ES2968251T3

ES2968251T3 - Dispositivo inalámbrico retrodirectivo y procedimiento

Info

Publication number: ES2968251T3
Application number: ES18701142T
Authority: ES
Inventors: Steffen Kirknes
Original assignee: Norbit ITS AS
Current assignee: Norbit ITS AS
Priority date: 2017-01-17
Filing date: 2018-01-17
Publication date: 2024-05-08
Anticipated expiration: 2038-01-17
Also published as: EP3571742A1; DK3571742T3; US11152698B2; CN110178266B; NO343895B1; CN110178266A; EA039212B1; NO20170071A1; EA201991466A1; US20190363438A1; WO2018134241A1; CA3048105A1; EP3571742B1

Abstract

La presente invención es un dispositivo inalámbrico que comprende una matriz Van Atta, comprendiendo dicha matriz Van Atta una pluralidad de pares de antenas, comprendiendo cada uno de dichos pares de antenas dos elementos de antena acoplados eléctricamente mediante una trayectoria de señal de longitud predeterminada. El dispositivo inalámbrico comprende además una unidad de medición, dicha unidad de medición está adaptada para realizar mediciones eléctricas entre dos puntos de medición. Uno de dichos dos puntos de medición está ubicado en una primera ubicación predeterminada en la ruta de señal de uno de los pares de antenas, y el otro de dichos dos puntos de medición está ubicado en una segunda ubicación predeterminada en la ruta de señal de uno de los los otros pares de antenas. La presente invención es también un método para la retrorreflexión de una onda incidente utilizando una pluralidad de pares de antenas. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Dispositivo inalámbrico retrodirectivo y procedimiento

Las presentes enseñanzas se refieren en general a sistemas y procedimientos para reflejar una onda electromagnética. Más específicamente, las presentes enseñanzas se refieren a un dispositivo inalámbrico adaptado para reflejar, y preferentemente remodelar, una onda incidente en una dirección predeterminada, y a un procedimiento del mismo.

Las matrices de Van Atta se encuentran ampliamente cubiertas en la literatura desde su introducción. Por ejemplo, el documento de patente US2908002 presentado por el propio Van Atta explica cómo se podría utilizar una matriz de este tipo para reflejar una onda incidente en una dirección predeterminada. Posteriormente se han publicado diversas mejoras de las matrices o reflectores de Van Atta. Por ejemplo, el documento de patente US3496570 propuso medios para evitar la reflexión especular de una matriz de Van Atta, y el documento de patente US5945938 propuso un transpondedor basado en una matriz de Van Atta que es sencillo de fabricar a bajo costo. El reflector de matriz de Van Atta tiene una de las estructuras más simples para matrices retrodirectivas. Por lo tanto, el reflector de matriz de Van Atta encuentra aplicación en comunicaciones inalámbricas, Identificación por RF ("RFID") y Sistemas de Transporte Inteligentes ("ITS").

Se analizan ejemplos adicionales de la técnica anterior en los documentos de patente US4806938, JP2007/068088, WO2013/045015 y US2005/200516 que analizan matrices de Van Atta que comprenden una pluralidad de pares de antenas conectadas con una trayectoria de señal que tiene un punto central alrededor del cual los dos en cada par está dispuesto simétricamente, y donde una unidad de medición proporciona mediciones entre dos posiciones predeterminadas en las trayectorias de señal de dos pares de antenas.

Otros ejemplos de matrices de Van Atta también se analizan en los artículos Shyh-Jong Chung et al: "A Novel bidirectional Amplifier with Application in Active Van Atta Retrodirective Arrays(Un novedoso amplificador bidireccional con aplicación en matrices retrodirectivas activas de Van Atta)"; IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, Plenum, EE.UU., vol. 51, No. 2, 1 de febrero de 2003, ISSN: 0018-9480 y Lai Chi-Hui et al: "Tri-Mode Heterogeneous Integrated Beam-Switching/Van Atta/Phase-Conjugating Array using Synthesized Transmission Lines(Matriz de conjugación de fases de conmutación de haces integrada heterogénea trimodal/Van Atta utilizando líneas de transmisión sintetizadas)",IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, Plenum, EE.UU., vol. 62, núm. 9, 1 de septiembre de 2014, páginas 2180-2192, ISSN: 0018-9480. En aplicaciones tales como Comunicaciones Dedicadas de Corto Alcance ("DSRC"), un transpondedor requiere que su ganancia de conversión esté dentro de un intervalo estrecho ya que la comunicación debe tener lugar a una distancia establecida. Esto también se refleja en los requisitos reglamentarios asociados.

Mediante la aplicación de una matriz de Van Atta, la ganancia de conversión se puede aumentar a un valor alto, en o cerca del límite máximo de ganancia de conversión. Sin embargo, como cada elemento de antena de la matriz de Van Atta se utiliza tanto para recepción como para transmisión, el ancho de su haz aparecerá dos veces en el presupuesto del enlace y, por lo tanto, consumirá una parte importante del intervalo de ganancia disponible.

El documento de patente US5254997 enseña un sistema de respuesta a interrogación retrodirectiva en el que un respondedor modula información sobre una señal de interrogación y retransmite la señal de interrogación codificada de regreso en la dirección de llegada de la señal de interrogación recopilada. El documento de patente US5254997 también enseña el uso de un modulador bilateral de modo que la señal de interrogación es recopilada por un elemento del par de antenas, modulada y retransmitida desde el otro elemento del par de antenas, duplicando así el número de elementos de antena transmisores efectivos en comparación con aquel con un modulador bilateral. El documento de patente US6657580 enseña un transpondedor que comprende una antena retrorreflectante en la que la longitud de las líneas de transmisión era un múltiplo entero de la longitud de onda de la señal retrorreflectante.

Los transpondedores de retrodispersión aplicados a sistemas DSRC están sujetos a requisitos tanto de ganancia de conversión como de ancho de haz. En el caso de un transpondedor DSRC pasivo, la ganancia de conversión depende casi exclusivamente de la antena. La ganancia y el ancho de haz de una antena suelen ser inversamente proporcionales entre sí; los requisitos de una ganancia de conversión favorable y el ancho de haz suelen estar en conflicto entre sí.

Los problemas mencionados anteriormente y otros problemas inherentes a la técnica anterior se resolverán mediante las características de las reivindicaciones independientes adjuntas.

De acuerdo con un aspecto de las presentes enseñanzas, se puede proporcionar un sistema y un procedimiento para aumentar el ancho de haz efectivo del transpondedor más allá del ancho de haz de los elementos radiantes básicos.

A partir de otro aspecto de las presentes enseñanzas, se puede proporcionar un dispositivo y un procedimiento para reducir la emisión de retrodispersión no deseada.

A partir de otro aspecto adicional de las presentes enseñanzas, se puede proporcionar un dispositivo y un procedimiento para aumentar el ancho de haz efectivo sin aumentar la radiación no deseada.

La configuración típica del transpondedor de Van Atta es una pluralidad de elementos de antena ubicados alrededor de un centro geométrico común. Los pares de elementos de antena dispuestos simétricamente están interconectados o acoplados mediante líneas de transmisión correspondientes, que son trayectorias de señal de una longitud eléctrica determinada. La longitud eléctrica de las trayectorias de señal suele ser igual. Además, la longitud de la señal puede ser un factor dado de una longitud de onda de interés. El factor dado suele ser un número entero. Dado que las trayectorias de señal transportan señales eléctricas que se propagan en ambas direcciones, se forman ondas estacionarias a lo largo de la trayectoria de señal. Dichas ondas estacionarias son similares a las de una línea de transmisión no terminada.

Las presentes enseñanzas se analizarán ahora con mayor detalle utilizando los siguientes dibujos que ilustran las realizaciones a modo de ejemplos.

La Figura 1 ilustra una matriz de Van Atta simple.

La Figura 2a ilustra una disposición de antena simple con un único par de elementos de antena.

La Figura 2b ilustra una formación de un patrón de onda estacionaria entre dos elementos de antena, de la antena simple mostrada en la Figura 2a, debido a una onda incidente transmitida por un transmisor alineado con el eje central de la disposición de los elementos de antena.

La Figura 3 ilustra la formación de un patrón de onda estacionaria entre los dos elementos de antena de la Figura 2b cuando el transmisor está alineado en un ángulo distinto de cero con respecto al eje central de la disposición de los elementos de antena.

La Figura 4 ilustra una comparación de los patrones de onda estacionaria de dos pares de elementos de antena de una matriz de Van Atta con el transmisor alineado en un ángulo distinto de cero con respecto al eje central de la disposición de los elementos de antena.

La Figura 5 ilustra otro aspecto del uso de un híbrido en cuadratura como un modulador y diodos en paralelo para realizar la función de detección.

La Figura 6 ilustra el uso de un híbrido en cuadratura y diodos en paralelo en la que también se representa un frente de onda incidente y también se muestra una red de polarización simple para la disposición de diodos en paralelo.

La Figura 7 ilustra el uso de un híbrido en cuadratura y diodos en serie y una red de polarización simple de los mismos.

La Figura 1 muestra una matriz de Van Atta simple 100 en una configuración unidimensional. La matriz de Van Atta 100 consiste en tres pares de antenas AB, CD y EF. Cada par de antenas consiste en dos elementos de antena dispuestos simétricamente alrededor de un centro común 120. El centro común 120 suele ser un centro geométrico de la matriz. Además, dado que la matriz de Van Atta 100 mostrada es una matriz unidimensional, todos los pares de antenas están dispuestos a lo largo del mismo eje 106 que, en un sentido relativo en la presente, puede denominarse eje horizontal 106. Cada par de antenas está interconectado con una trayectoria de señal de una longitud predeterminada. Por ejemplo, el par de antenas AB tiene elementos de antena A y B que están interconectados con su correspondiente trayectoria de señal 101. De manera similar, el par de antenas Cd tiene elementos de antena C y D que están interconectados con su correspondiente trayectoria de señal 102, y el par de antenas EF tiene elementos de antena E y F que están interconectados con su correspondiente trayectoria de señal 103.

Una señal recibida por el elemento A puede propagarse hacia el elemento B a través de la trayectoria de señal 101. De manera similar, una señal recibida por el elemento B puede propagarse hacia el elemento A a través de la misma trayectoria de señal 101. Una funcionalidad similar se puede aplicar a cada uno de los pares de antenas CD y EF.

La Figura 1 también muestra un transmisor 180 ubicado en la parte frontal de la matriz de antenas 100. El transmisor 180 se muestra ubicado alineado con el centro 120 de la matriz de antenas y transmitiendo una serie de frentes de onda dirigidos hacia la matriz de antenas 100. La dirección de viaje de los frentes de onda se muestra con una flecha 110, y el frente de onda más cercano a la matriz de antenas es 191. Como se apreciará, el punto central de cada trayectoria de señal se alinea con el centro común 120. Si se traza una línea perpendicular imaginaria 105 se dibujaría intersectando el eje horizontal 106 en el punto central 120, la línea perpendicular también intersectaría el centro de la trayectoria de la señal que interconecta cada uno de los pares de antenas. La línea perpendicular 105 también es donde la trayectoria trazada por la dirección de viaje 110 de los frentes de onda desde el transmisor 180 intersecta el eje horizontal 106. La línea perpendicular 105 también puede denominarse normal 105 de la disposición de antenas 110. En el caso como mostrado en la Figura 1, dado que el transmisor 180 está alineado horizontalmente con el centro 120 de la matriz de antenas 100, la normal 105 coincide con la trayectoria de viaje de los frentes de onda hacia la disposición de antenas 100; en otras palabras, el eje vertical imaginario o normal 105 cuando se extiende o extrapola hacia el transmisor se superpondrá con la flecha 110. Las longitudes predeterminadas 101, 102 y 103 suelen ser iguales, o la longitud eléctrica de los elementos de interconexión en cada uno de los pares de antenas suele ser la misma para una matriz al menos en una de las dimensiones de la matriz. Como se analizó anteriormente, la matriz mostrada en la Figura 1 es una matriz unidimensional, es decir, los elementos de antena se colocan a lo largo de solo un eje o dimensión 106. Son posibles matrices multidimensionales donde los elementos de antena se colocan a lo largo de una pluralidad de ejes. Como apreciará un experto en la técnica, los elementos de interconexión de longitud eléctrica en cada uno de los pares de antenas en una matriz de antenas también pueden interrelacionarse con las longitudes eléctricas de los otros elementos de la matriz de antenas mediante un factor de la longitud de onda, en el que el factor es un número entero.

La Figura 2a muestra una disposición de antena simple 200 con un par de antenas que consiste en elementos A y B. Los elementos de antena A y B están conectados eléctricamente mediante un cable 230 que forma la trayectoria de señal entre los elementos A y B. La trayectoria de señal entre los elementos A y B tienen una longitud X. Los elementos A y B están dispuestos simétricamente alrededor de un punto central 220. El punto central 220 es también el punto medio de la trayectoria de señal, que se encuentra a una longitud de señal X/2 lejos del elemento A, así como la longitud X/2 lejos del elemento B. En otras palabras, las longitudes 215 y 225 son cada una X/2.

En la Figura 2b, se muestra un frente de onda incidente 201 acercándose a la disposición de antena 200 dando como resultado la formación de un patrón de onda estacionaria 202 entre dos elementos de antena A y B. En la Figura 2b, la trayectoria de señal o cable 230 no se muestra explícitamente. El frente de onda 201 se forma debido a una onda incidente transmitida por un transmisor alineado con el eje central o normal 205 de la disposición 200 (alineado como en la Figura 1). El frente de onda 201 se transmite mediante un transmisor (no mostrado explícitamente en la Figura 2) dispuesto de tal manera que la dirección de viaje 210 del frente de onda incidente 201 esté alineada con el centro 220 de la disposición de antena. Dado que el transmisor está alineado con el centro, la normal 205 está alineada con respecto a la dirección 210 del frente de onda incidente de manera que el ángulo entre la dirección 210 de viaje del frente de onda incidente 201 y la normal es cero.

Los elementos de antena A y B están interconectados con la trayectoria de señal (no mostrada directamente en la Figura 2) de manera que una señal recibida por el elemento A se propaga a través de la trayectoria de señal hacia el elemento B. De manera similar, una señal recibida por el elemento B se propaga a través de la trayectoria de señal hacia el elemento A.

Por lo tanto, el transmisor ubicado en este caso en el llamado frente central de la disposición de antena que genera un frente de onda 201, que se recibe con igual fase en los elementos de antena A y B, provoca que las señales eléctricas se combinen y se sumen en fase a un valor pico 212 que aparece en el centro 220 de la trayectoria de señal. Por lo tanto, las mediciones realizadas en el punto central 220 en la trayectoria de señal leerán el valor pico 212 de la señal 202. Los gráficos 260 y 270 muestran el desplazamiento de fase a lo largo de la trayectoria de señal entre los elementos A y B para señales que se propagan en direcciones opuestas entre sí. El primer gráfico 260 es para la señal incidente recibida por el elemento A y luego se propaga a través de la trayectoria de señal hacia el elemento B, mientras que el segundo gráfico 270 es para la señal incidente recibida por el elemento B y luego se propaga a través de la trayectoria de señal hacia el elemento A.

El pico de la señal combinada se repite con una polaridad alterna para cada media longitud de onda a lo largo de la trayectoria de señal.

En aras de la claridad, se puede mencionar que en realidad es posible formar físicamente la trayectoria eléctrica o trayectoria de señal del par de antenas de manera que el punto medio de la trayectoria de señal se encuentre físicamente en otra ubicación con respecto al centro geométrico de la matriz de antenas. En tal caso, la normal de la matriz de antenas no parecerá cruzar el punto medio de la trayectoria de señal. Sin embargo, no cambia el hecho de que el punto medio de la trayectoria de señal estaría en la normal de la matriz si la longitud eléctrica hubiera estado dispuesta físicamente simétricamente alrededor del punto central de la matriz. En aras de la simplicidad y sin pérdida de generalidad, se supone, por lo tanto, en esta descripción que los puntos medios de todas las trayectorias de señal se encuentran esencialmente en la normal de la matriz, alineados con el punto central. Por lo tanto, un experto entenderá claramente lo que se quiere decir cuando se hace referencia al punto medio o centro de una trayectoria de señal.

Ahora con referencia a la Figura 3, que muestra la misma disposición de antenas, pero la dirección de viaje 310 del frente de onda incidente cambia en un ángulo. El frente de onda incidente 301 ahora viaja en una dirección que forma un ángulo distinto de cero 315 con respecto a la normal 305 de la disposición de antenas. En este caso, el transmisor (no mostrado explícitamente en la figura) está desplazado con respecto al centro 220 de la disposición de antena, el frente de onda aparece en diferentes fases en los elementos de antena, provocando que el patrón de onda estacionaria se desplace en consecuencia a lo largo de la trayectoria de señal. En este caso, los máximos del patrón de onda estacionaria se han desplazado hacia el elemento A, con respecto al centro 220. Por ejemplo, uno de los máximos 312 se ha desplazado hacia la izquierda del centro 220, en comparación con el máximo 212, que aparecía en el centro 220 en el caso que se muestra en la Figura 2B para un transmisor alineado. En contraste, para el ejemplo mostrado en la Figura 3, el centro 220 de la trayectoria de señal ahora ve un valor de señal mínimo del patrón de onda estacionaria 302.

Mostrando esto matemáticamente; dada una distancia o separación "S" entre el par de antenas, la diferencia de fase de la señal recibidadOestá relacionada con el ángulo 0 de la onda incidente de la ecuación:

Al resolver la ecuación para la separación de antenas de una longitud de onda (S = L) y un ángulo de onda incidente9= 30grados,la diferencia de fase se convierte en 180 grados, es decir, la onda estacionaria parece similar, pero con una polaridad invertida. La dirección de viaje del frente de onda incidente, por lo tanto, está inclinada en un ángulo 315 de 30 grados con respecto a la normal 305 para el ejemplo mostrado en la Figura 3. En este caso, es importante mencionar que la separación entre los elementos de antena, representada por "S" aquí no debe confundirse con la(s) longitud(es) de la trayectoria de señal. Como ejemplo, suponiendo que un par de Van Atta se compone de dos elementos de antena, por ejemplo, los elementos de antena A y B, la longitud de la trayectoria de señal es la longitud de la línea de señal o línea de transmisión que conecta los dos elementos de antena en el par de Van Atta, mientras que la separación de antenas es la separación física entre los dos elementos del par de Van Atta. La longitud de la trayectoria de señal suele ser mayor que la separación de antenas.

Suponiendo que la señal en la trayectoria de señal se mide como una tensión, la tensión en el centro de la trayectoria de señal cambiará de su máximo a su mínimo (o cero en este caso) a medida que el frente de onda incidente se desplaza de cero a 30 grados con respecto al eje central. Por lo tanto, la tensión en el centro de la trayectoria cambiará de su máximo a cero a medida que el frente de onda incidente se desplace de cero a 30 grados. Esto corresponde a los casos mostrados en la Figura 2B y la Figura 3 respectivamente.

Para aclarar aún más con otro ejemplo, consideramos ahora una disposición de antenas con dos pares de antenas y sus trayectorias de señal asociadas; primera y segunda trayectorias de señal respectivamente. Ahora con referencia a la Figura 4 que muestra tal disposición o matriz con dos pares de elementos de antena, AB y CD colocados respectivamente a lo largo del mismo eje (no mostrado explícitamente en la figura). Siguiendo la discusión anterior, se puede apreciar que un frente de onda incidente 401 tiene una dirección de viaje 410 que forma un ángulo distinto de cero con respecto a la normal de la matriz de antenas. Los elementos de antena A y B en el par de antenas AB forman un primer par de Van Atta y están interconectados por la primera trayectoria de señal 431, y los elementos de antena C y D en el par de antenas CD forman un segundo par de Van Atta y, están interconectados por la segunda trayectoria de señal 432. Las trayectorias de señal 431 y 432 tienen la misma longitud eléctrica o las trayectorias de señal 431 y 432 están interrelacionadas entre sí con un factor entero de la longitud de onda. Considerando dos señales medidas en los puntos ab y cd en las respectivas trayectorias de señal de AB y CD generadas por una onda incidente transmitida por un transmisor (el transmisor no es directamente visible en la figura). La señal en ab se mide en el centro 220 de la primera trayectoria de señal y la señal en cd se mide a media longitud de onda del centro de la segunda trayectoria de señal, hacia la izquierda del centro como se muestra en la figura. A partir de las explicaciones anteriores, se apreciará que el punto ab también está en el centro geométrico de la matriz que comprende los pares de antenas AB y CD. Debido a que los puntos de medición ab y cd están a media longitud de onda entre sí, las señales eléctricas en ab y cd tendrán su amplitud máxima, pero de polaridad opuesta para el caso en que el transmisor esté alineado con el centro geométrico de la disposición o matriz de antenas; en otras palabras, el ángulo entre la normal y la dirección de viaje del frente de onda como se analizó anteriormente es cero. Este caso se muestra como el primer conjunto de gráficos 470, que muestran las señales ab y cd respectivamente. Si la separación entre los elementos C y D es el doble de la separación entre los elementos A y B y el transmisor se desplaza hacia la dirección del elemento de antena B (o D), la señal en cd se desplazará con el doble de fase con respecto a la fase de señal en ab. En un ángulo de 30 grados, las señales en ab y cd tendrán la misma amplitud y polaridad, como se muestra en el tercer conjunto de gráficos 472. El segundo conjunto de gráficos 471, que muestra el caso cuando el ángulo es de 14,5 grados, se explica por sí mismo dada la explicación anterior. Es importante mencionar que, en este ejemplo, los elementos de antena A y B en el primer par de Van Atta están separados alrededor de una longitud de onda. Los elementos de antena C y D del segundo par de Van Atta están separados por dos longitudes de onda. La longitud de onda mencionada en este caso es la longitud de onda del frente de onda incidente 401, o de la señal de interés. Una persona experta en la técnica comprenderá el alcance o la generalidad de las presentes enseñanzas sin limitarse a esta separación especificada, y trabajará incluso con otros valores de separación. Los valores esperados para la señal se pueden calcular, por ejemplo, mediante la ecuación de onda incidente presentada anteriormente. La matriz puede tener además pares de Van Atta adicionales que están interconectados de manera similar y mediciones realizadas en las trayectorias de señal de los pares vecinos o entre pares predeterminados. Las mediciones también pueden multiplexarse, por ejemplo, midiendo primero entre la primera trayectoria de señal y la segunda trayectoria de señal como se explicó anteriormente, y luego entre la primera trayectoria de señal y una tercera trayectoria de señal, donde la tercera trayectoria de señal es la de un tercer par de Van Atta, y así sucesivamente. Además, cada trayectoria de señal puede tener más de un punto de medición, por ejemplo, la primera trayectoria de señal no solo tiene el punto de medición ab, sino también al menos un punto de medición adicional. De manera similar, otras trayectorias de señal también pueden tener varios puntos de medición.

De acuerdo con un aspecto de las presentes enseñanzas, la variabilidad del patrón de onda estacionaria que depende del ángulo de la señal incidente se utiliza para modificar la forma del haz de la antena.

Más específicamente, de acuerdo con otro aspecto de las presentes enseñanzas, acoplando al menos dos pares de antenas mediante una función de ecualización, la forma del haz combinado puede modificarse de manera que quede ligeramente suprimida en la parte delantera y más amplificada en los lados para volverse más plana. Los respectivos pares de antenas pueden conectarse a través de un circuito de ecualización.

Los ejemplos de la presente divulgación se muestran en su sentido más simple para facilitar la explicación y sin limitar el alcance o la generalidad de las presentes enseñanzas. Un experto en la técnica entenderá que las presentes enseñanzas se pueden aplicar a diferentes tipos de matrices de antenas, por ejemplo, matrices de antenas bidimensionales o multidimensionales. Las presentes enseñanzas se pueden aplicar a cualquier aplicación inalámbrica en la que se desee una direccionalidad mejorada.

La función de ecualización se puede realizar, por ejemplo, mediante el acoplamiento mutuo entre los elementos radiantes. Para antenas bidimensionales, tales como antenas circulares, se puede utilizar la distancia entre los elementos de antena, así como la rotación individual de los mismos, para lograr el acoplamiento mutuo deseado y, por lo tanto, la función de ecualización deseada. Las antenas cercanas entre sí tienen un acoplamiento mutuo (tanto de fase como de amplitud) que agrega algo de radiación y, por lo tanto, modifica la forma del haz de cada elemento de antena.

En otra implementación simple, se coloca una impedancia, por ejemplo, una resistencia, entre los puntos o nodos de medición, por ejemplo, ab y cd. En el caso de una resistencia, por ejemplo, la energía se disipará en la resistencia para las ondas que se acercan desde el frente central ya que las señales tienen el valor máximo y la polaridad opuesta. No se disipará energía para ondas en un ángulo de 30 grados, es decir, cuando las dos señales a través de la resistencia tienen amplitudes y polaridades iguales.

En otro aspecto, las mediciones se realizan en una pluralidad de nodos en las respectivas trayectorias de señal, ya sea simultáneamente o secuencialmente. Un experto en la técnica apreciará además que las presentes enseñanzas no están limitadas por un número o intervalo específico de pares o elementos de antenas, y pueden aplicarse igualmente bien a matrices de antenas multidimensionales.

Un experto en la técnica entenderá que dicha resistencia en su sentido más simple pretende ser un equivalente eléctrico de cualquier tipo de carga eléctrica o un circuito de detección de potencia. Por lo tanto, el término resistencia se utiliza por motivos de simplicidad y facilidad de comprensión sin afectar el alcance de las presentes enseñanzas. Como apreciará el experto en la técnica, las presentes enseñanzas van más allá del ejemplo del circuito de ecualización simple en términos de una resistencia. También se pueden utilizar otros tipos de dispositivos para realizar la función de ecualización. Por ejemplo, además de una resistencia con pérdidas, circuitos esencialmente sin pérdidas como inductores, condensadores, acopladores directivos o no directivos y similares.

El circuito de ecualización puede incluso incluir un circuito de detección de potencia o un circuito de detección de corriente, siendo capaz dicho circuito de detección de potencia de detectar la transferencia de potencia entre los dos puntos de medición, o en el caso de un circuito de detección de corriente, el flujo de corriente entre los dos puntos de medición. El circuito de ecualización puede incluir además una unidad de procesamiento de señales. La unidad de procesamiento de señales puede usarse, por ejemplo, para realizar funciones de procesamiento de señales en las señales medidas entre los puntos de medición. Dichas funciones de procesamiento de señales pueden ser, por ejemplo, amplificación, filtración, promediado, integración, correlación, muestreo, conversión de señales, etc. Al menos algunas de las funciones de medición o procesamiento de señales se pueden realizar usando un Circuito Integrado ("IC") o incluso un circuito integrado de aplicación específica ("ASIC"). El experto en la técnica también apreciará que las realizaciones explicadas en la presente divulgación se pueden combinar entre sí para realizar un dispositivo inalámbrico dependiendo de los requisitos específicos. La explicación de una realización por separado no significa que la realización no pueda usarse con el resto de los ejemplos o realizaciones presentados en la presente memoria descriptiva. Se pueden combinar varios aspectos o realizaciones en la presente divulgación para construir un sistema dependiendo de los requisitos.

De acuerdo con otro aspecto de las presentes enseñanzas, se utiliza un acoplador direccional para implementar una función de modulación, así como de detección para un par de antenas. Ahora con referencia a la Figura 5 que muestra un acoplador direccional 505, o más específicamente un híbrido en cuadratura, usado para acoplar los elementos de antena A y B. Los elementos de antena A y B forman un par de antenas como se explicó anteriormente. El acoplador direccional 505 está conectado en un punto de medición deseado en la trayectoria de señal. Los puntos de medición en las trayectorias de señal se discutieron previamente en la presente divulgación, por ejemplo, en contexto con la Figura 4. En el punto de medición deseado, por ejemplo, el punto ab en la Figura 4, la trayectoria de señal se puede dividir con el extremo de la trayectoria de señal dividida conectada al elemento de antena A conectado en el puerto a del acoplador, y de manera similar, el otro extremo de la trayectoria de señal dividida, conectado al elemento de antena B, está conectado al puerto b del acoplador. Cuando se realiza una función de modulación, una señal entrante, o una señal de entrada en el puerto a, se divide en dos señales, que se emiten en los puertos x y y respectivamente, estando las señales en los últimos puertos, x y y, desfasadas 90 grados con respecto a entre sí y la mitad de la potencia (tensión de 0,707). Como estas señales son reflejadas por los dos diodos 501 y 502 esencialmente igualmente polarizados conectados en los puertos x y y, la señal se cancela en el puerto a y se recombina en el puerto b. De manera similar, una señal de entrada en el puerto b se divide en dos señales, que se emiten en los puertos y y x respectivamente, estando las señales en estos últimos puertos, y y x, desfasadas 90 grados entre sí y con la mitad de la potencia (tensión de 0,707). Como estas señales son reflejadas por los dos diodos 502 y 501 esencialmente igualmente polarizados conectados en los puertos y y x, la señal se cancela en el puerto b y se recombina en el puerto a. La función de transferencia generada por una característica típica de un diodo también se representa en la figura, que muestra el efecto de la resistencia en serie del diodo y la inductancia en serie para la condición de polarización de alta corriente (baja impedancia), por ejemplo, el punto de 10 mA en el gráfico y la capacitancia paralela y resistencia paralela para condiciones de baja corriente (alta impedancia), por ejemplo, el punto de 0,1 mA en el gráfico.

Esta función de transferencia de modulación es bidireccional y, por lo tanto, funciona para señales tanto recibidas como transmitidas por los puertos a y b, mejorando así el rendimiento retrodirectivo.

En este caso, se explica un único par de antenas en aras de la simplicidad, pero como se apreciará, se puede usar un acoplador direccional separado de manera similar para cada uno de los otros pares de antenas en la matriz, teniendo los respectivos pares de antenas acopladores direccionales conectados en los puntos de medición predeterminados.

La aplicación de un híbrido en cuadratura para realizar una función de detección se muestra más detalladamente en la Figura 6. Como detector, un diodo usualmente está polarizado a baja corriente para mejorar la sensibilidad. El aislamiento entre los puertos a y b sigue siendo válido y las señales recibidas por A y B en un par de Van Atta se combinarán en las salidas híbridas x y y. Una onda incidente alineada en el frente central aparecerá en fase igual en a y b, y por lo tanto se combinará en dos señales iguales en x y y. Para una onda incidente desplazada desde el frente central, la fase de a y b será diferente, y las señales en x y y se combinarán de manera diferente. También en este ejemplo, los elementos A y B se colocan a una longitud de onda de distancia.

La Figura 6 (B) muestra además cómo las señales se combinan igualmente para 0 grados y solo se combinan en una salida cuando están desfasadas 90 grados. Para aclarar cómo se dividen y/o combinan las señales, el gráfico B1 muestra el caso en el que la señal solo ingresa en el puerto a; en este caso, la señal de entrada en el puerto a se dividirá en partes iguales y aparecerá en los puertos x y y con señales en x y y teniendo un desfase de 90 grados entre sí. De manera similar, B2 muestra el caso de una señal en el puerto b solo, en cuyo caso la señal se divide nuevamente entre x y y, y con un desplazamiento de fase de 90 grados; sin embargo, la polaridad de las señales x y y es opuesta a la del caso de B1. En B3, se aplican señales iguales en fase en los puertos a y b, lo que resulta en que las señales en x y y tienen la misma polaridad. En B4, las señales a y b son iguales, pero tienen un desplazamiento de fase de 90 grados, como resultado de lo cual, la señal en el puerto x se cancela, pero aparece recombinada en el puerto y. En este caso, B4, la potencia de a y b se suma para que la tensión sea aproximadamente 1,41 veces la tensión de las señales en a y b. Esto hace que la sensibilidad del detector aumente a medida que la onda incidente se desplaza hacia un lado y, por lo tanto, compensa la pérdida de señal causada por el ancho de los lóbulos de los elementos. Un experto en la técnica entenderá que los diodos pueden conectarse en paralelo como se muestra o, alternativamente, en serie. En la configuración en paralelo, como se muestra en la Figura 6, el diodo que recibe la señal más fuerte dominará e impulsará su propia señal de polarización mediante su tensión rectificada. En una conexión tipo serie, los diodos sumarán sus tensiones rectificadas. En la Figura 6 (C) se muestra un ejemplo de una red de polarización simple, donde se suministra una corriente de polarización 605 a las bobinas 601 y 602, donde la primera bobina 601 suministra polarización al primer diodo 501, y la segunda bobina 602 suministra polarización al segundo diodo 502. En condiciones nominales, cuando el circuito está equilibrado, si la corriente de polarización 605 tiene un valor 2*io, entonces cada una de las bobinas 601 y 602 llevará una corriente de polarización de valor io. Un experto en la técnica comprenderá la función de las bobinas 601 y 602, que es bloquear las señales de CA.

La Figura 7 muestra un ejemplo de la conexión en serie de los diodos. La corriente de polarización en serie 701 ahora se alimenta a través de la primera bobina 601 donde la corriente de polarización en serie fluye a través del primer diodo 501, luego a través del segundo diodo 502 antes de fluir a través de la segunda bobina 602.

De acuerdo con otro aspecto de las presentes enseñanzas, el híbrido en cuadratura se utiliza como modulador y como detector, reduciendo así el número de componentes y la complejidad. Esto también se puede utilizar para lograr un ángulo aumentado del lóbulo efectivo de la antena.

Los acopladores direccionales, que también incluyen acopladores en cuadratura, y sus implementaciones, divisores de potencia y combinadores de potencia, etc., son bien conocidos en el campo de la tecnología de RF y microondas. Una persona experta en el manejo de líneas de transmisión y transmisión de señales electromagnéticas conocerá estos términos y comprenderá que las presentes enseñanzas se pueden aplicar a otros dispositivos con función similar, sin que el alcance o la generalidad de las presentes enseñanzas se vean afectados debido al uso de cualquier término específico en la presente divulgación.

Para resumir, las presentes enseñanzas se refieren a un dispositivo inalámbrico que comprende una matriz de Van Atta. Dicha matriz de Van Atta comprende una pluralidad de pares de antenas, cada uno de dichos pares de antenas comprende dos elementos de antena. Los elementos de antena en cada par de antenas están acoplados eléctricamente mediante una trayectoria de señal de una longitud eléctrica predeterminada. La trayectoria de señal de cada uno de dichos pares de antenas tiene un punto central alrededor del cual están dispuestos simétricamente los dos elementos de antena acoplados eléctricamente. El dispositivo inalámbrico además comprende una unidad de medición, dicha unidad de medición está adaptada para realizar mediciones eléctricas entre dos puntos de medición. Estando situado el primero, o uno de dichos dos puntos de medición, en una primera ubicación predeterminada en la trayectoria de señal de uno de los pares de antenas. El segundo, u otro de dichos dos puntos de medición, está situado en una segunda ubicación predeterminada. La segunda ubicación predeterminada está en la trayectoria de señal de uno de los otros pares de antenas. La primera ubicación predeterminada y la segunda ubicación predeterminada están a longitudes de señal no iguales desde el punto central de sus respectivas trayectorias de señal, o la primera ubicación predeterminada y la segunda ubicación predeterminada están a diferentes distancias del punto central de sus respectivas trayectorias de señal.

En palabras alternativas, las presentes enseñanzas también se refieren a un dispositivo inalámbrico que comprende dos pares de Van Atta. Cada par de Van Atta comprende dos elementos de antena acoplados eléctricamente por una trayectoria de señal de una longitud predeterminada. Un primer terminal de una unidad de medición está conectado a una primera trayectoria de señal en una primera ubicación predeterminada en la primera trayectoria de señal. La primera trayectoria de señal es la trayectoria de señal que conecta los dos elementos de antena del primer par de Van Atta. Un segundo terminal de la unidad de medición está conectado a una segunda trayectoria de señal en una segunda ubicación predeterminada en la segunda trayectoria de señal. La segunda trayectoria de señal es la trayectoria de señal que conecta los dos elementos de antena del segundo par de Van Atta. La unidad de medición está adaptada para realizar mediciones entre el primer terminal y el segundo terminal.

Las mediciones realizadas por la unidad de medición son preferentemente de naturaleza relativa o diferencial, es decir, miden una primera señal en el primer terminal y una segunda señal en el segundo terminal, y luego generan una tercera señal. Estando relacionada la tercera señal con la primera señal y la segunda señal.

La tercera señal depende preferentemente de la diferencia entre la primera señal y la segunda señal. La medición realizada por la unidad de medición es preferentemente el flujo de corriente entre la primera ubicación predeterminada y la segunda ubicación predeterminada.

El hecho de decir que la unidad de medición está adaptada para realizar mediciones eléctricas entre dos puntos de medición no significa necesariamente que la unidad de medición deba medir físicamente la primera señal en la primera ubicación predeterminada y luego medir la segunda señal en la segunda ubicación predeterminada para generar la tercera señal. Preferentemente significa que la unidad de medición en virtud de su conexión entre la primera ubicación predeterminada y la segunda ubicación predeterminada, o inherentemente, es capaz de generar la tercera señal que depende de la primera señal y la segunda señal. Dicha terminología, es decir, la unidad de medición está adaptada para realizar mediciones eléctricas entre dos puntos de medición, se elige para abarcar tanto el caso de mediciones separadas como inherentes como se explica para un amplio alcance de protección.

En una realización, la unidad de medición comprende un resistor o una resistencia. La resistencia puede ser incluso una resistencia equivalente, por ejemplo, la de un dispositivo semiconductor o la entrada de un amplificador o cualquier otro bloque de procesamiento de señales adecuado. El resistor o resistencia equivalente se utiliza para realizar al menos algunas de dichas mediciones eléctricas entre los dos puntos de medición. En otra realización, la unidad de medición es capaz de medir corriente entre al menos dos puntos de medición. Uno de dichos al menos dos puntos de medición es la primera ubicación predeterminada, y otro de dichos al menos dos puntos de medición es la segunda ubicación predeterminada. En otra realización, la unidad de medición es capaz de medir el flujo de potencia entre al menos dos puntos de medición.

La unidad de medición también se puede adaptar para realizar mediciones de un solo extremo, es decir, medir la primera señal o la segunda señal sola. El dispositivo inalámbrico puede comprender además pares de Van Atta adicionales, y la unidad de medición está adaptada además para medir señales en ubicaciones predeterminadas en las trayectorias de señal de al menos algunos de los pares de Van Atta adicionales. La unidad de medición puede realizar las mediciones en paralelo o en secuencia, o incluso realizar multiplexación, muestreo o similares. La unidad de medición puede combinar dichas mediciones según sea necesario.

De acuerdo con otra realización, la unidad de medición también está adaptada para realizar una función de ecualización.

De acuerdo con otra realización adicional, la unidad de medición también está adaptada para realizar una función de detección.

De acuerdo con otra realización, la unidad de medición también está adaptada para realizar una función modulante o de modulación.

De acuerdo con la invención, la unidad de medición comprende al menos un acoplador direccional. Al menos uno de al menos un acoplador direccional es un híbrido en cuadratura.

De acuerdo con la invención, la unidad de medición comprende al menos un diodo. Preferentemente, al menos uno de dichos diodos se utiliza para realizar al menos una función de detección.

De acuerdo con la invención, un primer puerto del híbrido en cuadratura está acoplado al primer elemento de antena de uno de los pares de antenas de la matriz de Van Atta, el segundo puerto del híbrido en cuadratura está acoplado al segundo elemento de antena del uno de los pares de antenas de la matriz de Van Atta. El dispositivo inalámbrico además comprende un primer diodo y un segundo diodo, estando acoplado el primer diodo al tercer puerto del híbrido en cuadratura y estando acoplado el segundo diodo al cuarto puerto del híbrido en cuadratura.

Las presentes enseñanzas también se refieren a un procedimiento para la retrorreflexión de una onda incidente usando una pluralidad de pares de antenas, en el que las etapas realizadas en al menos dos de los pares de antenas en dicha pluralidad de pares de antenas se componen de:

- recibir una onda electromagnética o de RF incidente en la pluralidad de pares de antenas, lo que da como resultado una primera señal recibida en un primer par de antenas y una segunda señal recibida en un segundo par de antenas, estando dicho primer par de antenas y dicho segundo par de antenas entre dicha pluralidad de pares de antenas;

- medir una primera señal eléctrica en una primera posición en la trayectoria de señal del primer par de antenas;

- medir una segunda señal eléctrica en una segunda posición en la trayectoria de señal del segundo par de antenas;

- generar una tercera señal combinando la primera señal eléctrica y la segunda señal eléctrica;

- utilizar la tercera señal para encontrar el ángulo de recorrido de la onda incidente con respecto a una línea de referencia.

La primera posición está a una primera distancia del punto central de la trayectoria de señal del primer par de antenas. La segunda posición está a una segunda distancia del punto central de la trayectoria de señal del segundo par de antenas. La segunda distancia es preferentemente diferente de la primera distancia, o la segunda distancia no es igual a la primera distancia.

La línea de referencia es preferentemente la normal de la pluralidad de pares de antenas, pero también puede ser cualquier otra línea o plano de referencia fijo.

La tercera señal es preferentemente indicativa de la diferencia de fase entre la primera señal y la segunda señal. De acuerdo con otra realización, el procedimiento además comprende la etapa de:

- utilizar la tercera señal para realizar una función de modulación.

De acuerdo con otra realización, el procedimiento además comprende la etapa de:

- utilizar la tercera señal para realizar una función de ecualización.

De nuevo, el hecho de decir:

no significa necesariamente que la primera señal y la segunda señal deban medirse físicamente en la primera ubicación predeterminada y en la segunda ubicación predeterminada para generar la tercera señal. Esto preferentemente significa que la tercera señal se genera inherentemente dependiendo de la primera señal y de la segunda señal dependiendo de la realización preferente. Se elige dicha terminología para abarcar tanto el caso de mediciones separadas como inherentes, como se explica para un amplio alcance de protección.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un dispositivo inalámbrico que comprende una matriz de Van Atta, comprendiendo dicha matriz de Van Atta una pluralidad de pares de antenas (A,B;C,D;E,F);

cada uno de dichos pares de antenas comprende dos elementos de antena (A,B;C,D;E,F) acoplados eléctricamente por una trayectoria de señal de longitud predeterminada (101,102,103);

teniendo la trayectoria de señal de cada uno de dichos pares de antenas un punto central (120) alrededor del cual están dispuestos simétricamente los dos elementos de antena acoplados eléctricamente, y

el dispositivo inalámbrico además comprende una unidad de medición, dicha unidad de medición adaptada para realizar mediciones eléctricas entre dos puntos de medición (220,ab,cd), estando uno de dichos dos puntos de medición (220,ab) ubicado en una primera ubicación predeterminada en la trayectoria de señal (431) de uno de los pares de antenas (A, B), y estando el otro de dichos dos puntos de medición (cd) ubicado en una segunda ubicación predeterminada en la trayectoria de señal (432) de uno de los otros pares de antenas (C,D), y en el que la primera ubicación predeterminada y la segunda ubicación predeterminada están a longitudes de señal no iguales desde el punto central de sus respectivas trayectorias de señal, y

en el que la unidad de medición comprende un acoplador direccional (505), el acoplador direccional es un híbrido en cuadratura, y

en el que el primer puerto del híbrido en cuadratura está acoplado al primer elemento de antena de uno de los pares de antenas de la matriz de Van Atta, el segundo puerto del híbrido en cuadratura está acoplado al segundo elemento de antena de uno de los pares de antenas de la matriz de Van Atta, y en el que el dispositivo inalámbrico además comprende un primer diodo (501) y un segundo diodo (502), estando el primer diodo (501) acoplado al tercer puerto (x) del híbrido en cuadratura (505), y el estando el segundo diodo (502) acoplado al cuarto puerto (y) del híbrido en cuadratura (505).

2. El dispositivo inalámbrico de acuerdo con la reivindicación 1, en el que la unidad de medición está adaptada para realizar una función de ecualización.

3. El dispositivo inalámbrico de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la unidad de medición está adaptada para realizar una función de detección.

4. El dispositivo inalámbrico de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la unidad de medición está adaptada para realizar una función de modulación.

5. El dispositivo inalámbrico de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la unidad de medición comprende una resistencia o una resistencia equivalente utilizada para realizar al menos algunas de dichas mediciones eléctricas entre los dos puntos de medición.

6. Un procedimiento para la retrorreflexión de una onda incidente utilizando una matriz de Van Atta de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 5, que incluye una pluralidad de pares de antenas (A,B;C,D;E,F), en el que las etapas realizadas en al menos dos de los pares de antenas (A,B;C,D;E,F) en dicha pluralidad de pares de antenas están compuestos por:

- recibir una onda electromagnética incidente en la pluralidad de pares de antenas, dando como resultado una primera señal recibida en un primer par de antenas, y una segunda señal recibida en un segundo par de antenas, estando dicho primer par de antenas y dicho segundo par de antenas entre dicha pluralidad de pares de antenas;

- medir una primera señal eléctrica en una primera posición (220,ab,cd) en la trayectoria de señal (101,431) del primer par de antenas (220,ab), estando la primera posición a una primera distancia del punto central de la trayectoria de señal del primer par de antenas;

- medir una segunda señal eléctrica en una segunda posición (cd) en la trayectoria de señal (102,432) del segundo par de antenas (102), estando la segunda posición a una segunda distancia del punto central de la trayectoria de señal del segundo par de antenas; siendo la segunda distancia no igual a la primera distancia;

7. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 6, en el que la tercera señal es además indicativa de la diferencia de fase entre la primera señal y la segunda señal.

8. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 6 o 7, en el que el procedimiento además comprende la etapa de:

- utilizar la tercera señal para realizar una función de modulación.

9. El procedimiento de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 6 a 8, en el que el procedimiento además comprende la etapa de:

- utilizar la tercera señal para realizar una función de ecualización.