СИСТЕМА ДВУСТОРОННЕЙ СВЕРХВЫСОКОЧАСТОТНОЙ РАДИОСВЯЗИ
SYSTEM FOR TWO-WAY MICROWAVE WIRELESS COMMUNICATION

Настоящее изобретение относится к области электрорадиотехники, а именно к технике радиосвязи, и может быть использовано в устройствах двусторонней тактической радиосвязи сверхвысокочастного (СВЧ) диапазона на кораблях и судах ВМФ.
Известно устройство «СВЧ-приемопередатчик с одним генератором», патент Великобритании №1439895, кл. Н04L 1976 г. Это устройство содержит сверхвысокочастотный генератор, одновходовый смеситель, гетеродинный приемник, циркулятор и узконаправленную антенну.
Недостатком аналога является то, что это устройство не обладает достаточной надежностью, помехозащищенностью, а также имеет большое время вхождения в связь.
Наиболее близкой к заявляемой системе по технической сущности решения вопроса является «Система передачи и приема сигналов». - Davis R.T. М-М transciver provides covert communications. - Micro Vaves, 1974, Oct, pp.9.14.
В этом источнике, а также в журнале «Зарубежная радиоэлектроника», 1975 г., №94 приводятся данные об аппаратуре двусторонней радиосвязи повышенной скрытности между кораблями в пределах прямой видимости, разработанной в научно-исследовательской лаборатории электроники ВМС США.
Система обеспечивает речевую связь в сверхвысокочастотном диапазоне на короткие расстояния (до 2 км). Приемопередатчик выполнен по одногенераторной схеме на полупроводниковом СВЧ-генераторе, причем частота этого генератора в режиме передачи смещается относительно частоты в режиме приема на несколько десятков МГц. Связь с помощью этой системы можно вести только в симплексном режиме. Стабилизация частоты приемопередатчика не предусмотрена, а в режиме приема используется АПЧ в небольших пределах.
В приемопередатчик входит микрофон, последовательно соединенный с микрофонным усилителем, фазовым модулятором и СВЧ-генератором, при этом полупроводниковый генератор последовательно соединен с ферритовым вентилем, к которому подключена передающая антенна, опорным фильтром, смесителем к которому подключена приемная антенна, УПЧ, УНЧ и головные телефоны.
Недостатком прототипа является низкая надежность, большое время вхождения в связь при неизвестных координатах корреспондента.
Целью изобретения является повышения надежности и быстрота вхождения в связь.
Поставленная цель достигается тем, что в систему, состоящую из приемопередатчиков, выполненных по одногенераторной схеме на СВЧ-генераторе, в состав каждого приемопередатчика включен микрофонный усилитель, последовательно соединенный с фазовым модулятором, стабилизатором частоты, при этом СВЧ-генератор последовательно соединен с ферритовым вентилем, делителем мощности, к которому подключена передающая антенна, опорным фильтром, смесителем, к которому подключена приемная антенна, усилителем промежуточной частоты, усилителем поднесущей частоты, УНЧ и головными телефонами, в систему дополнительно последовательно включены два циркулятора, смесительный диод, усилитель промежуточной частоты, фильтр сосредоточенной селекции, система фазовой АПЧ, причем первый циркулятор последовательно соединен с рассогласователем, вентилем, переключателем, который, в свою очередь, соединен с дополнительными двумя циркуляторами, при этом первый дополнительный циркулятор соединен со вспомогательной антенной и переключателем, а второй дополнительный циркулятор соединен с направленной антенной и переключателем, который соединен еще с одним переключателем, имеющим входы для параллельного соединения с полосовым фильтром НЧ и ВЧ, причем полосовые фильтры параллельно подключены к переключателю и далее на смесительный диод, а для быстроты вхождения в связь введены блок вызова, блок декадирования адреса, блок формирования сигнала вызова, блок управления направлением и скоростью вращения антенны, циркулятор, вентиль, делитель мощности, фильтр опорный, детектор, усилитель сигналов ошибки, фазовый детектор, фазовый модулятор, генератор поднесущей частоты, при этом первый выход блока вызова подключен к блоку управления направлением и скоростью вращения антенны, а второй выход блока вызова через блок формирования сигнала вызова и адреса абонента подключен к фазовому модулятору, выход которого через СВЧ-генератор, вентиль, делитель мощности и циркулятор подключен к антенне, причем выход циркулятора подключен ко входу блока поиска вызова, выходы которого через блоки декодирования адреса подключены к блокам управления.
Структурная схема предлагаемой системы приведена на Фиг.1 и Фиг.2 и содержит:
1 - микрофон; 2 - микрофонный усилитель (МУ); 3 - фазовый модулятор (ФМ), 4 - генератор на лавинно-пролетном диоде (ГЛПД), т.е. СВЧ-генератор; 5 - ферритовую развязку, 6 - циркулятор 1; 7 - циркулятор 2; 8 - опорный резонатор; 9 - смесительный диод; 10 - предварительный усилитель промежуточной частоты (ПУПЧ); 11 - фильтр сосредоточенной селекции (ФСС); 12 - усилитель промежуточной частоты (УПЧ); 13 - систему фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ); 14 - усилитель низкой частоты (УНЧ); 15 - головные телефоны; 16 - рассогласователь; 17 - вентиль; 18 и 23 - переключатели, служащие для переключения всенаправленной и направленной антенн на прием или передачу; 19 - циркулятор 3; 20 - циркулятор 4; 21 - всенаправленную антенну; 22 - направленную антенну; 24 и 26 - переключатели, служащие для переключения полосовых фильтров; 25 - полосовой фильтр; 27 - блок вызова; 28 - два блока декодирования адреса; 29 - блок формирования сигнала вызова и адреса абонента; 30 - блок управления направлением и скоростью вращения антенны; 31 - блок поиска вызова; 32 - циркулятор; 33 - вентиль; 34 - делитель мощности; 35 - фильтр опорный; 36 - детектор; 37 - усилитель сигналов ошибки; 38 - фазовый детектор; 39 - фазовый модулятор; 4 - генератор поднесущей частоты; 41 - блоки управления НЧ и ВЧ; 42 - генератор 400; 43 - индикатор.
Микрофон 1 предназначен для восприятия энергии акустических колебаний речи и преобразования ее в энергию электрическую.
Микрофонный усилитель 2 - для усиления сигнала, поступающего с микрофона 1 до уровня, необходимого для нормальной работы фазового модулятора 3.
Фазовый модулятор 3 служит для измерения фазы поднесущей частоты пропорционально модулирующему низкочастотному сигналу.
Генератор на лавинно-пролетном диоде 4 представляет собой СВЧ-резонатор, в котором помещены два полупроводниковых диода; лавинно-пролетный и варакторный. Первый диод служит источником СВЧ-колебаний, преобразуюшим мощность постоянного тока в мощность СВЧ. Второй диод обеспечивает возможность перестройки частоты благодаря изменению его емкости при изменении постоянного (или переменного) напряжения на нем.
Ферритовые вентили и циркуляторы обеспечивают развязку в рабочей полосе частот.
Смеситель 9 выполнен в виде волноводной секции с помещенным в нее смесительным диодом типа ДКС-7М.
Предварительный усилитель промежуточной частоты 10 и усилитель промежуточной частоты 12 выполнены в интегральном исполнении на керамических подложках с напыленными резисторами. Для улучшения отношения сигнал-шум на входе УПЧ применен малошумящий транзистор типа 2Т3106А. Усилитель низкой частоты 14 служит для усиления низкочастотного сигнала до величины, необходимой для нормальной работы.
Фильтр сосредоточенной селекции 11 состоит из двух четырехзвенных фильтров, один из которых настроен на частоту А, другой - на частоту В.
Головные телефоны 15 - для воспроизведения звука путем преобразования энергии электрических колебаний в энергию звуковых колебаний. Переключатели 18 и 23 позволяют осуществлять передачу и прием на всенаправленную антенну (ВНА) и направленную антенну (НА), а также обеспечивают режим одностороннего приема. Содержат в каждом плече по два диода типа 2А516А, включенных последовательно. Всенаправленная антенна 21 выполнена в виде каскадного соединения четырех кольцевых полосовых резисторов. Подложкой резистора служит фторопластовая трубка. Соединения резисторов друг с другом осуществляется в двух точках посредством микрополосковой линии. Эти резисторы помещены в радиопрозрачный круглый защитный цилиндр.
Направленная антенна 22 конструктивно выполнена в виде платы из фольгированного армированного фторопласта, причем одна сторона полностью металлизирована, а на другой методом фотолитографии выполнены излучатели и цепи их питания. Для защиты от механических и атмосферных воздействий антенна защищена несъемной радиопрозрачной крышкой. Переключатели 24 и 26 служат для переключения полосовых фильтров 25, а полосовые фильтры 25 служат для предварительной селекции низкочастотной и высокочастотной групп рабочих частот. Блок вызова 27 - для осуществления вызова необходимого абонента. Блоки декадирования адреса 28 - для декадирования адреса. Блок формирования сигнала вызова и адреса абонента 29 - для формирования сигнала вызова и адреса абонента. Блок управления направлением и скоростью вращения антенны 30 - для управления направлением и скоростью вращения антенны. Блок поиска вызова 31 предназначен для обнаружения сигнала вызова определения направления на вызывающего корреспондента и выдачи соответствующих сигналов на систему индикации 43.
Циркулятор 32 и вентиль 33 обеспечивают развязку в рабочей полосе частот. Делитель мощности 34 выполнен в виде регулируемого волноводного ответвителя и предназначен для того, чтобы разделить мощность, подводимую к антенне передатчика, и мощность гетеродина, которая требуется для работы приемника и для стабилизации частоты СВЧ-генератора. Фильтр опорный 35 - для стабилизации частоты СВЧ-генератора и для снижения шумов гетеродина на промежуточных частотах. Представляет собой СВЧ-резонатор с индуктивными диафрагмами в виде штырей и имеет винт для настройки его на рабочую частоту.
Детектор 36 - для детектирования сигнала промежуточной частоты. Усилитель сигнала ошибки 37 - для усиления сигнала ошибки. Имеет три усилительных каскада, выполненных на транзисторах типа 2Т301Е. Фазовый детектор 38 - для последующего усиления и детектирования. Выполнен по схеме балансного фазового дискриминатора. Фазовый модулятор 39 - для измерения фазы поднесущей частоты пропорционально модулирующему сигналу. Генератор поднесущей частоты 40 - для обеспечения оптимального преобразования и передачи сигналов. Блоки управления НЧ и ВЧ 41 служат для приема сигналов вызова. Генератор 400 42 - для питания сельсина - датчика и сельсина приемника, расположенного в блоке поиска вызова. Индикатор 43 представляет собой круглую шкалу со стрелкой, сидящей на оси сельсина - приемника, которая вращается синхронно с антенной блока поиска вызова.
Микрофон 1 последовательно соединен с микрофонным усилителем 2, фазовым модулятором 3, СВЧ-генератором 4 и через ферритовую развязку 5 соединен с циркулятором 6, циркулятором 7, опорным резонатором 8, смесительным диодом 9, УПЧ 10, ФСС 11, системой АПЧ 12, системой ФАПЧ 13, УНЧ 14 и головными телефонами 15. При этом циркулятор 6, в свою очередь, последовательно соединен с рассогласователем 16, вентилем 17, переключателем 18, который соединен с циркуляторами 19 и 20, причем циркулятор 19 соединен со всенаправленной антенной 21 и переключателем 23, а циркулятор 20 соединен с направленной антенной 22 и переключателем 23. Переключатель 23 соединен с переключателем 24, который, в свою очередь, соединен параллельно с полосовыми фильтрами 25, а полосовые фильтры 25 параллельно соединены с переключателем 26 и далее со смесительным диодом 9.
Первый выход блока вызова 27 подключен к блоку управления направлением и скоростью вращения антенны 30, а второй выход блока вызова 27 через блок формирования сигнала вызова и адреса абонента 29 подключен к фазовому модулятору 39, выход которого через СВЧ-генератор 4, вентиль 33, делитель мощности 34, один выход которого последовательно соединен с фильтром опорным 35, детектором 36, усилителем сигнала ошибки 37, фазовым детектором 38 и СВЧ-генератором 4, а другой выход через циркулятор 32 подключен к антенне, причем выход циркулятора 32 подключен ко входу блока поиска вызова 31, выходы которого через блок декодирования адреса 28 подключены к блокам управления 41.
Работа системы осуществляется следующим образом.
Установление связи между корреспондентами осуществляется с помощью блоков поиска вызова. При необходимости произвести вызов вызываемый абонент нажимает на несколько секунд кнопку вызова на блоке 27. При этом блок управления направлением и скоростью вращения антенны 30 начинает вращать антенну в противоположную сторону (для увеличения длительности импульса вызова на приемной станции) и с большей в 1,5-2 раза скоростью (для сокращения времени поиска абонента). В момент совпадения диаграмм направленности вызывающего и вызываемого абонента и декодирования адреса в блоке поиска вызова 31 будет срабатывать блок управления 30 и приниматься сигнал вызова.
Вызываемый абонент принимает сигнал вызова на индикаторном устройстве 43. После окончания приема сигнала вызова этот абонент, направив передающую антенну в направлении приема сигнала вызова ответа, ответит вызывающему абоненту.
При передаче речи сигнал поднесущей частоты модулируется по фазе в фазовом модуляторе 3 сигналом, поступающим с микрофона 1. Усиленный микрофонным усилителем 2 он поступает на СВЧ-генератор 4, который имеет электронную перестройку и обеспечивает работу на нескольких частотах через ферритовую развязку 5, он подключается к циркулятору 6, с выхода которого сигнал подается на рассогласователь 16, который необходим для того, чтобы часть излучаемой мощности отвести и с помощью циркуляторов 6 и 7 направить через опорный резонатор 8 на смесительный диод 9, который является гетеродином мощности. Большая часть сигнала, прошедшая через рассогласователь 16, вентиль 17, подается на переключатель антенны 18. Этот переключатель обеспечивает возможность подключения передатчика к всенаправленной 21 или направленной 22 антеннам. Так как эти антенны работают в режиме приема-передачи, на их входах используются циркуляторы 19 и 20. Выход приемника с помощью переключателя антенны 23 подключен к всенаправленной 21 или направленной 22 антеннам.
Для предварительной селекции низкочастотной и высокочастотной групп рабочих частот служат полосовые фильтры НЧ и ВЧ 25. Переключение фильтров 25 производится с помощью переключателей 24 и 26. С выхода переключателя 26 сигнал подается на смесительный диод 9. Сигнал промежуточной частоты усиливается предварительным усилителем промежуточной частоты 10. Основная полоса пропускания формируется с помощью фильтра сосредоточенной селекции 11, а основное усиление осуществляется усилителем промежуточной частоты 12. Далее сигнал через систему фазовой автоподстройки частоты 13 подается на выходной усилитель низкой частоты 14 и затем на головные телефоны 15.
Автоматическая подстройка фазы необходима для обеспечения оптимальной работы точки выходного фазового детектора. В состав этой схемы входят управляющий фазовращатель, фазовый детектор, активный фильтр НЧ и интегратор (не показано).
В приемопередатчике с целью обеспечения малых габаритов и веса использован только один СВЧ-генератор 4, который одновременно является генератором передатчика и генератором приемника.
Положительный эффект, выражающийся в значительном повышении надежности работы системы, так как из-за предварительного усиления и фильтрации выходных сигналов модуля существенно снизились наводки и паразитные связи в приемопередатчике. Кроме того, сократилось время вхождения в связь при неизвестных координатах корреспондентов. Применение в приемопередатчиках волноводно-щелевых направленных антенн, формирующих узкую диаграмму направленности, позволило обеспечить повышенную скрытность, помехозащищенность и дальность связи.