ЦИФРОВОЙ МИКРОВОЛНОВЫЙ ПРИЕМОПЕРЕДАТЧИК С ПОВЫШЕННОЙ СКРЫТНОСТЬЮ

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.
Из известных приемопередатчиков наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является «Приемопередатчик миллиметровых волн» по патенту на полезную модель №74535 от 20.02.2008, принятый за прототип.
На фиг.1 приведена функциональная схема устройства-прототипа, где введены следующие обозначения:
35 - корректор амплитудно-частотной характеристики;
36 - второй управляемый аттенюатор;
37 - первый повышающий смеситель;
10 - первый полосовой фильтр;
9 - усилитель второй промежуточной частоты передатчика;
16 - циркулятор;
17 - антенна;
12 - первый полосовой волноводный фильтр;
21 - первый понижающий смеситель;
40 - предварительный усилитель мощности;
13 - второй вентиль;
19 - малошумящий усилитель приемника;
46 - первый управляемый аттенюатор;
11 - второй повышающий смеситель;
23 - первый усилитель первой промежуточной частоты приемника;
6 - опорный генератор;
48 - видеоусилитель;
49 - пиковый детектор;
50 - алгебраический сумматор;
51 - генератор постоянного напряжения;
32 - синтезатор частоты;
53 - блок объединения-разделения;
52 - выходной усилитель;
41 - третий вентиль;
43 - пятый вентиль;
20 - четвертый полосовой волноводный фильтр;
14 - усилитель мощности;
15 - третий полосовой волноводный фильтр;
44 - третий управляемый аттенюатор;
45 - второй усилитель первой промежуточной частоты приемника;
25 - второй полосовой фильтр;
54 - блок опорных частот;
24 - второй понижающий смеситель;
26 - усилитель второй промежуточной частоты приемника;
22 - третий полосовой фильтр;
42 - четвертый вентиль;
47 - амплитудный детектор;
18 - второй полосовой волноводный фильтр;
38 - малошумящий усилитель передатчика;
39 - первый вентиль.
Устройство-прототип содержит последовательно соединенные корректор амплитудно-частотной характеристики 35, второй управляемый аттенюатор 36, первый повышающий смеситель 37, первый полосовой фильтр 10, усилитель второй промежуточной частоты передатчика 9, второй повышающий смеситель 11, первый полосовой волноводный фильтр 12, малошумящий усилитель передатчика 38, первый вентиль 39, предварительный усилитель мощности 40, второй вентиль 13, усилитель мощности 14, третий вентиль 41, третий полосовой волноводный фильтр 15 и циркулятор 16, второй вход-выход которого присоединен к антенне 17; последовательно соединенные второй полосовой волноводный фильтр 18, четвертый вентиль 42, малошумящий усилитель приемника 19, пятый вентиль 43, четвертый полосовой волноводный фильтр 20, первый понижающий смеситель 21, первый усилитель первой промежуточной частоты приемника 23, третий управляемый аттенюатор 44, второй усилитель первой промежуточной частоты приемника 45, второй полосовой фильтр 25, первый управляемый аттенюатор 46, второй понижающий смеситель 24, усилитель второй промежуточной частоты приемника 26, третий полосовой фильтр 22 и выходной усилитель 52; последовательно соединенные амплитудный детектор 47, видеоусилитель 48, пиковый детектор 49 и алгебраический сумматор 50. Кроме того, содержит генератор постоянного напряжения 51, блок объединения-разделения 53, блок опорных частот 54, опорный генератор 6 и синтезатор частоты 32, второй выход которого соединен со вторым, гетеродинным входом второго повышающего смесителя 11, первый выход синтезатора частот 32 соединен со вторым, гетеродинным входом первого понижающего смесителя 21, второй, опорный вход - с первым выходом опорного генератора 6, а первый, управляющий вход - с третьим выходом блока объединения-разделения 53, второй выход которого соединен со вторым, управляющим входом второго управляемого аттенюатора 36; второй вход блока объединения-разделения 53 соединен с выходом выходного усилителя 52, первый выход - с входом корректора амплитудно-частотной характеристики 35, а вход-выход блока объединения-разделения 53 является входом-выходом устройства. Второй выход опорного генератора 6 соединен с входом блока опорных частот 54, первый выход которого соединен со вторым, гетеродинным входом второго понижающего смесителя 24, а второй выход - со вторым, гетеродинным входом первого повышающего смесителя 37; второй выход третьего полосового фильтра 22 соединен с входом амплитудного детектора 47, выход генератора постоянного напряжения 51 соединен со вторым входом алгебраического сумматора 50, выход которого соединен со вторыми, управляющими входами первого 46 и третьего 44 управляемых аттенюаторов, выход циркулятора 16 соединен с входом второго полосового волноводного фильтра 18.
Устройство-прототип работает следующим образом.
Со входа устройства сигнал первой промежуточной частоты передачи поступает через блок объединения-разделения 53 на вход корректора амплитудно-частотной характеристики 35, предназначенного для выравнивания амплитудно-частотной характеристики тракта передачи. Далее сигнал через второй аттенюатор 36 поступает на первый, сигнальный вход первого повышающего смесителя 37, на второй, гетеродинный вход которого подается сигнал фиксированной частоты от блока опорных частот 54.
Сигнал второй промежуточной частоты с выхода первого повышающего смесителя 37 фильтруется первым полосовым фильтром 10, усиливается усилителем второй промежуточной частоты передатчика 9 и поступает на первый, сигнальный вход второго повышающего смесителя 11, на второй, гетеродинный вход которого подается сигнал от синтезатора частоты 32. Частота выходного сигнала синтезатора частоты 32 перестраивается по управляющему сигналу от блока объединения-разделения 53 и задает частоту выходного сигнала передатчика, излучаемого в эфир.
Сигнал с выхода второго повышающего смесителя 11 фильтруется вторым полосовым волноводным фильтром 12 и последовательно усиливается малошумящим усилителем передатчика 38, предварительным усилителем мощности 40 и усилителем мощности 14. Распределение коэффициентов усиления между этими тремя усилителями обеспечивает максимальную линейность амплитудно-частотной характеристики тракта передачи. С выхода усилителя мощности 14 сигнал через третий вентиль 41, третий полосовой волноводный фильтр 15 и циркулятор 16 поступает на вход антенны 17 и излучается в эфир.
Первый 39, второй 13 и третий 41 вентили предназначены для согласования входных и выходных импедансов блоков 38, 40 и 14. Третий полосовой волноводный фильтр 15 предназначен для окончательной фильтрации выходного сигнала передатчика и снижения уровня шумов передатчика, проходящих через циркулятор 16 на вход приемника. Циркулятор 16 служит для разделения сигналов передатчика и приемника, подключенных к общей антенне 17.
Принимаемый из эфира антенной 17 сигнал через циркулятор 16, второй полосовой волноводный фильтр 18 и четвертый вентиль 42 поступает на вход малошумящего усилителя приемника 19, определяющего чувствительность приемника. При этом второй полосовой волноводный фильтр 18 обеспечивает избирательность приемника по зеркальному каналу.
С выхода малошумящего усилителя приемника 19 сигнал через пятый вентиль 43 и четвертый полосовой волноводный фильтр 20 поступает на первый, сигнальный вход первого понижающего смесителя 21, на второй, гетеродинный вход которого подается сигнал гетеродина от синтезатора частоты 32. Частота сигнала гетеродина от синтезатора частоты 32 устанавливается по управляющему сигналу от блока объединения-разделения 53.
Четвертый 42 и пятый 43 вентили предназначены для согласования входного и выходного импедансов малошумящего усилителя приемника 19 с импедансами второго 18 и четвертого 20 полосовых волноводных фильтров. Четвертый полосовой волноводный фильтр 20 снижает уровень шумов на частоте зеркального канала.
С выхода первого понижающего смесителя 21 сигнал через первый усилитель первой промежуточной частоты приемника 23, третий аттенюатор 44, второй усилитель первой промежуточной частоты приемника 45, второй полосовой фильтр 25 и первый управляемый аттенюатор 46 поступает на первый, сигнальный вход второго понижающего смесителя 24, на второй, гетеродинный вход которого подается сигнал фиксированной частоты от блока опорных частот 54.
Первый 23 и второй 45 усилители первой промежуточной частоты приемника обеспечивают основное усиление тракта приема. Первый 46 и третий 44 управляемые аттенюаторы изменяют свое затухание по управляющему сигналу с выхода алгебраического сумматора 50, обеспечивая постоянство уровня сигнала на выходе устройства при изменении уровня принимаемого сигнала, а также максимальную линейность амплитудно-частотной характеристики тракта приема.
Второй полосовой фильтр 25 обеспечивает подавление сигнала от синтезатора частоты 32, который проходит на выход первого понижающего смесителя 21. Второй понижающий смеситель 24 переносит сигнал на вторую промежуточную частоту. С выхода второго понижающего смесителя 24 сигнал поступает на вход усилителя второй промежуточной частоты приемника 26, где он усиливается до уровня, необходимого для работы амплитудного детектора 47. С выхода усилителя второй промежуточной частоты приемника 26 сигнал через третий полосовой фильтр 22 и выходной усилитель 52 поступает на второй вход блока объединения-разделения 53 и далее на выход устройства. Третий полосовой фильтр 22 обеспечивает избирательность по соседнему каналу. Выходной усилитель 52 усиливает сигнал до уровня, необходимого для передачи на выход устройства.
Со второго выхода третьего полосового фильтра 22 сигнал попадает на амплитудный детектор 47. Амплитудный детектор 47 выделяет огибающую входного сигнала, которая после усиления в видеоусилителе 48 поступает на вход пикового детектора 49, который поддерживает на своем выходе пиковые значения огибающей. В алгебраическом сумматоре 50 происходит сравнение напряжения сигнала с выхода пикового детектора 49 с опорным напряжением от генератора постоянного напряжения 51. При появлении расхождения этих напряжений на выходе алгебраического сумматора 50 вырабатывается управляющий сигнал, обеспечивающий изменение затухания первого 46 и третьего 44 управляемых аттенюаторов.
Опорный генератор 6 вырабатывает сигнал стабильной частоты, необходимый для работы блока опорных частот 54 и синтезатора частоты 32.
Блок объединения-разделения 53 служит для передачи по одному кабелю на вход-выход устройства входного и выходного сигналов устройства, а также для формирования сигналов управления для блоков 36 и 32.
Но устройство-прототип обладает недостаточно высокой пропускной способностью, обусловленной тем, что в нем используется двухпозиционная модуляция.
Задачей, решаемой при создании предлагаемой полезной модели, является достижение технического результата в виде повышения пропускной способности микроволнового приемопередатчика с повышенной скрытностью.
Для решения поставленной задачи в приемопередатчик миллиметровых волн, содержащий последовательно соединенные вентиль и усилитель мощности, последовательно соединенные третий полосовой фильтр, циркулятор и четвертый полосовой фильтр, антенну, вход-выход которой соединен со вторым входом-выходом циркулятора, последовательно соединенные пятый полосовой фильтр и первый понижающий смеситель, последовательно соединенные повышающий смеситель и второй полосовой фильтр, первый синтезатор частоты, первый выход которого соединен со вторым, гетеродинным входом повышающего смесителя, а второй выход соединен со вторым, гетеродинным входом первого понижающего смесителя, опорный генератор, усилитель промежуточной частоты передатчика, первый полосовой фильтр, малошумящий усилитель, шестой полосовой фильтр, усилитель первой промежуточной частоты приемника, второй понижающий смеситель, седьмой полосовой фильтр, усилитель второй промежуточной частоты приемника, согласно полезной модели, введены последовательно соединенные первый входной преобразователь, вход которого является первым входом устройства, мультиплексор и первый дифференциальный усилитель; последовательно соединенные демодулятор, демультиплексор и первый выходной преобразователь, выход которого является вторым выходом устройства; последовательно соединенные умножитель частоты и квадратурный модулятор; генератор тактовых импульсов; последовательно соединенные второй входной преобразователь, вход которого является третьим входом устройства, и второй дифференциальный усилитель; второй выходной преобразователь, выход которого является третьим выходом устройства, а вход соединен со вторым выходом демодулятора; второй синтезатор частоты, выход которого соединен со вторым, гетеродинным входом второго понижающего смесителя, выход которого соединен с входом седьмого полосового фильтра, а первый, сигнальный вход соединен с выходом усилителя первой промежуточной частоты приемника; блок автоматической регулировки усиления, вход которого соединен с входом демодулятора, а выход соединен со вторым, управляющим входом усилителя второй промежуточной частоты приемника; кодек, первый, сигнальный вход которого является вторым входом устройства, первый выход которого является первым выходом устройства, второй выход кодека соединен со вторым, сигнальным входом мультиплексора, второй, сигнальный вход кодека соединен со вторым выходом демультиплексора, а третий, тактовый вход соединен с первым выходом генератора тактовых импульсов, второй выход которого соединен с третьим, тактовым входом мультиплексора; выход первого дифференциального усилителя соединен с первым, модулирующим входом квадратурного модулятора, второй, модулирующий вход которого соединен с выходом второго дифференциального усилителя, а выход соединен с входом усилителя промежуточной частоты передатчика, выход которого через первый полосовой фильтр соединен с первым, сигнальным входом повышающего смесителя; выход опорного генератора соединен с входом умножителя частоты, выход второго полосового фильтра соединен с входом вентиля, выход усилителя мощности соединен с входом третьего полосового фильтра, выход четвертого полосового фильтра через малошумящий усилитель соединен с входом пятого полосового фильтра, выход первого понижающего смесителя через шестой полосовой фильтр соединен с входом усилителя первой промежуточной частоты приемника, выход седьмого полосового фильтра соединен с входом усилителя второй промежуточной частоты приемника, выход которого соединен с входом демодулятора; управляющий вход первого синтезатора частоты является четвертым входом устройства.
На фиг.2 приведена функциональная схема предлагаемого цифрового микроволнового приемопередатчика с повышенной скрытностью, где введены следующие обозначения:
1 - первый входной преобразователь;
2 - мультиплексор;
3 - первый дифференциальный усилитель;
4 - кодек;
5 - генератор тактовых импульсов;
6 - опорный генератор;
7 - умножитель частоты;
8 - квадратурный модулятор;
9 - усилитель промежуточной частоты передатчика;
10 - первый полосовой фильтр;
11 - повышающий смеситель;
12 - второй полосовой фильтр;
13 - вентиль;
14 - усилитель мощности;
15 - третий полосовой фильтр;
16 - циркулятор;
17 - антенна;
18 - четвертый полосовой фильтр;
19 - малошумящий усилитель;
20 - пятый полосовой фильтр;
21 - первый понижающий смеситель;
22 - шестой полосовой фильтр;
23 - усилитель первой промежуточной частоты приемника;
24 - второй понижающий смеситель;
25 - седьмой полосовой фильтр;
26 - усилитель второй промежуточной частоты приемника;
27 - демодулятор;
28 - демультиплексор;
29 - первый выходной преобразователь;
30 - второй выходной преобразователь;
31 - блок автоматической регулировки усиления;
32 - первый синтезатор частоты;
33 - второй синтезатор частоты;
34 - второй входной преобразователь;
35 - второй дифференциальный усилитель.
Предлагаемое устройство содержит последовательно соединенные опорный генератор 6, умножитель частоты 7, квадратурный модулятор 8, усилитель промежуточной частоты передатчика 9, первый полосовой фильтр 10, повышающий смеситель 11, второй полосовой фильтр 12, вентиль 13, усилитель мощности 14, третий полосовой фильтр 15 и циркулятор 16, второй вход-выход которого присоединен к антенне 17; последовательно соединенные четвертый полосовой фильтр 18, малошумящий усилитель 19, пятый полосовой фильтр 20, первый понижающий смеситель 21, шестой полосовой фильтр 22, усилитель первой промежуточной частоты приемника 23, второй понижающий смеситель 24, седьмой полосовой фильтр 25, усилитель второй промежуточной частоты приемника 26, демодулятор 27, демультиплексор 28 и первый выходной преобразователь 29; последовательно соединенные первый входной преобразователь 1, вход которого является первым входом устройства, мультиплексор 2 и первый дифференциальный усилитель 3; последовательно соединенные второй входной преобразователь 34, вход которого является третьим входом устройства, и второй дифференциальный усилитель 35. Кроме того, содержит генератор тактовых импульсов 5, второй выходной преобразователь 30, блок автоматической регулировки усиления 31, первый синтезатор частоты 32, второй синтезатор частоты 33 и кодек 4, первый, сигнальный вход которого является вторым входом устройства, первый выход является первым выходом устройства, второй выход - соединен со вторым, сигнальным входом мультиплексора 2, второй, сигнальный вход кодека 4 соединен со вторым выходом демультиплексора 28, а третий, тактовый вход кодека 4 соединен с первым выходом генератора тактовых импульсов 5, второй выход которого соединен с третьим, тактовым входом мультиплексора 2; выход первого дифференциального усилителя 3 соединен с первым, модулирующим входом квадратурного модулятора 8, второй, модулирующий вход которого соединен с выходом второго дифференциального усилителя 35; второй выход демодулятора 27 соединен с входом второго выходного преобразователя 30, выход которого является третьим выходом устройства; выход второго синтезатора частоты 33 соединен со вторым, гетеродинным входом второго понижающего смесителя 24; первый выход первого синтезатора частоты 32 соединен со вторым, гетеродинным входом первого повышающего смесителя 11, второй выход соединен со вторым, гетеродинным входом первого понижающего смесителя 21, а управляющий вход является четвертым входом устройства; третий выход циркулятора 16 соединен с входом четвертого полосового фильтра 18; кроме того, выход усилителя второй промежуточной частоты приемника 26 соединен с входом блока автоматической регулировки усиления 31, выход которого соединен со вторым, управляющим входом усилителя второй промежуточной частоты приемника 26; выход первого выходного преобразователя 29 является вторым выходом устройства.
Цифровой микроволновый приемопередатчик с повышенной скрытностью работает следующим образом.
Входной двухполярный сигнал поступает на первый вход устройства и с помощью первого входного преобразователя 1 преобразуется в однополярный сигнал ТТЛ-уровня, поступающий далее на первый, сигнальный вход мультиплексора 2.
На второй вход устройства поступает звуковой сигнал, который оцифровывается в кодеке 4 и поступает далее на второй, сигнальный вход мультиплексора 2. Мультиплексор 2 объединяет эти сигналы в один цифровой поток с повышенной скоростью передачи. Тактовая частота этого цифрового потока задается генератором тактовых импульсов 5. Выходной сигнал мультиплексора 2 поступает на вход первого дифференциального усилителя 3, на выходе которого формируется дифференциальный сигнал, поступающий далее на первый, модулирующий вход квадратурного модулятора 8.
Входной двухполярный сигнал поступает на третий вход устройства и с помощью второго входного преобразователя 34 преобразуется в однополярный сигнал ТТЛ-уровня, поступающий далее на вход второго дифференциального усилителя 35, на выходе которого формируется дифференциальный сигнал, поступающий далее на второй, модулирующий вход квадратурного модулятора 8.
Сигнал высокостабильного опорного генератора 6 умножается по частоте до значения промежуточной частоты при помощи умножителя частоты 7 и поступает на сигнальный вход квадратурного модулятора 8. Квадратурный модулятор 8 осуществляет квадратурную фазовую манипуляцию этого сигнала промежуточной частоты. Таким образом, поскольку манипуляция сигнала промежуточной частоты осуществляется тремя (два из которых предварительно уплотняются в мультиплексоре) независимыми информационными сигналами, повышается пропускная способность.
Модулированный сигнал с выхода квадратурного модулятора 8 поступает через усилитель промежуточной частоты передатчика 9 и первый полосовой фильтр 10 на сигнальный вход повышающего смесителя 11, на второй, гетеродинный вход которого подается сигнал с первого выхода первого синтезатора частоты 32. С помощью сигнала, поступающего на управляющий вход первого синтезатора частоты 32, осуществляется перестройка его выходной частоты.
Усилитель промежуточной частоты передатчика 9 усиливает сигнал до уровня, необходимого для последующей подачи на вход усилителя мощности 14. Первый полосовой фильтр 10 отфильтровывает нежелательные спектральные составляющие, появляющиеся после квадратурной фазовой манипуляции. Повышающий смеситель 11 осуществляет перенос входного сигнала промежуточной частоты на несущую частоту. С выхода повышающего смесителя 11 сигнал через второй полосовой фильтр 12 и вентиль 13 поступает на вход усилителя мощности 14, который усиливает сигнал несущей частоты до уровня, излучаемого в эфир.
Второй полосовой фильтр 12 отфильтровывает нежелательные спектральные составляющие, появляющиеся после преобразования частоты в смесителе 11. Вентиль 13 служит для согласования входного импеданса усилителя мощности 14 с выходным импедансом второго полосового фильтра 12.
С выхода усилителя мощности 14 сигнал через третий полосовой фильтр 15 и циркулятор 16 поступает на вход антенны 17 и излучается в эфир. Третий полосовой фильтр 15 осуществляет фильтрацию выходных шумов усилителя мощности 14, попадающих в полосу пропускания четвертого полосового фильтра 18. Циркулятор 16 служит для разделения сигналов передачи и приема.
Принятый из эфира сигнал с выхода антенны 17 поступает через циркулятор 16 и четвертый полосовой фильтр 18 на вход малошумящего усилителя 19, который обеспечивает усиление сигнала перед подачей его через пятый полосовой фильтр 20 на информационный вход первого понижающего смесителя 21. Четвертый полосовой фильтр 18 ослабляет сигналы зеркальной частоты. Пятый полосовой фильтр 20 ослабляет шумы малошумящего усилителя 19 на частоте зеркального канала.
Первый понижающий смеситель 21 осуществляет перенос входного сигнала несущей частоты на первую промежуточную частоту с помощью сигнала, который подается на его второй, гетеродинный вход с выхода первого синтезатора частоты 32.
С выхода первого понижающего смесителя 21 сигнал проходит через шестой полосовой фильтр 22 и усилитель первой промежуточной частоты приемника 23, который усиливает сигнал перед подачей его на сигнальный вход второго понижающего смесителя 24. Шестой полосовой фильтр 22 отфильтровывает нежелательные спектральные составляющие, появляющиеся после преобразования частоты в первом понижающем смесителе 21.
Второй понижающий смеситель 24 осуществляет перенос входного сигнала первой промежуточной частоты на вторую промежуточную частоту с помощью сигнала, который подается на его гетеродинный вход с выхода второго синтезатора частоты 33. С выхода второго понижающего смесителя 24 сигнал через седьмой полосовой фильтр 25 и усилитель второй промежуточной частоты приемника 26 поступает на входы демодулятора 27 и блока автоматической регулировки усиления 31. Седьмой полосовой фильтр 25 отфильтровывает нежелательные спектральные составляющие, появляющиеся после преобразования частоты в смесителе 24. Блок автоматической регулировки усиления 31 измеряет выходной сигнал усилителя второй промежуточной частоты 26 и вырабатывает на своем выходе сигнал, который поступает на второй, управляющий вход усилителя второй промежуточной частоты приемника 26. Благодаря этому выходной сигнал усилителя второй промежуточной частоты приемника 26 поддерживается на постоянном уровне.
Демодулятор 27 осуществляет квадратурную фазовую демодуляцию сигнала второй промежуточной частоты. Сигнал с первого выхода демодулятора 27 поступает на вход демультиплексора 28, который осуществляет разделение двух уплотненных цифровых сигналов.
Первый из этих сигналов поступает через первый выходной преобразователь 29 на второй выход устройства, а второй - на второй, сигнальный вход кодека 4. Первый выходной преобразователь 29 осуществляет преобразование сигнала ТТЛ-уровня в двухуровневый сигнал. Сигнал, поступающий на второй, сигнальный вход кодека 4, подвергается цифро-аналоговому преобразованию и в виде звукового сигнала поступает на первый выход устройства.
Таким образом, введение в предлагаемый микроволновый приемопередатчик с повышенной скрытностью новых блоков и связей обеспечивает более высокую пропускную способность.
Реализация блоков предлагаемой полезной модели не вызывает затруднений, т.к. они широко описаны в технической литературе.