Бунін С. Г., Корж Ю. В. НДІ Телекомунікацій Національного технічного університету України «Київський політехнічний інститут» 03056, Київ, Україну, пр. Перемоги, 36 Тел.: (8050) 4699643; e-mail: bunin@gu.net Войтер А. П. Інститут ядерних досліджень НАН України 03680, Київ, пр. Науки, 47, Україна Тел.: (8044) 265-43-71; e-mail: voiter@kinr.kiev.ua

Анотація – розглянуто теоретичні основи побудови одночастотного дуплексного ретранслятора, що дозволяє не збільшувати частотний або тимчасової ресурс при ретрансляції сигналів.

I. Вступ

Практично всі сучасні ретранслятори радіосигналів побудовані на основі рознесення частот прийому і передачі (двохчастотна схема) або рознесення часу прийому і передачі при одночастотної схемою. Відома ідея побудови одночастотного дуплексного ретранслятора з розв’язкою приймача і передавача за рахунок непересічних діаграм спрямованості приймальні і передавальної антен відома. Однак на практиці такі ретранслятори не використовуються. Тому одночастотні ретранслятори такого типу практичного застосування не знайшли.

II. Основна частина

Пропонована схема одночастотного ретранслятора заснована на примусовій розв’язці його входу і виходу. В основі схем такого типу ретрансляторів лежать багатополюсні ланцюга. На малюнку показана базова схема одночастотного дуплексного ретранслятора на основі «гібридного кільця».

Рис. Базова схема одночастотного дуплексного ретранслятора: BPF – смуговий фільтр, АМР – підсилювач, Т – погоджують пристрої, Ai і Аг-антени.

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

Електричні розміри «гібридного кільця» обрані таким чином, щоб на робочій хвилі виконувалися відстані, як показано на малюнку.

Розглянемо роботу ретранслятора. Припустимо, що електромагнітне коливання, напруженість електричного поля якого e (t) = Е COS CDt, поширюється в площині креслення зліва направо і створює в кожному елементі антени напруга U (t) = UCOSCOt + (р на вхідному со-спротиву

кільця R = 1. Приймемо, що в даний момент фаза сигналу в антенному елементі А1 (відвід «гібридного

кільця »4) дорівнює нулю:. Те

гда напруга на відводах 1 і 2:

. У зв’язку з проти-

вофазностью коливань, що приходять в точку 3 коротким (1до= Л / 2, А (р =-ж) і довжин-ним

(1д = Л, А (р =-2ж) шляхами. Та ж хвиля, пройшовши між елементами антени А1 і А2 рас-стояння 1 = Л / 2, створює в елементі А2 (відвід 3) напруга U(2> (T) = U cos (cot – ж).

Поширюючись по кільцю коливання від А2, матиме у відведенні 1 напруга:

Сумарний сигнал (від обох елементів антени) в відводах «гібридного кільця» дорівнює:

Отже, на вході смугового підсилювача ПФ (відвід

1) маємо повний сигнал, який представляє собою суму сигналів від обох елементів з затримкою фази на ж 12. На відводі 2, з’єднаний з виходом підсилювача Ус, сигнал дорівнює нулю, і, отже, його потужність на вихідному опорі підсилювача не розсіюється.

На відводах 3 і 4 присутні тільки сигнали, прийняті цими елементами, оскільки відводи 1 і 2, 3 і 4 попарно розв’язані в силу властивостей гібридного кільця.

Сумарний сигнал U1 cos (ot – ж! 2) підводиться до входу смугового фільтра ПФ з частотною

характеристикою Допф (а>) і далі подається на підсилювач Ус з коефіцієнтом посилення Кус, Не залежить від частоти. Далі сигнал підводиться до входу підсилювача з коефіцієнтом посилення Кус. Вихід підсилювача підключений до відведення 2 «гібридного кільця».

Очевидно, що умовою відсутності самозбудження ретранслятора або придушення вхідного сигналу вихідним (в залежності від співвідношення фаз) буде

Сенс цієї нерівності полягає в тому, що умова стійкості ретранслятора виконується тільки в тому випадку, якщо твір модуля коефіцієнта передачі смугового фільтра на будь-якій частоті на коефіцієнт посилення менше зворотного значення модуля елемента матриці розсіяння, на тій же частоті. Іншими словами, значення ординати коефіцієнта передачі тракту посилення ретранслятора повинно бути менше значення ординат кривої величини розв’язки «гібридного кільця».

Посилений сигнал, підведений до відведення 2, буде порівну розподілений між елементами антеною системи і створить в них синфазних струми з фазою

– ж / 2. Це означає, що діаграма випромінювання буде відрізнятися від діаграми прийому.

У випадку, коли необхідно поєднати максимуми напрямки прийому і передачі, можна використовувати додаткові пасивні елементи.

Головними характеристиками ретранслятора є його коефіцієнт посилення і смуга підсилюються частот. Коефіцієнт посилення обмежується ступенем розв’язки сигналів на вході і виході і не повинен перевищувати зворотної величини цього значення у всій смузі підсилюються частот. Гібридні кільця чи інші фазобалансние схеми забезпечують ступінь розв’язки до 30 – 40 дБ. Збільшення потенціалу ретранслятора понад цієї величини можна досягти шляхом перетворення виду сигналу з зосередженого по частоті вузькосмугового сигналу в широкосмуговий, наприклад шумоподібний сигнал з базою, більше 1. При цьому, за рахунок зменшення спектральної щільності вихідного сигналу і зменшення його рівня на виході смугового фільтра, установки на виході ре-жекторного фільтра можливе істотне підвищення енергетичного потенціалу ретранслятора.

Смуга підсилюються частот залежить від широкосмугове ™ схем фазує пристроїв. Є варіанти «нерезонансних» фазує схем, що дозволяють істотно збільшувати поло-су ретрансльованих сигналів.

III. Висновок

Одночастотні дуплексний ретранслятор дозволяє зберегти частотний і часовий ресурс при ретрансляції. Суттєвою є проблема приходу до терміналу прямого і ретранслювати сигналів, що може призводити до їх інтерференції. Однак інтерференція може бути використана для підсумовування енергій обох сигналів.

У доповіді розглянуті варіанти побудови одночастотних дуплексних ретрансляторів, а також їх застосування в мережах зв’язку різного призначення.

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.

Джерело: Матеріали Міжнародної Кримської конференції «СВЧ-техніка і телекомунікаційні технології»