在收发机系统中射频信号被发射到收发机，通常以调制形式亦即 利用来自收发机的附加信息，经转换后转发此信号。因此、收发机的 目的是以某种方式传输或检索与收发机相关的信息。收发机通常不希 望转发仅含原始信息的输入信号。某些收发机以间接方式工作，而某 些则采用直接方式。以间接方式转发时，信号依次接收和转发。转发 可以在与接收信号频带不同的频带中进行。现代的数字通信收发机， 也称为转发器，以数字方式处理输入信号然后转发信息。该传统技术 是以复杂性、高成本和窄化信息带宽为代价进行工作的。
现代数字数据通信对双向访问网络的扩展和改进的基础结构提出 诸多需求，这对于远距离(远程输送)通信也部分适用。卫星访问网 络中，人们曾不断探索低成本的返回通道容量，但迄今为止，很大程 度上仍依赖于有线电话网络。
近年来，对扩展通信距离、带宽及可靠性的革新，主要涉及数字 信号处理的新颖应用和相关的改进方式。人们似乎已淡忘，模拟信号 的处理，现在是、也将永远是任何通信系统或传输系统的基本物理层。 即使数字信号处理上进行种种改进，其效果最终还受制于模拟信号参 数。由此得出结论，如果对模拟信号处理予以适当重视，可望迎来实 现全信号处理的广泛改进的新时代。
无线应用中的路径损耗一般为80到130dB；在电缆及电线的有 限应用中，如使用较高的频带，该损耗一般为30到80dB。同时，未 以其固有特性或外部特性实施最佳分离的电路间的衰减，一般仅为0 到15dB。
因此、现代用于高频载波数字传输的收发机或转发器在线路增益 上不使用高的、带内或邻近的通道，这概无例外。这类双工信号的重 复将在大多数系统中引起不稳定，因此、无法使用传统技术实现。教 科书中对此类问题也未见解决方法。一个现代典型的此类课题是有线 调制解调器系统的上行和下行放大。该课题是通过一根同轴电缆经由 2个信号方向并以某些时间间隔放大信号。使用传统技术解决此课题 的方法是，仅在一个方向上使用放大器并在另一方向使用旁路滤波 器，即所谓双向放大器。该方法取决于2个信号方向上的频差要足够 大，使设备的2个主要端口间的有限隔离产生的稳定性最优化。在其 他以电缆和电线为基础的应用中，由于种种原因使端口间的高隔离无 法实现时，也没有对于模拟增益的解决方法。典型的例子是输电线路 网的配电箱，其中、接线必须直接进出输电围栏，从而限制允许的放 大器端口隔离。类似情况是，在输电网变压器站，通过低电压电路、 变压器和中电压电路的信号漏泄以减低允许的隔离。这就是为什么所 有用于国际互联网访问的PLC(输电线路通信)系统迄今为止仍不用 分布式的模拟增益块去维持信噪比。分布式的级联增益块在使用低损 耗同轴电缆的有线调制解调器中是基本部件。具有较高衰减的输电 网，仍需要相应的增益块，在多数情况下、技术上的挑战显得更为突 出。显然，在同样级联的输电网中使用模拟增益块，并不认为对PLC 系统是现实可行的。受到严重阻碍的PLC访问系统不可能产生可靠的 大带宽，也不符合表征该带宽的标准。传统的PLC访问系统都使用专 用的交换对称通信协议。这也意味着传统增益块面临进一步的挑战， 亦即、增益块必须是双向的。PLC系统的设计者不得不使用数字转发 器使带宽窄化，或使用较高的激励电平和较低的载波频率以获得需要 的通信范围。信号的开关特性使辐射问题更严重。延迟时间较长也是 这些系统的通病，因此、它们难以在对时间有迫切要求的场合使用， 例如IP电话。这对于拥有大量客户的大系统尤其适用。PLC系统的 特征在于，基本上避免使用高载波频率，以改善传输及抗扰特性、显 现衰减辐射的优点并使带内的群延迟脉动减少。PLC系统中使用的频 率越低，传输特性的变化就越多。综合这些理由可得出技术上的解释， 为什么迄今为止已经过5-10年，PLC访问系统仍未获得广泛应用。
无线系统的情况与使用对称转换系统类似，需要带内双向收发机 或转发器。使用2根或多根天线，可获得一些增益。但是，这些增益 通常不足以弥补损耗和达到需要的净增益。所以、通过应用已发现， 除非采用减少带宽和增加高成本的技术，无法解决与数据传输收发机 或转发器相关的问题。于是，提出了有关在大量的数字和模拟通信领 域中需要采用新的电缆芯、以及允许低成本及不用高端口隔离的简单 的模拟高级联高频增益的系统技术。
这样，使收发机能以简单的注入式连锁振荡器实现。迄今为止、 这些收发机的使用仅限于获得收发机的调制响应，而不是转发信号。 注入式连锁振荡器的最大缺点是连锁频带极狭窄和灵敏度极低。现在 需要的是能改进注入式连锁振荡器和扩展其应用范围的技术。
在Fleming发明真空管和Armstrong发明超再生探测器以后，人 们不断尝试在信号网络中利用这些技术。其中有的已获得专利。其主 要特征是，仅接收时使用再生电路，有些则为获得已调的收发机频率 特性而用。其中包括最近的、某些基于固态部件的专利。很少有人谋 求信号转发或级联再生增益，在此情况下所描述的应用已显落后、或 范围非常狭窄，对于目前的需要十分有限，此外，在人们建议的解决 方法和某些建议的使用之间也存在严重差异。在所有场合、它们的共 同点是使用真空管，而不用固态增益元件。真空管的使用阻碍了有实 用价值的可靠的技术的进展。且，使用真空管还阻碍需要的改进、重 复性、可靠性和允许的成本。其共同的特征是，可靠通信带宽的狭窄 及缺乏对于输入和输出信号的尖锐的带通过滤，而这些却符合目前有 关抗扰性和有害辐射的标准。此后，技术被遗忘或忽略。行业无法回 避的现实是，具有经多方改进的技术规格和成本因素的现代固态元件 已将阿姆斯壮的发明置于全新的观念之下。这样，在现代数字通信中 对于新颖的模拟增益块的解决方案获得了无可替代的需求；同时表 明，被新颖的应用和基于现代部件技术的新颖体系结构的使用所忽略 和遗忘的技术，将为满足这些需求作出贡献。
对配电电路上的输电线路的监控和通信(PLC)，其中数据通信 应包含用于宽带分配和其它客户通信的所谓访问网络，迄今为止、通 信范围因信号损耗被限于100到300米。该限制距离内，有害辐射仍 会产生严重的问题。线路放大器的实现和安装费用非常昂贵，而间接 转发器使数据带宽减小。这对于高压电缆是适合的，到目前为止、市 场上的高压电缆仅适用于数据带宽极狭窄的系统。因此，以往的技术 仅限于必须以光纤、导线、卫星或无线通信链接的小系统。故而需要 允许输电网络的完整的基础结构象有线网络通信一样连成一体新技 术。以往的技术不具有能以简单、可靠、可重复和低价的方法转发信 号而无需通过输电网络中的内含隔离的复杂装置亦即变压器站或配电 盘的解决办法。需要有这样的新颖的解决方法，即亦能传输模拟增益 和进行输电网结构部件间的桥接的方法。输电线路上用于大带宽通信 的现有系统使用RF频谱的低频部分以获得允许的衰减水平，为此、 需要承受严重的低频噪声和频偏，低压线路上严重时高达20MHz左 右，在输电网络的某些部件上还要高得多。输电线路的噪声呈现系 统特征和白噪声特征，使各种扩展频谱技术的效果可变且有时难以预 测。拥有大量不同电路的输电网络的典型特征在于，低区域的高频特 性变化惊人，且随地理位置和时间而变。使PLC的设计者不得不使用 高信号激励电平，导致产生不允许的辐射电平。因此、对于电网中的 模拟增益块，需要仅对基础结构作少量更改或不作更改及采用简单方 法就可使电网用作访问数据网络的新技术。这样的技术适用于中压及 高压系统，在无线的模拟和数字通信及广播中都具有重要的意义。

因此、本发明的一个主要目的是提供收发机、转发器、以及收发 机系统或转发器系统、耦合装置、内部耦合装置以及改进技术，此改 进技术有助于在现有和新的系统中实现高频模拟级联增益，并有助于 实现在不使用或本质上不能使用传统可接收的端口隔离的通信中使用 的或有用的基础结构。本发明的目的还允许适合大量的高频应用的带 内或分离的高频带的双向增益。因此、本发明的一个重要目的是提供 新颖的解决方案，按照该方案、对现有的通信基础结构进行改进或使 用原来不用于通信中的基础结构来实施通信。
这样，本发明的目的是，提供非常通用又成本低廉的、在单级或 级联基础上转发RF信号的系统。这是通过单个或多个的再生收发机 或转发器及耦合装置实现的，这些装置易于安装和馈电、对基础结构 作少量修改或不修改，因此，当基础结构以任何理由不作实质性修改 时能满足要求。这样，本发明的一个目的是，提供其它方式时不可能 实现的、不可行的或成本过高的远程通信距离和带宽。
本发明的另一个目的是，提供实现新型的通信系统的手段，该通 信系统基于本发明提供的简易性和高性能，而使用其它方法不可能获 得这些性能或成本过高。
本发明还有一个目的是，为单向、双向和多向的应用提供级联系 统再生增益块。本发明的另一目的是，上行链路和下行链路的频带重 叠以及当它们分离或邻近时都能正常运行。还有一个目的是，上行链 路和下行链路的动态信号在不同方向上相似及差异极大时都能正常运 行。
本发明还有一个目的是，促进传输媒体和模拟系统组件间的内部 连接。另一目的是，将同轴电缆系统、光纤电缆系统、及光纤与共轴 电缆的混合系统(HFC)延伸到输电线网或其它类似传输媒体的有用 的基础结构。
这样，本发明的一个目的是，为任何现有的通信或广播系统提供 新的RF信号路径或改进现有的RF信号路径。例如，输电线网中，包 括高压、中压、低压、街道照明和控制电缆和电线，采用有线调制解 调器或远距离以太网技术。本发明的另一应用例是，扩展无线LAN 的通信范围或类似工程。
本发明另一目的是，为无线电导航、无线电定位、无线电测向、 无线电测距、RFID和ECMIt I的应用提供某些新改进的收发机解决方 案或其它替换方案。
本发明
本发明的若干目的，由第一方面、所附权利要求1所述的收发机 实现。其优点特征如所附独立的权利要求所述。
其它所述的目的，由第二方面、所附权利要求33所述的收发机 系统实现。
该系统的详细特征如所附独立的权利要求所述。
在细节上完全与本发明的第一方面的实现方法无关，本发明的原 理可描述为超再生类型的再生增益块，通常希望为呈负阻的端口。猝 熄的或开关的放大器与本发明的猝熄振荡器在技术上相同或相似，稳 定性标准不仅取决于内部特征，也取决于外部参数。这样的猝熄放大 器被定义为猝熄振荡器。
本发明的显著特征在于，呈高转换增益的简单的收发机，以及具 有相应性能的收发机以相同的频带或偏移的频带转发被放大的接收信 号，并作为单一端口放大器工作，因此、适合直接在不间断的信号通 道工作。因此、它适合在发射线路，例如输电电缆，维持信噪比不超 过临界放射水平。本发明的收发机中的猝熄振荡器的优点是可选择自 定义动态范围和带宽。一个例子是使用整个带宽的能量或所有有用的 边带，还可增加冗余度。另一个例子是通过滤波选择使用一个或多个 边带。采用超再生原理时、本发明的显著特性是，输出和输入时使用 尖锐带通滤波器以满足现代关于抗扰和防止有害辐射的要求，以及由 高猝熄频率所支持的宽通信带宽特性。这样，需进行相当先进的滤波 器设计，并在设计时十分重视通带传输特性和频带传输特性的输出。 十分重要的是，要求在带内(通道)和邻近频带(通道)上具有高增 益。
本发明的特征在于，组件和结构中的寄生电容对发明的收发机形 成满意的耦合链接，又，本发明允许使用较高的频率，使寄生耦合的 效率提高，也支持了这样的链接。简言之，与本发明相关的高放大性 能支持耦合装置，否则、从技术或经济原因考虑都是不可取的。本发 明支持的例子是，中压设备使用Elastimold输电网站的电容电压探针、 并采用电缆连接进行高频载波信号传输。与Elastimold相关的电缆和 后续系统可称为Pex电缆，它类似于包含一根或多根芯线以及外屏蔽 的同轴电缆结构。Elastimold的电容分配器和类似系统呈现随频率而 增加的特性。电容分配器探针通常作为RF信号传感器使用，但用于 激励则功效不够。当使用外部屏蔽作为耦合电容时，出现本发明改进 的电容分配器耦合。本发明进一步的改进是将铁素体、铁粉套管或环 形磁芯夹持在电缆上并距离终端一定距离。在发明中类似地，将内导 体和公共电势间的寄生电容用作耦合电容以实现屏蔽和公共电势间的 信号耦合。本发明可使用指定的寄生电容装置以实现有效的公共高频 电势，从而抑制有害的公共模式辐射和支持抗扰性。本发明可使用至 少2根电缆或按接地基准同时使用这2种方法，使用注入的或以微分 方式取样的RF信号。
因此、本发明允许在输电网线路中使用比PLC(输电线路通信) 系统中更高的载波频率。利用电缆上的系统能量以及由电缆采集的RF 干涉信号的辐射损耗，使高载波频率远离输电线路噪声，可要求非常 低的信号电平并消除扰乱其它服务实施的风险。可使用频域中的冗余 度使较高载波频率上的RF干扰最小化。本发明提供大量的组合，必 要时、例如在家庭和建筑物的低压输电线路上噪声问题十分严重的场 合提供冗余度。也可通过增加更多的通信通道提高冗余度从而提高整 个系统的带宽。可通过远程或自动控制或切换通信系统中的收发机或 转发器的特性使系统适应诸如干扰那样的环境变化，进一步利用冗余 度。
按照本发明，可利用超再生转发器(收发机)的频率偏移或置换 特性及其高转换增益。频率偏移可等于或几倍于中心频率两边的猝熄 频率。类似地，本发明的另一个新方案是采用传统但成本和能耗偏高 的技术，按照该技术、使变频器或混频器与放大器串联，并使其中的 混频器一放大器链的输入与输出一体化，作为单一端口使用，或、它 们之间的隔离本质上严重受限制。其应用可以是，在电缆和电线系统 中使用单一端口或受限制的双端口放大，包括频率偏移，用以提高噪 音容差和对不同的电缆类型、长度和损耗的适应性。这2种实施手段 的主要功能是一致的，可称为频率置换单一端口放大器。它们之间的 实际差异是，本发明的超再生方案关于邻近通道的选择性上是独立 的，而混频器方案需要确实良好的滤波。当有用的或可用的频带受限 制时，这些都是需要考虑的重要因素。
本发明的另一特征是对再生的和超再生的振荡器或放大器以及双 向的超外差式信号块进行改进。它包含一个或多个混频器以及一个公 共本地振荡器。在2个方向上都可包含放大级，其目的是补偿损耗和 帮助获得收发机的信号动态。它允许再生振荡器以不同于收发机所包 含的频带进行优化，例如针对收发机的大的带宽使用非常高的猝熄频 率。它允许本发明的收发机频带方便地通过改变本地振荡器频率进行 改变。它可在本发明的收发机频带和再生装置频带段配置滤波器。由 于改进了猝熄频率的谐波抑制，使动态范围扩大。它还配置方向组合 器使超外差式模块中允许的增益提高。超外差式的净增益可通过有源 混频器获得。当存在可感知的外部端口隔离时，收发机可作为每个方 向上分割外差增益的双端口使用。使用单向系统增益，如同在非对称 系统中一样可行。上行和下行链路可与本发明的成双的或2个收发机 组合。本发明的另一特性是，在需要较高的频率增益的场合，本发明 中通过混频器上添加的固有隔离使再生振荡器省略，从而利用相互连 接超外差式链，使超外差式增益本身允许充分的再生。
本发明的超再生振荡器的工作方式是，没有信号时，在猝熄周期 期间不会满足充分的震荡条件。再生范围主要由偏置条件和猝熄功能 决定。猝熄功能最重要的特性是猝熄频率。赫兹频率下降时(f＜1Hz)， 再生减缓并处于较弱的自稳定状况。在非常高的猝熄频率，增益恶化 而稳定性仍保持良好。在中等猝熄频率，增益高稳定性也好，但带宽 特性可能是无用的。本发明促进优化组合这些因素。在较长的大电流 和高电压屏蔽的的输电电缆上使用较高的载波频率的可能性，也受到 本发明的支持。其优点是在通信频带内避免低频区噪声和降低群延迟 脉动。传输特性的稳定是最大优点之一，即在大尺寸和小尺寸的输电 电缆上都能使用尽量高的载波频率。本发明采用多种方法支持这一 点；一种方法是提供较大的有用的放大增益，在不间断电路中引入增 益的隐含的可能性，以及非电流耦合。乃至消除输电电缆通信系统上 的自由空间噪音和有害辐射也是本发明的一部分。本发明中最令人感 兴趣的或许是，所有的实施方法都能以低成本系统实现。
本发明为通信网络使用较高的载波频率、多通道和单向的单端口 重复提供手段，也允许根据通信协议的非载波或低频载波利用本发 明。例如，按照以太网协议、能以类似有线调制解调器的方式调制到 载波上。远程以太网协议是与本发明用途相关的、特别令人感兴趣的 协议，因为它使用的QAM与有线调制解调器系统、Docsis和EuroDocsis 相似。甚至PLC协议和信号的格式可以以类似的方式使用。本发明可 使用于大多数通信协议和调制类型。可使用专用通信协议和调制方 案。调制类型和通信协议的例子有：频率扩展频谱OFDM、时间频率 扩展频谱DSSS、QAM与QPSK，协议例如有线调制解调器DOCSIS 和EURODOCSIS、IEEE802.11x、Bluetooth、TETRA、GSM、GPRS、 GSM、UMTS、IP电话和其它类型的电话。根据要求，本发明处理的 信号可以是双边带或单边带信号。此外，由于能使用在介质中高衰减 的高频，将反射衰减到可忽略的程度，这也是本发明的一个非常重要 的手段。
支持在全球基础结构(例如输电网线路)上的广泛的带宽通信， 使新的概念，例如移动通信等成为可能。例如，到处存在的输电基础 结构允许本发明大幅度降低整个系统的成本、实现大量精简区域通信 用单元，同时使整体覆盖面改善。凡存在输电电缆或电线的地方，本 发明都能提供基站的骨干基础结构，例如UMTS基站。作为无线转发 器使用时，本发明能以非常合理的成本扩展基站的无线电覆盖范围。
附图说明
以下使用实施例并参照附图对本发明进行详细说明，其中：
图1是采用以往技术的典型收发机系统、包含模拟单元和数字单 元的方框图。
图2是本发明第一方面的实施例的方框图，其中最简单的可能的 转发方法基于所示的本发明。
图3是引入分离的振荡器信号以改进对收发机的带宽、有害辐射 和能耗的控制的实施例的方框图。
图4是另一种设计版本的方框图，其中包含用于接收的探测器和 放大部(下行链路)，不同的接收电平可由引入的TR开关控制。
图5是又一种设计版本的方框图，本发明的微波技术概念的简明 性被引入收发机的微波ASIC，按照本发明的该概念，能在微波ASIC 或MMIC中的实现低成本。
图6是从图2的设计版本派生的方框图，其中天线被不同的耦合 元件替换，且振荡器的进出信号路径上的滤波器采用分离的双向滤波 器。
图7是说明本发明第二方面的方框图，其中超再生收发机作为网 络体系结构的一部分工作。
图8展示网络中的可用于收发机连接的各种信号传输媒介。
图9展示本发明的特殊的设计版本的、与网络的协同工作的收发 机。
图10展示多个收发机一起按网络方案、以各种方式的应用。
图11展示多个收发机一起在另一实施例中的应用。
图12展示收发机沿传输线路或波导发送以提高线路容量的实施 例。
图13展示在改进端口终端和再生线路之间隔离的同时使用再生 收发机实现信号动态特性和带宽的一种方法。
图14展示使用传统技术实现单端口频率置换收发机或放大器的 一种方法，该技术在某些输电线路通信区域提供充分可靠的功率时适 用于本发明。
图15展示单向频率置换和单端口放大如何应用于对称通信系 统，例如IEEE802.11b。只要在实施方法中增加冗余度，同样的原理 也可通过使用不同的上行和下行链路频率应用于非对称通信。
图16展示的是，本发明如何用于非对称通信，例如、通过定性 耦合和频率置换部分地或大部分地获得有线调制解调器信号，当足够 的功率可用时，高放大和定向耦合可用来维持有耗线路及电缆上使用 高载波频率时的信噪比。
图17展示本发明的一实施例，来自天线或探测装置的辐射信号 和噪声能与直接耦合的信号结合以消除电缆及系统引线的辐射信号、 公共模式噪声和干扰。
图18是有关输电网络通信访问系统、及包含本发明支持的新型 访问系统的总图、及展示中压站的新方案、在分电箱和其它终端点提 供增益的新方案图。
图19展示的是，主要涉及本发明关于怎样将耦合器连接到中压 电缆的一些方法，使用作为容性网络的变压器，采用低压电缆、使高 频通过变压器和电流耦合器、及微分耦合器。
详细说明
如图1所示，典型的收发机装置包含模拟单元22和数字单元23。 模拟部分包含天线1和射频收发机24。收发机24可以是调制发射器 或能够使用收发机18的调制响应转发输入载波的收发机。它经常被 设计成包含下行链路接收器25、唤醒接收器26和控制装置25。当数 字部分包含在收发机装置18内时，它通常应包含信息单元28并带接 口29。收发机装置18还包含电源，最常见的是电池170。
收发机装置18中最重要的部分是上行链路的收发机24。下行链 路信息接收器25是收发机装置18的一个单独部分，或部分地与唤醒 接收器26结合。数字单元23的信息装置28与收发机装置18一致， 数字单元也有信息处理能力，并可通过控制接口27控制模拟单元22。 数字单元23还包含联系用户、传感器或激励器用的物理接口。
图2展示不含任何信息单元和基于本发明的收发机19的方框图， 其中、对借助本发明实现转发的简单方法进行说明。本发明展示的方 案可用于信号复制、询问和发射。它包含天线1与带通滤波器之间的 双向耦合器2以及作为通向再生电路5的单信号或双信号路径的双向 耦合器4，电路5包含分立的部件或根据收发机19的要求集成到某一 个电路中。
再生电路5原则上包含一个随机型的振荡器电路，该电路与不稳 定的放大器差不多；连接点30原则上包括振荡器中的任何点或点群， 这里采用对再生电路进出能量必需的耦合。使得再生或超再生放大足 以满足收发机的期望的目的。偏置电路6将偏压提供给收发机中含有 双极或场效应晶体管的振荡器5，从短波范围直至cm和mm波的范 围(微波)。再生电路5如果是振荡器，可仅包含一个晶体管，但原 则上可包含更多的部件，例如当使用线圈和电容之外的谐振元件时， 它可包含一个集成电路，例如MMIC(微波集成电路)。同样、再生 电路5也可包含许多振荡器以满足带宽和增益的要求。包含二极管或 晶体管的电子控制元件7具有2个主要的工作状态，一个处于振荡场 合时、另一个则处于猝熄振荡状态。所示连接中采用这样的切换， 称之为“猝熄”。对于再生振荡器的情况，收发机的工作原理是，控 制元件不允许再生电路5的振荡器或振荡器群连续振荡。
图3展示本发明的第二实施例的方框图，收发机19中引入分离 的调制器87和17、用以调制信息65各自的开关31，改进对收发机19 的带宽、有害辐射和耗电的控制。调制或猝熄功能38也可将2次转 换或外差式功能象本地振荡器信号那样添加给再生电路5，目的是使 带通滤波器3具有不同于再生电路5的通频带。信号39或67来自分 离的振荡器、处理器、锁相环(PLL)或能够产生高频信号的类似装 置，或、在不太紧急的应用中、从振荡器5的自振荡中产生(自猝熄)， 振荡器5还允许通过将某些功能迭加到接收信号60和62上以实现猝 熄动作的简单同步。用于信息和开关分离的调制器，使利用脉冲形成 包含信号39的频率的网络9成为可能；调制器17能控制收发机19 的各种特性，例如、使再生电路5形成高频通带。
图4展示与本发明相关的收发机的第三个设计版本，其中引入探 测器11和放大器12用于接收(下行链路)，其中收发机仍可用于信 号复制、询问、发射和接收。所示的方案还包括频率或电平识别放大 器13用于唤醒，该设计版本还包括T/R(发射/接收)开关。
信息接收(下行链路)的工作原理是，较松弛地连接到信号路径 2的信号35，在耦合器95的帮助下、被送往对天线1接收到的调制 信号进行解调的检波器11(即肖特基二极管)，并由振荡器5放大。 此外，接收电路具有带通滤波器3的选择性使再生电路5的输出产生 的互调失真减小。
图5是展示本发明的收发机的第四个设计版本的方框图，在所示 的“模拟单元”120中，本发明通过微波ASIC(客户指定的集成电路) 651或MMIC(微波集成电路)实施。该实施例可以只包含射频收发 机120，还可包含数字单元125、时钟振荡器135及输入、输出终端。
图6展示的实施例与图2所示的实施例相当类似，并且也可与图 3和图4所示的实施例类似，如图所示，天线1归为具有更为一般类 型的的耦合元件。特别展示的是特殊类型的滤波器3，即以能区分2 个信号路径的滤波器特性取得频率偏移转发的信号。有时称之为频率 置换、置换或转换。
图7展示，功能发生器的功能可包括二级猝熄或调制信号或载 波，除再生放大外、猝熄振荡器18、19、5和601-606还可作为上频 率变换器或下频率变换器工作。这使得再生功能发生的频带有利于实 现需要的猝熄频率间隔和动态特性，此外，通信频带可处于任何可充 分容纳于再生电路5的通频带的频段。频带差异、输入滤波器3和再 生设备5与601-606还导致增加输入隔离。这样，上变频或下变频的 被放大的信号由于完善的对称能与输入信号同相输出。频率源的外同 步，通过与外同步信号31同步或与网络中相应的收发机511内隐含 的猝熄信号32同步来实现。
图8展示的是，如图7所示的本发明实现新用途用的各种介质和 传输媒介的接口方法，特别是有关再生级联放大，包括：
自由空间传播400，在真空、气体、液体或固态物质中依赖于天 线或探测器。
传输线路410，包含多芯电缆或类似基础结构的电缆，其中2股 以上的电线允许将微分传输线路模式用于改进的公共模式抑制。
传输线路420，具有开环电气线路或对应于含2根或多根扭绞或 不扭绞的导线的开环电气线路的装置、组成传输线路的金属结构，传 输线路或线路系统组成含一根或多根线的漫游波天线线路系统430， 其中、传输波处于接地，并可实施差动激励和单线激励。漫游波天线 的实例有，水平V形、菱形及行波天线。
传输线路440，作为带开口的波导管工作，即所谓的勒谢尔 (Lecher)线，波的波长短时，在靠近电线处保持被捕获状态，经低 衰减、能用已知方法进行激励和分流。传输线路450，是闭合的波导 管，类似金属管道。传输线路460，以光学波导作为传输媒介，可作 为与导电介质的非电连接工作。
本发明使用的与线路的连接，以微分(对称)耦合或非对称耦合 借助于感应(磁，H场)装置141、电容装置(电，E场)142、电阻 装置143(电耦合)或这3种方法的组合，而传输线路是以微波传输 带的形式工作。在某些情况下，类型141、142和143的耦合装置可 以单独使用或组合使用以从主机基础结构为收发机馈电。在实践中， 非电耦合可采取不同的形式。电容142耦合型的一个新实施例是， “Elastimold”高压输电电缆终端的电容检测器连接与本发明提供的高 信号增益结合使用。本发明中电容耦合142的另一个新实例是，使用 电缆屏蔽作为内部导线即电缆导线的耦合电容器。高压室内的“天线” 是由于本发明而实现的又一个接口连接的实例。对于本发明中的信号 激励，采用磁回路141形式的邻近场天线更有效，此回路也可方便地 利用微分耦合至三相电缆终端的两相以提供本发明的另一类新颖性。 直接安放在高压输电电缆终端的小型自馈电收发机，则是本发明提供 非电耦合至外部世界或用于基础结构相互连接的另一个实例。
本发明所有指向和来自不同媒体的耦合，如图8所示，涉及维持 沿媒体中路径的信号、媒体的激励或源自媒体的输出之目的。
图9展示如图7和图8所示的收发机512，其中输出305和306 在再生电路355中被定义，该电路将端口303和304作为输入或均作 为输入和输出，而端口305和306具有较高电平的输出和具有较低灵 敏度的输入。该装置应能利用再生电路355的信号增益和输出电平能 力实现大的动态信号，电路355还可包含用于期望的再生动态范围的 高频增益块。端口303、304和305、306具有连接的装置221和222 以用于接收和传输信号，该信号用于转发信息71、81和/或接收72、 82，传输信息71、81，可接收同步/锁定72、82的72、82，可传输同 步/锁定71、81。耦合装置221、222以定向耦合器相互连接，或利用 通过装置221、222耦合的媒体的隔离。
图10展示本发明的一实施例，其中，许多收发机具有同步或非 同步型的再生电路213，为改善信号在一个或多个方向150、151上的 动态特性，可利用耦合装置210、并借助公共耦合装置90连成一体， 或借助分离的耦合装置210、211和222，这些装置相互间存在衰减， 沿传输媒体或路径构成各种点。相应地，本发明的实施方法是，配列 多个收发机或再生电路214、215、216以提高带宽和动态特性，并可 借助公共耦合90一起连接至耦合装置210，这样可构成多极再生带通 滤波器。与收发机或再生电路213与210、211、212一起使用相对应、 也可类似地与214、215、216一起使用，它们具有不同规格，利用诸 多通道特性提供多通道、双向体系结构、不同的服务、冗余度或其它 服务。
图11展示，本发明的多个收发机单元216、217、218是如何借 助公共耦合或传输线路90连接在一起的。在耦合装置210、222在物 理位置221和另一物理位置222上的信号171、172之间传输信号161、 162，如同从一房间221进入另一房间。物理位置221、222或其它任 何编号的物理位置，均可位于应用无线传输的自由空间，能在距离过 远时或处于阴影区时支持通信。
图12展示一般的实施例，本发明在其中提供新方案，即亦，将 有线网络转换成能在远距离内容纳高频信号的有效的信号网络。代表 收发机或转发器的再生电路219分布在作为传输线路工作的基础结构 网络91上。电或非电耦合器121可作为网络的输入或输出插入网络 中任何适合的点。由于闭合性质的结构例如屏蔽电缆，收发机219可 方便地插入现有的终端点，例如在配电盘之类部件上。某些情况下， 使用收发机120，可利用天线装置(95)将无线耦合作为网络的输入 或输出、或包括两者。本发明，使用收发机219以电或非电耦合，同 样适用于采用诸如电缆跨越的布局。
图13展示本发明与图7相关的另一个实施例，其中，二级猝熄 信号实现同相双向的超外差式功能。所示的收发机实施方案，以增加 某种复杂性为代价提供附加的输入隔离。只布置双向变频器750以在 用于输入和输出信号的端口751和再生装置18、19、5、601-606之 间提供同相和反相偏移时，才能获得期望的动态特性。实现此目的最 简单的方法是使用单二极管混频器，即肖特基二极管。利用带通、高 通或低通滤波753，可实现充分滤波。使用简单的单二极管混频器适 当维持双向对称时，双向变频器750中的频率和相位漂移能自动得到 补偿。从例如频率的观点看，可行时可在双向变频器750、754中采 用更完善的混频器，包括能改善特性的平衡混频器。对适用于增强的 动态信号754的变频器750的详细说明中，包括使用分别构成输入和 输出放大器761、762和带通滤波器759、760用的分离通路。放大器 761、762补偿混频器电路755中的损耗并提供需要的输出信号电平 757。混频器电路755可以是一个带本地振荡器的单平衡混频器，它 还可包含用于附加的信号通路隔离、分别用于输入和输出信号的分离 的混频器，还可包含在双向端口763上的附加组合器隔离。双向带通 滤波器758能极大地提高信号的动态特性。输入756和输出757可连 接到定向组合器以实现单端口收发机，或在配置可感知的输出到输入 的隔离时分别使用。
图14展示本发明的一个成本高、复杂又能耗高的实施例，其功 能原则上与频率置换再生收发机相同。它包含输入滤波871、变频器 752、输出滤波872和高增益放大器860。输出直接地或通过定向组合 器与输入826连结，在终端825设置频率置换单端口放大器。这样的 放大存在于输电缆线系统及无线系统，利用单端口放大包括频移来提 高耐噪音性以适配各种电缆类型、长度和损耗。它可以利用尖锐平滑 损耗滤波器允许频率转换通道与输入通道相邻。它非常适合于在诸如 输电电缆之类的传输线路中维持信噪比使之不超过临界辐射水平。如 同其它超外差式方案一样，它可以采用双超外差式，以允许所谓的通 带调谐能接受可变振荡器控制并易于遥控。输出827可不采用直接连 结到输入826和公共点825，而单独连接到基础结构或通信媒体中的 点828，呈现出对前述点825的某种隔离。
图15展示双向频率置换830-832和单端口双向放大840-842怎样 应用于对称通信信号801、802、803、804。传输媒体810是一个有耗 输电线电缆，通过821、822和其它电缆连接到其它媒体。本发明对 使用单端口变频器830-832的可能性作了说明。如果传输媒体810被 中断，变频器830-832也可成为多端口频率置换装置。远距离或大衰 减信号通道可利用任何数量的中间装置831、841补偿。只要在实施 时增加冗余度，同样的原理适用于使用不同上行和下行链路频带的非 对称通信。对非对称及对称通信系统的应用可存在于输电线缆系统和 无线系统中，以利用单端口放大、包括频移来提高耐噪音性及适配各 种电缆类型、长度和损耗。它非常适合在诸如输电电缆的传输线路中 维持信噪比使之不超过临界辐射水平。
图16展示的是，本发明如何用于非对称通信，例如、通过定性 耦合950、951和频率置换910、921部分地或大部分地获得有线调制 解调器信号1010。在功率足够时，利用低成本的高放大和定向耦合以 高载波频率在有耗输电线路810和电缆810上维持信噪比。本发明的 这一实施方法，由于各种可能的连接方案1011-1014，能以极低的成 本解决早期工业在远距离实现大带宽的课题。通过耦合方案1011-1014 中的任何一个方案实现高载波频率的使用、有效耦合和隔离，同时、 可实现的高增益放大可补偿载波频率上的高损耗。可为电流有耗传输 媒体、即输电电缆选择频带，使信号在双工场合不受干扰及免除低频 噪音，并从衰减辐射和减小群延迟脉动中获益。在第1连接方案1011， 从1010中的定向耦合器935、936与带通、低通或高通滤波组合产生 的衰减，使耦合器935、936的公共端口935、936成为一体，并在实 现无条件稳定性的同时，获得有用的增益。隔离端口945-946、955-956 与1010的输入和输出930-931、940-941结合成为一体。媒体915可 以是有耗输电电缆。连接方案1012展示传输媒体允许中断的类似实 施方法。连接方案1013使用对于传输媒体的非电耦合975、976、985、 986，该媒体可以是一根或多根输电线路电缆。耦合装置975、976、985、 986一般为电容类型142，即，在“Elastimold”输电线路站上的电容 性试验耦合、或寄生电容耦合、或在高压输电开关单元室内的“天线” 装置。本发明中的天线装置，可有效地采用磁回路天线的形式，该天 线尤其支持用于高电压和中电压电缆的对称的差动激励和分流的新方 案。本发明支持基于面向高电压和中电压电缆的接口的光纤电缆的新 方案，其中、设置在高压和光纤电缆间的再生增益块，可经由光纤电 缆、感性或容性地从高压分流，以光学方式馈电，同时可方便地提供 双向功能，此外，以2个这样的装置提供微分模式。连接方案1014 采用方案1011-1013的组合。这尤其适用于双向信号在高压输电电缆 和低压输电电缆间的转换。此时，连接985、986，在高压侧，即使不 结合成一体也可隔离，连接965可采用内连同轴电缆通到一根或多根 220V的输电电缆。
图17展示本发明的一种新颖实施例，其中、来自噪音探测装置 1120的辐射信号1050和噪音1051，能够以直接耦合的信号与噪音1105 通过组合器1130连接，以消除基于电缆1101的系统中采集的辐射信 号和噪音，该系统使用连接方案1110，可包含类型1011-1014。组 合器1130可包含模拟或数字信号处理类型，允许通过自动调整相位 和振幅消除公共模式噪音，对于最低辐射系统信号电平调整为1135， 对于在任何分流或射入信号路径上的最低系统噪音为1140。探测装置 1120可包括若干检测器或天线，而H场检测器对于变压器站中的公 共模式抗扰性最有效；E场和H场检测器、天线或发射器对于平面波 辐射和抗扰性都是必要的。图17处理的主要是在输电网络中过去的 变压器装置中遇到的课题。它与主要包含金属或钢屏蔽的输电网络场 分布不甚相关，这不仅是为了屏蔽，也是为了个人和公共安全。可以 采用电缆屏蔽类的部件构造检测器或检测器集1120的无源部件。
图18展示了本发明不同的实施例，在595有本发明支持的新型 的访问系统的总图，该系统可使用一个或多个调制类型和通信协议， 例如、它可以是基于电缆调制解调器的系统。本发明支持在社团中利 用本发明的各种实施例作为通信网络使用的输电线缆的整体结构，实 现在基础结构上的级联模拟增益、内部互连、双向性和高频性能的最 佳使用。它包括高压526到中压的变压器站525、中压到低压的变压 器站521、三相中压屏蔽接地电缆528、三相或单相低压电缆530、531、 532和556、中压发射天线安装线591、低压发射天线安装线592、低 压配电箱529、主熔丝盘533、建筑物主配电539和子配电538、街道 照明灯杆528和电缆连接527，并可与光纤环路基础结构590结合， 该结构使用模拟光纤接口536以单向或双向分配535信号，这是基于 以HFC(混合光纤同轴)方式构建输电网络基础结构的战略观点考虑 的。客户设备(CPE)可安装在靠近熔丝盘处。数/模和模/数设备 (A/D-D/A)524可安装在输电网络体系结构的任何地点，有时最有 利和经济的地点是在高压到中压的变压器站522处，这儿的一个光纤 连接523就可为整个访问网络服务。如果经济可行，光纤环路590也 可分配数字信号给系统中的各个地点的A/D-D/A 524设备。在图18， 596，本发明的实施例展示，信号如何绕过中压变压器站596中的变 压器521。本发明的单向或双向再生转发器548提供必需的和稳定的 信号增益以及多通道性能，可通过任何数量的耦合器间的变压器，尤 其是微分类型的变压器，它能以平衡-不平衡变压器的形式，即分别在 中压舱544和低压配电间的553和554中的543和554。带有任何转 换装置的围栏544可具有开放式、屏蔽式、Elastimold式或类似的型 式。因此，597是本发明的另一种实施例，其中再生增益561和连接 性559、565可用于接线箱、配电盘或任何其它电缆终端点以提供高 质量的模拟信号通道，在点557和点群566间的单向和双向的通道。 此方案添加了固有的和有限的高频隔离，利用跨接、熔丝或其它564 和围栏563，并通过561中的再生模拟增益提供稳定的增益。
图19涉及本发明关于使高频信号进出中压或高压电缆并与应用 模拟增益于输电网络通信系统相结合的各种实施手段，该通信系统包 含各种电压电平并利用不同电压的电缆级联。Elastimold或类似的系 统电压探测点的等效图如635所示，可在本发明中使用，尤其是作为 信号传感器点。适用的网络638可与探测点635结合使用，或、信号 可直接分流到高阻抗前置放大器。以本发明在637中的实施方法利用 高频寄生电容可更有效地进行激励。电缆581可在变压器577处终止， 此处、高频固有的有效寄生电容存在于中心导线581和高频公共电势 578之间，或、它可利用在电缆屏蔽和电缆终端处的内部导线间的寄 生电容。这允许夹持在电缆582、583上的电容器套管和电缆屏蔽的 安全接地线586之间的激励或甚至分流发生，利用连接到装置的信号 通道的其余部分的双终端耦合器584使激励或分流发生。夹持在电缆 579上的环形磁芯可用来改进此工作原理。耦合器584也可类似地通 过环形磁芯579上的绕组连接。该环形磁芯也可夹持在与电缆屏蔽580 的终端相关的接地线上，环形磁芯可在2个地方都使用。在三相设备 636中，2根电缆574-576可分开用作增强的电容或成对使用于微分模 式。耦合器584可连接于电缆屏蔽安全接地线点586与高频公共电势 587之间，而不使用套管582连接；环形磁芯可夹持在上述接地线上， 而耦合器可连接到前述的环形磁芯的绕组，这样、可利用对于变压器 577上的公共电势的固有寄生电容。变压器640、641内的寄生电容也 可用于耦合网络使高频信号通过此变压器，可使用与638中的类型相 似的匹配网络。使用或提高在变压器624的中性端和接地间的阻抗并 连接耦合器633跨越此阻抗，也能使高频信号通过变压器642。本发 明的实施方法643，不接受微分模式，但在屏蔽良好的中电压室和高 压室仍然有用，并呈现低噪音及利用固有的寄生电容655。它也可利 用引入的寄生电容666。串联的阻抗，可以取夹持在磁性材料上的形 式，引入659以减少来自低损耗的开放围栏657的影响。寄生电容允 许激励和分流通过连接于电缆屏蔽接地662和电缆屏蔽之间的耦合器 664，而接地高频阻抗659可利用磁性材料上的夹持物得到提高。使 高频能量通过寄生电容655、666耦合至电缆的屏蔽和内部导线。如 同在图18中所示，对于两相和三相低压电缆的电耦合，可如本发明 的实施例647通过耦合器683使用微分模式，该耦合器包含使用低压 电缆670的一对相位685中的一个或多个平衡—不平衡变压器；磁性 材料659上的夹持物能显著提高对于低压围栏或任何其它电缆连接的 终端装置的隔离。