СПОСОБ И СИСТЕМА ПЕРЕДАЧИ ОПРЕДЕЛЕННЫХ ДАННЫХ НА ОДНОЙ ЧАСТОТЕ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ НЕСКОЛЬКИХ ЛИНЕЙНЫХ ПОЛЯРИЗОВАННЫХ СИГНАЛОВ
METHOD AND SYSTEM FOR TRANSMITTING SPECIFIC DATA AT ONE FREQUENCY WITH THE USE OF SEVERAL LINEAR POLARIZED SIGNALS

ССЫЛОЧНЫЕ ДОКУМЕНТЫ ДЛЯ РОДСТВЕННЫХ ЗАЯВОК
[001] В настоящем приложении изложено содержание безусловной патентной заявки под номером PCTVUS 2013/037875 "Передача различных данных на одной частоте с использованием нескольких линейных поляризованных сигналов" от 24 апреля 2013 г., в которой изложены пункты изобретения безусловной патентной заявки под номером 13/477084 "Передача различных данных на одной частоте с использованием нескольких линейных поляризованных сигналов", поданной 22 мая 2012 г. в Бюро по регистрации патентов и торговых марок США. Спецификации упомянутых выше заявок представлены в настоящем документе полностью.
[002] Спецификация упомянутой выше патентной заявки представлена в настоящем документе полностью.
ПРЕДПОСЫЛКА СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[003] Метод и система, представленные в настоящем изобретении, в общем, относятся к передаче информации. Более конкретно, представленные метод и система относятся к одновременному соединению нескольких каналов с различными данными на одной частоте посредством нескольких линейных поляризованных сигналов.
[004] В современных спутниках и наземных радиостанциях частоты используются многократно посредством передачи сигналов в две ортогональные полярности одной из двух схем поляризации, а именно, левой и правой круговой поляризации, или вертикальной и горизонтальной линейной поляризации. Как правило, таким образом, можно передать не более двух сигналов по одному и тому же или ближайшему к нему пути, при этом каждый путь занимает одну из двух ортогональных поляризаций только в одной из двух схем поляризации. В патенте № US 7590191 В1 и US 7957425, так же как и в заявке США 13/237846, описаны методы, призванные увеличить мощность передаваемых электромагнитных сигналов за счет сочетания циркуляционных и линейных поляризованных сигналов. Существует необходимость в разработке способа повышения передачи данных с использованием только линейно поляризованных сигналов.
[005] В линейной поляризации электрический компонент или магнитный компонент электромагнитной волны находится в границах одной плоскости вдоль направления распространения электромагнитной волны. Линейно поляризованные сигналы являются либо горизонтально, либо вертикально поляризованными, каждый из таких сигналов ортогонален по отношению к другому, то есть повернут на 90 градусов вокруг оси передачи. При передаче такие сигналы не создают друг другу помех, т.к. поступают раздельно за счет использования поляризованных приемных антенн.
[006] Поляризация электромагнитного сигнала может быть осуществлена с помощью различных методов, например, с помощью формы элементов излучения в антенне, если антенна низкочастотная, или с помощью дипольной подачи в облучатель и отражатель параболической антенны с более высокой полосой частот, а также за счет специализированных передатчиков или фильтров в случае со светом.
[007] Основной принцип электромагнитных волн - это принцип линейной суперпозиции: "при одновременном присутствии в одном месте двух или более волн, получающаяся в результате волна является суммой отдельных волн." Физика, 3-е издание, Катнел/Джонсон, Вайли энд Санс 1995.ISBN 0-471-59773-2, стр 521 (Physics 3rd Edition by Cutnell/Johnson, Wiley and Sons, 1995. ISBN 0-471-59773-2). "Обратный сигналы" - два одних и тех же сигнала, которые расположены точно под 180 градусами по фазе, таким образом, когда два обратных сигнала одинаковой амплитуды соединяются, они дают сумму нулевой мощности, погашая друг друга.
[008] Используемый по тексту термин "рупорный облучатель" или "облучатель" относится к устройству, которое включает в себя как облучатель, так и преобразователь, также называемый поляризационным преобразователем. Преобразователь может включать в себя радиатор или антенну-вибратор, которая излучает поляризованные сигналы для последующей передачи. Типичный преобразователь представляет собой механическое устройство, прикрепленное к рупорному облучателю. Облучатель освещает антенну, а также подхватывает уже поляризованные сигналы, принимает их и передает принятые сигналы на преобразователь. Преобразователь также прокладывает маршруты сигналов данных от передающей стороны первичных фланцев к отражателю или от отражателя к приемной стороне вторичных фланцев.
[009] Используемый в тексте термин "сигнал передачи данных" означает электромагнитный сигнал, модулированный для передачи информации любого вида. Термины "информационный сигнал" и "сигнал передачи данных" обозначают электромагнитный сигнал, который содержит закодированную информацию, подлежащую передаче.
[0010] Частотный диапазон представляет собой набор частот с одной средней частотой и множеством боковых частот. Два сигнала "одной частоты" означают, что минимум одна из частот в частотном диапазоне, используемая для передачи сигнала, является одной и той же частотой для обоих сигналов, т.е. она перекрывает минимум одну часть частотного диапазона. Оба сигнала могут занимать одну и ту же частотную полосу или частично перекрывающиеся полосы. Сигналы передачи данных могут передавать цифровую или аналоговую информацию. "Ось передачи" - это линия между передающей антенной и соответствующей приемной антенны.
[0011] Электромагнитные волны не взаимодействуют при передаче через не поглощающие среды, такие как пространство. Горизонтальные и вертикальные линейно поляризованные сигналы передачи данных не изменяют друг друга во время и после передачи и проходят через пространства, не создавая помех. До сих пор, из-за возникавших помех и шума, в одной схеме поляризации, для передачи различных данных на одной частоте, могло использоваться только два сигнала передачи данных. Это означает, что на заданной частоте одновременно может быть передано не более двух сигналов, по одному на каждой полярности выбранной схемы поляризации. Существует необходимость передачи дополнительных сигналов данных с использованием линейных схем поляризации с увеличением пропускной способности данных. Также существует необходимость в разработке способа одновременной передачи до, например, трех сигналов передачи данных на одно и той же частоте с помощью линейных поляризационных сигналов.
[0012] Следовательно, уже давно существует необходимость в дополнительной передачи различных данных на одной частоте с использованием нескольких линейно поляризованных сигналов передачи данных
КРАТКОЕ ИЗЛОЖЕНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0013] В настоящем разделе изложены выборочные концепции в упрощенной форме, которые описаны более развернуто в соответствующем разделе. Настоящее краткое изложение не направлено на ограничение объема заявленного предмета изобретения.
[0014] Описанные в настоящем изобретении метод и система затрагивают вышеперечисленные потребности в обеспечении одновременной передачи трех (вместо двух) различных сигналов данных на одной и той же частоте, а также удвоении мощности в мобильных системах. Метод и система, представленные в изобретении, относятся к дополнительной передаче различных данных на одной частоте с использованием нескольких линейно поляризованных электромагнитных выпусков, способствующих увеличению мощности. Данные метод и система могут быть использованы в любых средах, в которых электромагнитные сигналы могут быть поляризованы. Передатчик данных представляет множество сигналов передачи данных, передающих первый вид данных, второй вид данных и третий вид данных, при этом сигналы передачи данных находятся на одной и той же частоте. Каждый сигнал передачи данных представляет собой поток информации, аналоговой или цифровой, кодируемый любым из известных средств на передающем носителе выбранной частоты передачи. Сигналы передачи данных содержат первый сигнал передачи данных, передающий первый вид данных, второй сигнал передачи данных, передающий второй вид данных и третий сигнал передачи данных, передающий третий вид данных. Одно или несколько передающих устройств передает первый сигнал передачи данных и обратную копию первого сигнала передачи данных в две ортогональные линейные полярности схемы линейной поляризации. Передающее устройство также передает второй сигнал передачи данных в линейной полярности с вращением 45 градусов вокруг оси передачи либо от первого сигнала передачи данных, либо от обратной копии первого сигнала передачи данных. Второй сигнал передачи данных передается либо от того же места, что и первый сигнал передачи данных, либо от другого места, отличного от первого сигнала передачи данных.
[0015] Одна или несколько приемных станций получают передаваемый сигнал первой передачи данных, обратную копию первого сигнала передачи данных, а также второй сигнал передачи данных.
[0016] В одном варианте осуществления настоящего изобретения передающие устройства передают третий сигнал передачи данных (S3) в линейной полярности, при этом третий сигнал передачи данных передается ортогонально второму сигналу передачи данных. Третий сигнал передачи данных передается с 315 градусом или, что эквивалентно соответствует степени поворота -45 градусов вокруг оси передачи либо от первого сигнала передачи данных, либо от обратной копии первого сигнала передачи данных, и, следовательно, ортогонального второму сигналу передачи данных.
-1
[0017] В данном варианте настоящего изобретения первый сигнал передачи данных (S1), а также обратная копия первого сигнала передачи данных (S1), сдвинутый на 180 градусов по фазе, поляризованы в ортогональной линейной полярности, например, горизонтальной и вертикальной полярности, и передаются в ортогональные поляризации из того же места. Эти сигналы передаются из той же точки и поддерживают соотношение инвертированной фазы в то время, как сигнал распространяется через среду. Перед передачей фаза и амплитуда первого сигнала передачи данных и обратной копии первого сигнала передачи данных корректируются по мере необходимости для того, чтобы первый сигнал передачи данных и обратная копия первого сигнала передачи данных погасили друг друга, когда они получены в комбинации. Полная отмена двух электромагнитных сигналов происходит, когда два одинаковых сигнала, которые отклоняются на 180 градусов по фазе и равной амплитуде, объединяются и поступают вместе. В возникающей передаче S1 и S1 обратной копии получаются нули при 45 градусах, 135 градусах, 225 градусах и 315 градусах, если смотреть вокруг оси передачи. Нули двух передаваемых обратных сигналов происходят при +45 градусах от вертикали и, тождественно, при +45 градусах по горизонтали.
-1
-1
[0018] Второй сигнал передачи данных S2 передается в нуль первых сигналов передачи данных на 45 градусах. Третий сигнал передачи данных S3 передается в нуль при -45 градусах и является ортогональным второму сигналу передачи данных S2. Принимающий облучатель, выровненный с полярностью передачи второго сигнала передачи данных, принимает отсутствие помех от двух обратных первых сигналов передачи данных, а второй сигнал передачи данных передается в нуль обратных сигналов S1 и S1. Второй сигнал данных находится ортогонально по отношению к третьему сигналу передачи данных, что приводит к отсутствию помех от третьего сигнала передачи данных. Следовательно, правильно выровненная приемная антенна принимает второй сигнал передачи данных S2 с нулевой помехой от первых сигналов передачи данных S1 и S1или от третьего сигнала передачи данных S3. Второй сигнал передачи данных принимается на приемных станциях в обеих ортогональных линейных полярностях. Полученный второй сигнал передачи данных в одной из ортогональных линейных полярностей соединяется в фазе с полученным вторым сигналом передачи данных в другой ортогональной линейной полярности, что уменьшает уровень помех от первого сигнала передачи данных и обратной копии первого сигнала передачи данных.
-1
[0019] Принимающий облучатель, выровненный с полярностью передачи третьего сигнала передачи данных, принимает нулевые помехи от двух обратных первых сигналов передачи данных, третий сигнал передачи данных передается на нуль двух обратных первых сигналов передачи данных. Третий сигнал данных находится ортогонально по отношению ко второму сигналу передачи данных, что приводит к отсутствию помех от третьего сигнала передачи данных. Следовательно, правильно выровненная приемная антенна принимает третий сигнал передачи данных S3 с нулевой помехой от первых сигналов передачи данных S1 и S1 или от второго сигнала передачи данных S2.
[0020] Для получения первого сигнала передачи данных используют антенну с вертикальной и горизонтальной приемной полярностью. Для сбора выбранных двух обратных сигналов, полярности антенного облучателя должны быть выровнены с полярностями передачи SI, S1 и обратный S1 - в двух принимающих линейных портах, вертикальном или горизонтальном. Один из наборов данных, полученных либо в горизонтальной, либо в вертикальной полярности, инвертируется, а затем один из двух наборов принятых сигналов настраивается по фазе, если это необходимо, таким образом, что линейные сигналы S1 совпадают по фазе. Затем полученный и инвертированный сигнал складывается с сигналом, полученным в другой полярности. Когда один сигнал инвертируется и суммируется с другим, линейно поляризованные сигналы передачи данных S1 совпадают друг с другом, тем самым увеличивая мощность сигнала первого сигнала передачи данных. Один из двух сигналов S1, инвертированный перед передачей, а затем снова инвертированный после приема, не приводит к чистому сдвигу по фазе. Так как оба интерферирующие второй и третий поляризованные сигналы передачи данных принимаются на равных уровнях как в горизонтальных, так и вертикальных линейных портах, а один из двух принятых сигналов в одной полярности инвертируется и затем складывается с тем же сигналом на другой полярности, то интерферирующий второй и третий сигналы передачи данных при суммировании инвертируются, в результате чего возникают незначительные помехи в первом сигнале передачи данных S1.
[0021] Сигналы передачи данных S2 и S3 могут быть переданы из той же точки, что и S1 и S1 обратный или из другой точки. Сигналы передачи данных S2 и S3 могут быть переданы вместе из той же точки или из других точек. Вращение вокруг оси передачи имеет первостепенное значение.
-1
[0022] В альтернативном варианте настоящего изобретения как сигнал передачи данных S2 (по вертикали), так и сигнал передачи данных S3 (по горизонтали) являются одним и тем же сигналом, передаваемым по фазе. Два обратных ортогональных сигнала несут первый сигнал передачи данных. Тем не менее, вместо передачи различных вторых и третьих вторые сигналов передачи данных, и второй и третий сигналы, горизонтальные и вертикальные, несут такой же второй сигнал передачи данных. В настоящем варианте осуществления данного изобретения, когда обе горизонтальные и вертикальные поляризации приняты и суммируются в фазе для обнаружения S2, вращение вокруг оси передачи приемной антенны в связи с вращением вокруг оси передачи передающей антенны не имеет значения, что способствует применению данной системы в мобильных приложениях или приложения, где вращение передачи полярности неизвестно или меняется по отношению к приемной полярности. При суммировании полученных горизонтальных и вертикальных полярностей, любое вмешательство от сигналов передачи данных S1 и S1 обратного (S1) отменяется, и только второй сигнал передачи данных S2 остается. Конструкция антенны и способ обработки сигналов, представленные в настоящем изобретении, делают поворот передающей антенны для двух обратных первых сигналов передачи данных по отношению к приемной антенне некритичным для принятия сигнала.
[0023] При суммировании двух приемных полярностей горизонтальной (Н) и вертикальной (V), приемной антенны, интерферирующие обратные сигналы S1 суммируются до нуля, а необходимые вторые сигналы передачи данных S2, переданные в горизонтальной и вертикальной полярности, суммируются до одного (полная мощность) для всех вращений приемной антенны вокруг оси передачи. Это означает, что, если принимающая антенна может принимать обе полярности Н и V при одинаковых уровнях, вращение вокруг оси передачи не имеет значения. Если вдоль оси Z есть другое вращение, например, от передатчика или к передатчику, в некоторых случаях, можно отрегулировать полученные уровни каждого полюса перед суммированием таким образом, что амплитуда интерферирующих полученных сигналов S1 совпадает и отменяется.
[0024] Для обнаружения первого сигнала передачи данных S1 без вмешательства со стороны второго сигнала передачи данных S2 используются два ортогональных принимающих полюса, которые принимают сигналы на равных мощностях, мощность двух полюсов можно отрегулировать таким образом, что амплитуды двух полярностей станут равны. Для обнаружения сигнала передачи данных S1 принятый сигнал от одного линейного принимающего элемента инвертируется и суммируется с сигналом приема в ортогональной полярности. Это исключает помехи сигнала передачи данных S2. Тем не менее, следует отметить, что вращение принимающих элементов вокруг оси передачи вызывает снижение мощности сигнала, когда диполь приемной антенны приближается к 45 градусам от передающего диполя, а затем коэффициент усиления сигнала снова начинает расти, требуя определенное выравнивание принимающих полюсов по отношению к S1 и S1 обратным полюсам передачи.
[0025] Для поддержания уровня силы сигнала от сигналов передачи данных S1 доступны различные варианты, поскольку сила сигнала от первого сигнала передачи данных S1 изменяется при изменении вращения приемной антенны. Одним из вариантов является создание незначительного выравнивания полярностей приемной антенны с передающими полярностями. Например, если приемную антенну можно поддерживать в пределах поворота пятнадцать градусов от передающей антенны, приемная антенна будет получать питание около 75% от полностью выровненной антенны. Альтернативно в другом варианте осуществления настоящего изобретения проблема выравнивания решается путем обеспечения двух наборов ортогональной приемной антенны, каждый из которых поворачивается на 45 градусов вокруг оси передачи от другого набора, и каждый из которых способен принимать горизонтальные и вертикальные полярности. Электронный контроллер на приемном конце может выбирать ортогональную дипольную пару с более высокой мощностью сигнала передачи данных S1, таким образом, способствуя полному повороту на 360 градусов вокруг оси передачи без полной потери сигнала. Вращение вдоль оси передачи может быть компенсировано за счет увеличения уровня сигнала либо по горизонтальному, либо по вертикальному полученному полюсу.
[0026] После выбора дипольной пары первый сигнал передачи данных и обратная копия первого сигнала передачи данных поступают на приемные станции на две полярности выбранной дипольной пары. Один из первых сигналов передачи данных и обратный первый сигнал передачи данных инвертируются и суммируются с другим из первого сигнала передачи данных и обратным первым сигналом передачи данных для получения первого сигнала передачи данных высокой мощности. Полученный второй сигнал передачи данных гаснет при суммировании.
[0027] В трехмерной приемной антенне вдоль всех трех осей может быть расположено несколько наборов диполей. Затем электронный контроллер, в любой заданный момент времени, может выбрать лучшую пару ортогональных диполей.
[0028] Используя описанные выше методы, можно увеличить пропускную способность передачи данных в любой среде передачи, что способствует передаче поляризованных электромагнитных сигналов. Способ и система, раскрытые в настоящем изобретении, находят свое применение, например, в системах спутниковой связи, радиорелейных системах и системах, использующих поляризованный свет.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ И РИСУНКОВ
[0029] Предшествующее краткое изложение изобретения, а также последующее подробное описание настоящего изобретения станет более понятным при совместном прочтении с прилагаемыми чертежами и рисунками. С целью иллюстрации изобретения примерные конструкции настоящего изобретения показаны на чертежах. Тем не менее, настоящее изобретение не ограничивается указанными способами и компонентами, представленными в данном описании.
[0030] Фиг. 1 иллюстрирует способ передачи электромагнитных сигналов на одной частоте с использованием нескольких линейных поляризованных сигналов передачи данных.
[0031] Фиг. 2 иллюстрирует систему для передачи электромагнитных сигналов на одной частоте с использованием нескольких линейных поляризованных сигналов передачи данных.
-1
[0032] Фиг. 3 наглядно показывает нули первого сигнала передачи данных S1 и обратного первого сигнала передачи данных S1.
-1
[0033] Фиг. 4 наглядно показывает относительное вращение вокруг оси передачи первого сигнала передачи данных S1, обратного первого сигнала S1, второго сигнала передачи данных S2 и третьего сигнала передачи данных S3.
[0034] Фиг. 5 наглядно иллюстрирует блок-схему для приема сигналов данных на приемной станции для получения первого сигнала передачи данных.
[0035] Фиг. 6 наглядно показывает блок-схему для приема сигналов данных на приемной станции для получения второго сигнала передачи данных, когда S2 и S3 несут один и тот же сигнал.
[0036] Фиг. 7 подробно иллюстрирует конфигурацию гироскопической приемной антенны.
[0037] Фиг. 8А-8В в качестве примера иллюстрируют типичные способы реализации метода передачи и приема трех различных сигналов данных на одной и той же частоте одновременно.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0038] Фиг. 1 иллюстрирует способ передачи электромагнитных сигналов на одной частоте с использованием нескольких линейных поляризованных сигналов передачи данных. Передатчик данных 101 представляет множество сигналов передачи данных, передающих первый вид данных, второй вид данных и третий вид данных, при этом сигналы передачи данных находятся на одной и той же частоте. Сигналы передачи данных содержат первый сигнал передачи данных, передающий первый вид данных, второй сигнал передачи данных, передающий второй вид данных и третий сигнал передачи данных, передающий третий вид данных. Каждый сигнал передачи данных представляет собой поток информации, закодированной любым из известных способов на передающем носителе выбранной частоты передачи. Одно или несколько передающих устройств передает 102 первый сигнал передачи данных и обратную копию первого сигнала передачи данных в две ортогональные линейные полярности схемы линейной поляризации. Передающие устройства также передают 103 второй сигнал передачи данных в линейной полярности с вращением 45 градусов вокруг оси передачи либо от первого сигнала передачи данных, либо от обратной копии первого сигнала передачи данных. Второй сигнал передачи данных передается либо от того же места, что и первый сигнал передачи данных, либо от другого места, отличного от первого сигнала передачи данных. Одна или несколько приемных станций принимают 104 передаваемый сигнал первой передачи данных, обратную копию первого сигнала передачи данных, а также второй сигнал передачи данных.
[0039] В одном из вариантов осуществления изобретения передающие устройства передают третий сигнал передачи данных в линейной полярности с 315 градусами или, что эквивалентно соответствует степени поворота -45 градусов вокруг оси передачи либо от первого сигнала передачи данных, либо от обратной копии первого сигнала передачи данных, и, следовательно, ортогонального второму сигналу передачи данных.
[0040] Раскрытый в настоящем изобретении метод повышает пропускную способность данных в электромагнитной системе передач, что позволяет передавать три различных сигнала одновременно на одной частоте. Способ и система, раскрытые в изобретении, передают три сигнала посредством линейных поляризованных электромагнитных излучений.
[0041] Первый сигнал передачи данных S1 разделен на две идентичные копии. Одна из таких копий является обратной, то есть измененной по фазе на 180 градусов. Данные два обратных первых сигнала передачи данных передаются в два ортогональных порта линейной антенны полярности, сохраняя обратное фазовое соотношение. Линейный поляризованный первый сигнал передачи данных является, например, горизонтальным поляризованным сигналом передачи данных, а обратная копия линейного поляризованного первого сигнала передачи данных, в данном примере, является вертикальным поляризованным сигналом передачи данных. Перед передачей фаза и амплитуда корректируются по мере необходимости для того, чтобы первый сигнал передачи данных и обратная копия первого сигнала передачи данных погасили друг друга, когда они получены вместе или соединены. Полная отмена двух электромагнитных сигналов происходит, когда два одинаковых сигнала, которые отклоняются на 180 градусов по фазе и равной амплитуде, объединяются и поступают вместе. Первый сигнал передачи данных и обратная копия первого сигнала передачи данных передаются из одной точки, а именно: сдвинуты на 180 градусов по фазе таким образом, что, при распространении в пространстве, такие сигналы поддерживают свое фазовое соотношение.
-1
[0042] На оси передачи видно, что нули двух обратных сигналов находятся в положении 45 градусов от вертикали и соответственно ±45 градусов от горизонтали, как показано на рис. 3. Нули относятся к областям вокруг оси передачи, где нет измеряемой мощности от первых сигналов передачи данных, которые создают помехи другим сигналам. На данных вращениях линейный диполь получит нулевую мощность от первого сигнала передачи данных S1 и обратного первого сигнала S1.
-1
[0043] В одном варианте осуществления настоящего изобретения второй сигнал передачи данных S2 и третий сигнал передачи данных S3 поляризуются в ортогональные линейные полярности, также называемые горизонтальные и вертикальные линейные полярности, а затем передаются. Один из таких двух сигналов передачи данных, например второй сигнал передачи данных S2, передается на 45 градусах вокруг оси передачи от первого сигнала передачи данных S1, а третий сигнал передачи данных S3 передается на 90 градусах от оси ортогонально или по направлению от вертикально поляризованного второго сигнала передачи данных S2. Третий сигнал передачи данных, следовательно, передается на 45 градусах от оси от сигнала S1 и обратного сигнала S1. В результате сигналы передачи данных S2 и S3 передаются в нулях S1 и S1 обратного таким образом, что сигналы передачи данных S1 и S1 не создают помех сигналам передачи данных S2 и S3 при приеме, и, таким образом, получение сигналов передачи данных S2 и S3 происходит как обычно при отсутствии сигналов S1 и S1 обратного.
[0044] Фиг. 2 иллюстрирует систему для передачи электромагнитных сигналов на одной частоте с использованием нескольких линейных поляризованных сигналов передачи данных. Система 200 включает в себя передающую станцию 201 и приемную станцию 202. Передающая станция 201 включает в себя передатчик данных 201а, передатчик 201b, поляризатор 201с и антенну 201d. Передатчик данных 201а обеспечивает множество сигналов передачи данных, передающих первый вид данных, второй вид данных и третий вид данных на одной частоте. Передатчик 201b включает в себя одно или несколько передающих устройств для передачи каждого из сигналов передачи данных. Поляризаторы 201с поляризуют каждый сигнал передачи данных в линейную схему поляризации. Антенны 201d на передающих станциях 201 передают каждый из линейно поляризованных сигналов передачи данных, содержащих первый сигнал передачи данных, обратную копию первого сигнала, второй сигнал передачи данных и третий сигнал передачи данных каждому из одной или нескольких принимающих станций 202.
[0045] Передатчик 201b передает первый сигнал передачи данных и обратную копию первого сигнала передачи данных в две ортогональные линейные полярности схемы линейной поляризации. Одно из передающих устройств 201b также передает второй сигнал передачи данных в линейной полярности с вращением 45 градусов вокруг оси передачи либо от первого сигнала передачи данных, либо от обратной копии первого сигнала передачи данных. Второй сигнал передачи данных передается либо от того же места, что и первый сигнал передачи данных, либо от другого места, отличного от первого сигнала передачи данных. Приемные станции 202 принимают передаваемый сигнал первой передачи данных, обратную копию первого сигнала передачи данных, а также второй и третий сигнал передачи данных. Приемная станция 202 включает в себя антенну 202а, например, линейную полярность и приемник 202b. Приемник 202b принимает переданные сигналы передачи данных. Антенна 202а линейной полярности принимает линейные поляризованные сигналы передачи данных.
[0046] В одном варианте осуществления настоящего изобретения один из передатчиков 201b также передает третий сигнал передачи данных с 315 градусами или, что эквивалентно соответствует степени поворота -45 градусов вокруг оси передачи либо от первого сигнала передачи данных, либо от обратной копии первого сигнала передачи данных, и, следовательно, ортогонального второму сигналу передачи данных.
-1
-1
-1
-1
[0047] Фиг. 3 наглядно показывает нули первого сигнала передачи данных S1 и обратного первого сигнала передачи данных S1. Нули представляют собой области вокруг оси передачи, где передаваемая мощность равна нулю для первого сигнала передачи данных и обратной копии первого сигнала передачи данных. Фиг. 4 наглядно показывает относительное вращение вокруг оси передачи первого сигнала передачи данных S1, обратного первого сигнала S1, второго сигнала передачи данных S2 и третьего сигнала передачи данных S3. Фиг. 4 также показывает поляризацию вокруг оси передачи. Приемная антенна 202а может быть представлена в виде диполя. Как правило, три сигнала не могут быть переданы по одному и тому же пути передачи из-за возникновения помех. Тем не менее, за счет передачи двух ортогональных S1 и обратного S1 сигналов передачи данных, в сигналах передачи данных S2 и S3 не возникает помех от сигналов передачи данных S1 и S1 С другой стороны, путем суммирования S1 и S1 повторно инвертированных сигналов, помехи от сигналов передачи данных S2 и S3 могут быть исключены из первого сигнала передачи данных S1.
2
[0048] Известно, что мощность нейтрального линейного поляризационного сигнала, полученного в линейном диполе, представлена формулой Р=A cos, где  - угол между вращением передаваемого сигнала и вращением приемного диполя, А - амплитуда сигнала, принимаемого правильным выровненным диполем, а Р - относительная приемная мощность на заданном угле . Данное явление известно как коэффициент поляризационных потерь (PLF). Ниже представлено уравнение, представляющее получившуюся амплитуду суммы нескольких одинаковых синусоидальных волн, полученных при различных фазовых углах:
Y=A sin х + В sin (х+Р2) + С sin (х + Р3)…;
где Р2 и Р3 представляют фазовые углы второй и третьей волны по отношению к первой, а значения А, В и С представляют собой амплитуды соответствующих волн.
[0049] Сочетая эти два уравнения, уровень мощности, полученный диполем вокруг оси передачи под любым углом  от любого из переданных обратного ортогонального линейного сигнала, можно представить следующим образом:
2
2
Y=cos sin х + cos (90-) sin (x + 180°)
2
2
=cos sin x - cos (90-) sin x
-1
При решении Y можно увидеть, что нули, возникают под углом 45°, 135°, 225°, 315° вокруг оси передачи, где амплитуда обратных ортогональных сигналов передачи данных S1, полученных диполем, равна нулю. Поскольку на этих рядах не возникает интерферирующих сигналов S1, такие ряды располагаются там, где передаются горизонтальные и вертикальные сигналы передачи данных S2 и S3. Кроме того, из-за таких нулей прием горизонтальных и вертикальных сигналов передачи данных S2 и S3 требует только выравнивания приемного диполя с передающим диполем. С нулевой мощностью при вращении сигналы передачи данных S1 и обратный S1 не создают помех сигналам передачи данных S2 и S3.
[0050] Для сохранения обратного фазового соотношения при распространении сигналов через среду оба первых обратных сигналов передачи данных должны быть переданы от одной передающей станции 201. Сигналы передачи данных S1 и S2 могут быть переданы из любой точки при условии, что угол поворота сигнала передачи данных S2 составляет плюс или минус 45 градусов от угла сигналов S1 и обратного S1.
-1
[0051] Для получения линейного второго сигнала передачи данных приемная антенна линейной полярности присоединяется к передающей станции. Таким образом, полученный сигнал передачи данных S2 в вертикальной полярности совмещается с предающей вертикальной полярностью. Поскольку нули первого сигнала передачи данных и его обратной копии точно выровнены с передающим вращением второго сигнала передачи данных, от первого сигнала передачи данных и его обратной копии не возникает помех для антенны, которая принимает второй сигнал передачи данных. Сигнал передачи данных S3 расположен ортогонально сигналу передачи данных S2 и, следовательно, не создает помех для S2. Второй линейный сигнал передачи данных S2 обычно принимается без помех со стороны сигналов S1, S1 и S3. Требуется соединение только однополярной приемной антенны с переданным сигналом передачи данных S2.
-1
[0052] Для получения линейного третьего сигнала передачи данных приемная антенна линейной полярности присоединяется к передающей станции. Таким образом, полученный сигнал передачи данных S3 в горизонтальной полярности совмещается с передающей вертикальной полярностью сигнала S3. Поскольку нули первого сигнала передачи данных и его обратной копии точно выровнены с передающим вращением третьего сигнала передачи данных, от первого сигнала передачи данных и его обратной копии не возникает помех для антенны, которая принимает третий сигнал передачи данных. Сигнал передачи данных S2 расположен ортогонально сигналу передачи данных S3 и, следовательно, не создает помех для S3. Третий линейный сигнал передачи данных S3 обычно принимается без помех со стороны сигналов S1, S1 и S2. Требуется соединение только однополярной приемной антенны с переданным сигналом передачи данных S3.
[0053] Для получения первого сигнала передачи данных используют антенну 202а с вертикальной и горизонтальной приемной полярностью. Для приема, например, двух выбранных обратных сигналов S1, приемная антенна 202а должна быть выровнена в два приемных линейных порта, например, вертикальные и горизонтальные порты. Один из наборов данных, полученных либо в горизонтальной, либо в вертикальной полярности, инвертируется, а затем один из двух наборов принятых сигналов настраивается по фазе, если это необходимо, таким образом, что линейные сигналы S1 совпадают по фазе. Первый сигнал полярности суммируется с уже дважды обратным набором сигналов из второй полярности. Когда сигналы передачи данных инвертируются и суммируются вместе, оба сигнала передачи данных S1 совпадают друг с другом, тем самым увеличивая мощность сигнала первого сигнала передачи данных. Так как оба интерферирующие второй и третий поляризованные сигналы передачи данных принимаются на равных уровнях в обоих линейных портах, а один из двух принятых сигналов инвертируется и затем складывается с другим сигналом, то интерферирующие вторые сигналы передачи данных при суммировании инвертируются, в результате чего возникают минимальные помехи. Данное явление может быть представлено следующими уравнениями:
2
2
Принято в горизонтальный порт: S1 + S2 cos 45° + S3 cos 45°;
-1
2
2
Принято в вертикальный порт: S1 + S2 cos 45°+ S3 cos 45°;
Один обратный и сумма (сочетание) с другим:
2
2
2
2
Srx=S1+S2 cos 45° + S3 cos 45° + S1 - S2 cos 45° - S3 cos 45°=2 S1. Другими словами, интерферирующие сигналы передачи данных S2 и S3 погашаются при инверсии и суммировании, а принятый сигнал Srx является сигналом Si c удвоенной мощностью.
-1
[0054] В другом варианте осуществления настоящего изобретения либо второй сигнал передачи данных S2, либо третий сигнал передачи данных S3 может быть удален, тогда сигнал не отправляется в полярность. Например, только сигнал передачи данных вертикальной полярности S2 может быть передан вместе с сигналами передачи данных S1 и S1.
[0055] В альтернативном варианте осуществления настоящего изобретения как вертикальный сигнал передачи данных S2, так и горизонтальный сигнал передачи данных S3 являются одинаковыми сигналами, передаваемыми в фазе, но такие сигналы ортогональны друг другу. В данном варианте осуществления изобретения сигналы S2 и S3 являются одинаковыми и находятся в фазе, приемную поляризационную антенну при этом не нужно выравнивать с передающей поляризационной антенной. Необходимы антенны 102а, способные принимать горизонтальные и вертикальные полярности. Приемная антенна 102а может быть представлена двумя ортогональными диполями. При суммировании можно увидеть, что вращение приемных диполей вокруг оси передачи не имеет значения при получении сигнала передачи данных S2, что позволяет использовать такую систему в мобильных приложениях
[0056] В другом варианте осуществления изобретения для получения сигнала передачи данных S2 без создания помех используются ортогональные приемные элементы, например горизонтальные и вертикальные элементы, с одинаковой мощностью. С другой стороны, силу двух полюсов регулируют таким образом, чтобы амплитуды двух полярностей были равны. Для обнаружения второго сигнала передачи данных S2 принятый сигнал в горизонтальной линейной полярности суммируется с принятым сигналом в ортогональной полярности.
-1
-1
Следующие уравнения описывают уровни мощности принимаемых интерферирующих сигналов S1 и S1. В горизонтальной (Н) и вертикальной (V) полярности, где  - угол между интерферирующим сигналом передачи данных S1 и одним приемным линейным диполем, а 90- - угол между другими передаваемым сигналом S1 и тем же выбранным линейным приемным диполем, HRx - сигнал, полученный в горизонтальном диполе, а VRX - сигнал, полученный в ортогональном диполе:
2
2
Hrx = S1 cos sin х + S1 cos (90 - ) sin (x + 180°)
2
2
Vrx = S1 cos () sin (x + 180°) + S1 cos (90 - ) sin(x)
Сложение двух вышеуказанных уравнений вместе:
2
2
2
2
Srx = Hrx + Vrx = S1 cos sin x - S1 cos (90 - ) sin(x) - S1 cos () sin(x) + S1 cos (90 - ) sin(x) = 0.
[0057] Следовательно, интерферирующие обратные сигналы передачи данных S1 погашаются при сложении принимаемых сигналов в приемной станции 202, независимо от вращения приемных диполей в отношении передающих диполей. Степенные уравнения для второго сигнала передачи данных S2, полученного в двух полярностях Н и V, выглядят следующим образом:
2
2
Hrx = S2 cos () + S2 cos (90 - );
2
2
Vrx = S2 cos (90 - ) + S2 cos ();
Сложение сигналов, принятых в два порта, а именно: в горизонтальный и вертикальный порт:
2
2
2
2
Н + V = 2 S2 cos () + 2 S2 cos (90 - )=2 S2 (cos () + sin)=2 S2.
-1
Таким образом, уровень мощности желаемого сигнала передачи данных S2 всегда в сумме дает два, независимо от вращения двух приемных диполей вокруг оси передачи в отношении двух передающих диполей, в то время как нежелательные сигналы передачи данных S1 и S1 всегда в сумме дают нулевую мощность.
-1
[0058] Таким образом, при суммировании двух приемных полярностей, HRX и VRX приемной антенны 202а, интерферирующие обратные сигналы передачи данных S1 и S1 всегда приводят к нулю, а желаемый второй сигнал передачи данных S2, передаваемый в горизонтальной и вертикальной полярности, всегда в сумме дает два (полная мощность). Вращение вокруг оси передачи не имеет значения. Если вдоль оси Z есть другое вращение, например, от передатчика или к передатчику, в некоторых случаях, можно отрегулировать полученные уровни таким образом, что амплитуда каждого диполя станет одинаковой, а интерферирующие сигналы погасятся.
[0059] Для обнаружения первого сигнала передачи данных S1, вместо сложения сигналов, принимаемых в двух полярностях, один из двух сигналов меняется по фазе на 180 градусов (обратный сигнал), а затем складывается с другим сигналом. Анализируя интерферирующие линейные сигналы передачи данных S2 в вертикальной и горизонтальной поляризации, можно заметить, что инвертирование одного из двух поляризованных полученных сигналов и сложение с другим из двух поляризованных сигналов, принятых из двух приемных полярностей, погашает интерферирующие сигналы передачи данных S2 независимо от вращения вокруг оси передачи приемных диполей, в результате чего в сигнале S1 не возникает помех со стороны S2.
Сигналы, принимаемые HRX и VRX полюсами (не выровненные) представлены следующим образом, где  и 90- - углы поворота между передающими диполями сигнала передачи данных S2 в Н и V полярности, соответственно, и приемные диполи:
2
2
Hrx = cos sin х + cos (90 - ) sin(x);
2
2
Vrx = cos (90 - ) sin(x) + cos sin x;
Инвертирование одного сигнала путем изменения фазы на 180 градусов, сумма двух сигналов равна:
2
2
2
2
Р = cos sin х+cos (90 - ) sin(x) + cos (90 - ) sin(x + 180)+cos sin(x + 180);
2
2
2
2
P = cos sin x + cos (90 - ) sin(x) - cos (90 - ) sin(x) - cos sin(x);
P=0;
Следовательно, интерферирующие сигналы передачи данных S2 в Н и V полярностях погашаются при инверсии одного сигнала и сложении с другим сигналом.
[0060] Существует несколько способов обнаружить желаемый сигнал передачи данных S1, в котором Т - угол между одной из передающих полярностей и приемным диполем, а 90° - Т - угол поворота между другой передающей полярностью и тем же приемным диполем. Следующие уравнения представляют полученные сигналы:
2
2
Hrx = cos Т sin х+cos (90° - Т) sin(x+180°);
2
2
Vrx = cos T sin (x+180°) + cos (90° - T) sin x;
Инвертирование одного из вышеуказанных уравнений и сложение:
Р = Hrx + Vrx;
2
2
2
2
Р = cos Т sin х + cos (90°-T) sin(x + 180°) + cos T sin (x+180°-180°) + cos (90°- T) sin (x-180°);
2
2
2
2
P=cos T sin x - cos (90° - T) sin(x)+cos T sin(x) - cos (90° - T) sin (x);
2
2
P=2 (cos T sin x - sin (T) sin(x)).
Видно, что вращение вокруг оси передачи вызывает падение мощности сигнала S1 до нуля, как только ортогональные приемные диполи доходят до вращения на 45 градусов от передающих диполей, а затем мощность сигнала начинает снова расти.
[0061] Таким образом, путем приема горизонтальных и вертикальных полярных сигналов, инвертирования одного и суммирования с другим сигналом, интерферирующий сигнал S2 гаснет. Тем не менее, вращение приемной антенны 202а вокруг оси передачи влияет на уровень сигнала первого сигнала передачи данных S1 на приемном диполе. Для приема детектируемого сигнала S1 можно использовать различные способы. Одним из вариантов является обеспечение нескольких степеней соединения приемных полюсов с полюсами передачи таким образом, что угол поворота приемных полярностей располагается близко к углу передающих полярностей. Например, если приемную антенну 202а можно поддерживать в пределах поворота пятнадцать градусов от полюсов передающей антенны, мощность приемной антенны 202а составит минимум 75% от полностью выровненной антенны. Кроме того, проблема выравнивания может быть решена путем использования двух наборов ортогональных приемных антенн 202а на повороте 45 градусов друг от друга. Электронный контроллер 202с может выбирать антенну 202а с более высоким коэффициентом усиления, что способствует полному вращению приемной антенны 202а на 360 градусов вокруг оси передачи.
[0062] Фиг. 5 наглядно иллюстрирует блок-схему для приема сигналов данных на приемной станции 202 для получения первого сигнала передачи данных. Первый сигнал передачи данных и обратная копия первого сигнала передачи данных поступают 501 на приемные станции 202 в схеме линейной поляризации. Один из первых сигналов передачи данных и обратный первый сигнал передачи данных инвертируются 502 и суммируются 503 с другим из первого сигнала передачи данных и обратным первым сигналом передачи данных для получения первого сигнала передачи данных высокой мощности. Полученный второй сигнал передачи данных гаснет при суммировании. В случае когда второй и третий сигналы передачи данных не идентичны, принятые второй сигнал передачи данных и принятый третий сигнал передачи данных погашают друг друга при сложении.
[0063] Фиг. 6 наглядно показывает блок-схему для приема сигналов данных на приемной станции 202 для получения второго сигнала передачи данных, когда S2 и S3 являются одинаковыми и находятся в фазе. В этом примере, вращение приемной антенны в отношении к передающей антенне является не выровненным. Второй сигнал передачи данных принимается 601 на приемных станциях 202 в обеих ортогональных линейных полярностях. Полученный второй сигнал передачи данных в одной из ортогональных линейных полярностей соединяется 602 в фазе с полученным вторым сигналом передачи данных в другой ортогональной линейной полярности, что уменьшает уровень помех от первого сигнала передачи данных и обратной копии первого сигнала передачи данных.
[0064] В другом варианте осуществления настоящего изобретения первый набор из двух ортогональных полюсов принимает первый сигнал передачи данных, обратную копию первого сигнала передачи данных и второй сигнал передачи данных. Второй набор ортогональных полюсов также принимает первый сигнал передачи данных, обратную копию первого сигнала передачи данных, а также второй сигнал передачи данных. Электронный контроллер 202 с на одной или нескольких приемных станциях выбирает либо первый набор из двух ортогональных полюсов, либо второй набор двух ортогональных полюсов для получения первого сигнала передачи данных на максимальной мощности приема первого сигнала передачи данных. В трехмерной версии, вдоль различных осей может быть расположено несколько наборов ортогональных диполей. Затем электронный контроллер 202с, в любой заданный момент времени, может выбрать лучшую пару ортогональных диполей.
[0065] В другом варианте осуществления приемной антенны, антенна 202а выполнена и настроена таким образом, чтобы она могла имитировать или функционировать в качестве гироскопа. В такой конфигурации вертикальный диполь полярности используется в качестве центральной оси гироскопа. Горизонтальная антенна представляет собой диск, который вращается вокруг вертикальной оси. Вращение диска сохраняет гиростабилизируемость антенны 202а таким образом, что ось всегда параллельна по отношению к вертикальной оси передающей антенны, и, предпочтительно, перпендикулярно поверхности Земли. Горизонтальная антенна улавливает горизонтально поляризованный сигнал предпочтительно параллельно поверхности Земли.
[0066] Фиг. 7 подробно иллюстрирует конфигурацию гироскопической приемной антенны. Шпиндель антенны представляет собой вращающийся вал 701, который также выступает в качестве вертикального приемного диполя. Вся установка 700 шарнирно закреплена 703, чтобы импульс устройства мог гироскопически стабилизировать себя. Карданный шарнир 703 изготовлен из материала, прозрачного по отношению к выбранным электромагнитным сигналам. Платформа 702 вращается вокруг и вместе с валом 701. Такая платформа 702 образует горизонтальный приемный диполь. На платформу 702 можно закрепить приемную электронику 705. Мотор 704 вращает вал 701 и платформу 702 с высокой скоростью. Кроме того, двигатель 704 добавляет вес нижнему концу шпинделя таким образом, что, когда шпиндель замедляет ход, вертикальный вал 701 выравнивается перпендикулярно Земле под действием силы тяжести. Полученный сигнал может быть передан с помощью электромагнитных сигналов дополнительной электронике на приемную станцию 202.
[0067] Фиг. 8А и 8В в качестве примера иллюстрируют типичные способы реализации метода передачи и приема трех различных сигналов данных на одной и той же частоте одновременно. Первый сигнал передачи данных кодируется и усиливается передатчиком А 801А, а также разделяется на два сигнала разделителем 802. Одна копия регулируется по фазе на 180 градусов вперед или назад фазоинвертором 803. Сигнал S1 передается в горизонтальную поляризацию через антенну 804. Обратный сигнал S1 передается в вертикальную поляризацию через антенну 804В.
[0068] Сигнал S2 передается на угол вращения 45 градусов от сигнала S1 передатчиком В 801В через антенну 804С. Сигнал S3 передается на угол вращения 90 градусов, т.е. перпендикулярно, от сигнала S2 передатчиком С 801С через антенну 804D.
[0069] S1 горизонтальный принимается в горизонтальной полярности антенны 820А. S1 обратный принимается в вертикальной полярности антенны 820А. Сигнал S1 обратный снова инвертируется и становится в фазу с сигналом S1 на 180 градусов фазовращателем 823. Два принятых сигнала объединяются в фазе на объединителе 824. Дополнительное декодирование и определение выполняется приемником С 821А, в результате чего на выходе появляется первый сигнал передачи данных S1.
[0070] Сигнал S2 принимается в горизонтальной полярности антенны 820С, которая соединена с передающей полярностью антенны 804С. Полученный сигнал S2 обрабатывается приемником А 821С, в результате чего на выходе получается второй сигнал передачи данных S2. Сигнал S3 принимается в вертикальной полярности антенны 820D, которая соединена с передающей полярностью антенны 804D. Полученный сигнал S3 обнаруживается и дешифруется в приемнике В 821D, в результате чего на выходе получается третий сигнал передачи данных S3.
[0071] Приведенные примеры были даны с целью пояснения и никоим образом не должны рассматриваться как ограничение настоящего изобретения. В то время как изобретение было описано со ссылками на различные варианты осуществления настоящего изобретения, следует понимать, что слова, которые были использованы в данном описании, используются в описательных и иллюстративных целях, и не призваны каким-либо образом ограничить настоящее изобретение. Кроме того, хотя изобретение было описано здесь со ссылкой на конкретные средства, материалы и варианты, это не значит, что данное изобретение ограничивается только упомянутыми в данном документе средствами; скорее, изобретение распространяется на все функционально эквивалентные структуры, способы и методы использования, подходящие под объем прилагаемой формулы изобретения. Специалисты в данной области, обладающие необходимой квалификацией, могут вносить многочисленные изменения в изобретение, а также видоизменять его не выходя за рамки объема и сущности настоящего изобретения во всех его аспектах.