ОДНОЧАСТОТНЫЙ ДУПЛЕКСНЫЙ РЕТРАНСЛЯТОР

April 23, 2012 by admin Комментировать »

Бунин С. Г., Корж Ю. В. НИИ Телекоммуникаций Национального технического университета Украины «Киевский политехнический институт» 03056, Киев, Украина, пр. Победы, 36 Тел.:(8050) 4699643; e-mail: bunin@gu.net Войтер А. П. Институт ядерных исследований НАН Украины 03680, Киев, пр. Науки,47, Украина Тел.:(8044) 265-43-71; e-mail: voiter@kinr.kiev.ua

Аннотация – рассмотрены теоретические основы построения одночастотного дуплексного ретранслятора, позволяющего не увеличивать частотный или временной ресурс при ретрансляции сигналов.

I.  Введение

Практически все современные ретрансляторы радиосигналов построены на основе разнесения частот приема и передачи (двухчастотная схема) или разнесения времени приема и передачи при одночастотной схеме. Известна идея построения одночастотного дуплексного ретранслятора с развязкой приемника и передатчика за счет непересекающихся диаграмм направленности приемной и передающей антенн известна. Однако на практике такие ретрансляторы не используются. Поэтому одночастотные ретрансляторы такого типа практического применения не нашли.

II.  Основная часть

Предлагаемая схема одночастотного ретранслятора основана на принудительной развязке его входа и выхода. В основе схем такого типа ретрансляторов лежат многополюсные цепи. На рисунке показана базовая схема одночастотного дуплексного ретранслятора на основе «гибридного кольца».

Рис. Базовая схема одночастотного дуплексного ретранслятора: BPF – полосовой фильтр, АМР – усилитель, Т – согласующие устройства, Ai и Аг- антенны.

Fig. Basic diagram of the single frequency duplex repeater: BPF – bandpass filter, AMP – amplifier, T – tuners, A-iU A2– antennas

Электрические размеры «гибридного кольца» выбраны таким образом, чтобы на рабочей волне выполнялись расстояния, как показано на рисунке.

Рассмотрим работу ретранслятора. Допустим, что электромагнитное колебание, напряженность электрического поля которого e(t) = Е COS CDt, распространяется в плоскости чертежа слева направо и создает в каждом элементе антенны напряжение U(t) = UCOSCOt+ (р на входном со-противлении

кольца R = 1. Примем, что в данный момент фаза сигнала в антенном элементе А1 (отвод «гибридного

кольца» 4) равна нулю:. То

гда напряжение на отводах 1 и 2:

.в связи с проти-

вофазностью колебаний, приходящих в точку 3 коротким (1к=Л/2, А(р =—ж) и длин-ным

(1д = Л , А(р = —2ж ) путями. Та же волна, пройдя между элементами антенны А1 и А2 рас-стояние 1 = Л/2 , создает в элементе А2 (отвод 3) напряжение U(2> (t) = U cos (cot – ж).

Распространяясь по кольцу колебание от А2, будет иметь в отводе 1 напряжение:

Суммарный сигнал (от обоих элементов антенны) в отводах «гибридного кольца» равен:

Итак, на входе полосового усилителя ПФ (отвод

1)       имеем полный сигнал, представляющий собой сумму сигналов от обоих элементов с задержкой фазы на ж 12. На отводе 2, соединенном с выходом усилителя Ус, сигнал равен нулю, и, следовательно, его мощность на выходном сопротивлении усилителя не рассеивается.

На отводах 3 и 4 присутствуют только сигналы, принятые этими элементами, поскольку отводы 1 и 2, 3 и 4 попарно развязаны в силу свойств гибридного кольца.

Суммарный сигнал U1 cos(ot — ж!2) подводится ко входу полосового фильтра ПФ с частотной

характеристикой Кпф(а>) и далее подается на усилитель Ус с коэффициентом усиления Кус, не зависящем от частоты. Далее сигнал подводится ко входу усилителя с коэффициентом усиления Кус. Выход усилителя подключен к отводу 2 «гибридного кольца».

Очевидно, что условием отсутствия самовозбуждения ретранслятора или подавления входного сигнала выходным (в зависимости от соотношения фаз) будет

Смысл этого неравенства состоит в том, что условие устойчивости ретранслятора выполняется только в том случае, если произведение модуля коэффициента передачи полосового фильтра на любой частоте на коэффициент усиления меньше обратного значения модуля элемента матрицы рассеяния, на той же частоте. Иными словами, значение ординаты коэффициента передачи тракта усиления ретранслятора должно быть меньше значения ординат кривой величины развязки «гибридного кольца».

Усиленный сигнал, подведенный к отводу 2, будет поровну распределен между элементами антенной системы и создаст в них синфазные токи с фазой

— ж/ 2. Это означает, что диаграмма излучения будет отличаться от диаграммы приема.

В случае, когда необходимо совместить максимумы направления приема и передачи, можно использовать дополнительные пассивные элементы.

Главными характеристиками ретранслятора являются его коэффициент усиления и полоса усиливаемых частот. Коэффициент усиления ограничивается степенью развязки сигналов на входе и выходе и не должен превышать обратной величины этого значения во всей полосе усиливаемых частот. Гибридные кольца или иные фазобалансные схемы обеспечивают степень развязки до 30 – 40 дБ. Увеличение потенциала ретранслятора сверх этой величины можно достичь путем преобразования вида сигнала из сосредоточенного по частоте узкополосного сигнала в широкополосный, например шумоподобный сигнал с базой, больше 1. При этом, за счет уменьшения спектральной плотности выходного сигнала и уменьшения его уровня на выходе полосового фильтра, установки на выходе ре- жекторного фильтра возможно существенное повышение энергетического потенциала ретранслятора.

Полоса усиливаемых частот зависит от широкополосное™ схем фазирующих устройств. Имеются варианты «нерезонансных» фазирующих схем, позволяющих существенно увеличивать поло-су ретранслируемых сигналов.

III.  Заключение

Одночастотный дуплексный ретранслятор позволяет сохранить частотный и временной ресурс при ретрансляции. Существенной является проблема прихода к терминалу прямого и ретранслированного сигналов, что может приводить к их интерференции. Однако интерференция может быть использована для суммирования энергий обоих сигналов.

В докладе рассмотрены варианты построения одночастотных дуплексных ретрансляторов, а также их применение в сетях связи различного назначения.

SINGLE FREQUENCY DUPLEX REPEATER

Bunin S., Korzh Yu.

Institute of Telecommunications,

National Technical University of Ukraine «Kiev Politechnical Institute»

36 Pobedy St., Kiev, 03056, Ukraine.

Tel: (38050) 469-9643; e-mail: bunin@gu.net Voiter A.

Institute of Nuclear Research National Academy of Sciences of Ukraine 47 Prospekt Nauky, Kyiv, 03680, Ukraine E-mail: voiter@kinr.kiev.ua

Abstract – An idea of a single frequency duplex repeater is described. The repeater saves frequency and time domain resources.

I.  Introduction

Practically all radio signal repeaters are based on frequency or time division. Single frequency repeater based on noncrossing patterns of receiving and transmitting antennas is known. But practically such repeaters are not used due to possibilities of self oscillation or loss of sensitivity when transmitted signal reaches front end of repeater’s receiver.

II.  Main Part

The basis of the repeater is hybrid ring electrical length of which is adjusted to working frequency. The diagram of the repeater is shown on figure. The repeater consists of two element antenna system, hybrid ring adjusted to working frequency, passband filter and antenna tuning devices. Radiowave coming, for instance from left to right in the diagram plane, and having 0 degrees phase in the left whip antenna, produces the following signals at hybrid ring taps:

One can see that repeater output signal is phased out at receiver front end and input signal does not dissipate at the amplifier output tap. Due to output signal suppression at receiver front end, reception and amplification of signal received are possible at the same frequency.

Stability of the repeater can be obtained if gain on all band pass frequencies is less then the module of signal suppression in the hybrid ring. The gain of the repeater can practically reach 30 – 40 dB. More gain can be obtained by changing type of modulation in the repeater. For example, using wideband modulation with gain factor »1 can considerably increase repeater gain due to decreasing in spectral density and narrow band rejection filter usage.

The bandwidth of the repeater depends on bandwidth of phasing devices. There are non-resonant phasing schemes exist which can be used in wideband repeaters.

Antenna patterns on receive and transmit cross each other except for very narrow zero zones which are not significant from practical point of view. This means that all terminals can be located around the repeater.

Different types of single frequency duplex repeaters, single frequency terminals and networks based on such devices are described in the report. A problem of mutual interference of direct and repeated signals at terminal receiver front end should be solved when such repeaters are used. But it is possible to sum energies of direct and repeated signals if both signals present.

III.  Conclusion

Single frequency duplex repeater saves frequency and time domain resources unlike repeaters with frequency and time divisions. One of the problems which should be solved when such repeaters are used is interference of direct and repeated signals at the terminal front end. But it can be used to summarize energies of the two signals.

Different types of devices are described in the report. These devices can be used not only in communications but in navigation and other applications.

Источник: Материалы Международной Крымской конференции «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии»

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты