки, выход которого соединен со вторым, тактовым входом первого регенератора, выход которого соединен с входом усилителя-формирователя; последовательно соединенные малошумящий усилитель и управляемый аттенюатор, выход которого соединен с входом усилителя промежуточной частоты; последовательно соединенные пиковый детектор и алгебраический сумматор; последовательно соединенные вторая дифференцирующая цепочка, третий ключ, второй колебательный контур и третий пороговый блок, выход которого соединен с первым, сигнальным входом второго регенератора; последовательно соединенные генератор тестовых импульсов и объединитель; первый, второй и третий генераторы постоянного напряжения; блок регистрации тестовых импульсов, второй блок задержки, выход которого соединен со вторым, тактовым входом второго регенератора; полосовой фильтр, вход которого соединен с первым выходом циркулятора, а выход - с первым, сигнальным входом смесителя; при этом выход приемника входного сигнала соединен с входом первой дифференцирующей цепочки, с первым, сигнальным входом второго ключа и с входом блока регистрации тестовых импульсов, выход которого соединен со вторым, управляющим входом второго ключа; выход первого генератора постоянного напряжения соединен со вторым, управляющим входом первого ключа; выход фильтра верхних частот соединен с входом малошумящего усилителя, выход второго
генератора постоянного напряжения соединен со вторым входом алгебраического сумматора, выход которого соединен со вторым, управляющим входом управляемого аттенюатора, выход третьего генератора постоянного напряжения соединен со вторым, управляющим входом третьего ключа; выход первого порогового блока соединен с входами второго блока задержки и второй дифференцирующей цепочки, выход второго регенератора соединен с первым входом объединителя, выход которого соединен с входом выходного усилителя; кроме того, выход видеоусилителя соединен с входом пикового детектора.
На фиг.2 приведена функциональная схема предлагаемого дуплексного приемопередатчика миллиметровых волн, где введены следующие обозначения:
1 - входной согласующий блок;
2 - приемник входного сигнала;
3 - первый регенератор;
4 - блок регистрации тестовых импульсов;
5 - первый ключ;
6 - первая дифференцирующая цепочка;
7 - второй ключ;
8 - усилитель-формирователь;
9 - модулятор;
10 - генератор;
11 - циркулятор;
12 - антенна;
13 - смеситель;
14 - гетеродин;
15 - фильтр верхних частот;
16 - усилитель промежуточной частоты;
17 - демодулятор;
18 - видеоусилитеь;
19 - первый пороговый блок;
20 - второй регенератор;
21 - первый генератор постоянного напряжения;
22 - первый колебательный контур;
23 - второй пороговый блок;
24 - первый блок задержки;
25 - выходной усилитель;
26 - выходной согласующий блок;
27 - полосовой фильтр;
28 - малошумящий усилитель;
29 - управляемый аттенюатор;
30 - пиковый детектор;
31 - алгебраический сумматор;
32 - второй генератор постоянного напряжения;
33 - второй блок задержки;
34 - вторая дифференцирующая цепочка;
35 - третий ключ;
36 - второй колебательный контур;
37 - третий пороговый блок;
38 - третий генератор постоянного напряжения;
39 - генератор тестовых импульсов;
40 - объединитель.
Предлагаемое устройство содержит последовательно соединенные входной согласующий блок 1, вход которого является входом устройства, приемник входного сигнала 2, первую дифференцирующую цепочку 6, первый ключ 5, первый колебательный контур 22, второй пороговый блок 23, первый регенератор 3, усилитель-формирователь 8, модулятор 9, циркулятор 11, полосовой фильтр 27, смеситель 13, фильтр верхних частот 15, малошумящий усилитель 28, управляемый аттенюатор 29, усилитель промежуточной частоты 16, демодулятор 17, видеоусилитель 18, первый
пороговый блок 19, вторую дифференцирующую цепочку 34, третий ключ 35, второй колебательный контур 36, третий пороговый блок 37, второй регенератор 20, объединитель 40, выходной усилитель 25 и выходной согласующий блок 26. выход которого является выходом устройства. Кроме того, содержит последовательно соединенные второй ключ 7 и первый блок задержки 24, выход которого соединен со вторым, тактовым входом первого регенератора 3; блок регистрации тестовых импульсов 4, вход которого соединен с входом первой дифференцирующей цепочки 6 и первым, сигнальным входом второго ключа 7, а выход - со вторым, управляющим входом второго ключа 7; первый генератор постоянного напряжения 21, выход которого соединен со вторым, управляющим входом первого ключа 5; генератор 10, выход которого соединен со вторым, сигнальным входом модулятора 9; антенну 12, подключенную ко второму входу-выходу циркулятора 11; гетеродин 14, выход которого соединен со вторым, гетеродинным входом смесителя 13; последовательно соединенные пиковый детектор 30 и алгебраический сумматор 31, второй вход которого соединен с выходом второго генератора постоянного напряжения 32, а выход - со вторым, управляющим входом управляемого аттенюатора 29, причем вход пикового детектора 30 соединен с выходом видеоусилителя 18; второй блок задержки 33, вход которого соединен с выходом первого порогового блока 19, а выход - со вторым, тактовым входом второго регенератора 20; третий генератор постоянного напряжения 38, выход которого соединен со вторым, управляющим входом третьего ключа 35; генератор тестовых импульсов 39, выход которого соединен со вторым входом объединителя 40.
Дуплексный приемопередатчик миллиметровых волн работает следующим образом. С входа устройства цифровой сигнал через входной согласующий блок 1 и приемник входного сигнала 2 поступает на входы блока регистрации тестовых импульсов 4, первой дифференцирующей цепочки 6 и первый, сигнальный вход второго ключа 7. При обнаружении тестовых импульсов, поступающих на входной согласующий блок 1 в
промежутках между информационными пакетами, блок регистрации тестовых импульсов 4 закрывает второй ключ 7, не давая проходить тестовым импульсам далее по тракту, поскольку нет необходимости передавать их в эфир. При поступлении же на вход блока регистрации тестовых импульсов 4 информационных пакетов, второй ключ 7 открыт. Первая дифференцирующая цепочка 6 формирует короткие импульсы, совпадающие по времени с фронтами информационных импульсов. Эти короткие импульсы открывают первый ключ 5, через который напряжение от генератора постоянного напряжения 21 поступает на первый колебательный контур 22, возбуждая в нем свободные колебания, которые оказываются привязанными по фазе к информационным импульсам. С выхода первого колебательного контура 22 синусоидальный сигнал поступает на вход второго порогового блока 23, вырабатывающего прямоугольные тактирующие импульсы. Первый регенератор 3 восстанавливает форму и временные положения информационных импульсов. Поскольку свободные колебания в первом колебательном контуре 22 возникают практически одновременно с появлением на входе первой дифференцирующей цепочки 6 первого информационного импульса, появляющиеся на выходе второго порогового блока 23 тактирующие импульсы пригодны для восстановления в первом регенераторе 3 первого же информационного импульса, поступившего на вход устройства. Таким образом, обеспечивается максимально быстрое прохождение информационного сигнала от входа устройства до антенны, т.е. обеспечивается повышенное быстродействие. Первый блок задержки 24 необходим для фазирования информационных и тактовых импульсов, поступающих на первый регенератор 3. Далее сигнал поступает на вход усилителя-формирователя 8, который обеспечивает уровень и форму сигнала, поступающего на первый, управляющий вход модулятора 9. Модулятор 9 осуществляет модуляцию сигнала, поступающего на его второй, сигнальный вход с выхода генератора 10. Генератор 10 работает в диапазоне 36-39,5 ГГц. Модулированный сигнал через
циркулятор 11 поступает в антенну 12 и излучается в эфир. Циркулятор 11 обеспечивает разделение передаваемого и принимаемого сигналов.
Принимаемый из эфира сигнал с выхода антенны 12 поступает через циркулятор 11 и полосовой фильтр 27 на первый, сигнальный вход смесителя 13. Смеситель 13с помощью гетеродина 14, работающего в диапазоне частот 36-39,5 ГТц, преобразует принимаемый сигнал в сигнал промежуточной частоты. Фильтр верхних частот 15 ослабляет сигнал, образующийся при взаимодействии в смесителе 13 принимаемого сигнала и сигнала от генератора 10, попадающего на смеситель 13 через циркулятор 11 и полосовой фильтр 27. Через малошумящий усилитель 28, управляемый аттенюатор 29 и усилитель промежуточной частоты 16 сигнал поступает на вход демодулятора 17, где выделяется информационный модулирующий сигнал, который усиливается в видеоусилителе 18 и подается на входы первого порогового блока 19 и пикового детектора 30. Пиковый детектор 30 регистрирует медленные изменения уровня сигнала, а алгебраический сумматор 31 определяет разность между этим уровнем и уровнем опорного напряжения, вырабатываемого генератором постоянного напряжения 32. Сигнал с выхода алгебраического сумматора 31 управляет затуханием управляемого аттенюатора 29, поддерживая выходной сигнал видеоусилителя 18 на постоянном уровне при изменениях уровня сигнала на первом входе управляемого аттенюатора 29. Такая система автоматической регулировки усиления позволяет значительно повысить динамический диапазон приемной части приемопередатчика, поскольку уровень сигнала на входе усилителя промежуточной частоты 16 поддерживается практически постоянным, не допуская перегрузки усилителя промежуточной частоты 16 и искажений сигнала, вызываемых этой перегрузкой.
Первый пороговый блок 19 обеспечивает принятие решения о принятом символе - «0» или «1». Вторая дифференцирующая цепочка 34, третий генератор постоянного напряжения 38, третий ключ 35, второй колебательный контур 36 и третий пороговый блок 37 осуществляют
выделение тактовых импульсов, необходимых для регенерации информации во втором регенераторе 20. Поскольку свободные колебания во втором колебательном контуре 36 возникают практически одновременно с появлением на входе второй дифференцирующей цепочки 34 первого информационного импульса, появляющиеся на выходе третьего порогового блока 37 тактирующие импульсы пригодны для восстановления во втором регенераторе 20 первого же информационного импульса, поступившего на вход устройства. Таким образом, обеспечивается максимально быстрое прохождение информационного сигнала от антенны до выхода устройства, т.е. обеспечивается повышенное быстродействие. Второй регенератор 20 восстанавливает форму и временные положения информационных импульсов. Второй блок задержки 33 необходим для фазирования информационных и тактовых импульсов, поступающих на второй регенератор 20. Генератор тестовых импульсов 39 вырабатывает тестовые импульсы, передаваемые на выход приемопередатчика в промежутках между информационными пакетами. При этом, объединитель 40 пропускает на выход сигналы с выхода генератора тестовых импульсов 39 или с выхода второго регенератора 20. С выхода объединителя 40 цифровой сигнал, усиленный выходным усилителем 25, поступает через выходной согласующий блок 26 на выход устройства.
Таким образом, по сравнению с прототипом, предлагаемая полезная модель имеет более высокое быстродействие.