專利名稱：通信系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是1997年5月9日的序列號為No.08/853,833的申請的部分繼續(xù)申請，該申請的整個(gè)內(nèi)容在這里被引用來作為參考。
本發(fā)明一般涉及通信系統(tǒng)。尤其，本發(fā)明涉及一種通信系統(tǒng)，其中信息調(diào)制的電磁波具有一個(gè)載波頻率和一個(gè)電場，該電場相應(yīng)于一個(gè)以小于該電磁波的載波頻率的第二頻率跟蹤一個(gè)非線性可預(yù)測路徑的旋轉(zhuǎn)矢量。
電磁波可由沿傳播軸彼此相互正交的電場和磁場來定義。波的行為表現(xiàn)可相對于電場(E)的場矢量的取向來描述。
偏振是可以用來表征一些電磁波的E場的場矢量的取向的術(shù)語。不同類型的偏振包括線(也稱為平面)、圓和橢圓偏振。
當(dāng)波沿軸傳播時(shí)E場的場矢量在平面內(nèi)傳播的情況下，波的偏振稱作線或平面偏振。當(dāng)E場的終點(diǎn)，即場矢量的末端在垂直傳播軸的給定平面內(nèi)跟蹤以等于波頻率的頻率繞傳播軸旋轉(zhuǎn)的圓形路徑的情況下，波的偏振稱作圓偏振。類似地，E場的終點(diǎn)在垂直傳播軸的給定平面內(nèi)跟蹤以等于波頻率的頻率繞傳播軸旋轉(zhuǎn)的橢圓路徑的情況下，波的偏振稱作橢圓偏振，是圓偏振的一般情況。
偏振波可以若干不同方式被發(fā)射或接收。例如，天線本身可向發(fā)射波強(qiáng)加一定的偏振或者對具有一定偏振的接收波敏感。相對于地面水平取向的偶極子天線適合于接收和/或發(fā)射其中偏振面平行于地面的線偏振波。類似地，相對于地面垂直取向的偶極子天線適合于接收和/或發(fā)射其中偏振面垂直于地球表面的線偏振波。螺旋天線適合于接收和/或發(fā)射圓偏振波。
發(fā)射和接收偏振波的通信系統(tǒng)受到僅具有一種類型的偏振的發(fā)射/接收波的明顯延長的衰落的負(fù)面影響。為把具有該一種類型的偏振的接收波的振幅衰落降到最小，通信系統(tǒng)可被設(shè)計(jì)來發(fā)射和接收各自具有不同偏振的多個(gè)波。這種方法特征表現(xiàn)為偏振分集。
偏振也被用來避免在例如衛(wèi)星通信系統(tǒng)中的信道間干擾。衛(wèi)星可使用右手(即順時(shí)針方向(CW))圓偏振波以給定載波頻率與地面站通信，而相鄰的衛(wèi)星可使用左手(即逆時(shí)針方向(CCW))圓偏振波以相同載波頻率與另一個(gè)地面站通信。具有相反扭向的螺旋天線可被用來接收和/或發(fā)射左手和右手圓偏振波。
偏振可用來在通信系統(tǒng)中編碼信息。Welti申請的美國專利USNo.4,084,137描述了一種根據(jù)信息對水平偏振波和垂直偏振波進(jìn)行編碼的通信系統(tǒng)。美國Statutory Invention Registration H484描述一種在雷達(dá)系統(tǒng)中解決旁瓣問題的相似的系統(tǒng)。
在上述參考文獻(xiàn)中提出的偏振編碼的概念也可用來把未經(jīng)允許的信息被竊聽的可能性降到最小。Barrett申請的美國專利USNo.5,592,177描述了一種以偽隨機(jī)方式來依次改變信號載波的偏振的通信系統(tǒng)。Barrett系統(tǒng)提供寬的偏振帶寬用來發(fā)射和/或接收信號，而把發(fā)射器和接收器系統(tǒng)的所需頻帶帶寬降到最小。選擇的偏振包括具有可變化的偏振面取向的線偏振、右手和左手圓偏振和具有可變化的橢圓主軸取向的右手和左手橢圓偏振。通過改變特定的偏振，信號以類似于信號在擴(kuò)展頻譜通信系統(tǒng)中連續(xù)頻率范圍上擴(kuò)展的方式以偏振形式被擴(kuò)展。注意當(dāng)信號載波是圓偏振或橢圓偏振時(shí)，產(chǎn)生的E場的場矢量以等于載波頻率的頻率旋轉(zhuǎn)。
發(fā)射分別編碼的水平偏振波和垂直偏振波的概念可用于信道具有相同載波頻率的雙信道通信系統(tǒng)中的信道鑒別。Toyonage申請的美國專利No.4,521,878描述一種根據(jù)第一代碼來對水平偏振波和垂直偏振波進(jìn)行編碼以形成相應(yīng)于第一信道的信號、并根據(jù)第二代碼來對水平偏振波和垂直偏振波進(jìn)行編碼以形成相應(yīng)于第二信道的信號的通信系統(tǒng)。從而該系統(tǒng)通過簡單地試圖應(yīng)用水平偏振在第一信道發(fā)射和應(yīng)用垂直偏振在第二信道發(fā)射而比已知系統(tǒng)改善了交叉偏振鑒別。
但是，這些已知的通信系統(tǒng)有不足之處。無論已知的通信系統(tǒng)使用的是何種類型的偏振，電磁波的E場矢量或者是線偏振或者是橢圓偏振并且從而以等于波的載波頻率的頻率繞傳播軸旋轉(zhuǎn)。
本發(fā)明可提高給定載波頻率所用的通信系統(tǒng)承載的信息量。本發(fā)明通過對頻率分配內(nèi)的各個(gè)載波頻率產(chǎn)生一個(gè)以上的信息信道提高適當(dāng)?shù)拿劫|(zhì)中離散載波內(nèi)的通信系統(tǒng)所承載的信息量。
本發(fā)明的選擇性導(dǎo)致低噪音并且從而為信息信道產(chǎn)生高的信噪比。本發(fā)明提供其中噪音被限定到信道特性曲線的信息信道。
本發(fā)明涉及一種通信系統(tǒng)，其中通信信道被具有一個(gè)載波頻率和從位于垂直于波的傳播軸的平面上的觀測器的透視(perspective)看去的一個(gè)其末端以小于載波頻率的第二頻率跟蹤一個(gè)非線性周期路徑(或者其繞傳播軸的變化速率是以小于載波頻率的頻率進(jìn)行的可預(yù)測路徑)的電場矢量(E)的電磁波來至少部分地定義。通信系統(tǒng)的發(fā)射器產(chǎn)生具有這種特性曲線的一個(gè)電磁波并且該電磁波用信息以適當(dāng)?shù)姆绞絹碚{(diào)制。通信系統(tǒng)的接收器對周期路徑和E場矢量的載波頻率敏感。E場矢量路徑和載波頻率的結(jié)合提供可用來定義通信信道的選擇性。
在本發(fā)明的示出的某些實(shí)施例中，通信信道至少被具有E場矢量的一個(gè)電磁波部分地定義，其從橫過傳播軸的平面透視投射出或從投射到那里的方向看去，以小于并獨(dú)立于載波頻率的選擇角速度旋轉(zhuǎn)。系統(tǒng)的發(fā)射器和接收器各自與定義角速度的一個(gè)旋轉(zhuǎn)頻率同步。
盡管在某些實(shí)施例中E場矢量可在不確定的時(shí)間間隔中保持在選擇的第二頻率，如足夠?qū)φ麄€(gè)信息進(jìn)行通信的時(shí)間間隔中，在另一些實(shí)施例中E場矢量可以任何適當(dāng)?shù)目深A(yù)測方式從第二頻率改變到另一個(gè)頻率，從而無論信息量是大還是小，系統(tǒng)可在該改變之間對一些信息量進(jìn)行通信。頻率跳躍和排序構(gòu)成一類通信技術(shù)，其在考慮了對載波頻率或是繞傳播軸的E場矢量的旋轉(zhuǎn)速率的這些教導(dǎo)后能容易地用在本發(fā)明。
在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，使用單一載波頻率的發(fā)射器產(chǎn)生具有一個(gè)以小于載波頻率的角速度旋轉(zhuǎn)的E場矢量的波。發(fā)射器可通過提供一個(gè)旋轉(zhuǎn)頻率信號源、一個(gè)具有兩個(gè)或多個(gè)元件的天線系統(tǒng)和兩個(gè)或多個(gè)各自相應(yīng)于天線元件之一的相位系統(tǒng)產(chǎn)生該波。在這種實(shí)施例中，各個(gè)相位系統(tǒng)包括一個(gè)適當(dāng)?shù)臅r(shí)間延遲，如延遲線或移相器，其對旋轉(zhuǎn)頻率信號延遲固定量從而延遲總和是一個(gè)固定值。各個(gè)相位系統(tǒng)還包括一個(gè)適當(dāng)?shù)恼穹{(diào)制器，如電壓可變衰減器、平衡調(diào)制器或其它裝置，其用時(shí)延旋轉(zhuǎn)頻率信號對信息調(diào)制載波信號進(jìn)行振幅調(diào)制。每個(gè)天線元件接收相位系統(tǒng)之一的振幅調(diào)制輸出。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，天線元件是在不同的角度取向?qū)R的偶極子。
在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，使用單一載波頻率的接收器可從具有以小于載波頻率的角速度旋轉(zhuǎn)的一個(gè)E場矢量的波恢復(fù)信息信號。接收器可通過提供一個(gè)旋轉(zhuǎn)頻率信號源、一個(gè)具有兩個(gè)或多個(gè)元件的天線系統(tǒng)、兩個(gè)或多個(gè)各自相應(yīng)于天線元件之一的相位系統(tǒng)和一個(gè)合成器恢復(fù)信息信號。盡管波在各天線元件上輻射，各天線元件產(chǎn)生一個(gè)相應(yīng)的代表波的僅一個(gè)突出部件的接收信號。各個(gè)相位系統(tǒng)基本上與上述發(fā)射器中所提供的相位系統(tǒng)相反。和在發(fā)射器中一樣，各個(gè)相位系統(tǒng)包括一個(gè)適當(dāng)?shù)臅r(shí)間延遲，如延遲線或移相器，其對旋轉(zhuǎn)頻率信號延遲一個(gè)不同的但已知的量。各個(gè)相位系統(tǒng)還包括一個(gè)適當(dāng)?shù)恼穹{(diào)制器，如電壓可變衰減器、平衡調(diào)制器、單平衡混頻器、雙平衡混頻器或其它裝置，其根據(jù)時(shí)延旋轉(zhuǎn)頻率信號對相應(yīng)的天線元件提供的接收信號進(jìn)行門控。因?yàn)樾D(zhuǎn)頻率信號定義信道特性曲線，信道外部的信號被衰減。合成器對相位系統(tǒng)產(chǎn)生的探測振幅調(diào)制信號進(jìn)行加和。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，天線元件是在不同的角度取向?qū)R的偶極子。
在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，發(fā)射器發(fā)送兩個(gè)各具有不同載波頻率和具有相反圓偏振的波來產(chǎn)生合成的具有其自己的載波頻率和以小于新的載波頻率的頻率繞傳播軸旋轉(zhuǎn)的E場矢量的合成疊合波。發(fā)射器通過提供一個(gè)復(fù)合的天線系統(tǒng)、一個(gè)下差分載波頻率源、一個(gè)上差分載波頻率源和兩個(gè)同步的振幅調(diào)制器產(chǎn)生該波。上下差分載波頻率源分別產(chǎn)生上下差分信號。上差分信號具有等于載波頻率加上旋轉(zhuǎn)頻率的頻率，下差分信號具有等于載波頻率減去加上旋轉(zhuǎn)頻率的頻率。差分信號的平均值相應(yīng)于合成波的新的載波頻率。一個(gè)振幅調(diào)制器用信息信號調(diào)制上差分信號，另一個(gè)用同樣的信息信號調(diào)制下差分信號。各個(gè)信息調(diào)制差分信號被耦合到天線元件之一。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，天線系統(tǒng)包括具有兩個(gè)各自產(chǎn)生帶有以相反方向繞傳播軸旋轉(zhuǎn)的E場矢量的波的螺旋天線元件的復(fù)合天線。被具有兩個(gè)頻率中較高頻率的差分載波信號驅(qū)動(dòng)的天線元件代表繞合成波的E場矢量的傳播軸旋轉(zhuǎn)的方向。如果具有順時(shí)針扭向的天線元件被上差分信號驅(qū)動(dòng)并且具有逆時(shí)針扭向的天線元件被下差分信號驅(qū)動(dòng)，合成波的E場矢量繞傳播軸以順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)。如果具有逆時(shí)針扭向的天線元件被上差分信號驅(qū)動(dòng)并且具有順時(shí)時(shí)針扭向的天線元件被下差分信號驅(qū)動(dòng)，合成波的E場矢量繞傳播軸以逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)。
在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，調(diào)諧到兩個(gè)差分載波頻率的接收器可從具有以小于兩個(gè)載波頻率的平均值的旋轉(zhuǎn)頻率繞傳播軸旋轉(zhuǎn)的E場矢量的波恢復(fù)信息信號。接收器可通過提供兩個(gè)其中一個(gè)耦合到一個(gè)天線元件而另一個(gè)耦合到雙天線系統(tǒng)中的另一個(gè)天線元件的濾波器、耦合到濾波器用來對接收到的上和下差分信號進(jìn)行相加的加法電路和耦合到加法電路的輸出的振幅調(diào)制探測器電路來恢復(fù)信息信號。一個(gè)濾波器具有一個(gè)以下差分頻率為中心的通頻帶，另一個(gè)濾波器具有一個(gè)以上差分頻率為中心的通頻帶。
在接收器的一個(gè)實(shí)施例中，天線系統(tǒng)包括具有兩個(gè)各自接收合成波的波分量的螺旋天線元件的復(fù)合天線接收的波分量具有以相反方向繞傳播軸旋轉(zhuǎn)的E場矢量并疊加到合成波。各個(gè)接收的波分量相應(yīng)于發(fā)射器發(fā)送的信息調(diào)制差分信號。
注意發(fā)射的載波從合成信道的透視看不具有有效的邊頻帶；這里使用術(shù)語“邊頻帶”僅是為了相對于某些實(shí)施例更方便。該術(shù)語僅是制定一個(gè)概念，即要不是對天線系統(tǒng)的天線元件發(fā)射的能量作加和，發(fā)射的信號從合成信道的透視看將具有邊頻帶。正交加和抵消了在其它天線元件不存在時(shí)單個(gè)天線元件發(fā)射的頻率。
在本發(fā)明的實(shí)施例中，其中電磁波的E場矢量的末端以小于載波頻率的第二頻率旋轉(zhuǎn)，當(dāng)波沒有用信息調(diào)制時(shí)，傳播波的E旋度(curl)H的值保持不變，其中E是電場矢量，H是磁場矢量。E旋度H的值代表場的總能量。當(dāng)然，當(dāng)波用信息調(diào)制時(shí)，波的E旋度H的值不再保持不變。
本發(fā)明的通信系統(tǒng)可用在任何支持取向電磁波的適當(dāng)?shù)慕^緣媒質(zhì)中，如空氣、自由空間、波導(dǎo)和光纖。
盡管上述實(shí)施例涉及其中通信信道被小于波的載波頻率的電磁波的選擇E場矢量旋轉(zhuǎn)頻率定義的通信系統(tǒng)，更一般地，本發(fā)明涉及一種其中通信信道至少部分被具有載波頻率和從位于垂直于波的傳播軸的平面上的觀測器的透視看其末端以小于載波頻率的第二頻率(即旋轉(zhuǎn)頻率)跟蹤非線性周期路徑的E場矢量的波來定義的系統(tǒng)。這樣，其E場矢量末端可跟蹤的路徑不限定在上述的由于E場旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的規(guī)則路徑。而是該路徑包括其它更加不規(guī)則的非線性路徑。在一般情況下，E場矢量末端路徑跟蹤其中路徑改變頻率小于載波頻率的可預(yù)測路徑。例如，路徑可由偽隨機(jī)序列發(fā)生器定義?；酒渲猩贤ㄐ畔到y(tǒng)的發(fā)射器和接收器可以例如以小于載波頻率的旋轉(zhuǎn)頻率同步跟隨的任何非線性周期路徑(或者更普遍講，任何非線性路徑)將都是合適的。
Poincare球體是比較地圖示偏振的一種圖形表示。球的兩極代表右手和左手圓偏振。在赤道上的點(diǎn)代表相對于水平和垂直方向的各種取向的線偏振。在一個(gè)半球上的點(diǎn)代表各種右手橢圓偏振，而在另一半球上的點(diǎn)代表各種左手橢圓偏振。傳統(tǒng)的Poincare球體是不足以描述根據(jù)本發(fā)明來表現(xiàn)的波的E場矢量路徑的，因?yàn)镻oincare球體僅描述具有傳統(tǒng)圓、橢圓和線偏振的波，即具有以等于波的載波頻率的頻率來跟隨圓、橢圓和線周期路徑的E場矢量末端的波。
然而，在本發(fā)明的從垂直于傳播軸的平面透視看E場矢量旋轉(zhuǎn)的實(shí)施例中，如果考慮使其半徑相應(yīng)于載波頻率的新穎或改進(jìn)的方式的Poincare球體，那么球體內(nèi)部描述根據(jù)本發(fā)明的某些實(shí)施例來表現(xiàn)的波(在已有技術(shù)中的傳統(tǒng)Poincare球體內(nèi)部沒有意義，僅表面是相關(guān)的)?？拷@種改進(jìn)的Poincare球體的中心的點(diǎn)將描述具有以接近于零的頻率旋轉(zhuǎn)的E場矢量的波。在球中心和表面之間延伸的任何球徑向軸上的點(diǎn)描述根據(jù)本發(fā)明來表現(xiàn)的波。尤其，在中心和兩極之間的極軸上的點(diǎn)將描述具有以小于載波頻率的旋轉(zhuǎn)頻率旋轉(zhuǎn)的E場矢量的波，如以上某些實(shí)施例所述。在極軸上的各點(diǎn)或間隔可被用來定義離散的通信信道。
波可用信息以任何適當(dāng)方式來調(diào)制。盡管如上所述載波頻率用信息來振幅調(diào)制，根據(jù)本發(fā)明可相信載波頻率可用信息來調(diào)制頻率或用信息以任何其它適當(dāng)?shù)姆绞絹碚{(diào)制。例如E場矢量的末端跟蹤路徑的第二頻率(即旋轉(zhuǎn)頻率)可用信息調(diào)制。在E場矢量的末端以調(diào)制的第二頻率(即調(diào)制旋轉(zhuǎn)頻率)跟蹤路徑的情況下，波從基本旋轉(zhuǎn)頻率(即非信息調(diào)制旋轉(zhuǎn)頻率)的偏離代表以與傳統(tǒng)頻率調(diào)制信號從中心信道頻率的偏離代表的信息相類似的方式的信息。
本發(fā)明的前述的和其它的特征和優(yōu)點(diǎn)在參考下面的詳細(xì)說明、權(quán)利要求和附圖時(shí)將變得更明顯。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的包括發(fā)射器和接收器的通信系統(tǒng)的框圖。
圖2是圖1所示的實(shí)施例的發(fā)射器相位系統(tǒng)的框圖。
圖3是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的用旋轉(zhuǎn)頻率信號來調(diào)制振幅的信號圖，其中中有一部分被放大。
圖4是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的由3個(gè)天線元件及它們的和產(chǎn)生的信號的振幅的極圖。
圖5是圖1所示的實(shí)施例的接收器相位系統(tǒng)的框圖。
圖6A是表示具有兩個(gè)其相位差90度并具有恒定相等的振幅的正交電場(E場)分量的波。
圖6B是表示圖6A中波的合成E場矢量繞傳播軸的旋轉(zhuǎn)。
圖7A是表示根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例產(chǎn)生的波的示例，其中波的E場以小于載波頻率的頻率繞傳播軸旋轉(zhuǎn)。
圖7B是表示從垂直于傳播軸的平面透視看繞傳播軸的圖7A中波的E場的旋轉(zhuǎn)。
圖8A是表示根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例產(chǎn)生的波的E場分量的相對的振幅，其中波的E場以小于載波頻率的旋轉(zhuǎn)頻率繞傳播軸旋轉(zhuǎn)。
圖8B是表示根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例產(chǎn)生的波的合成E場矢量的末端跟蹤的路徑，其中波的E場以小于載波頻率的旋轉(zhuǎn)頻率繞傳播軸旋轉(zhuǎn)。
圖9是圖1所示的實(shí)施例的天線系統(tǒng)的頂面視圖。
圖10是沿圖9的線10-10的截面圖。
圖11是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的包括同步(即同時(shí)的)操作的多個(gè)發(fā)射器和接收器的通信系統(tǒng)的框圖。
圖12是根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例的包括發(fā)射器和接收器的通信系統(tǒng)的框圖。
圖13是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的包括光學(xué)發(fā)射器和接收器的通信系統(tǒng)的框圖。
圖14是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的包括光學(xué)發(fā)射器和接收器的通信系統(tǒng)的框圖。
圖15是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的使用單一載波信號的通信系統(tǒng)的框圖。
圖16是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的使用兩個(gè)不同載波信號的通信系統(tǒng)的框圖。
圖17是圖1所示的實(shí)施例的相干旋轉(zhuǎn)頻率發(fā)生器的框圖。
圖18是圖1所示的實(shí)施例的又一種天線系統(tǒng)的截面視圖。
圖19是沿圖18的19-19線的截面視圖。
為了簡便，本發(fā)明的具體描述將分兩部分討論基于單一載波信號的通信系統(tǒng)和基于兩個(gè)不同載波信號的通信系統(tǒng)。
基于單一載波信號的通信系統(tǒng)圖15是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的使用單一載波信號的通信系統(tǒng)的框圖。在圖15中，發(fā)射器500包括信息調(diào)制器502、載波頻率源504、非線性周期路徑調(diào)制器506、非線性周期路徑頻率源508和傳輸媒質(zhì)耦合器510。發(fā)射器500經(jīng)傳輸媒質(zhì)(未示出)發(fā)送電磁波(EM)512到接收器514。接收器514包括傳輸媒質(zhì)解耦器516、非線性周期路徑解調(diào)器518、非線性周期路徑頻率源520和信息解調(diào)器522。
信息調(diào)制器502從載波頻率源504接收信息信號524和載波頻率信號526以產(chǎn)生信息調(diào)制信號528。信息信號524可是任何合適的由任何適當(dāng)?shù)脑串a(chǎn)生的模擬信號，如視頻信號或音頻信號，以向接收器514(或其它適當(dāng)?shù)慕邮掌?通信。類似地信息信號524可以是數(shù)字格式。
載波頻率源504可包括任何適當(dāng)?shù)碾娐坊蛳到y(tǒng)，如傳統(tǒng)的正弦波發(fā)生器或振蕩器，用來提供載波頻率信號526。象在任何通信系統(tǒng)中一樣，載波頻率信號526應(yīng)具有用于給定的傳輸媒質(zhì)的有助于其用信息信號379來調(diào)制其自身的頻率。
非線性周期路徑調(diào)制器506從非線性周期路徑頻率源508接收非線性周期路徑頻率信號530及信息調(diào)制信號528以產(chǎn)生信號532。非線性周期路徑頻率源508可包括任何適當(dāng)?shù)碾娐泛拖到y(tǒng)，如傳統(tǒng)的正弦波發(fā)生器或振蕩器，用來提供非線性周期路徑頻率信號530。非線性周期路徑頻率信號530具有處于載波頻率和零之間的頻率；非線性周期路徑頻率信號530定義信息信道。非線性周期路徑頻率信號530的頻率處于載波頻率和零之間意味著其小于(并不包括)載波頻率并大于(并不包括)零。
非線性周期路徑調(diào)制器506用具有到信息調(diào)制信號528上的等于非線性周期路徑頻率信號530的頻率的包絡(luò)線對信號528進(jìn)行振幅調(diào)制以產(chǎn)生合成信號532。包絡(luò)線可以是，例如具有等于非線性周期路徑頻率的頻率的正弦曲線信號。在本發(fā)明的某些實(shí)施例中，信號528可用包絡(luò)線振幅調(diào)制。例如信號528被分為至少兩個(gè)分量信號這些分量信號然后可用具有等于非線性周期路徑頻率的頻率的包絡(luò)線的相位延遲副本(duplicate)來調(diào)制振幅以產(chǎn)生合成信號532。換言之，信號528可被分為至少兩個(gè)分量信號然后用包絡(luò)線的相位延遲副本來調(diào)制振幅。包絡(luò)線副本具有相應(yīng)于傳輸媒質(zhì)耦合器510的天線元件的設(shè)置的交錯(cuò)相位延遲。類似地信號528可被分為相應(yīng)于傳輸媒質(zhì)耦合器510的天線元件的若干分量信號。
在傳輸媒質(zhì)耦合器510包括一組在角度上分開的共面天線單極子情況下，傳輸媒質(zhì)耦合器510的性能可與天線單極子的數(shù)目相關(guān)使用的天線單極子的數(shù)目越多，盡管收益遞減，可期望的性能越好。期望天線單極子的最佳數(shù)目大約為9個(gè)單極子。
至少是為了簡化的原因，帶有3個(gè)天線單極子的傳輸媒質(zhì)耦合器510的示例將在下面討論。例如在傳輸媒質(zhì)耦合器510包括3個(gè)共面的各自繞節(jié)點(diǎn)在角度上以120度分開的天線單極子情況下，信號528被分為3個(gè)分量信號并且包絡(luò)線副本具有等于被分為3份的360度(或者2π弧度)的交錯(cuò)相位延遲。一個(gè)包絡(luò)線副本具有零度相移，另一包絡(luò)線副本具有120度相移，第三包絡(luò)線副本具有240度相移。三個(gè)分量信號的每一個(gè)然后用包絡(luò)線的相位延遲副本進(jìn)行振幅調(diào)制以產(chǎn)生合成信號532的3個(gè)分量。在本發(fā)明的這種實(shí)施例中，傳輸媒質(zhì)耦合器510接收合成信號532。傳輸媒質(zhì)耦合器510產(chǎn)生具有以處于載波頻率與零之間的旋轉(zhuǎn)頻率繞傳播軸來旋轉(zhuǎn)的E場矢量的EM波512。
術(shù)語“旋轉(zhuǎn)頻率”這里用來指代從垂直于傳播軸的平面透視看E場矢量繞傳播軸旋轉(zhuǎn)的速率。E場矢量繞傳播軸旋轉(zhuǎn)在一定意義上是當(dāng)E場矢量的末端或終點(diǎn)跟蹤包括穿過相應(yīng)于傳播軸的點(diǎn)(在垂直于傳播軸的平面內(nèi))的非線性路徑時(shí)，E場矢量在開始和返回特定角度位置時(shí)繞傳播軸進(jìn)行一個(gè)旋轉(zhuǎn)。因此，考慮旋轉(zhuǎn)頻率以周/秒為尺寸單位，繞傳播軸開始和返回特定角度位置的E場的旋轉(zhuǎn)等于一個(gè)循環(huán)。E場矢量繞傳播軸旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)頻率處于載波頻率和零之間意味著其小于(并不包括)載波頻率并大于(并不包括)零。
在另一示例中，傳輸媒質(zhì)耦合器510包括3個(gè)共面的在角度上從節(jié)點(diǎn)被不等數(shù)量分開的天線單極子；例如第一和第二單極子以90度分開，第二和第三單極子以150度分開，第三和第一單極子以120度分開。在這種情況下，信號528被分為3個(gè)分量信號，包絡(luò)線副本具有相應(yīng)于單極子的設(shè)置的相位延遲。更具體地，一個(gè)包絡(luò)線副本具有零度相移，另一包絡(luò)線副本具有90度相移，第三包絡(luò)線副本具有150度相移以產(chǎn)生合成信號532的3個(gè)分量。傳輸媒質(zhì)耦合器510接收合成信號532。在本發(fā)明的這種實(shí)施例中，傳輸媒質(zhì)耦合器510產(chǎn)生具有繞傳播軸以處于載波頻率與零之間的旋轉(zhuǎn)頻率來旋轉(zhuǎn)的E場矢量的EM波512。
圖6A-8B解釋已有技術(shù)的圓偏振波和圖15中的EM波512之間的不同。圖6A表示傳播EM波的兩個(gè)具有相等恒定振幅的并且相位差為90度的相互正交E場分量80和82。E場分量80和82的合成或矢量和定義眾所周知的圓偏振波。
圓偏振波的旋轉(zhuǎn)E場相對于垂直于傳播軸的給定平面是可見的。在圖6A所示的波中，從那個(gè)面看去合成E場矢量以與波的頻率相等的速率繞傳播軸84旋轉(zhuǎn)。波的各個(gè)循環(huán)上空間固定點(diǎn)處的合成E場矢量86在不同的點(diǎn)處實(shí)時(shí)表示出來。矢量86被選擇以達(dá)到圖示目的，因?yàn)樗挥贓場分量80和82之一具有零振幅的波上的某點(diǎn)處，從而簡化了為實(shí)現(xiàn)圖示目的的矢量加法。從觀測器向傳播軸84透視看去，即沿向觀測器傳播的波，E場矢量86表現(xiàn)為在圓形路徑中以箭頭88的角度方向繞傳播軸旋轉(zhuǎn)，如圖6B所示。E場矢量86以與波的頻率相同的角速度(即，以相同的頻率繞傳播軸旋轉(zhuǎn))旋轉(zhuǎn)。換言之，E場矢量86在波的每一循環(huán)完成一次旋轉(zhuǎn)；換一種說法，波每經(jīng)過一循環(huán)E場矢量86完成繞傳播軸的一次旋轉(zhuǎn)。
圖7A表示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例產(chǎn)生的波的示例，其中E場矢量以小于載波頻率信號526的頻率的角速度旋轉(zhuǎn)。注意這里應(yīng)用于根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例產(chǎn)生的波的術(shù)語“角速度”具有特定的意義并在下面具體定義。圖7A所示的示例波也被描述為具有以小于其載波頻率信號的旋轉(zhuǎn)頻率繞傳播軸98旋轉(zhuǎn)的E場矢量。
與圖6A不同，傳播EM波的兩個(gè)正交的E場分量90和92具有根據(jù)調(diào)制包絡(luò)線94而變化的振幅。分量90和92的疊合而得到的合成E場矢量96在圖7A中在實(shí)時(shí)示例點(diǎn)處的波上的示例點(diǎn)處表示出來。從觀測器向傳播軸98透視看去，如圖7A和7B所示，合成E場矢量96表現(xiàn)為以小于載波頻率的頻率繞傳播軸98旋轉(zhuǎn)。
圖8A表示E場分量90和92的相對振幅。注意在振幅包絡(luò)過傳播軸的零點(diǎn)處有180度相移。該180度相移表現(xiàn)出雙邊頻帶抑制載波，關(guān)于這一點(diǎn)將在下面討論，并且其是由用來向E場分量90和92增加調(diào)制包絡(luò)線94的裝置(例如平衡混頻器調(diào)制器)而形成的。
更準(zhǔn)確地表述圖7A，7B，8A和8B所示的例子，合成E場矢量終點(diǎn)繞傳播軸旋轉(zhuǎn)以穿過其形狀特征表現(xiàn)為玫瑰花瓣形狀的路徑。換言之，圖7A所示的合成E場矢量96具有如圖7A、7B和8B所示的終點(diǎn)99；從位于垂直于傳播軸98的平面上的觀測器透視看，合成E場矢量96的終點(diǎn)99跟蹤玫瑰花瓣形狀的路徑。
合成E場矢量96的終點(diǎn)99跟蹤的路徑可參考點(diǎn)554和533進(jìn)一步表示。終點(diǎn)99跟蹤的路徑部分被順序行進(jìn)的點(diǎn)545，543，541，539，537，535和533定義。換言之，在給定的時(shí)間，終點(diǎn)99位于點(diǎn)545；在下一個(gè)時(shí)間，終點(diǎn)99位于點(diǎn)541；在下一個(gè)時(shí)間，終點(diǎn)99位于點(diǎn)539等；依此類推，直到終點(diǎn)99位于點(diǎn)533。合成E場矢量96的終點(diǎn)99跟蹤從點(diǎn)545到點(diǎn)533的路徑的頻率等于波512的載波頻率(圖15)。對圖7B所示的特定路徑，旋轉(zhuǎn)頻率等于合成E場矢量96的終點(diǎn)99跟蹤從點(diǎn)545直到點(diǎn)533、穿過玫瑰花瓣的其余部分并返回點(diǎn)545的路徑的頻率。圖7B表示處于載波頻率與零之間的旋轉(zhuǎn)頻率；用于合成E場矢量以跟蹤從點(diǎn)545到點(diǎn)533的路徑的時(shí)間(與載波頻率相關(guān))將少于用于合成E場矢量以跟蹤從點(diǎn)545直到點(diǎn)533、穿過玫瑰花瓣的其余部分并返回點(diǎn)545的路徑的時(shí)間。
一般講，E場矢量跟蹤的非線性路徑的特征為玫瑰花瓣路徑，合成E場矢量的終點(diǎn)跟蹤的特殊的玫瑰花瓣形狀可基于載波頻率與E場矢量繞傳播軸旋轉(zhuǎn)的頻率之間的關(guān)系而大大改變。例如，當(dāng)旋轉(zhuǎn)頻率等于載波頻率的1/20時(shí)，E場矢量的終點(diǎn)跟蹤40個(gè)玫瑰花“花瓣”以返回玫瑰花瓣圖案內(nèi)的同一相對位置；正如圖7B所示的例子(即在點(diǎn)545開始的E場矢量的終點(diǎn)跟蹤40個(gè)玫瑰花花瓣以返回點(diǎn)545)。在另一可選擇的實(shí)施例中，當(dāng)旋轉(zhuǎn)頻率等于載波頻率的1/9的情況下，E場矢量的終點(diǎn)跟蹤9個(gè)玫瑰花“花瓣”以返回玫瑰花瓣圖案內(nèi)的同一相對位置。
在旋轉(zhuǎn)頻率不是載波頻率的整分?jǐn)?shù)情況下，在繞傳播軸的一次完整旋轉(zhuǎn)中被E場矢量的終點(diǎn)跟蹤的玫瑰花瓣路徑將不必要與在繞傳播軸的另一次完整旋轉(zhuǎn)中被E場矢量的終點(diǎn)跟蹤的玫瑰花瓣路徑對齊。換言之，一旦玫瑰花瓣圖案在與旋轉(zhuǎn)頻率相關(guān)的時(shí)間周期中被跟蹤，在與旋轉(zhuǎn)頻率相關(guān)的時(shí)間周期的下一個(gè)間隔中被跟蹤的玫瑰花瓣圖案不會與原來的被跟蹤的玫瑰花瓣圖案疊加，并且不言而喻是從垂直于傳播軸的給定平面看去。
注意繞傳播軸旋轉(zhuǎn)的E場矢量的終點(diǎn)的概念包括那些E場矢量的終點(diǎn)完全繞傳播軸跟蹤路徑的情況以外的情況。換言之，被E場終點(diǎn)繞傳播軸跟蹤的非線性路徑可包括那些從垂直于傳播軸的給定平面看去終點(diǎn)繞傳播軸進(jìn)行小于完整并且連續(xù)的360度的跟蹤的路徑。例如，在旋轉(zhuǎn)頻率等于載波頻率的1/3的情況下，E場矢量的終點(diǎn)在與旋轉(zhuǎn)頻率相關(guān)的時(shí)間周期中跟蹤用沒有終點(diǎn)跟蹤的角度間隔在角度上分割開120度的3個(gè)玫瑰花瓣；在這種情況下，E場矢量以不連續(xù)方式繞傳播軸旋轉(zhuǎn)并且不被放置在360度內(nèi)的所有角度位置處。在其它情況下，E場矢量的終點(diǎn)在與旋轉(zhuǎn)頻率相關(guān)的一個(gè)時(shí)間周期中將不跟蹤360度內(nèi)的所有角度位置，而是對要被跟蹤的360度內(nèi)的所有角度位置利用一個(gè)以上的時(shí)間周期(各個(gè)時(shí)間周期均與旋轉(zhuǎn)頻率相關(guān))。后一種情況的示例是在載波頻率1.5倍于旋轉(zhuǎn)頻率的情況下。
注意術(shù)語“玫瑰花”的使用是為了描述的方便并不意在限定。從垂直于傳播軸的平面看去非線性路徑可以具有玫瑰花花瓣形狀以外的路徑，其中E場矢量的旋轉(zhuǎn)頻率處于載波頻率與零之間。
或者，繞傳播軸被E場跟蹤的非線性路徑可參考標(biāo)定線來描述。例如，合成E場矢量96的角度位置與標(biāo)定線(orientation line)97相關(guān)聯(lián)。標(biāo)定線97代表合成E場矢量96相對于傳播軸98的角度位置。當(dāng)合成E場矢量96的終點(diǎn)99被放置在點(diǎn)545時(shí)，標(biāo)定線97是稍微順時(shí)針偏離垂直方向的。當(dāng)終點(diǎn)99跟蹤部分被順序行進(jìn)點(diǎn)545到533定義的路徑時(shí)，標(biāo)定線97沿箭頭101方向旋轉(zhuǎn)(如圖7B中的逆時(shí)針方向)。例如，當(dāng)終點(diǎn)99從點(diǎn)545移到點(diǎn)543時(shí)，標(biāo)定線97移到與垂直方向順時(shí)針偏離稍微少一些的位置處，當(dāng)終點(diǎn)99移到點(diǎn)541時(shí)，線97移到與垂直順時(shí)針偏離稍微更少一些的位置處等，直到終點(diǎn)99移到點(diǎn)533，，此時(shí)線97大約是垂直的。
注意標(biāo)定線97被定義從而它代表E場矢量96的一個(gè)角度位置和被在角度上移動(dòng)180度的E場矢量96的該角度位置。在這種定義下，標(biāo)定線97在E場矢量終點(diǎn)跟蹤非線性路徑時(shí)經(jīng)360度連續(xù)變化。
圖7B和8B所示的例子之后，術(shù)語“角速度”可被定義為從垂直于傳播軸的平面看與E場矢量相關(guān)的標(biāo)定線的改變的角速率。換言之，角速度是從位于垂直于傳播軸98的給定平面上的觀測器看標(biāo)定線97繞傳播軸98旋轉(zhuǎn)的速率。
圖8B是合成E場矢量96的終點(diǎn)99的透視圖，表示出在波傳播時(shí)它采用扭絞路徑穿過空間。如標(biāo)定線97所代表的一樣，合成E場矢量96在波傳播時(shí)繞傳播軸98旋轉(zhuǎn)。E場跟蹤的扭絞路徑為了圖示的目的可以如下示范通過把紙帶的相對兩端夾住并扭動(dòng)其中一端而得到。注意術(shù)語“扭絞”是指路徑而非E場本身。換言之，E場當(dāng)然不會扭絞，意味著它的角度取向隨波在空間中傳播而改變；而是象傳統(tǒng)的電池波一樣，傳播波的各個(gè)部分保持在它從天線或其它發(fā)射裝置被發(fā)出的取向上。因此，E場矢量不跟蹤玫瑰花瓣或其它路徑，意味著給定矢量，即波的選擇部分的角度取向隨波在空間中的傳播而改變。這些相對于時(shí)間的角度改變僅在傳播軸上的空間中的固定位置處從橫截面透視看去能感覺和體驗(yàn)到。角度改變被體驗(yàn)到是因?yàn)榫哂胁煌嵌热∠虻膫鞑ゲǖ倪B續(xù)部分在時(shí)間上為連續(xù)的點(diǎn)處到達(dá)橫截面。圖8B和類似的圖示在波的傳播中某一瞬間的樣子。
以另一種方式來表述，根據(jù)圖7A所示的波，包絡(luò)線94定義的振幅調(diào)制導(dǎo)致合成E場矢量96的角速度小于其載波頻率并且小于用于圖6A所示圓偏振波(具有與圖7A所示的波的載波頻率相同的載波頻率)的E場矢量的角速度。類似地，包絡(luò)線94定義的振幅調(diào)制導(dǎo)致合成E場矢量96以小于其載波頻率并且也小于圓偏振波(具有與圖7A所示的波的載波頻率相同的載波頻率)的E場矢量繞其軸旋轉(zhuǎn)的頻率的頻率繞傳播軸旋轉(zhuǎn)。類似地，包絡(luò)線94定義的振幅調(diào)制導(dǎo)致合成E場矢量96以小于其載波頻率并且也小于圓偏振波(具有與圖7A所示的波的載波頻率相同的載波頻率)的E場矢量繞其軸旋轉(zhuǎn)的頻率的頻率繞傳播軸旋轉(zhuǎn)。以類似的方式，由與相對于圖15而在上面描述的非線性周期路徑頻率信號530相關(guān)的包絡(luò)線定義的振幅調(diào)制導(dǎo)致合成發(fā)射波512的E場矢量以小于其載波頻率并且也小于用于圖6A所示的圓偏振波的E場矢量的角速度的頻率繞傳播軸旋轉(zhuǎn)。
選擇的旋轉(zhuǎn)頻率定義合成E場矢量以小于波的載波頻率的旋轉(zhuǎn)頻率繞傳播軸旋轉(zhuǎn)的頻率范圍。注意圖7A是為了圖示的目的本發(fā)明并不限定在由兩個(gè)正交分量構(gòu)成的波。
考慮上面關(guān)于圖7A和7B的討論，考慮產(chǎn)生這種波的本發(fā)明的實(shí)施例的一般性總結(jié)是合成E場矢量96橫穿過玫瑰花瓣圖案，其是一種非線性周期路徑。尤其，這種實(shí)施例產(chǎn)生由以處于載波頻率和零之間的旋轉(zhuǎn)頻率繞傳播軸旋轉(zhuǎn)的E場定義的波。類似地，這種實(shí)施例產(chǎn)生具有小于與圓偏振波相關(guān)的角速度并大于零的角速度的E場定義的波。
再參考圖15，接收器514在產(chǎn)生信號534的傳輸媒質(zhì)解耦器516處接收EM波512。非線性周期路徑解調(diào)器518接收信號534和來自非線性周期路徑頻率源520的非線性周期路徑信號536以產(chǎn)生信號538。非線性周期路徑頻率源520可與非線性周期路徑頻率源508相同。在一個(gè)實(shí)施例中，由發(fā)射器500中的非線性周期路徑調(diào)制器506強(qiáng)加的包絡(luò)線被振幅調(diào)制，非線性周期路徑解調(diào)器518通過一類似卻相反的方法去除振幅調(diào)制包絡(luò)線；去除的振幅調(diào)制包絡(luò)線具有等于非線性周期路徑信號536的頻率。鎖相環(huán)電路(未示出)可被用來對被非線性周期路徑解調(diào)器518去除的振幅調(diào)制包絡(luò)線和被非線性周期路徑調(diào)制器506增加的振幅調(diào)制包絡(luò)線進(jìn)行同步化。任何適當(dāng)?shù)逆i相環(huán)電路均可使用，如與再生振蕩器(未示出)耦合的探測器。信息解調(diào)器522接收信號538并產(chǎn)生信號540，后者是信息信號524的再現(xiàn)。
用于圖15所示的本發(fā)明的實(shí)施例的特定電子設(shè)備可依據(jù)EM波512的傳輸媒質(zhì)和載波頻率而變化。例如，傳輸媒質(zhì)可以是空氣、自由空間、波導(dǎo)或光纖。例如，在EM波512的載波頻率處于射頻頻譜中時(shí)，傳輸媒質(zhì)耦合器510和傳輸媒質(zhì)解耦器516可以是對該特定載波頻率進(jìn)行優(yōu)化的天線。例如，適當(dāng)?shù)奶炀€可包括單極子天線、偶極子天線、螺旋天線和/或相控陣天線等。在EM波512的載波頻率例如處于光譜中時(shí)(例如紅外輻射或可見光)，傳輸媒質(zhì)耦合器510和傳輸媒質(zhì)解耦器516可以分別是光纖耦合器和光束分離器；載波頻率源504可以是激光器。
注意被本發(fā)明的實(shí)施例所使用的EM波的E場矢量跟隨的非線性周期路徑可以是任何適當(dāng)?shù)穆窂讲⑶也槐乇幌薅ㄔ谌鐖D8A和8B所示的玫瑰花瓣形狀的路徑。只要E場矢量以小于EM波的載波頻率的頻率跟蹤非線性周期路徑，信息信道可被建立。例如，在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，E場矢量的終點(diǎn)可跟隨一個(gè)橢圓路徑。在本發(fā)明的其它實(shí)施例中，路徑可由偽隨機(jī)序列發(fā)生器定義?；旧掀渲型ㄐ畔到y(tǒng)的發(fā)射器和接收器可以以處于載波頻率與零之間的頻率同步跟隨的任何非線性路徑將都是適合的。
圖1表示根據(jù)本發(fā)明的基于單一載波信號的一種通信系統(tǒng)。注意該實(shí)施例和相對于圖1所描述的其組件與圖15所述的實(shí)施例是相類似的。換言之，圖1及其相應(yīng)的討論表示對參考圖15所討論的概念的一種可能的實(shí)現(xiàn)。
通信系統(tǒng)包括彼此遠(yuǎn)距離放置的發(fā)射器10和接收器12。發(fā)射器10包括具有三個(gè)天線元件14，16和18的天線系統(tǒng)、耦合于天線元件14的第一發(fā)射器相位系統(tǒng)20、耦合于天線元件16的第二發(fā)射器相位系統(tǒng)22、耦合于天線元件18的第三發(fā)射器相位系統(tǒng)24、預(yù)標(biāo)器模分頻器26、信號分離器28、調(diào)制器30和載波頻率源32。
調(diào)制器30接收信息信號34，其可以是由將與接收器12(或其它適當(dāng)?shù)慕邮掌?進(jìn)行通信的任何適當(dāng)?shù)脑串a(chǎn)生的任何適當(dāng)?shù)哪M信號，如視頻信號或音頻信號。盡管圖示的實(shí)施例被指向模擬信息信號34的通信，在本發(fā)明的另外的實(shí)施例中該信號可以是數(shù)字格式?？紤]在該專利說明書中的教導(dǎo)，數(shù)字和模擬通信系統(tǒng)可使用新的通信方法。
載波頻率源32可包括任何適當(dāng)?shù)碾娐坊蛳到y(tǒng)，如傳統(tǒng)正弦波發(fā)生器或振蕩器，以提供載波頻率信號36。和在任何通信系統(tǒng)中一樣，載波頻率信號36應(yīng)具有用于給定傳輸媒質(zhì)如在無線通信中的自由空間的有助于其用信息信號34來進(jìn)行調(diào)制的頻率。例如，如果信息信號34是傳統(tǒng)的電視信號，其在美國使用的NTSC標(biāo)準(zhǔn)下具有6MHz帶寬，載波頻率信號36可以是被適當(dāng)?shù)膰夜芾頇C(jī)關(guān)指定的用于電視傳輸?shù)默F(xiàn)有電視信道中的任何一種，在美國其在大約54MHz到890MHz變化。為了實(shí)驗(yàn)的目的，發(fā)明人選擇795.0MHz作為實(shí)驗(yàn)的電視通信系統(tǒng)的一個(gè)信道，其在美國被定義為信道68。
在本發(fā)明的該實(shí)施例中為圖示的目的使用電視傳輸系統(tǒng)，調(diào)制器30用信息信號34代表的視頻信號調(diào)制載波頻率信號36。根據(jù)典型的電視調(diào)制標(biāo)準(zhǔn)，如美國使用的，調(diào)制為振幅調(diào)制(AF)。盡管為了圖示的目的在該實(shí)施例中描述了電視傳輸，本發(fā)明也可根據(jù)任何適當(dāng)?shù)恼{(diào)制標(biāo)準(zhǔn)用于在任何適當(dāng)?shù)念l帶中的任何類型的信息。
信號分離器28提供已經(jīng)用信息信號34進(jìn)行調(diào)制的載波信號38給各個(gè)發(fā)射器相位系統(tǒng)20，22和24。各個(gè)發(fā)射器相位系統(tǒng)20，22和24也接收預(yù)標(biāo)器模分頻器26產(chǎn)生的發(fā)射器旋轉(zhuǎn)頻率信號40。預(yù)標(biāo)器模分頻器26把載波頻率信號36進(jìn)行分頻產(chǎn)生發(fā)射器旋轉(zhuǎn)頻率信號40。因?yàn)榘ù龠M(jìn)上面提到的實(shí)驗(yàn)通信系統(tǒng)中的測試設(shè)備的同步化的原因，發(fā)明人選擇26.5MHz或1/30的載波頻率的旋轉(zhuǎn)頻率以定義通信信道。這樣預(yù)標(biāo)器模分頻器26可包括1∶30分頻電路。它可包括后面緊跟1∶3分頻級的1∶10分頻級或任何其它適當(dāng)?shù)姆诸l電路。但是，盡管上述載波頻率是上述旋轉(zhuǎn)頻率的整數(shù)倍，該倍數(shù)關(guān)系可選擇來至少部分促進(jìn)實(shí)驗(yàn)并且其不是必須的。盡管為了清楚的目的未示出，可包括其它信號分離器來更有效把載波頻率信號36分配給調(diào)制器30和預(yù)標(biāo)器模分頻器26并且把發(fā)射器旋轉(zhuǎn)頻率信號40分配給相位系統(tǒng)20，22和24。
象下面進(jìn)一步描述的一樣，各個(gè)相位系統(tǒng)20，22和24具有與其相關(guān)的不同的時(shí)間延遲。各個(gè)相位系統(tǒng)20，22和24把發(fā)射器旋轉(zhuǎn)頻率信號40延遲一個(gè)不同的時(shí)間量。時(shí)間延遲響應(yīng)于發(fā)射器旋轉(zhuǎn)頻率信號40的波長來選擇。在另一個(gè)可選擇的具有N個(gè)相位系統(tǒng)的實(shí)施例中，各個(gè)相位系統(tǒng)把發(fā)射器旋轉(zhuǎn)頻率信號延遲一個(gè)等于其波長的1/N的量。
可選擇處于載波頻率與零之間的任何適當(dāng)?shù)男D(zhuǎn)頻率，但是它應(yīng)大于信息信號的最高頻率。在示出的實(shí)施例中，發(fā)射器旋轉(zhuǎn)頻率信號40可具有例如26.5MHz的一個(gè)頻率，其相當(dāng)于11.3m波長或37.7ns的周期。因?yàn)橛?個(gè)發(fā)射器相位系統(tǒng)，第一發(fā)射器相位系統(tǒng)20對發(fā)射器旋轉(zhuǎn)頻率信號40延遲0秒，第二發(fā)射器相位系統(tǒng)22對發(fā)射器旋轉(zhuǎn)頻率信號40延遲37.7ns秒的1/3，第三發(fā)射器相位系統(tǒng)24對發(fā)射器旋轉(zhuǎn)頻率信號40延遲37.7ns秒的2/3。一般意義上講，發(fā)射器相位系統(tǒng)20對發(fā)射器旋轉(zhuǎn)頻率信號40的相位延遲0度，發(fā)射器相位系統(tǒng)22對發(fā)射器旋轉(zhuǎn)頻率信號40的相位延遲120度，發(fā)射器相位系統(tǒng)24對發(fā)射器旋轉(zhuǎn)頻率信號40的相位延遲240度。
各個(gè)發(fā)射器相位系統(tǒng)20，22和24用時(shí)間延遲的發(fā)射器旋轉(zhuǎn)頻率信號40振幅調(diào)制其自身已經(jīng)用信息信號34進(jìn)行調(diào)制的載波信號38。圖3表示分別由發(fā)射器相位系統(tǒng)20，22和24產(chǎn)生的振幅調(diào)制載波信號42，44和46。(為了清楚的目的，圖3沒有按比例畫出并且因此不必要準(zhǔn)確反映載波頻率48中相對于調(diào)制包絡(luò)線50的相對大小變化。)如果虛線52被選擇來代表0度的延遲或相移，那么虛線54代表120度的相移，虛線56代表240度的相移。虛線58和60分別代表180度(π弧度)和360度(2π弧度)。
注意在任何一個(gè)振幅調(diào)制的載波信號42，44和46上承載的信息相對于在其它振幅調(diào)制的載波信號上承載的信息不被延遲。而是僅各個(gè)振幅調(diào)制載波信號的調(diào)制包絡(luò)線50被延遲。同樣的信息被各個(gè)振幅調(diào)制載波信號42，44和46在任何瞬間實(shí)時(shí)承載。放大部分62，64和66圖示這種性能。在任一選擇的時(shí)間間隔68，載波頻率48中同樣的變化在各個(gè)振幅調(diào)制載波信號42，44和46中在同一時(shí)間點(diǎn)上發(fā)生。
各個(gè)振幅調(diào)制載波信號42，44和46被提供給天線元件14，16和18的相應(yīng)的一個(gè)。盡管下面將進(jìn)一步具體描述，天線元件14，16和18可是相對于中心點(diǎn)以彼此間相等的角度間隔被徑向排列的偶極子天線(或更特殊的單極子天線)。
如圖4中的極圖所示的一樣，其中傳播軸處于圖的中心并垂直于頁面，并且其中時(shí)間由箭頭70的角度方向所代表，各個(gè)天線元件14，16和18發(fā)射相應(yīng)的電磁波72，74和76。各個(gè)波72，74和76作為其分別被振幅調(diào)制載波信號42，44和46之一激發(fā)的結(jié)果具有隨時(shí)間以心形形狀方式變化的振幅。發(fā)射器天線系統(tǒng)發(fā)射的發(fā)射波78是波72，74和76的加和合成。為了圖4中的圖的圖示目的，振幅調(diào)制載波信號42，44和46的相對振幅被選擇來導(dǎo)致生成一個(gè)用于發(fā)射波78的單位振幅，即一個(gè)相對振幅“1”。該圖表示當(dāng)發(fā)射波78的振幅和傳播方向保持恒定時(shí)，其電場(E)矢量隨時(shí)間旋轉(zhuǎn)。
返回圖7A，調(diào)制包絡(luò)線94類似于圖3中的調(diào)制包絡(luò)線50。實(shí)際上，在圖1描述的本發(fā)明的實(shí)施例中，在3個(gè)這種E場分量彼此成120度相位差的情況下，合成波將具有以小于載波頻率并大于零的旋轉(zhuǎn)頻率與圖7A所示的合成E場矢量96相類似的繞傳播軸旋轉(zhuǎn)的E場矢量。
盡管圖7A-B和8A-B為了圖示的目的來描述具有以處于載波頻率和零之間的旋轉(zhuǎn)頻率旋轉(zhuǎn)的E場矢量的波，圖7A-B和8A-B所示的結(jié)果可通過一個(gè)替換的實(shí)施例來產(chǎn)生，其中通信系統(tǒng)僅包括兩個(gè)相位系統(tǒng)和兩個(gè)天線元件。例如，可在這種實(shí)施例中包括兩個(gè)交叉偶極子，即，一個(gè)為水平對齊的，另一個(gè)為垂直對齊的，盡管需要把180度的相移引入旋轉(zhuǎn)頻率信號。圖8A表示E場分量90和92的相對振幅并進(jìn)一步表示在這種交叉偶極子實(shí)施例中的180度的相移。注意在點(diǎn)103，105和107的相移。
如圖2所示，各個(gè)發(fā)射器相位系統(tǒng)20，22和24包括相移器100，寬頻放大器102，平衡混頻器調(diào)制器104和可調(diào)諧的相移器106。相移器100應(yīng)被選擇來提供上述相對于發(fā)射器相位系統(tǒng)20，22和24的時(shí)間延遲或相移。平衡混頻器調(diào)制器104是熟知的一種類型的電路，有時(shí)在已有技術(shù)中稱為平衡混頻器或平衡調(diào)制器，并且可以是任何一種適當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)?？烧{(diào)諧的相移器106有助于準(zhǔn)確地對3個(gè)發(fā)射器相位系統(tǒng)20，22和24的總延遲進(jìn)行調(diào)諧以為實(shí)際的通信作準(zhǔn)備。
在發(fā)射器相位系統(tǒng)的可選擇的實(shí)施例中，平衡混頻器調(diào)制器可用例如在寬的帶寬上具有高線性相位誤差的電壓可變衰減器來替代。移相器可用延遲線或類似類型的提供上述時(shí)間(相位)延遲的組件來替代。而且，發(fā)射器相位系統(tǒng)可包括作為適當(dāng)?shù)暮?或人工可調(diào)整延遲線來進(jìn)行精細(xì)調(diào)整的帶通濾波器。
返回圖1，接收器12結(jié)構(gòu)上類似發(fā)射器10。接收器12包括具有3個(gè)天線元件110，112和114的天線系統(tǒng)、耦合于天線元件110的第一接收器相位系統(tǒng)116、耦合于天線元件112的第二接收器相位系統(tǒng)118、耦合于天線元件114的第三接收器相位系統(tǒng)120、相干旋轉(zhuǎn)頻率發(fā)生器122、信號合成器124和信息信號解調(diào)器126。
接收器天線系統(tǒng)可與發(fā)射器天線系統(tǒng)相同。這樣在圖1所示的實(shí)施例中，天線元件110，112和114是偶極子(或更具體的是單極子)并且相對于中心點(diǎn)以例如彼此相等的角度間隔被徑向排列。當(dāng)發(fā)射波78在接收器天線系統(tǒng)上照射時(shí)，沿各個(gè)天線元件110，112和114的偏振軸取向的其分量的振幅產(chǎn)生相應(yīng)的信號128，130或132。信號128，130和132的振幅根據(jù)E場矢量的旋轉(zhuǎn)并且因此根據(jù)發(fā)射器10強(qiáng)加的振幅調(diào)制來變化。
相干旋轉(zhuǎn)頻率發(fā)生器122從接收到的振幅調(diào)制信號之一，如信號128來恢復(fù)旋轉(zhuǎn)頻率。如圖17所示，相干旋轉(zhuǎn)頻率發(fā)生器122提供接收到的信號的多級放大以恢復(fù)載波頻率。盡管接收到的信號128具有以載波頻率的頻率分量，該載波頻率分量被相對衰減。這樣，信號128經(jīng)3個(gè)低噪音放大器652，654和656及插在每兩個(gè)放大器之間的兩個(gè)帶通濾波器658和660逐級(in stages)放大。帶通濾波器658和660以載波頻率為中心，因?yàn)樵趫D示的實(shí)施例中載波頻率是旋轉(zhuǎn)頻率的整數(shù)倍。預(yù)標(biāo)器662把放大的信號的頻率進(jìn)行分頻以從載波頻率再現(xiàn)旋轉(zhuǎn)頻率；預(yù)標(biāo)器662也可提供進(jìn)一步的放大。預(yù)標(biāo)信號被提供給可調(diào)諧的延遲664?？烧{(diào)諧的延遲664可人工地進(jìn)行調(diào)整以把旋轉(zhuǎn)頻率信號帶入含3個(gè)接收信號的相位。換言之，可調(diào)諧的延遲664可使發(fā)射器10與接收器12之間的相位同步以建立相干性。用戶在觀察接收器12的輸出如再現(xiàn)的信息信號138時(shí)可調(diào)整延遲664，直到用戶可滿意地分辨接收到的信息。例如，如果再現(xiàn)的信息信號138是電視信號，用戶可在調(diào)整延遲664以在信號中進(jìn)行調(diào)諧時(shí)在視頻監(jiān)測器上對其進(jìn)行可視的監(jiān)測或在示波器上進(jìn)行電子監(jiān)測。可調(diào)諧的延遲664的輸出可提供給一個(gè)模分頻器666，其進(jìn)一步把頻率分為相應(yīng)于要被接收到的信息信道的旋轉(zhuǎn)頻率。
盡管載波頻率信號分割為旋轉(zhuǎn)頻率信號的步驟在該實(shí)施例中通過預(yù)標(biāo)器662和模分頻器666以兩級方式完成，應(yīng)注意依據(jù)對制造、工程和其它設(shè)計(jì)的考慮的頻率可通過更少的級或更多的級來分割完成。如果載波頻率是例如旋轉(zhuǎn)頻率的30倍，通過進(jìn)行1∶10分割的預(yù)標(biāo)器662然后是進(jìn)一步進(jìn)行1∶3分割的模分頻器666所進(jìn)行的分割，與進(jìn)行1∶30分割的單級分割相比更加經(jīng)濟(jì)，因?yàn)?∶10和1∶3電路比1∶30電路更容易獲得。
在另一個(gè)實(shí)施例中，接收器的相干旋轉(zhuǎn)頻率發(fā)生器可用使用鎖相環(huán)(PLL)電路(未示出)的非相干旋轉(zhuǎn)頻率發(fā)生器來代替。任何適當(dāng)?shù)逆i相環(huán)電路可被使用，如耦合于再生振蕩器(未示出)的鎖相環(huán)探測器。在另一個(gè)實(shí)施例中，用于陸地通信的發(fā)射器和接收器旋轉(zhuǎn)頻率源可使用從全球定位衛(wèi)星(GPS)系統(tǒng)接收到的信號來對其旋轉(zhuǎn)頻率進(jìn)行同步化。
接收器相位系統(tǒng)116，118和120以與發(fā)射器相位系統(tǒng)20，22和24相同的方式延遲接收器旋轉(zhuǎn)頻率信號。從而第一接收器相位系統(tǒng)對信號134延遲0度，第二接收器相位系統(tǒng)對信號134延遲120度，第三接收器相位系統(tǒng)對信號134延遲240度。
各個(gè)接收器相位系統(tǒng)116，118和120根據(jù)其相應(yīng)的時(shí)間延遲旋轉(zhuǎn)頻率信號134分別門控或探測振幅調(diào)制信號128，130和132。通過以這種方式門控信號，各個(gè)接收器相位系統(tǒng)使其本身僅對那些在頻率和相位上與其相應(yīng)的時(shí)間延遲旋轉(zhuǎn)頻率信號134相對應(yīng)的振幅調(diào)制信號敏感。當(dāng)信號合成器124對接收器相位系統(tǒng)116，118和120的門控輸出相加時(shí)，合成調(diào)制載波信號136僅用該信息進(jìn)行調(diào)制；旋轉(zhuǎn)頻率強(qiáng)加的調(diào)制加起來為一個(gè)固定值。如果每個(gè)接收器相位系統(tǒng)116，118和120中的門控與每個(gè)發(fā)射器相位系統(tǒng)20，22和24的門控相匹配，合成調(diào)制載波信號136是發(fā)射器10中調(diào)制載波信號38的再現(xiàn)。解調(diào)器126以傳統(tǒng)方式從合成調(diào)制載波信號136恢復(fù)信息信號。例如，因?yàn)閳D示的實(shí)施例與用視頻信號調(diào)制的傳統(tǒng)電視載波振幅相關(guān)，解調(diào)器126可以是傳統(tǒng)的電視調(diào)諧器。從而接收器12中再現(xiàn)的信息信號138是發(fā)射器10中信息信號34的再現(xiàn)。
如圖5所示，各個(gè)接收器相位系統(tǒng)116，118和120結(jié)構(gòu)上類似于發(fā)射器相位系統(tǒng)20，22和24。每個(gè)包括低噪音放大器140、電壓可變衰減器142、寬頻放大器144、帶通濾波器146和移相器148，所有這些都可商業(yè)購買。移相器148被選擇來提供上面相對于接收器相位系統(tǒng)116，118和120所述的時(shí)間延遲或相移。和發(fā)射器相位系統(tǒng)20，22和24中一樣，可調(diào)諧的移相器148有利于精確調(diào)整。
在接收器相位系統(tǒng)的可選擇的實(shí)施例中，電壓可變衰減器可用例如平衡混頻器調(diào)制器來取代。移相器可用延遲線或類似類型的提供上述時(shí)間(或相位)延遲的組件來替代。而且，發(fā)射器相位系統(tǒng)可包括作為可適當(dāng)調(diào)整和/或人工調(diào)整的延遲線以用于精細(xì)調(diào)整的帶通濾波器。
如圖9和10所示，可用在發(fā)射器10和接收器12中的適當(dāng)?shù)奶炀€系統(tǒng)包括應(yīng)用傳統(tǒng)蝕刻過程形成在一個(gè)印刷電路板上的3個(gè)半波偶極子(或更具體的，單極子)。第一偶極子包括元件152和154。第二偶極子包括元件156和158。第三偶極子包括元件160和162。元件152-162通過蝕刻后殘留在板基底164上的銅區(qū)域來定義。第一段共軸電纜168的中心導(dǎo)體166經(jīng)一個(gè)孔插入印刷電路板并焊接到一個(gè)偶極子的一個(gè)元件上。第二段共軸電纜172的中心導(dǎo)體170經(jīng)一個(gè)孔插入印刷電路板并焊接到那個(gè)偶極子的另一個(gè)元件上。平衡-非平衡轉(zhuǎn)換器或blaun174被用來把偶極子與饋送176匹配，其可以是一段具有接地屏蔽的共軸電纜。兩段共軸電纜168和172的屏蔽可被耦合到平衡-非平衡轉(zhuǎn)換器174的中心抽頭。當(dāng)用作發(fā)射器10的天線系統(tǒng)時(shí)，各個(gè)偶極子相應(yīng)于天線元件14，16和18之一，并且饋送176接收信號42，44和46的相應(yīng)一個(gè)。當(dāng)用作接收器12的天線系統(tǒng)時(shí)，各個(gè)偶極子相應(yīng)于天線元件110，112和114之一，并且饋送176接收信號128，130和132的相應(yīng)一個(gè)。
如圖18和19所示，另一個(gè)可用在發(fā)射器10和接收器12中的適當(dāng)?shù)奶炀€系統(tǒng)包括例如以其軸相對于波導(dǎo)548的縱軸徑向取向的以120度角分開安裝在柱狀波導(dǎo)548中的3個(gè)單極子元件542，544和546。元件542，544和546可經(jīng)波導(dǎo)548的壁或者以任何適當(dāng)?shù)姆绞椒謩e安裝在絕緣套筒550，552和554中。波導(dǎo)548在其末端可具有適當(dāng)?shù)慕菭钗镆约邪l(fā)射和接收波。共軸電纜連接器556，558和560分別把元件542，544和546耦合到共軸電纜562，564和566。
天線系統(tǒng)的該實(shí)施例有利地排除EM波的高階模，否則其將被傳播并因此減少發(fā)射的波以指定的方式進(jìn)行疊加的程度。如上面討論的一樣，從單個(gè)天線元件發(fā)射的波，在本發(fā)明的某些實(shí)施例中逐個(gè)考慮為平面偏振，在近場相疊加以產(chǎn)生具有旋轉(zhuǎn)E場的波。圖18和19所示的天線系統(tǒng)減少或排除了發(fā)射的波不完全以指定的方式疊加的程度。
天線可以類似于具有徑向安裝的元件的傳統(tǒng)柱狀波導(dǎo)的方式來構(gòu)造。例如，波導(dǎo)548和元件542，544和546可由任何適當(dāng)?shù)膶?dǎo)體如銅、鋁或黃銅來制得。另外，波導(dǎo)548可具有大于或等于一個(gè)載波頻率波長的長度。波導(dǎo)548的尺寸和元件542，544和546的縱向位置可被選擇來排除高于柱狀波導(dǎo)的基模(即TE11模)的模。達(dá)到單模傳播的適當(dāng)尺寸可用響應(yīng)于選擇的載波頻率的熟知的天線工程公式來計(jì)算。為了例示上述795.0MHz的載波頻率，這種計(jì)算可代表大約23.8cm(9.4英寸)的直徑。
總而言之，例如相對于圖1，本發(fā)明的通信系統(tǒng)的實(shí)施例特征表現(xiàn)為接收器12同步跟隨發(fā)射器10發(fā)射的信號的旋轉(zhuǎn)E場矢量。
而且，盡管上面示出的實(shí)施例可直接指向經(jīng)過自由空間的無線頻率通信，本發(fā)明并不限定在該傳輸媒質(zhì)。在另外的實(shí)施例中，例如本發(fā)明可經(jīng)波導(dǎo)或光纖進(jìn)行信號的通信。從而，盡管示出的實(shí)施例包括用來經(jīng)自由空間輻射或發(fā)射射頻電磁波的發(fā)射器天線系統(tǒng)，經(jīng)其它媒質(zhì)對電磁波進(jìn)行通信的另外的實(shí)施例包括適合于經(jīng)這些媒質(zhì)發(fā)射電磁波的輻射器，如用于經(jīng)光纖媒質(zhì)發(fā)射光波的光學(xué)輻射器。類似地盡管示出的實(shí)施例包括用于經(jīng)自由空間接收射頻電磁波的接收器天線系統(tǒng)，經(jīng)其它媒質(zhì)對電磁波進(jìn)行通信的另外的實(shí)施例包括適合于經(jīng)這些媒質(zhì)接收電磁波的接收器，如用于光纖媒質(zhì)的光學(xué)接收器。
圖13表示根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例使用單一載波信號的光學(xué)通信系統(tǒng)。在發(fā)射器299，激光器300產(chǎn)生具有穿過光束分離器302的載波頻率的波以產(chǎn)生兩個(gè)具有載波頻率的波304和306。波304和306可是通常由傳統(tǒng)激光器產(chǎn)生的線偏振波。兩個(gè)信息調(diào)制器308和310基于信息信號312分別調(diào)制波304和306以產(chǎn)生信息調(diào)制波314和316。
旋轉(zhuǎn)頻率源318提供都具有處于載波頻率和零之間的旋轉(zhuǎn)頻率的旋轉(zhuǎn)信號320和322給光學(xué)旋轉(zhuǎn)調(diào)制器324和326；旋轉(zhuǎn)信號320和322可被光學(xué)旋轉(zhuǎn)調(diào)制器324和326以類似于相對于圖1的如上所述的旋轉(zhuǎn)信號的方式彼此相對進(jìn)行振幅調(diào)制及相位延遲。例如，光學(xué)旋轉(zhuǎn)調(diào)制器324和326之一個(gè)可包括半波相位板以在波314和316被線偏振時(shí)相位延遲信息調(diào)制的光波314和316。光學(xué)旋轉(zhuǎn)調(diào)制器324和326以基于旋轉(zhuǎn)信號320和322的旋轉(zhuǎn)頻率分別調(diào)制信息調(diào)制光波314和316以分別產(chǎn)生光波328和330。
耦合器332經(jīng)光纖334結(jié)合并傳送光波328和330。光波328和330的結(jié)合產(chǎn)生一個(gè)以處于載波頻率與零之間的旋轉(zhuǎn)頻率繞傳播軸進(jìn)行旋轉(zhuǎn)的合成E場矢量。
在與光纖334連接的接收器335，光束分離器336把接收到的波分為光波338和340。旋轉(zhuǎn)解調(diào)器342和344分別接收光波338和340。旋轉(zhuǎn)頻率源346類似于旋轉(zhuǎn)頻率源318分別提供旋轉(zhuǎn)信號348和350給解調(diào)器342和344。旋轉(zhuǎn)解調(diào)器342和344基于旋轉(zhuǎn)信號348和350產(chǎn)生解調(diào)的光波352和354。光探測器356和358分別把解調(diào)的光波352和354轉(zhuǎn)換為電信號360和362。加法器364對電信號360和362進(jìn)行組合產(chǎn)生電信號366。信息解調(diào)器368接收電信號366產(chǎn)生信息信號370，其是信息信號312的再現(xiàn)。
激光器300可被選擇優(yōu)化以用于在光纖中的傳播。例如，激光器300可以是以1.3-1.55μm波長范圍發(fā)射的鋁鎵砷(AlGaAs)或銦鎵砷(InGaAs)多層分布反饋(DFB)激光器。光探測器356和358可被選擇來對激光器300頻譜響應(yīng)。例如，光探測器356和358可以是反偏壓的鎵砷(GaAs)二極管探測器。
信息調(diào)制器308和310、旋轉(zhuǎn)調(diào)制器324和326及旋轉(zhuǎn)解調(diào)器342和344可被不同地來構(gòu)造以適當(dāng)?shù)卣{(diào)制光波的相位和/或振幅。例如，調(diào)制器和解調(diào)器可是鈮酸鋰(LiNbO3)電光調(diào)制器，如鮑爾克盒。
使用單一載波信號的多個(gè)信道在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，多個(gè)發(fā)射器-接收器系統(tǒng)可在選擇的信息信道上通信，各個(gè)信道由選擇的恒定E場角速度來限定，該角速度與所有其它這種信道的速度是不同的。
圖11表示具有多個(gè)能在選擇的信息信道上通信的發(fā)射器-接收器系統(tǒng)的一種通信系統(tǒng)。發(fā)射器178，180，182和184同步(即同時(shí))與接收器186，188，190和192進(jìn)行通信。(發(fā)射器182與184之間及接收器190與192之間的省略號(…)分別代表其它的發(fā)射器和接收器，因?yàn)槿魏芜m當(dāng)數(shù)目的發(fā)射器和接收器可同步(即同時(shí))用來通信；發(fā)射器和接收器的總數(shù)是N。)各個(gè)發(fā)射器178，180，182和184由上述相對于圖1的發(fā)射器10的電子設(shè)備或者上述相對于圖13的發(fā)射器299的電光元件構(gòu)成。發(fā)射器178，180，182和184可共享一個(gè)公用天線系統(tǒng)。例如，當(dāng)發(fā)射器178，180，182和184由發(fā)射器10的電子設(shè)備構(gòu)成時(shí)，天線系統(tǒng)可以是包括元件194，196和198的3元件天線。
各個(gè)發(fā)射器178，180，182和184分別接收信息信號200，202，204和206。信息信號200，202，204和206用載波信號通過把調(diào)制器(未示出)設(shè)置在各個(gè)發(fā)射器178，180，182和184內(nèi)來進(jìn)行調(diào)制，在這種情況下，載波信號被鎖相電路(未示出)鎖閉相位。響應(yīng)于信息信號200，202，204和206，各個(gè)發(fā)射器178，180，182和184產(chǎn)生3個(gè)振幅調(diào)制載波信號(對于具有3元件天線系統(tǒng)的本實(shí)施例)，象例如上述相對于圖1的信號42，44和46。振幅調(diào)制載波信號以與由發(fā)射器178，180，182和184中的所有其它發(fā)射器產(chǎn)生的振幅調(diào)制載波信號所承載的不同的旋轉(zhuǎn)頻率承載振幅調(diào)制。換言之，各個(gè)發(fā)射器178，180，182和184以單一定義通信信道的不同的選擇旋轉(zhuǎn)頻率來操作。
如相對于圖1所述的一樣，并且對于3元件天線系統(tǒng)的例子來說，由發(fā)射器如圖1中的發(fā)射器10產(chǎn)生的各個(gè)振幅調(diào)制信號與3個(gè)時(shí)間延遲之一相關(guān)。第一合成器208把由各個(gè)發(fā)射器178，180，182和184產(chǎn)生的與第一時(shí)間延遲相關(guān)的振幅調(diào)制信號進(jìn)行組合。第二合成器210把由各個(gè)發(fā)射器178，180，182和184產(chǎn)生的與第二時(shí)間延遲相關(guān)的振幅調(diào)制信號進(jìn)行組合。第三合成器212把由各個(gè)發(fā)射器178，180，182和184產(chǎn)生的與第三時(shí)間延遲相關(guān)的振幅調(diào)制信號進(jìn)行組合。天線元件194接收第一合成器208的輸出。天線元件196接收第二合成器210的輸出。天線元件198接收第三合成器212的輸出。發(fā)射器天線系統(tǒng)以與上述相對于圖1的單一信道系統(tǒng)相同的方式發(fā)射代表多個(gè)組合通信信道的信號213。
各個(gè)接收器186，188，190和192由上述相對于圖1的接收器12的電子設(shè)備或者上述相對于圖13的接收器335的電光元件構(gòu)成。接收器186，188，190和192可共享包括用于在接收器的3元件天線的例子的元件214，216和218組成的一個(gè)公用天線系統(tǒng)。接收器天線系統(tǒng)接收多個(gè)通信信道。第一分離器220把天線元件214接收到的振幅調(diào)制信號分離為多個(gè)與第一時(shí)間延遲相關(guān)的振幅調(diào)制信號。第二分離器222把天線元件216接收到的振幅調(diào)制信號分離為多個(gè)與第二時(shí)間延遲相關(guān)的振幅調(diào)制信號。第三分離器224把天線元件218接收到的振幅調(diào)制信號分離為多個(gè)與第三時(shí)間延遲相關(guān)的振幅調(diào)制信號。鎖相環(huán)(PLL)電路(未示出)閉鎖用來解調(diào)天線元件214，216和218接收到的振幅調(diào)制信號的信號的相位。各個(gè)接收器186，188，190和192以單獨(dú)定義通信信道之一的不同的選擇旋轉(zhuǎn)頻率來操作。接收器186，188，190和192響應(yīng)于各個(gè)分離器220，222和224以與上述相對于圖1中接收器12產(chǎn)生再現(xiàn)信息信號138的相同的方式來提供的振幅調(diào)制信號，產(chǎn)生再現(xiàn)的信息信號226，228，230和232。
旋轉(zhuǎn)頻率提供信道選擇性，其是對載波信號的頻率所提供的選擇性的補(bǔ)充。從而，被調(diào)諧向選擇的信道的即以一定旋轉(zhuǎn)頻率進(jìn)行操作的接收器186，188，190和192之一基本上接收到很小的來自在其它信道上操作的即以其它旋轉(zhuǎn)頻率操作的發(fā)射器178，180，182和184的通信信號的干擾。發(fā)射器178，180，182和184及接收器186，188，190和192可以相同的載波信號頻率全部同步(即同時(shí))操作，而僅接收器186，188，190和192中的一個(gè)與各個(gè)發(fā)射器178，180，182和184分別進(jìn)行通信，因?yàn)槭切D(zhuǎn)頻率而非載波頻率提供信道選擇性。
具有多個(gè)共享一個(gè)公用天線系統(tǒng)的發(fā)射器和多個(gè)共享一個(gè)公用天線系統(tǒng)的接收器的通信系統(tǒng)，如圖11所示，是很經(jīng)濟(jì)的，因?yàn)樗烟炀€元件的數(shù)目降低到了最小。但是，其中各個(gè)發(fā)射器包括其自己的天線系統(tǒng)的通信系統(tǒng)將以同樣的方式來操作。例如，系統(tǒng)可包括多個(gè)與圖1中的發(fā)射器10和接收器12一樣的發(fā)射器和接收器并可同步(即同時(shí))經(jīng)相應(yīng)的多個(gè)信道進(jìn)行通信。以給定的載波頻率和不同于所有其它發(fā)射器10的旋轉(zhuǎn)頻率來操作的各個(gè)發(fā)射器10定義了單一的通信信道。這種系統(tǒng)的所有發(fā)射器10和接收器12可同步(即同時(shí))以相同的載波信號頻率來操作，但僅一個(gè)接收器12與各個(gè)發(fā)射器10通信。
在應(yīng)用單一載波信號的本發(fā)明的公開的實(shí)施例中，信道應(yīng)在旋轉(zhuǎn)頻率域中被分配合適的帶寬以有效發(fā)射信息。換言之，用于給定載波頻率的各個(gè)信道的旋轉(zhuǎn)頻率應(yīng)從具有同樣(或接近于相同的)載波頻率的相鄰信道的旋轉(zhuǎn)頻率被充分偏置從而信道不重疊。例如，具有6MHz帶寬的信息信號可以用具有6MHz帶寬的旋轉(zhuǎn)頻率域中的信號來代表。定義不同信道的各個(gè)非線性路徑頻率源應(yīng)被選擇來把旋轉(zhuǎn)頻率域中的相應(yīng)信號與另外的信號分開以避免重疊。
一般地，EM波(例如圖1中的EM波78或圖15中的EM波512)可使其E場矢量以小于載波頻率并大于零的旋轉(zhuǎn)頻率繞傳播軸旋轉(zhuǎn)，但是旋轉(zhuǎn)頻率應(yīng)被選擇為足夠小于載波頻率并足夠大于零以在沒有至少一部分信息是不可恢復(fù)的情況下啟動(dòng)接收器的探測。否則在旋轉(zhuǎn)頻率被選擇為使某信息頻率分量的頻率超過載波頻率或低于零時(shí)一部分信息可以是不可恢復(fù)的。
當(dāng)信息的某頻率分量超過例如載波頻率時(shí)，信息的這些頻率分量可由接收器來反相地以小于載波頻率的旋轉(zhuǎn)頻率探測；這些反相的旋轉(zhuǎn)頻率分量將抵消非反相的旋轉(zhuǎn)頻率分量從而引起一部分信息不可恢復(fù)。例如，超過載波頻率10MHz的旋轉(zhuǎn)頻率分量將被反相并用以載波頻率減10MHz的旋轉(zhuǎn)頻率分量形式被接收器抵消。
信息的頻率分量相應(yīng)于信息的帶寬和信息在EM波上被承載的方式。信息可以被承載在頻率域和/或旋轉(zhuǎn)域中的EM波上(例如圖1中的EM波78或圖15中的EM波512)。換言之，信息可通過調(diào)制載波頻率信號(即用振幅調(diào)制、頻率調(diào)制或相位調(diào)制)和/或通過調(diào)制旋轉(zhuǎn)頻率信號(即使用頻率調(diào)制或相位調(diào)制)而被承載在EM波上。
例如，在信息僅是被振幅調(diào)制到載波頻率信號的情況下，EM波的頻帶寬大約等于信息帶寬。在這種情況下，EM波的旋轉(zhuǎn)頻率應(yīng)比載波頻率小二分之一的信息帶寬并比零大二分之一的信息帶寬。例如，在信息帶寬為6MHz的情況下，最低的可能旋轉(zhuǎn)頻率應(yīng)大于該帶寬的一半以提供足夠的零以上的空間用于信道(例如對于6MHz帶寬的信息信號為3MHz)，并且最高的可能旋轉(zhuǎn)頻率應(yīng)至少是在比載波頻率低該帶寬的一半處(例如對于6MHz帶寬的信息信號為3MHz)。
基于雙載波信號的通信系統(tǒng)圖16是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的使用兩個(gè)不同載波信號的通信系統(tǒng)的框圖。在圖16中，發(fā)射器600包括兩個(gè)不同的載波頻率源602和604、兩個(gè)信息調(diào)制器606和608和兩個(gè)傳輸媒質(zhì)耦合器610和612。發(fā)射器600經(jīng)傳輸媒質(zhì)(未示出)發(fā)送EM波614到接收器616。接收器616包括兩個(gè)傳輸媒質(zhì)解耦器618和620、兩個(gè)濾波器622和624、加法器626和信息解調(diào)器628。
信息調(diào)制器606接收信息信號630和來自差分載波頻率源602的上差分載波頻率信號632以產(chǎn)生信號636。類似地信息調(diào)制器608接收信息信號630和來自差分載波頻率源604的下差分載波頻率信號634以產(chǎn)生信號638。信息信號630可是任何合適的由任何適當(dāng)?shù)脑串a(chǎn)生的模擬信號，如視頻信號或音頻信號，其將向接收器616(或其它適當(dāng)?shù)慕邮掌?通信。類似地信息信號630可是數(shù)字格式。
差分載波頻率源602和604可包括任何適當(dāng)?shù)碾娐坊蛳到y(tǒng)，如傳統(tǒng)的正弦波發(fā)生器或振蕩器，分別用來提供載波信號632和634。載波信號632和634應(yīng)具有有助于其用給定的傳輸媒質(zhì)所用的信息信號630來調(diào)制其自身的頻率。
傳輸媒質(zhì)耦合器610和612分別接收信號636和638以產(chǎn)生兩個(gè)EM波，其疊合為EM波614。傳輸媒質(zhì)耦合器610發(fā)送的EM波具有跟蹤非線性周期路徑的E場矢量終點(diǎn)。傳輸媒質(zhì)耦合器612發(fā)送的EM波具有以相反方向跟蹤同一非線性周期路徑的E場矢量終點(diǎn)。例如耦合器610可以一個(gè)載波頻率發(fā)送左手圓偏振EM波；耦合器612可以另一個(gè)載波頻率發(fā)送右手圓偏振EM波。
接收器616可在傳輸媒質(zhì)解耦器618和620接收EM波614。傳輸媒質(zhì)解耦器618接收EM波614以產(chǎn)生相應(yīng)于傳輸媒質(zhì)耦合器610發(fā)送的EM波的信號640；傳輸媒質(zhì)解耦器620接收EM波614以產(chǎn)生相應(yīng)于傳輸媒質(zhì)耦合器612發(fā)送的EM波的信號642。
濾波器622和624分別接收信號640和642并分別產(chǎn)生信號644和646。濾波器622和624可以是防止信號交叉耦合的陷波濾波器和阻抗匹配電路。濾波器622和624可具有分別適合于信號640和642的分別以差分載波頻率源602和604的載波頻率為中心的頻譜帶寬。
加法器626對信號644和646相加以產(chǎn)生信號648。信號648包含為上差分載波頻率和下差分載波頻率的平均值的新的載波頻率的信息；信息不再以上下差分載波頻率出現(xiàn)。換言之，信息信道以類似于上面討論的基于單一載波信號的通信系統(tǒng)的方式存在，其中信息以上差分載波頻率和下差分載波頻率的平均值的新的載波頻率被承載，并且E場矢量以等于上下差分載波頻率之差的一半的頻率跟蹤非線性周期路徑。E場矢量可以以處于新的載波頻率與零之間的適當(dāng)?shù)念l率繞傳播軸跟蹤非線性周期路徑，但是橫過傳播軸的路徑的頻率應(yīng)大于信息信號的最高頻率。
由具有兩個(gè)差分載波頻率中較高的一個(gè)的差分載波信號所驅(qū)動(dòng)的傳播媒質(zhì)耦合器代表E場矢量跟蹤非線性周期路徑的方向。例如，在傳播媒質(zhì)耦合器610發(fā)射具有以順時(shí)針方向繞傳播軸旋轉(zhuǎn)的E場矢量的EM波并且傳播媒質(zhì)耦合器612發(fā)射具有以逆時(shí)針方向繞傳播軸旋轉(zhuǎn)的E場矢量的EM波的實(shí)施例中，如果差分載波頻率源602產(chǎn)生比差分載波頻率源604高的頻率，合成EM波614的E場矢量以順時(shí)針方向繞傳播軸旋轉(zhuǎn)，如果差分載波頻率源604產(chǎn)生比差分載波頻率源602高的頻率，合成EM波614的E場矢量以逆時(shí)針方向繞傳播軸旋轉(zhuǎn)。
信息解調(diào)器628接收信號648并產(chǎn)生信號650，其是信息信號630的再現(xiàn)。信息解調(diào)器628基于為上差分載波頻率和下差分載波頻率的平均值的新的載波頻率解調(diào)信號648。信息解調(diào)器628可以是例如傳統(tǒng)AM接收器。
用于圖16所示的本發(fā)明的實(shí)施例的特定電子設(shè)備依據(jù)EM波614的傳輸媒質(zhì)和載波頻率而變化。例如，傳輸媒質(zhì)可是自由空間、波導(dǎo)或光纖。在EM波614的載波頻率處于射頻頻譜中時(shí)，例如，傳輸媒質(zhì)耦合器610和612及傳輸媒質(zhì)解耦器618和620可以是對這些載波頻率進(jìn)行優(yōu)化的天線。例如，適當(dāng)?shù)奶炀€可包括單極子天線、偶極子天線、螺旋天線和/或相控陣天線等。在EM波614的載波頻率例如處于光譜中時(shí)(例如紅外輻射或可見光)，例如，傳輸媒質(zhì)耦合器610和612可以分別是光纖耦合器；傳輸媒質(zhì)解耦器618和620及加法器626可以是光探測器；并且差分載波頻率源602和604可以是各自產(chǎn)生具有以相反方向旋轉(zhuǎn)的E場矢量的波的激光器。
圖12表示根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例的基于兩種不同載波信號的通信系統(tǒng)。通信系統(tǒng)包括發(fā)射器234和接收器236。發(fā)射器234包括由兩個(gè)螺旋天線元件238和240組成的雙螺旋天線系統(tǒng)。發(fā)射器234還包括由下差分載波頻率源242、上差分載波頻率源244、兩個(gè)振幅調(diào)制器246和248、兩個(gè)放大器250和252及兩個(gè)陷波濾波器和阻抗匹配電路254和256組成的電子設(shè)備。
調(diào)制器246和248各自接收信息信號258，其可以是例如由任何適當(dāng)?shù)脑串a(chǎn)生的任何適當(dāng)?shù)哪M信號，如視頻信號或音頻信號，其被需要來與接收器236(或其它接收器)進(jìn)行通信。從而，該源可以是例如具有6MHz帶寬的傳統(tǒng)的NTSC電視信道那種。上差分載波頻率源244產(chǎn)生具有等于預(yù)定載波頻率加上預(yù)定旋轉(zhuǎn)頻率得到的上差分載波頻率的上差分載波信號260。下差分載波頻率源242產(chǎn)生具有等于預(yù)定載波頻率減去預(yù)定旋轉(zhuǎn)頻率得到的下差分載波頻率的下差分載波信號262。頻率源242和244可包括任何適當(dāng)?shù)碾娐坊蛳到y(tǒng)，如傳統(tǒng)的正弦波發(fā)生器或振蕩器。
調(diào)制的下差分信號264經(jīng)放大器250被耦合到天線元件238。調(diào)制的上差分信號266經(jīng)放大器252被耦合到天線元件240。如果信息信號258是傳統(tǒng)的NTSC電視信號，放大器250和252應(yīng)具有至少6MHz的帶寬。螺旋天線元件238和240可具有相反的扭向并且一般被共軸沿中央支持結(jié)構(gòu)268設(shè)置。例如，天線元件238可具有右手扭向，天線元件240可具有左手扭向。這樣，天線元件238輻射右手圓偏振波，天線元件240輻射左手圓偏振波。反射器270(為清楚起見在圖12中以橫截面表示)被設(shè)置在天線系統(tǒng)的最末端。
天線系統(tǒng)輻射的合成發(fā)射電磁波272具有類似于上述相對于圖1所示的實(shí)施例的發(fā)射信號78的特性。換言之，合成發(fā)射電磁波272具有以小于上差分載波頻率和下差分載波頻率的平均值的頻率繞傳播軸旋轉(zhuǎn)的E場矢量。在螺旋天線元件240發(fā)射具有以順時(shí)針方向繞傳播軸旋轉(zhuǎn)的E場矢量的EM波并且螺旋天線元件238發(fā)射具有以逆時(shí)針方向繞傳播軸旋轉(zhuǎn)的E場矢量的EM波的一個(gè)實(shí)施例中，波272的E場矢量以順時(shí)針方向繞傳播軸旋轉(zhuǎn)，因?yàn)樯喜罘州d波頻率源244產(chǎn)生高于下差分載波頻率源242的頻率。在螺旋天線元件240發(fā)射具有以逆時(shí)針方向繞傳播軸旋轉(zhuǎn)的E場矢量的EM波并且螺旋天線元件238發(fā)射具有以順時(shí)針方向繞傳播軸旋轉(zhuǎn)的E場矢量的EM波的一個(gè)實(shí)施例中，波272的E場矢量以逆時(shí)針方向繞傳播軸旋轉(zhuǎn)，因?yàn)樯喜罘州d波頻率源244產(chǎn)生高于下差分載波頻率源242的頻率。
陷波濾波器和阻抗匹配電路254和256防止信號的交叉耦合。電路254具有以上差分載波頻率的頻率為中心的6MHz的陷口(notch)并且從而僅通過下差分載波頻率附近的信號。類似地，電路256具有以下差分載波頻率的頻率為中心的6MHz的陷口(notch)并且從而僅通過上差分載波頻率附近的信號。電路254和256也可包括適當(dāng)?shù)淖杩蛊ヅ潆娐?，如平衡非平衡轉(zhuǎn)換器。
發(fā)射器234的操作通過比較基于兩個(gè)不同載波信號的通信系統(tǒng)與基于單一載波信號的通信系統(tǒng)可得到理解。在基于單一載波信號的通信系統(tǒng)中，傳播的合成波的E場矢量是旋轉(zhuǎn)的；合成波不會產(chǎn)生邊頻帶，盡管如果僅考慮給定天線元件產(chǎn)生的波中的一個(gè)分量將出現(xiàn)邊頻帶。合成波中消除了邊頻帶是由于來自天線系統(tǒng)的其它天線元件的放射波分量的疊合而帶來的。
在基于兩個(gè)不同載波信號的通信系統(tǒng)中，具有一個(gè)差分載波頻率和具有繞傳播軸旋轉(zhuǎn)的E場矢量的一個(gè)EM波被發(fā)射；具有另一個(gè)差分載波頻率和具有以相反方向繞傳播軸旋轉(zhuǎn)的E場矢量的另一個(gè)EM波被發(fā)射。這些波疊合產(chǎn)生帶有新的載波頻率的合成波；具有兩個(gè)不同載波頻率之一的波沒有存在于接收的合成波中。具有兩個(gè)不同載波頻率的波在合成波中被消除是由于各自具有其自己的載波頻率和自己的以彼此相反方向繞傳播軸旋轉(zhuǎn)的E場矢量的發(fā)射波的疊合而帶來的。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，天線系統(tǒng)是共軸螺旋類型。圖12所示的可選擇的實(shí)施例中的共軸螺旋天線元件引起具有兩個(gè)差分載波頻率的波以在疊合時(shí)彼此抵消。在一個(gè)可選擇的實(shí)施例中，這些波直接通過用上差分載波頻率驅(qū)動(dòng)一個(gè)螺旋天線元件而用下差分載波頻率驅(qū)動(dòng)另一個(gè)螺旋天線元件來產(chǎn)生。螺旋天線元件240放射具有以等于下差分載波頻率的頻率繞傳播軸旋轉(zhuǎn)的E場矢量的波。螺旋天線元件238放射具有以等于上差分載波頻率的頻率沿相反方向繞傳播軸旋轉(zhuǎn)的E場矢量的波。
天線元件238和240不必要精確共軸，只要接收天線系統(tǒng)被設(shè)置在天線元件238和240的遠(yuǎn)場中。從而，它們可在許多通信系統(tǒng)中并排放置。如果發(fā)射器和接收器之間的間距很大，如為衛(wèi)星和地面站之間的距離，天線元件238和240可被分開幾米而不會明顯降低系統(tǒng)性能。這樣雙螺旋天線系統(tǒng)的最優(yōu)的物理結(jié)構(gòu)考慮通信系統(tǒng)的指定應(yīng)用而取決于各個(gè)天線設(shè)計(jì)因子。
接收器236結(jié)構(gòu)上類似于發(fā)射器234。接收器236包括由兩個(gè)具有共軸安裝在支持結(jié)構(gòu)277上的相反扭向的螺旋天線元件274和276組成的雙螺旋天線系統(tǒng)。反射器278(為清楚起見在圖12中以橫截面表示)被設(shè)置在天線系統(tǒng)的最末端。接收器236還包括由下差分載波頻率濾波器280、上差分載波頻率濾波器282、加法電路284，振幅調(diào)制探測器電路286和兩個(gè)陷波濾波器和阻抗匹配電路288和290組成的接受器電子設(shè)備。下差分載波頻率濾波器280具有以下差分載波頻率的頻率為中心的帶通，上差分載波頻率濾波器282具有以上差分載波頻率的頻率為中心的帶通。陷波濾波器和阻抗匹配電路288和290可以與電路254和256相同。電路288具有以下差分載波頻率的頻率為中心的6MHz的陷口(notch)并且從而僅通過上差分載波頻率附近的信號。類似地，電路290具有以上差分載波頻率的頻率為中心的6MHz的陷口(notch)并且從而僅通過下差分載波頻率附近的信號。振幅調(diào)制探測器電路286可以是傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，并且因此包括放大器、探測器、本機(jī)振蕩器、自動(dòng)增益控制和已有技術(shù)中已知的通常被包括在振幅調(diào)制射頻接收器中的其它電路。振幅調(diào)制探測器電路286被調(diào)諧來接收新的載波頻率即上下差分載波頻率的平均值的信號。
下差分載波頻率濾波器280被耦合于天線元件274，上差分載波頻率濾波器282被耦合于天線元件276。加法電路284的輸入被耦合到濾波器280和282的輸出。加法電路284接收濾波器280產(chǎn)生的下差分信號292和濾波器282產(chǎn)生的上差分信號294。接受器電子設(shè)備以基本上與發(fā)射器電子設(shè)備相反的方式發(fā)生作用。與如上相對于發(fā)射器234進(jìn)行的描述一樣，上下差分信號之和為載波；上下差分信號彼此抵消。振幅調(diào)制探測器電路286恢復(fù)相應(yīng)于信息信號258的再現(xiàn)信息信號298。
圖14表示根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例的使用兩個(gè)不同載波頻率的光學(xué)通信系統(tǒng)。在發(fā)射器700中激光器702和704分別以兩個(gè)不同的載波頻率分別產(chǎn)生光波706和708，f1和f2(或者波長λ1和λ2)。調(diào)制器710和712分別用信息信號701來調(diào)制波706和708以分別產(chǎn)生波714和716。調(diào)制器710和/或712可分別改變波706和/或708的相位和振幅，從而用于波的E場矢量以相反方向旋轉(zhuǎn)。例如，在光波714和716為線偏振波的情況下，調(diào)制器710和712各自可包括1/4波片以把線偏振波轉(zhuǎn)換為相反旋轉(zhuǎn)方向的圓偏振波。另外，激光器702和704可被構(gòu)造來產(chǎn)生分別含相反方向旋轉(zhuǎn)的E場矢量的波706和708。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，波706在一個(gè)方向上是圓偏振的并且波708在相反方向上是圓偏振的。耦合器718把波714和716組合以產(chǎn)生經(jīng)光纖720被發(fā)送的疊加波。
接收器722包括從光纖720接收被疊加的光信號的光探測器724和信息解調(diào)器728。光探測器724接收波734和736以產(chǎn)生信號728。光探測器724被優(yōu)化來接收中心波長λ1和λ2并由于光探測器的固有頻譜響應(yīng)而有效地用作頻譜濾波器。信息解調(diào)器728接收信號728以產(chǎn)生信號730，其是信息信號701的再現(xiàn)。
由光探測器724探測到的載波波長是載波波長λ1和λ2的平均值。由光探測器724探測到的疊加波具有以等于載波波長λ1和λ2的差值的一半的角速度旋轉(zhuǎn)的E場矢量。對于波706順時(shí)針旋轉(zhuǎn)并且波708逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)的情況下，如果λ1短于λ2，疊加波的E場矢量是順時(shí)針的；如果λ1長于λ2，疊加波的E場矢量是逆時(shí)針的。
激光器702和704可被選擇優(yōu)化以用于在光纖334中的傳播。例如，激光器702和704可以是以1.3-1.55μm波長發(fā)射的鋁鎵砷(AlGaAs)或銦鎵砷(InGaAs)多層分布反饋(DFB)激光器。光探測器724可被選擇來對激光器702和704頻譜響應(yīng)。例如，光探測器738和740可以是反偏壓的鎵砷(GaAs)二極管探測器。
調(diào)制器710和712可不同構(gòu)造來調(diào)制適當(dāng)?shù)墓獠ǖ南辔缓?或振幅。例如，調(diào)制器710和712可是鈮酸鋰(LiNbO3)電光調(diào)制器，如鮑爾克盒(Pockel cell)。
使用兩個(gè)載波信號的多個(gè)信道再參考圖12，通信系統(tǒng)可包括經(jīng)相應(yīng)多個(gè)信道的同步(即同時(shí))通信的多個(gè)發(fā)射器234和接收器236。這種系統(tǒng)的所有發(fā)射器234和接收器236可同步(即同時(shí))操作，但僅有一個(gè)接收器236與各個(gè)發(fā)射器234通信。旋轉(zhuǎn)頻率提供信道選擇性。各個(gè)發(fā)射器234和接收器236以選擇的旋轉(zhuǎn)頻率操作。相對于發(fā)射器234，下差分載波頻率源242被設(shè)置為載波頻率減去選擇的旋轉(zhuǎn)頻率的頻率，并且上差分載波頻率源244被設(shè)置為載波頻率加上選擇的旋轉(zhuǎn)頻率的頻率。相對于接收器236，下差分載波頻率濾波器280被設(shè)置為載波頻率減去選擇的旋轉(zhuǎn)頻率的頻率，并且上差分載波頻率濾波器282被設(shè)置為載波頻率加上選擇的旋轉(zhuǎn)頻率的頻率。合成發(fā)射波272的新的載波頻率是上下差分載波頻率的平均。在螺旋天線元件240發(fā)射具有以順時(shí)針方向繞傳播軸旋轉(zhuǎn)的E場矢量的EM波并且螺旋天線元件238發(fā)射具有以逆時(shí)針方向繞傳播軸旋轉(zhuǎn)的E場矢量的EM波的一個(gè)實(shí)施例中，波272的E場矢量以順時(shí)針方向繞傳播軸旋轉(zhuǎn)，因?yàn)樯喜罘州d波頻率源244產(chǎn)生高于下差分載波頻率源242的頻率。在螺旋天線元件240發(fā)射具有以順時(shí)針方向繞傳播軸旋轉(zhuǎn)的E場矢量的EM波并且螺旋天線元件238發(fā)射具有以逆時(shí)針方向繞傳播軸旋轉(zhuǎn)的E場矢量的EM波的一個(gè)實(shí)施例中，波272的E場矢量以逆時(shí)針方向繞傳播軸旋轉(zhuǎn)，因?yàn)樯喜罘州d波頻率源244產(chǎn)生高于下差分載波頻率源242的頻率。濾波器280和282可包括變?nèi)荻O管或其它可調(diào)諧的電路以促進(jìn)接收器236向選擇的信道的調(diào)諧。盡管為了清楚的目的未被示出，接收器236還可包括一個(gè)操作者用來對耦合于天線元件276和274的兩個(gè)信號進(jìn)行交換的開關(guān)以促進(jìn)發(fā)射信號的接收，而無論其是右手偏振還是左手偏振。
盡管上述實(shí)施例中的發(fā)射器和接收器的電路元件是直接針對模擬電子設(shè)備的，可選擇地情況是其功能可以同樣使用數(shù)字電子設(shè)備來執(zhí)行。
在使用兩個(gè)差分載波頻率的本發(fā)明的實(shí)施例中，信道可在旋轉(zhuǎn)頻率范圍中被分配合適的帶寬以有效發(fā)射信息。換言之，用于給定載波頻率(即下和上差分載波頻率的平均)的各個(gè)信道的旋轉(zhuǎn)頻率(由下和上差分載波頻率指定的)應(yīng)從具有同樣(或接近于相同的)載波頻率的相鄰信道的旋轉(zhuǎn)頻率被充分偏置從而信道不重疊。例如，定義不同信道的每對非線性路徑頻率源應(yīng)被選擇來把旋轉(zhuǎn)頻率范圍中的相應(yīng)信號與另外的信號分開以避免重疊。
一般地，EM波(例如圖12中的EM波272和圖16中的EM波614)可使其E場矢量以小于新的載波頻率(即下上差分載波頻率的平均)并大于零的旋轉(zhuǎn)頻率繞傳播軸旋轉(zhuǎn)。但是，另外旋轉(zhuǎn)頻率應(yīng)選擇來足夠小于新的載波頻率并充分大于零以在沒有至少一部分信息是不可恢復(fù)的情況下啟動(dòng)接收器的探測。否則在旋轉(zhuǎn)頻率被選擇為某信息頻率分量的頻率超過載波頻率或低于零時(shí)，一部分信息可以是不可恢復(fù)的。
當(dāng)信息的某頻率分量超過例如新的載波頻率時(shí)，信息的這些頻率分量可由接收器來反相地以小于新的載波頻率的旋轉(zhuǎn)頻率探測；這些反相的旋轉(zhuǎn)頻率分量將抵消非反相的旋轉(zhuǎn)頻率分量從而引起一部分信息不可恢復(fù)。例如，超過新的載波頻率10MHz的旋轉(zhuǎn)頻率分量將被反相并用在新的載波頻率減10MHz處的的旋轉(zhuǎn)頻率分量被接收器抵消。
信息的頻率分量相應(yīng)于信息的帶寬和信息在EM波上被承載的方式。信息可以被承載在頻率域和/或旋轉(zhuǎn)域中的EM波上(例如圖12中的EM波272或圖16中的EM波614)。換言之，信息可通過調(diào)制新的載波頻率信號(即用振幅調(diào)制、頻率調(diào)制或相位調(diào)制)和/或通過調(diào)制旋轉(zhuǎn)頻率(即使用頻率調(diào)制或相位調(diào)制)而被承載在EM波上。
例如，在信息僅是振幅調(diào)制到新的載波頻率信號的情況下，EM波的頻率帶寬大約等于信息帶寬。在這種情況下，EM波的旋轉(zhuǎn)頻率應(yīng)比新的載波頻率小二分之一的信息帶寬并比零大二分之一的信息帶寬。例如，在信息帶寬為6MHz的情況下，最低的可能旋轉(zhuǎn)頻率應(yīng)大于帶寬的一半以提供足夠的零以上的空間用于信道(例如對于6MHz帶寬信息信號為3MHz)，并且最高的可能旋轉(zhuǎn)頻率應(yīng)至少是新的載波頻率以下帶寬的一半(例如對于6MHz帶寬信息信號為3MHz)。
結(jié)論應(yīng)注意根據(jù)本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)原則操作的任何適當(dāng)?shù)陌l(fā)射器和接收器可進(jìn)行相互的通信。發(fā)射器10與接收器12成對被圖示在圖1中只是為了圖示的目的。類似地，發(fā)射器234與接收器236成對被圖示在圖12中也僅是為了圖示的目的。圖1所示的發(fā)射器10可與圖12中的接收器236通信。類似地，圖12所示的發(fā)射器234可與圖1中的接收器12通信。盡管圖1示出的實(shí)施例可使用偶極子天線系統(tǒng)(或單極子天線系統(tǒng))，并且圖12示出的實(shí)施例可使用共軸螺旋天線系統(tǒng)，在兩個(gè)實(shí)施例中信息信道可由具有以選擇的頻率繞傳播軸旋轉(zhuǎn)的E場矢量來定義。
本發(fā)明的另外的實(shí)施例在考慮到在該說明書中的已知技術(shù)中的各種天線類型后，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言是可能發(fā)生的。例如，因?yàn)楣紭O子天線系統(tǒng)(或單極子天線系統(tǒng))可通過驅(qū)動(dòng)兩個(gè)具有相反扭向的共軸設(shè)置的螺旋天線用同一信號來模擬，圖1所示的本發(fā)明的實(shí)施例的偶極子天線系統(tǒng)可用包括4個(gè)螺旋天線的天線系統(tǒng)來取代。
另外，盡管在圖示的實(shí)施例中通信信息被承載在頻率域中的波上，根據(jù)本發(fā)明信息可以被承載在偏振旋轉(zhuǎn)域中的波上。換言之，波可具有基本固定或恒定的載波頻率和以根據(jù)信息調(diào)制的頻率繞傳播軸旋轉(zhuǎn)的E場矢量。例如，旋轉(zhuǎn)E場矢量可用信息相位調(diào)制或用信息頻率調(diào)制。
另外，信息可以被承載在偏振旋轉(zhuǎn)域中的波上同時(shí)信息也可被承載在頻率域中的波上。例如，信息可在頻率域中同時(shí)也可在偏振旋轉(zhuǎn)域中被振幅調(diào)制。6個(gè)可能的結(jié)合是頻率域中的振幅調(diào)制、頻率調(diào)制或相位調(diào)制與偏振旋轉(zhuǎn)域中的頻率調(diào)制或相位調(diào)制。
本發(fā)明提供與頻率、振幅和相位本質(zhì)不同的另外的通信域。它可被用來與傳統(tǒng)的頻分信道多路復(fù)用或其它本領(lǐng)域熟知的多路復(fù)用系統(tǒng)結(jié)合以定義比傳統(tǒng)通信系統(tǒng)中更大數(shù)目的通信信道。而且，因?yàn)樵胍粼谙到y(tǒng)的全部信道上分布，在每個(gè)信道上出現(xiàn)比傳統(tǒng)系統(tǒng)中少得多的噪音。因此本發(fā)明有利于很低功率通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。
權(quán)利要求
1.用于信息通信的一種通信系統(tǒng)，包括用于從第一位置發(fā)射信息的一個(gè)發(fā)射器，包括一個(gè)包括若干天線元件的發(fā)射器天線系統(tǒng)和產(chǎn)生相應(yīng)于一個(gè)旋轉(zhuǎn)頻率的一個(gè)發(fā)射器旋轉(zhuǎn)信號的發(fā)射器電子設(shè)備，所述發(fā)射器電子設(shè)備從所述發(fā)射器天線系統(tǒng)發(fā)射沿一個(gè)軸傳播的一個(gè)調(diào)制載波，所述調(diào)制載波具有一個(gè)載波頻率并用所述信息調(diào)制，所述調(diào)制的載波具有以相應(yīng)于所述旋轉(zhuǎn)頻率的一個(gè)角速度繞所述軸旋轉(zhuǎn)的一個(gè)電場矢量，所述旋轉(zhuǎn)頻率處于所述載波頻率和零之間；及用于在遠(yuǎn)離所述第一位置的第二位置從所述發(fā)射器接收信息的一個(gè)接收器，包括一個(gè)包括若干天線元件的接收器天線系統(tǒng)，用來響應(yīng)于在所述若干天線元件上的所述調(diào)制載波而產(chǎn)生一個(gè)接收信號；和產(chǎn)生相應(yīng)于所述旋轉(zhuǎn)頻率的一個(gè)接收器旋轉(zhuǎn)信號的接收器電子設(shè)備，所述接收器電子設(shè)備響應(yīng)于所述接收信號和所述接收器旋轉(zhuǎn)信號再現(xiàn)所述信息。
2.用于發(fā)射信息的一種通信系統(tǒng)，包括用于發(fā)射信息的若干發(fā)射器，每個(gè)發(fā)射器包括一個(gè)包括若干天線元件的發(fā)射器天線系統(tǒng)和包括一個(gè)發(fā)射器旋轉(zhuǎn)頻率源電路的發(fā)射器電子設(shè)備，所述發(fā)射器旋轉(zhuǎn)頻率源電路響應(yīng)于不同于所述若干發(fā)射器的所有其它發(fā)射器的所述旋轉(zhuǎn)頻率產(chǎn)生一個(gè)發(fā)射器旋轉(zhuǎn)信號，所述發(fā)射器電子設(shè)備從所述發(fā)射器天線系統(tǒng)發(fā)射沿一個(gè)軸傳播的一個(gè)調(diào)制載波，所述調(diào)制載波用所述信息調(diào)制并具有與所述若干發(fā)射器的所有其它所述發(fā)射器的所述載波頻率相同的一個(gè)載波頻率，所述調(diào)制的載波具有以相應(yīng)于所述旋轉(zhuǎn)頻率的一個(gè)基本上恒定的角速度繞所述軸旋轉(zhuǎn)的一個(gè)電場矢量，所述旋轉(zhuǎn)頻率處于所述載波頻率和零之間。
3.用于接收信息的一種通信系統(tǒng)，包括用于接收信息的若干接收器，每一個(gè)接收器包括一個(gè)包括若干天線元件的接收器天線系統(tǒng)，用來響應(yīng)于在所述若干天線元件上的一個(gè)調(diào)制載波而產(chǎn)生接收信號，所述載波用所述信息調(diào)制并具有以相應(yīng)于一個(gè)旋轉(zhuǎn)頻率的一個(gè)基本上恒定的角速度繞所述軸旋轉(zhuǎn)的一個(gè)電場矢量，所述旋轉(zhuǎn)頻率處于所述載波頻率和零之間；及產(chǎn)生相應(yīng)于一個(gè)旋轉(zhuǎn)頻率的一個(gè)接收器旋轉(zhuǎn)信號的包括一個(gè)接收器旋轉(zhuǎn)頻率源電路的接收器電子設(shè)備，所述接收器電子設(shè)備響應(yīng)于所述接收信號和所述接收器旋轉(zhuǎn)信號再現(xiàn)所述信息。
4.一種用于發(fā)射具有一個(gè)載波頻率和用信息來調(diào)制的一個(gè)載波信號的發(fā)射器，包括一個(gè)旋轉(zhuǎn)頻率源，所述旋轉(zhuǎn)頻率源產(chǎn)生具有小于所述載波頻率并具有一個(gè)旋轉(zhuǎn)波長的一個(gè)旋轉(zhuǎn)信號；若干相位系統(tǒng)，各個(gè)所述相位系統(tǒng)相應(yīng)于一個(gè)所述天線元件，各個(gè)所述相位系統(tǒng)響應(yīng)所述旋轉(zhuǎn)信號和相應(yīng)于所述相位系統(tǒng)并不同于相應(yīng)于所有其它所述相位系統(tǒng)的時(shí)間延遲的一個(gè)時(shí)間延遲而產(chǎn)生一個(gè)相應(yīng)的時(shí)間延遲信號，各個(gè)所述相位系統(tǒng)具有用來響應(yīng)于所述載波信號和所述時(shí)間延遲信號產(chǎn)生一個(gè)振幅調(diào)制信號的一個(gè)振幅調(diào)制器，所述振幅調(diào)制信號用所述時(shí)間延遲信號來調(diào)制；及若干天線元件，各個(gè)天線元件相應(yīng)于所述相位系統(tǒng)之一并從所述相應(yīng)相位系統(tǒng)接收所述振幅調(diào)制信號，并且各個(gè)天線元件是一個(gè)偶極子并具有不同于所有其它所述天線元件的角度取向的一個(gè)角度取向。
5.如權(quán)利要求4所述的發(fā)射器，其特征在于所述天線元件相對于中心點(diǎn)以相等角度間隔彼此分開的徑向排列。
6.如權(quán)利要求5所述的發(fā)射器，其特征在于所述若干天線元件由N個(gè)天線元件組成；和所述若干相應(yīng)的相位系統(tǒng)由N個(gè)相位系統(tǒng)組成；和相應(yīng)于各個(gè)所述相位系統(tǒng)的所述時(shí)間延遲是不同于相應(yīng)于所述相位系統(tǒng)中另外的相位系統(tǒng)的所述時(shí)間延遲的，其間相差基本上相應(yīng)于所述旋轉(zhuǎn)波長的1/N的一個(gè)時(shí)間。
7.如權(quán)利要求5所述的發(fā)射器，其特征在于所述若干天線元件包括3個(gè)天線元件。
8.一種用于接收用信息來調(diào)制的一個(gè)調(diào)制載波的、具有一個(gè)載波頻率并具有一個(gè)小于所述載波頻率的一個(gè)恒定電場角速度的接收器，包括若干天線元件，各個(gè)天線元件是一個(gè)偶極子并具有不同于所有其它所述天線元件的角度取向的一個(gè)角度取向，各個(gè)天線元件響應(yīng)于在所述元件上輻射的調(diào)制載波產(chǎn)生一個(gè)相應(yīng)的振幅調(diào)制信號；一個(gè)旋轉(zhuǎn)頻率源，所述旋轉(zhuǎn)頻率源產(chǎn)生具有小于所述載波頻率的一個(gè)旋轉(zhuǎn)頻率并具有一個(gè)旋轉(zhuǎn)波長的一個(gè)旋轉(zhuǎn)信號；若干相位系統(tǒng)，各個(gè)所述相位系統(tǒng)相應(yīng)于一個(gè)所述天線元件并接收相應(yīng)于所述天線元件的一個(gè)振幅調(diào)制信號，各個(gè)所述相位系統(tǒng)響應(yīng)所述旋轉(zhuǎn)信號和相應(yīng)于所述相位系統(tǒng)并不同于相應(yīng)于所有其它所述相位系統(tǒng)的所述時(shí)間延遲的一個(gè)時(shí)間延遲產(chǎn)生一個(gè)相應(yīng)的時(shí)間延遲信號，各個(gè)相位系統(tǒng)具有用來響應(yīng)于所述相應(yīng)振幅調(diào)制信號和所述時(shí)間延遲信號產(chǎn)生一個(gè)振幅調(diào)制信號的一個(gè)振幅解調(diào)器，所述振幅調(diào)制信號具有用所述時(shí)間延遲信號調(diào)制的一個(gè)振幅；及用于對各個(gè)相位系統(tǒng)產(chǎn)生的所述振幅調(diào)制信號與由所有其它所述相位系統(tǒng)產(chǎn)生的所述振幅調(diào)制信號相加的一個(gè)合成器。
9.如權(quán)利要求8所述的接收器，其特征在于所述天線元件相對于中心點(diǎn)以相等角度間隔彼此分開的徑向排列。
10.如權(quán)利要求9所述的接收器，其特征在于所述若干天線元件由N個(gè)天線元件組成；和所述若干相應(yīng)的相位系統(tǒng)由N個(gè)相位系統(tǒng)組成；和相應(yīng)于各個(gè)所述相位系統(tǒng)的所述時(shí)間延遲是不同于相應(yīng)于所述相位系統(tǒng)中另外的相位系統(tǒng)的所述時(shí)間延遲的，它們之間相差基本上相應(yīng)于所述旋轉(zhuǎn)波長的1/N的一個(gè)時(shí)間。
11.如權(quán)利要求10所述發(fā)射器，其特征在于所述若干天線元件包括3個(gè)天線元件。
12.用于信息通信的一種通信系統(tǒng)，包括若干發(fā)射器，每一個(gè)用于發(fā)射沿一個(gè)軸傳播的一個(gè)載波，所述載波具有一個(gè)載波頻率和一個(gè)以相應(yīng)于處于所述載波頻率和零之間的一個(gè)旋轉(zhuǎn)頻率的角速度繞所述軸旋轉(zhuǎn)的一個(gè)電場矢量，相應(yīng)于由所述發(fā)射器之一發(fā)射的所述載波的所述電場矢量的所述角速度的所述旋轉(zhuǎn)頻率不同于相應(yīng)于由所有其它所述發(fā)射器發(fā)射的所述載波的所述電場矢量的所述角速度的所述旋轉(zhuǎn)頻率；若干接收器，每一個(gè)用于接收一個(gè)所述載波。
13.一種用于無線通信的方法，包括步驟產(chǎn)生具有一個(gè)旋轉(zhuǎn)頻率的一個(gè)發(fā)射器旋轉(zhuǎn)信號；從發(fā)射器天線系統(tǒng)發(fā)射沿一個(gè)軸傳播的一個(gè)載波，所述調(diào)制載波具有一個(gè)載波頻率并用信息調(diào)制，所述調(diào)制的載波具有以相應(yīng)于所述旋轉(zhuǎn)頻率的一個(gè)角速度繞所述軸旋轉(zhuǎn)的一個(gè)電場矢量，所述旋轉(zhuǎn)頻率處于所述載波頻率與零之間；響應(yīng)于在遠(yuǎn)離所述發(fā)射器天線系統(tǒng)的接收器天線系統(tǒng)上的所述調(diào)制載波產(chǎn)生一個(gè)接收信號；對一個(gè)接收器旋轉(zhuǎn)信號與所述發(fā)射器旋轉(zhuǎn)信號的所述旋轉(zhuǎn)頻率進(jìn)行同步化；及響應(yīng)于所述接收信號和所述接收器旋轉(zhuǎn)信號再現(xiàn)所述信息。
14.一種用于發(fā)射具有一個(gè)載波頻率并用信息調(diào)制的一個(gè)載波信號的發(fā)射器，包括用于產(chǎn)生具有比所述載波頻率低等于一個(gè)旋轉(zhuǎn)頻率的一個(gè)值的一個(gè)下差分載波信號并用于用所述信息調(diào)制所述下差分載波信號的一個(gè)下調(diào)制器電路；用于產(chǎn)生具有比所述載波頻率高等于一個(gè)旋轉(zhuǎn)頻率的一個(gè)值的一個(gè)上差分載波信號并用于用所述信息調(diào)制所述上差分載波信號的一個(gè)上調(diào)制器電路；耦合于所述下調(diào)制器電路以響應(yīng)于一個(gè)信息調(diào)制下差分載波信號產(chǎn)生一個(gè)波的一個(gè)下天線系統(tǒng)，所述圓偏振波具有第一讀出(sense)；和耦合于所述上調(diào)制器電路以響應(yīng)于一個(gè)信息調(diào)制下差分載波信號產(chǎn)生一個(gè)圓偏振波的一個(gè)上天線系統(tǒng)，所述圓偏振波具有與所述第一讀出相反的第二讀出。
15.如權(quán)利要求14的發(fā)射器，其特征在于所述下天線系統(tǒng)包括具有第一扭向的一個(gè)下螺旋天線元件；所述上天線系統(tǒng)包括具有與所述第一扭向相反的第二扭向的一個(gè)上螺旋天線元件。
16.一種用于接收用信息調(diào)制的、具有一個(gè)載波頻率并具有一個(gè)小于所述載波頻率的恒定電場角速度的調(diào)制載波的接收器，包括對第一讀出中的一個(gè)圓偏振波敏感的一個(gè)下天線系統(tǒng)；對與所述第一讀出相反的第二讀出中的一個(gè)圓偏振波敏感的一個(gè)上天線系統(tǒng)；耦合于所述下螺旋天線元件的一個(gè)下差分載波頻率濾波器，所述下差分載波頻率濾波器產(chǎn)生具有比所述載波頻率低等于一個(gè)旋轉(zhuǎn)頻率的一個(gè)值的一個(gè)頻率的一個(gè)下邊頻帶信號，所述旋轉(zhuǎn)頻率相應(yīng)于所述載波的所述恒定電場角速度；耦合于所述上螺旋天線元件的一個(gè)上差分載波頻率濾波器，所述上差分載波頻率濾波器產(chǎn)生具有比所述載波頻率高等于一個(gè)旋轉(zhuǎn)頻率的一個(gè)值的一個(gè)頻率的一個(gè)上邊頻帶信號度；耦合于所述上下差分載波頻率濾波器以產(chǎn)生代表所述上下邊頻帶信號的和的一個(gè)加和信號的一個(gè)加法電路；和用來從所述加和信號接收所述信息的一個(gè)調(diào)制探測器電路。
17.如權(quán)利要求16的接收器，其特征在于所述下天線系統(tǒng)包括具有第一扭向的一個(gè)下螺旋天線元件；所述上天線系統(tǒng)包括具有與所述第一扭向相反的第二扭向的一個(gè)上螺旋天線元件。
18.一種用于發(fā)射信息的發(fā)射器，包括一個(gè)信號-電磁波轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)；和從所述轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)發(fā)射沿一個(gè)傳播軸傳播并具有一個(gè)載波頻率和一個(gè)電場矢量及用所述信息調(diào)制的一個(gè)電磁波的發(fā)射器電子設(shè)備，從一個(gè)觀測器透視向所述傳播軸看去，所述電場矢量的末端以處于所述載波頻率與零之間的一個(gè)頻率跟蹤一個(gè)非線性周期路徑。
19.如權(quán)利要求18所述的發(fā)射器，其特征在于所述轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)包括一個(gè)天線系統(tǒng)。
20.如權(quán)利要求19所述的發(fā)射器，其特征在于所述路徑是玫瑰花瓣形狀的。
21.如權(quán)利要求20所述的發(fā)射器，其特征在于所述波是用所述信息振幅調(diào)制的，所述波以所述載波頻率承載所述信息。
22.一種用于信息通信的方法，包括沿一個(gè)傳播軸發(fā)射一個(gè)電磁波的步驟，所述波具有一個(gè)載波頻率和一個(gè)電場矢量及用所述信息調(diào)制，從一個(gè)觀測器透視向所述傳播軸看去，所述電場矢量的末端以處于所述載波頻率與零之間的一個(gè)頻率跟蹤一個(gè)非線性周期路徑。
23.如權(quán)利要求22的方法，其特征在于從所述觀測器的所述透視向所述傳播軸看去，所述電場矢量的所述末端以處于所述載波頻率和零之間的一個(gè)恒定角速度跟蹤一個(gè)玫瑰花瓣路徑。
24.如權(quán)利要求23的方法，其特征在于所述波是用所述信息振幅調(diào)制的，所述波以所述載波頻率承載所述信息。
25.沿一個(gè)傳播軸傳播的并具有一個(gè)載波頻率和一個(gè)電場矢量并用信息調(diào)制的一個(gè)電磁波，從一個(gè)觀測器的一個(gè)透視向所述傳播軸看去，所述電場矢量的一個(gè)末端以處于所述載波頻率和零之間的一個(gè)頻率跟蹤一個(gè)非線性周期路徑。
26.如權(quán)利要求25所述的電磁波，其特征在于從所述觀測器的所述透視向所述傳播軸看去，所述電場矢量的所述末端以處于所述載波頻率和零之間的一個(gè)恒定角速度跟蹤一個(gè)玫瑰花瓣?duì)盥窂健?br> 27.如權(quán)利要求26所述的電磁波，其特征在于所述波是用所述信息振幅調(diào)制的，所述波以所述載波頻率承載所述信息。
28.一種使用具有一個(gè)載波頻率的一個(gè)載波信號發(fā)射信息的方法，包括(a)發(fā)射作為承載具有若干值的信息的一個(gè)電磁波的載波信號，電磁波具有以小于載波頻率并大于零的一個(gè)旋轉(zhuǎn)頻率繞一個(gè)傳播軸旋轉(zhuǎn)的一個(gè)電場。
29.一種使用具有一個(gè)載波頻率的一個(gè)載波信號發(fā)射信息的方法，包括(a)發(fā)射作為承載具有若干值的信息一個(gè)電磁波的載波信號，電磁波具有一個(gè)電場，從垂直于一個(gè)傳播軸的一個(gè)平面看去電場具有跟蹤玫瑰花瓣?duì)盥窂降囊粋€(gè)末端。
30.如權(quán)利要求29的方法，其特征在于玫瑰花瓣?duì)盥窂揭韵鄳?yīng)于一個(gè)旋轉(zhuǎn)頻率的時(shí)間周期被周期重復(fù)，旋轉(zhuǎn)頻率小于載波頻率大于零。
31.如權(quán)利要求29的方法，其特征在于玫瑰花瓣?duì)盥窂揭韵鄳?yīng)于一個(gè)旋轉(zhuǎn)頻率的時(shí)間周期被周期重復(fù)，旋轉(zhuǎn)頻率小于載波頻率大于零，當(dāng)旋轉(zhuǎn)頻率是載波頻率的整數(shù)倍時(shí)玫瑰花瓣?duì)盥窂脚c前面的跟蹤路徑對齊。
32.如權(quán)利要求29的方法，其特征在于在步驟(a)中發(fā)射的波用信息振幅調(diào)制，波以載波頻率承載信息。
33.如權(quán)利要求29的方法，其特征在于在步驟(a)中發(fā)射的波用信息振幅調(diào)制，波以載波頻率承載信息，旋轉(zhuǎn)頻率小于載波頻率至少信息帶寬的一半并比零大至少信息帶寬的一半。
34.如權(quán)利要求29的方法，其特征在于在步驟(a)中發(fā)射的波用信息頻率調(diào)制，波以載波頻率承載信息。
35.如權(quán)利要求29的方法，其特征在于在步驟(a)中發(fā)射的波用信息頻率調(diào)制，波以載波頻率承載信息，旋轉(zhuǎn)頻率小于載波頻率至少信息帶寬的一半并比零大至少信息帶寬的一半。
36.如權(quán)利要求29的方法，其特征在于在步驟(a)中發(fā)射的波用信息相位調(diào)制，波以載波頻率承載信息。
37.如權(quán)利要求29的方法，其特征在于在步驟(a)中發(fā)射的波用信息相位調(diào)制，波以載波頻率承載信息，旋轉(zhuǎn)頻率小于載波頻率至少信息帶寬的一半并比零大至少信息帶寬的一半。
38.如權(quán)利要求29的方法，其特征在于在步驟(a)中發(fā)射的波的旋轉(zhuǎn)頻率用信息頻率調(diào)制。
39.如權(quán)利要求29的方法，其特征在于在步驟(a)中發(fā)射的波的旋轉(zhuǎn)頻率用信息頻率調(diào)制，旋轉(zhuǎn)頻率小于載波頻率至少信息帶寬的一半并比零大至少信息帶寬的一半。
40.如權(quán)利要求29的方法，其特征在于在步驟(a)中發(fā)射的波的旋轉(zhuǎn)頻率用信息相位調(diào)制。
41.如權(quán)利要求29的方法，其特征在于在步驟(a)中發(fā)射的波的旋轉(zhuǎn)頻率用信息相位調(diào)制，旋轉(zhuǎn)頻率小于載波頻率至少信息帶寬的一半并比零大至少信息帶寬的一半。
42.一種產(chǎn)生具有繞一個(gè)傳播軸旋轉(zhuǎn)的一個(gè)旋轉(zhuǎn)電場的一個(gè)電磁波的方法，包括(a)產(chǎn)生具有一個(gè)載波頻率的若干分量信號；(b)用來自具有以小于載波頻率并大于零的一個(gè)旋轉(zhuǎn)頻率的若干旋轉(zhuǎn)信號的一個(gè)旋轉(zhuǎn)信號調(diào)制各個(gè)分量信號，各個(gè)旋轉(zhuǎn)信號從剩余的旋轉(zhuǎn)信號進(jìn)行相位偏移；及(c)基于調(diào)制的分量信號發(fā)射電磁波，電磁波具有以相應(yīng)于旋轉(zhuǎn)頻率的一個(gè)旋轉(zhuǎn)頻率繞一個(gè)傳播軸旋轉(zhuǎn)的一個(gè)電場。
43.一種使用具有一個(gè)載波頻率的一個(gè)電磁波進(jìn)行信息通信的方法，包括(a)發(fā)射具有載波頻率并承載信息的一個(gè)電磁波，電磁波具有以小于載波頻率并大于零的一個(gè)旋轉(zhuǎn)頻率繞一個(gè)傳播軸旋轉(zhuǎn)的一個(gè)電場；及(b)接收與旋轉(zhuǎn)電場同步的電磁波。
44.一種使用具有一個(gè)載波頻率并具有以小于載波頻率并大于零的一個(gè)旋轉(zhuǎn)頻率繞一個(gè)傳播軸旋轉(zhuǎn)的一個(gè)電場的一個(gè)電磁波來接收信息的方法，電磁波承載信息，包括(a)接收承載信息的電磁波以產(chǎn)生若干各自具有載波頻率的分量信號；(b)通過來自具有一個(gè)旋轉(zhuǎn)頻率的若干旋轉(zhuǎn)信號的一個(gè)旋轉(zhuǎn)信號解調(diào)各個(gè)分量信號，各個(gè)旋轉(zhuǎn)信號與其余旋轉(zhuǎn)信號有相位差；和(c)從分量信號再現(xiàn)信息。
45.如權(quán)利要求44所述的方法，其特征在于在步驟(a)中發(fā)射的波用信息振幅調(diào)制，波以載波頻率承載信息。
46.如權(quán)利要求44所述的方法，其特征在于在步驟(a)中發(fā)射的波用信息振幅調(diào)制，波以載波頻率承載信息，旋轉(zhuǎn)頻率小于載波頻率至少信息帶寬的一半并比零大至少信息帶寬的一半。
47.如權(quán)利要求44的方法，其特征在于在步驟(a)中發(fā)射的波用信息頻率調(diào)制，波以載波頻率承載信息。
48.如權(quán)利要求44的方法，其特征在于在步驟(a)中發(fā)射的波用信息頻率調(diào)制，波以載波頻率承載信息，旋轉(zhuǎn)頻率小于載波頻率至少信息帶寬的一半并比零大至少信息帶寬的一半。
49.如權(quán)利要求44的方法，其特征在于在步驟(a)中發(fā)射的波用信息相位調(diào)制，波以載波頻率承載信息。
50.如權(quán)利要求44的方法，其特征在于在步驟(a)中發(fā)射的波用信息相位調(diào)制，波以載波頻率承載信息，旋轉(zhuǎn)頻率小于載波頻率至少信息帶寬的一半并比零大至少信息帶寬的一半。
51.如權(quán)利要求44的方法，其特征在于在步驟(a)中發(fā)射的波的旋轉(zhuǎn)頻率用信息頻率調(diào)制。
52.如權(quán)利要求44的方法，其特征在于在步驟(a)中發(fā)射的波的旋轉(zhuǎn)頻率用信息頻率調(diào)制，旋轉(zhuǎn)頻率小于載波頻率至少信息帶寬的一半并比零大至少信息帶寬的一半。
53.如權(quán)利要求44的方法，其特征在于在步驟(a)中發(fā)射的波的旋轉(zhuǎn)頻率用信息相位調(diào)制。
54.如權(quán)利要求44的方法，其特征在于在步驟(a)中發(fā)射的波的旋轉(zhuǎn)頻率用信息相位調(diào)制，旋轉(zhuǎn)頻率小于載波頻率至少信息帶寬的一半并比零大至少信息帶寬的一半。
55.一種使用具有一個(gè)載波頻率的一個(gè)載波信號發(fā)射信息的裝置，包括接收載波信號和具有小于載波頻率的一個(gè)旋轉(zhuǎn)頻率的一個(gè)旋轉(zhuǎn)信號的一個(gè)旋轉(zhuǎn)調(diào)制器，所述旋轉(zhuǎn)調(diào)制器把旋轉(zhuǎn)信號分為分量信號，所述旋轉(zhuǎn)調(diào)制器對各個(gè)分量信號進(jìn)行相位移動(dòng)，所述旋轉(zhuǎn)調(diào)制器用分量信號調(diào)制載波信號；和與所述旋轉(zhuǎn)調(diào)制器連接的一個(gè)傳輸媒質(zhì)耦合器，所述耦合器基于調(diào)制的載波信號傳輸一個(gè)電磁波，電磁波具有以旋轉(zhuǎn)頻率繞一個(gè)傳播軸旋轉(zhuǎn)的一個(gè)電場。
56.如權(quán)利要求55的裝置，其特征在于傳輸媒質(zhì)耦合器是繞一個(gè)傳播軸在角度上設(shè)置的并且在垂直于一個(gè)傳播軸的一個(gè)平面內(nèi)的若干天線偶極子；及旋轉(zhuǎn)調(diào)制器對分量信號移動(dòng)相應(yīng)于天線偶極子的角度設(shè)置的一個(gè)數(shù)量值的相位。
57.如權(quán)利要求55的裝置，其特征在于傳輸媒質(zhì)耦合器是基本上與一個(gè)傳播軸一起設(shè)置的若干螺旋天線元件；及旋轉(zhuǎn)調(diào)制器對分量信號移動(dòng)相應(yīng)于螺旋天線的扭向的一個(gè)數(shù)量值的相位。
58.如權(quán)利要求55的裝置，其特征在于傳輸媒質(zhì)耦合器是若干與一個(gè)傳播軸一起設(shè)置的波導(dǎo)角狀物。
59.一種使用具有一個(gè)載波頻率的若干載波信號發(fā)射信息的裝置，包括各自從具有小于載波頻率且大于零的一個(gè)旋轉(zhuǎn)頻率的若干旋轉(zhuǎn)信號接收一個(gè)旋轉(zhuǎn)信號的若干旋轉(zhuǎn)調(diào)制器，各個(gè)旋轉(zhuǎn)信號與其余旋轉(zhuǎn)信號之間有相位移動(dòng)，各個(gè)調(diào)制器接收來自若干載波信號的一個(gè)載波信號，各個(gè)旋轉(zhuǎn)調(diào)制器用旋轉(zhuǎn)信號調(diào)制載波信號；和與所述若干旋轉(zhuǎn)調(diào)制器連接的一個(gè)傳輸媒質(zhì)耦合器，所述耦合器基于調(diào)制的載波信號傳輸一個(gè)電磁波，電磁波具有以旋轉(zhuǎn)頻率繞傳播軸旋轉(zhuǎn)的一個(gè)電場。
60.一種使用具有一個(gè)載波頻率并承載信息的電磁波來接收信息的裝置，電磁波具有以小于載波頻率且大于零的一個(gè)旋轉(zhuǎn)頻率繞一個(gè)傳播軸旋轉(zhuǎn)的一個(gè)電場，包括把電磁波轉(zhuǎn)換為若干分量信號的一個(gè)傳輸媒質(zhì)耦合器，和連接到所述耦合器的若干旋轉(zhuǎn)解調(diào)器，各個(gè)旋轉(zhuǎn)解調(diào)器接收來自若干分量信號的一個(gè)分量信號，各個(gè)第一解調(diào)器通過來自具有旋轉(zhuǎn)頻率的若干旋轉(zhuǎn)信號的一個(gè)旋轉(zhuǎn)信號對分量信號解調(diào)，各個(gè)旋轉(zhuǎn)信號與其余旋轉(zhuǎn)信號之間有相位移動(dòng)。
61.如權(quán)利要求60的裝置，其特征在于傳輸媒質(zhì)耦合器是繞一個(gè)傳播軸在角度上設(shè)置的若干天線偶極子并且在垂直于一個(gè)傳播軸的一個(gè)平面內(nèi)；及各個(gè)旋轉(zhuǎn)解調(diào)器對其旋轉(zhuǎn)信號的相位移動(dòng)相應(yīng)于其相關(guān)的天線偶極子的角度設(shè)置的一個(gè)數(shù)量值的相位。
62.如權(quán)利要求60的裝置，其特征在于傳輸媒質(zhì)耦合器是基本上與一個(gè)傳播軸一起設(shè)置的若干螺旋天線元件；及各個(gè)旋轉(zhuǎn)解調(diào)器對其旋轉(zhuǎn)信號的移動(dòng)一個(gè)相應(yīng)于螺旋天線的扭向的數(shù)量值的相位。
63.如權(quán)利要求60的裝置，其特征在于傳輸媒質(zhì)耦合器是若干與一個(gè)傳播軸基本一起設(shè)置的波導(dǎo)角狀物。
64.一種使用具有一個(gè)載波頻率的一個(gè)載波信號進(jìn)行信息通信的裝置，包括用來發(fā)射作為承載信息的一個(gè)電磁波的載波信號的裝置，電磁波具有以小于載波頻率并大于零的一個(gè)旋轉(zhuǎn)頻率繞一個(gè)傳播軸旋轉(zhuǎn)的一個(gè)電場，及用來與旋轉(zhuǎn)電場同步接收電磁波的裝置。
65.使用具有一個(gè)載波頻率的一個(gè)載波信號和具有一個(gè)旋轉(zhuǎn)頻率的一個(gè)旋轉(zhuǎn)信號的信息發(fā)射器中的調(diào)制電路，該調(diào)制電路包括若干移相器，各個(gè)移相器相對于若干移相器的其余移相器移動(dòng)旋轉(zhuǎn)信號的相位；和各個(gè)與若干移相器的一個(gè)移相器連接的若干平衡混頻器調(diào)制器，各個(gè)平衡混頻器調(diào)制器用移相的旋轉(zhuǎn)信號振幅調(diào)制載波信號以產(chǎn)生具有第一頻率分量、第二頻率分量和第三頻率分量的一個(gè)合成信號，第一頻率分量具有小于載波頻率的第一頻率，第二頻率分量具有大于載波頻率的第二頻率，第三頻率分量具有載波頻率并具有小于載波信號的振幅的一個(gè)振幅。
66.使用具有第一頻率分量、第二頻率分量和第三頻率分量的一個(gè)接收信號的信息接收器中的調(diào)制電路，第一頻率分量具有小于載波頻率的第一頻率，第二頻率分量具有大于載波頻率的第二頻率，第三頻率分量具有載波頻率，該調(diào)制電路包括若干移相器，各個(gè)移相器相對于若干移相器的其余移相器移動(dòng)一個(gè)旋轉(zhuǎn)信號的相位；和各個(gè)與若干移相器的一個(gè)移相器連接的若干電壓可變衰減器，各個(gè)電壓可變衰減器用移相的旋轉(zhuǎn)信號振幅調(diào)制接收信號以產(chǎn)生在載波頻率的一個(gè)合成信號。
67.一種使用具有第一載波頻率的第一載波信號和使用具有第二載波頻率的第二載波信號的發(fā)射信息的方法，包括(a)基于第一載波信號發(fā)射第一電磁波，第一電磁波承載信息并具有以第一方向繞一個(gè)傳播軸旋轉(zhuǎn)的第一電場；(b)基于第二載波信號發(fā)射第二電磁波，第二電磁波承載信息并具有以與第一方向相反的第二方向繞一個(gè)傳播軸旋轉(zhuǎn)的第二電場。
68.如權(quán)利要求67的方法，其特征在于第一載波信號和第二載波信號用信息振幅調(diào)制，分別在步驟(a)和(b)發(fā)射的第一波和第二波疊合產(chǎn)生一個(gè)合成波，合成波以第一載波頻率與第二載波頻率的平均值承載信息。
69.如權(quán)利要求67的方法，其特征在于第一載波信號和第二載波信號用信息振幅調(diào)制，分別在步驟(a)和(b)發(fā)射的第一波和第二波疊合產(chǎn)生一個(gè)合成波，合成波以第一載波頻率與第二載波頻率的平均值承載信息，合成波具有以小于平均值至少信息帶寬的一半且大于零至少信息帶寬的一半的旋轉(zhuǎn)頻率旋轉(zhuǎn)的電場。
70.如權(quán)利要求67的方法，其特征在于第一載波信號和第二載波信號用信息頻率調(diào)制，分別在步驟(a)和(b)發(fā)射的第一波和第二波疊合產(chǎn)生一個(gè)合成波，合成波以第一載波頻率與第二載波頻率的平均值承載信息。
71.如權(quán)利要求67的方法，其特征在于第一載波信號和第二載波信號用信息頻率調(diào)制，分別在步驟(a)和(b)發(fā)射的第一波和第二波疊合產(chǎn)生一個(gè)合成波，合成波以第一載波頻率與第二載波頻率的平均值承載信息，合成波具有以小于平均值至少信息帶寬的一半且大于零至少信息帶寬的一半的旋轉(zhuǎn)頻率旋轉(zhuǎn)的電場。
72.如權(quán)利要求67的方法，其特征在于第一載波信號和第二載波信號用信息相位調(diào)制，分別在步驟(a)和(b)發(fā)射的第一波和第二波疊合產(chǎn)生一個(gè)合成波，合成波以第一載波頻率與第二載波頻率的平均值承載信息。
73.如權(quán)利要求67的方法，其特征在于第一載波信號和第二載波信號用信息相位調(diào)制，分別在步驟(a)和(b)發(fā)射的第一波和第二波疊合產(chǎn)生一個(gè)合成波，合成波以第一載波頻率與第二載波頻率的平均值承載信息，合成波具有以小于平均值至少信息帶寬的一半且大于零至少信息帶寬的一半的旋轉(zhuǎn)頻率旋轉(zhuǎn)的電場。
74.如權(quán)利要求67的方法，其特征在于分別在步驟(a)和(b)發(fā)射的第一波和第二波疊合產(chǎn)生一個(gè)合成波，合成波具有以旋轉(zhuǎn)頻率旋轉(zhuǎn)的一個(gè)電場，合成波的旋轉(zhuǎn)頻率用信息頻率調(diào)制，旋轉(zhuǎn)頻率小于第一載波頻率和第二載波頻率的平均值。
75.如權(quán)利要求67的方法，其特征在于分別在步驟(a)和(b)發(fā)射的第一波和第二波疊合產(chǎn)生一個(gè)合成波，合成波具有以旋轉(zhuǎn)頻率旋轉(zhuǎn)的一個(gè)電場，合成波的旋轉(zhuǎn)頻率用信息頻率調(diào)制，旋轉(zhuǎn)頻率小于第一載波頻率和第二載波頻率的平均值至少信息帶寬的一半且大于零至少信息帶寬的一半。
76.如權(quán)利要求67的方法，其特征在于分別在步驟(a)和(b)發(fā)射的第一波和第二波疊合產(chǎn)生一個(gè)合成波，合成波具有以旋轉(zhuǎn)頻率旋轉(zhuǎn)的一個(gè)電場，合成波的旋轉(zhuǎn)頻率用信息相位調(diào)制，旋轉(zhuǎn)頻率小于第一載波頻率和第二載波頻率的平均值。
77.如權(quán)利要求67的方法，其特征在于分別在步驟(a)和(b)發(fā)射的第一波和第二波疊合產(chǎn)生一個(gè)合成波，合成波具有以旋轉(zhuǎn)頻率旋轉(zhuǎn)的一個(gè)電場，合成波的旋轉(zhuǎn)頻率用信息相位調(diào)制，旋轉(zhuǎn)頻率小于第一載波頻率和第二載波頻率的平均值至少信息帶寬的一半且大于零至少信息帶寬的一半。
78.一種使用具有第一載波頻率的第一載波信號和使用具有第二載波頻率的第二載波信號的進(jìn)行信息通信的方法，包括(a)基于第一載波信號發(fā)射第一電磁波，第一電磁波具有以第一方向以第一旋轉(zhuǎn)頻率繞一個(gè)傳播軸旋轉(zhuǎn)的第一電場；(b)基于第二調(diào)制載波信號發(fā)射第二電磁波，第二電磁波具有以與第一方向相反的第二方向以第二旋轉(zhuǎn)頻率繞一個(gè)傳播軸旋轉(zhuǎn)的第二電場，(c)與以等于第一旋轉(zhuǎn)頻率與第二旋轉(zhuǎn)頻率的差的第三旋轉(zhuǎn)頻率繞一個(gè)傳播軸旋轉(zhuǎn)的疊合電場同步地接收疊合電磁波，疊合電磁波是第一電磁波與第二電磁波的疊加，疊合電磁波具有等于第一載波頻率與第二載波頻率的平均值的第三載波頻率。
79.一種接收信息的方法，包括(a)接收承載信息的第一電磁波以產(chǎn)生第一接收信號，第一電磁波具有第一載波頻率和一個(gè)以第一旋轉(zhuǎn)頻率以第一方向繞一個(gè)傳播軸旋轉(zhuǎn)的第一電場；(b)接收承載信息的第二電磁波以產(chǎn)生第二接收信號，第二電磁波具有第二載波頻率和一個(gè)以第二旋轉(zhuǎn)頻率以與第一方向相反的第二方向繞該傳播軸旋轉(zhuǎn)的第二電場；(c)把第一接收信號和第二接收信號相加以產(chǎn)生一個(gè)加和信號；(d)從該加和信號恢復(fù)信息。
80.如權(quán)利要求79的方法，其特征在于在步驟(a)和(b)接收到的第一波和第二波分別用信息振幅調(diào)制并疊合產(chǎn)生一個(gè)合成波，合成波以第一載波頻率與第二載波頻率的平均值承載信息。
81.如權(quán)利要求79的方法，其特征在于在步驟(a)和(b)接收到的第一波和第二波分別用信息振幅調(diào)制并疊合產(chǎn)生一個(gè)合成波，合成波以第一載波頻率與第二載波頻率的平均值承載信息，合成波具有以小于平均值至少信息帶寬的一半且大于零至少信息帶寬的一半的一個(gè)旋轉(zhuǎn)頻率旋轉(zhuǎn)的一個(gè)疊合電場。
82.如權(quán)利要求79的方法，其特征在于在步驟(a)和(b)接收到的第一波和第二波分別用信息頻率調(diào)制并疊合產(chǎn)生一個(gè)合成波，合成波以第一載波頻率與第二載波頻率的平均值承載信息。
83.如權(quán)利要求79的方法，其特征在于在步驟(a)和(b)接收到的第一波和第二波分別用信息頻率調(diào)制并疊合產(chǎn)生一個(gè)合成波，合成波以第一載波頻率與第二載波頻率的平均值承載信息，合成波具有以小于平均值至少信息帶寬的一半且大于零至少信息帶寬的一半的旋轉(zhuǎn)頻率旋轉(zhuǎn)的一個(gè)疊合電場。
84.如權(quán)利要求79的方法，其特征在于在步驟(a)和(b)接收到的第一波和第二波分別用信息相位調(diào)制并疊合產(chǎn)生一個(gè)合成波，合成波以第一載波頻率與第二載波頻率的平均值承載信息。
85.如權(quán)利要求79的方法，其特征在于在步驟(a)和(b)接收到的第一波和第二波分別用信息相位調(diào)制并疊合產(chǎn)生一個(gè)合成波，合成波以第一載波頻率與第二載波頻率的平均值承載信息，合成波具有以小于平均值至少信息帶寬的一半且大于零至少信息帶寬的一半的旋轉(zhuǎn)頻率旋轉(zhuǎn)的一個(gè)疊合電場。
86.如權(quán)利要求79的方法，其特征在于分別在步驟(a)和(b)接收的第一波和第二波疊合產(chǎn)生一個(gè)合成波，合成波具有以一個(gè)旋轉(zhuǎn)頻率旋轉(zhuǎn)的一個(gè)疊合電場，疊合波的旋轉(zhuǎn)頻率用信息頻率調(diào)制，旋轉(zhuǎn)頻率小于第一載波頻率和第二載波頻率的平均值。
87.如權(quán)利要求79的方法，其特征在于分別在步驟(a)和(b)接收的第一波和第二波疊合產(chǎn)生一個(gè)合成波，合成波具有以一個(gè)旋轉(zhuǎn)頻率旋轉(zhuǎn)的一個(gè)疊合電場，疊合波的旋轉(zhuǎn)頻率用信息頻率調(diào)制，旋轉(zhuǎn)頻率小于第一載波頻率和第二載波頻率的平均值至少信息帶寬的一半且大于零至少信息帶寬的一半。
88.如權(quán)利要求79的方法，其特征在于分別在步驟(a)和(b)接收的第一波和第二波疊合產(chǎn)生一個(gè)合成波，合成波具有以一個(gè)旋轉(zhuǎn)頻率旋轉(zhuǎn)的一個(gè)疊合電場，疊合波的旋轉(zhuǎn)頻率用信息相位調(diào)制，旋轉(zhuǎn)頻率小于第一載波頻率和第二載波頻率的平均值。
89.如權(quán)利要求79的方法，其特征在于分別在步驟(a)和(b)接收的第一波和第二波疊合產(chǎn)生一個(gè)合成波，合成波具有以一個(gè)旋轉(zhuǎn)頻率旋轉(zhuǎn)的一個(gè)疊合電場，疊合波的旋轉(zhuǎn)頻率用信息相位調(diào)制，旋轉(zhuǎn)頻率小于第一載波頻率和第二載波頻率的平均值至少信息帶寬的一半且大于零至少信息帶寬的一半。
90.用于發(fā)射信息的一種裝置，包括產(chǎn)生具有第一載波頻率的第一信號的第一源；連接于第一源的第一傳輸媒質(zhì)耦合器，所述第一耦合器基于第一信號傳輸?shù)谝浑姶挪?，第一電磁波承載信息并具有第一載波頻率，第一電磁波具有以第一方向繞一個(gè)傳播軸旋轉(zhuǎn)的第一電場；產(chǎn)生具有第二載波頻率的第二信號的第二源；連接于第二源的第二傳輸媒質(zhì)耦合器，所述第二耦合器基于第二信號傳輸?shù)诙姶挪?，第二電磁波承載信息并具有第二載波頻率，第二電磁波具有以與第一方向相反的第二方向繞一個(gè)傳播軸旋轉(zhuǎn)的第二電場。
91.如權(quán)利要求90的裝置，其特征在于第一傳輸媒質(zhì)耦合器是繞傳播軸在角度上設(shè)置的第一批天線偶極子并在垂直于傳播軸的第一平面內(nèi)；第二傳輸媒質(zhì)耦合器是繞傳播軸在角度上設(shè)置的第二批天線偶極子并在垂直于傳播軸的第二平面內(nèi)。
92.如權(quán)利要求90的裝置，其特征在于第一傳輸媒質(zhì)耦合器是基本上繞傳播軸設(shè)置的第一批螺旋天線元件；及第二傳輸媒質(zhì)耦合器是基本上繞傳播軸設(shè)置的第二批螺旋天線元件。
93.如權(quán)利要求90的裝置，其特征在于第一傳輸媒質(zhì)耦合器是與傳播軸一起設(shè)置的第一批波導(dǎo)角狀物；及第二傳輸媒質(zhì)耦合器是與傳播軸一起設(shè)置的第二批波導(dǎo)角狀物。
94.用于接收包含在具有一個(gè)載波頻率和以一個(gè)旋轉(zhuǎn)頻率一個(gè)繞一個(gè)傳播軸旋轉(zhuǎn)的E場矢量的疊合電磁波中的信息的一種裝置，疊合波是第一電磁波和第二電磁波的疊合，包括把第一電磁波轉(zhuǎn)換為第一接收信號的第一傳輸媒質(zhì)解耦器；把第二電磁波轉(zhuǎn)換為第二接收信號的第二傳輸媒質(zhì)解耦器；連接于所述第一耦合器和所述第二耦合器的一個(gè)加法電路，所述加法電路把第一接收信號和第二接收信號加在一起以產(chǎn)生一個(gè)加和信號；及連接于所述加法電路的一個(gè)解調(diào)器，所述解調(diào)器從加和信號恢復(fù)信息。
95.如權(quán)利要求94的裝置，其特征在于第一傳輸媒質(zhì)耦合器是繞傳播軸在角度上設(shè)置的第一批天線偶極子并在垂直于傳播軸的第一平面內(nèi)；第二傳輸媒質(zhì)耦合器是繞傳播軸在角度上設(shè)置的第二批天線偶極子并在垂直于傳播軸的第二平面內(nèi)。
96.如權(quán)利要求94的裝置，其特征在于第一傳輸媒質(zhì)耦合器是基本上繞傳播軸設(shè)置的第一批螺旋天線元件；及第二傳輸媒質(zhì)耦合器是基本上繞傳播軸設(shè)置的第二批螺旋天線元件。
97.如權(quán)利要求94的裝置，其特征在于第一傳輸媒質(zhì)耦合器是與傳播軸一起設(shè)置的第一批波導(dǎo)角狀物；及第二傳輸媒質(zhì)耦合器是與傳播軸一起設(shè)置的第二批波導(dǎo)角狀物。
98.用于信息通信的一種裝置，包括產(chǎn)生具有第一載波頻率的第一產(chǎn)生信號的第一源；連接于第一源的第一傳輸媒質(zhì)耦合器，所述第一耦合器基于第一產(chǎn)生信號傳輸?shù)谝浑姶挪?，第一電磁波承載信息并具有第一載波頻率，第一電磁波具有以第一方向繞一個(gè)傳播軸旋轉(zhuǎn)的第一電場；產(chǎn)生具有第二載波頻率的第二產(chǎn)生信號的第二源；連接于第二源的第二傳輸媒質(zhì)耦合器，所述第二耦合器基于第二產(chǎn)生信號傳輸?shù)诙姶挪?，第二電磁波承載信息并具有第二載波頻率，第二電磁波具有以與第一方向相反的第二方向繞一個(gè)傳播軸旋轉(zhuǎn)的第二電場；把第一電磁波轉(zhuǎn)換為第一接收信號的第三傳輸媒質(zhì)解耦器；把第二電磁波轉(zhuǎn)換為第二接收信號的第四傳輸媒質(zhì)解耦器；連接于所述第三耦合器和所述第四耦合器的一個(gè)加法電路，所述加法電路把第一接收信號和第二接收信號加在一起以產(chǎn)生一個(gè)加和信號；及連接于所述加法電路的一個(gè)解調(diào)器，所述解調(diào)器從加和信號恢復(fù)信息。
99.使用具有第一載波頻率的第一載波信號并使用具有第二載波頻率的第二載波信號來信息通信的一種裝置，包括基于第一載波信號來發(fā)射第一電磁波的裝置，第一電磁波具有以第一方向以第一旋轉(zhuǎn)頻率繞一個(gè)傳播軸旋轉(zhuǎn)的第一電場，第一電磁波承載信息；基于第二調(diào)制載波信號來發(fā)射第二電磁波的裝置，第二電磁波具有以與第一方向相反的第二方向以第二旋轉(zhuǎn)頻率繞一個(gè)傳播軸旋轉(zhuǎn)的第二電場，第二電磁波承載信息；與以等于第一旋轉(zhuǎn)頻率與第二旋轉(zhuǎn)頻率之差的第三旋轉(zhuǎn)頻率繞傳播軸旋轉(zhuǎn)的疊合電場同步地來接收疊合電磁波的裝置，疊合電磁波是第一電磁波與第二電磁波的疊加，疊合電磁波具有等于第一載波頻率與第二載波頻率的平均值的載波頻率。
100.使用具有第一載波頻率的第一載波信號并使用具有第二載波頻率的第二載波信號的信息發(fā)射器中的調(diào)制電路，調(diào)制電路包括接收第一載波信號和信息信號的第一調(diào)制器，第一調(diào)制器用信息信號調(diào)制第一載波信號；接收第二載波信號和信息信號的第二調(diào)制器，第二調(diào)制器用信息信號調(diào)制第二載波信號。
101.使用具有第一頻率分量和第二頻率分量的一個(gè)接受信號的信息接收器中的調(diào)制電路，第一頻率分量具有小于載波頻率的第一頻率，第二頻率分量具有小于載波頻率的第二頻率，調(diào)制電路包括第一濾波器，第一濾波器對來自接受信號的第一頻率分量進(jìn)行濾波；第二濾波器，第二濾波器對來自接受信號的第二頻率分量進(jìn)行濾波；連接于第一濾波器和第二濾波器的一個(gè)加法器，加法器把第一頻率分量和第二頻率分量相加以產(chǎn)生載波信號。
全文摘要
一種其中一個(gè)通信信道被具有一個(gè)載波頻率和一個(gè)電場矢量的一個(gè)電磁波(78)來至少部分限定的一種通信系統(tǒng)(10和12),從一個(gè)觀測器透視向波的傳播軸看去,電場矢量的終點(diǎn)或末端以小于該載波頻率并大于零的一個(gè)旋轉(zhuǎn)頻率跟蹤一個(gè)非線性周期路徑。通信系統(tǒng)的發(fā)射器(10)發(fā)射具有這種特性的一個(gè)波(78)并用信息以適當(dāng)?shù)姆绞秸{(diào)制。通信系統(tǒng)的接收器(12)對周期路徑及旋轉(zhuǎn)頻率敏感。周期路徑與載波頻率的合成提供了敏感性,其能用于定義多路通信的信道。
文檔編號H04B7/08GK1262797SQ9880699
公開日2000年8月9日 申請日期1998年5月8日 優(yōu)先權(quán)日1997年5月9日
發(fā)明者斯蒂芬·H·史密斯 申請人:史密斯技術(shù)發(fā)展有限公司, 斯蒂芬·H·史密斯