BR102013030355A2

BR102013030355A2 - Calibragem de sistema de antena

Info

Publication number: BR102013030355A2
Application number: BR102013030355-0A
Authority: BR
Inventors: Yossi Tsofe
Original assignee: Panasonic Avionics Corp
Priority date: 2012-12-18
Filing date: 2013-11-26
Publication date: 2014-09-16
Also published as: EP2747203A1; CN103873166A; CA2831325A1; JP2014121089A; US20140169509A1; US8964891B2

Abstract

CALIBRAGEM DE SISTEMA DE ANTENA Método para calibrar um sistema de antena tendo eletrônicos e duas ou mais antenas passivas para conexão aos eletrônicos e duas ou mais interfaces de sinal para uso com um sinal piloto. O método inclui compensar três erros principais a fim de encontrar desvios de calibragem em um processo determinístico. Estes erros são causados por diferenças entre interfaces de antena, diferenças entre interfaces de sinal e margem de frequência, isto é, desvio de frequência, entre sinal principal e sinal acessório (piloto). No método, um desvio de calibragem é inicialmente determinado que leva em conta os erros causados por interfaces de antena e sinal. Refinamento adicional é realizado levando em conta erros causados pela margem de frequência entre os sinais principal e acessório.

Description

CALIBRAGEM DE SISTEMA DE ANTENA

CAMPO TÉCNICO

A presente invenção se refere a calibragem de antena e, mais particularmente, à calibragem de um sistema de antena sistema tendo uma pluralidade de antenas.

FUNDAMENTOS

Em sistemas de antena definindo uma matriz de duas ou mais antenas há diferenças entre as antenas. Em particular, caminhos de propagação diferem ligeiramente entre antenas, afetando a amplitude e a fase de sinais sendo recebidos e transmitidos com as antenas. Tradicionalmente, as diferenças foram levadas em conta determinando 10 desvios de calibragem para as antenas. Especificamente, um sinal conhecido é recebido e/ou transmitido por cada uma das antenas e as diferenças na saída resultante da antena são comparadas uma com a outra. Com base nas diferenças, desvios de calibragem são definidos para melhorar o desempenho do sistema.

Convencionalmente, os desvios de calibragem são determinados por um processo 15 iterativo. O processo geralmente inclui receber e transmitir sinais com as antenas, medir o resultado e fazer ajustes, isto é, modificar desvios de calibragem. Este é repetido até que diferenças na saída tenham sido reduzidas a um nível aceitável e o melhor desempenho nominal atingido. O sistema é normalmente sintonizado usando um sinal acessório ou piloto. No entanto, o melhor desempenho é desejado para o sinal principal, 20 não o sinal piloto. Consequentemente, um desvio é aplicado ao sinal piloto e a verificação de melhoria é executada com o sinal principal. Como será apreciado por aqueles versados na técnica, é um procedimento de tentativa e erro, e pode ser bastante demorado e intensivo em mão-de-obra.

Além disso, desvios de calibragem tendem a ser pesadamente dependentes de frequência. Para sistemas de antenas exigidos para uso através de uma grande faixa de frequência, o processo anterior de tentativa e erro pode se tornar custoso em termos do tempo necessário para completar o processo.

Além disso, os desvios de calibragem são tipicamente determinados antes de um sistema de antena ser instalado para uso. Após o sistema de antena ser instalado, fatores ambientais podem fazer com que diferenças mudem entre as antenas, tornando os desvios de calibragem anteriormente determinados bem longe do ideal.

Uma modalidade de um método ou processo de acordo com a presente invenção trata de alguns dos obstáculos de um procedimento de tentativa e erro. Em particular, ela fornece um procedimento mais automatizado e determinístico que é menos demorado e pode ser mais prontamente realizado através de uma ampla faixa de frequência. Além disso, a determinação de desvios de calibragem pode ser realizada pelo menos em parte após instalação de um sistema de antena.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO Em um aspecto, um método é fornecido para calibrar um sistema de antena tendo eletrônicos e um par de antenas passivas para conexão aos eletrônicos. Controle de 5 modificação é aplicado aos eletrônicos com base em sinais piloto injetados nos eletrônicos através de um par de interfaces de sinal quando os eletrônicos estão sendo operados. O método inclui receber um sinal com as antenas passivas e determinar amplitude e diferenças de fase no sinal recebido entre a primeira e a segunda antenas passivas.

O método também inclui injetar um sinal de teste em uma das interfaces de sinal

e, então, na outra e determinar as diferenças de amplitude e fase no sinal de teste entre quando ele é injetado em uma das interfaces de sinal e a outra. No método, isto é realizado para determinar um desvio de calibragem que é igual às diferenças de amplitude e de fase determinadas no sinal de teste entrè quando ele é injetado em uma 15 das interfaces de sinal e a outra, subtraídas das diferenças de amplitude e fase determinadas no sinal recebido entre as antenas passivas.

O desvio de calibragem é refinado levando em conta a margem de frequência. Para levar em conta a margem de frequência, o método inclui operar os eletrônicos com o desvio de calibragem acima determinado na ausência de entrada das antenas. A 20 próxima etapa é injetar um sinal piloto tendo uma primeira frequência e aplicar controle de modificação. Após isso, há uma cessação de controle de modificação e mudança do sinal piloto para um segundo desvio de frequência da primeira frequência e comutação do sinal piloto de uma interface de sinal para a outra. Então, as diferenças de amplitude e fase em uma saída dos eletrônicos são determinadas entre quando o sinal piloto com a 25 segunda frequência é comutado da uma interface de sinal para a outra. Finalmente, o método inclui usar estas diferenças como o desvio de calibragem.

O desvio de calibragem é geralmente dependente de frequência. O método, portanto, inclui repetir as etapas anteriores através de uma pluralidade de frequências. Para um sistema de antena destinado a receber sinais de um satélite de banda Ku, a pluralidade de frequências varia de 10,70 GHz a 12,75 GHz inclusive.

A etapa inicial do método, isto é, receber um sinal com as antenas passivas e determinar diferenças de amplitude e fase no sinal recebido entre a primeira e a segunda antenas, é realizada sem as antenas passivas conectadas aos eletrônicos. Ela também é realizada em um ambiente anecoico.

As etapas acima descritas são dirigidas à recepção. O método também inclui

etapas dirigidas a calibrar um sistema de antena para transmissão. A primeira etapa do método para calibrar transmissão é fornecer um sinal para as antenas passivas e determinar diferenças de amplitude e fase entre transmissões da primeira e da segunda antenas. O método inclui passar um sinal de teste através de uma das interfaces de sinal e, então, a outra e determinar a diferença de amplitude e fase no sinal de teste entre quando ele é passado através de uma das interfaces de sinal e a outra.

Após isso, um desvio de calibragem é determinado. O desvio de calibragem é determinado como sendo igual à diferença de amplitude e fase no sinal de teste entre quando ele é passado através de uma das interfaces de sinal e da outra, subtraída da diferença de amplitude e fase determinada nas transmissões entre a primeira e a segunda antenas.

Em transmissão, como em recepção, cada antena passiva é para conexão aos eletrônicos nos quais controle de modificação é aplicado aos eletrônicos com base em sinais piloto injetados nos eletrônicos e passando através das interfaces de sinal quando os eletrônicos estão sendo operados. Em conseqüência, o método leva em conta diferença de frequência entre o sinal piloto e o sinal principal.

A este respeito, o método ainda inclui operar os eletrônicos com o desvio de calibragem acima determinado e na ausência de entrada das antenas. O método, então, incluí injetar sinais piloto tendo uma primeira frequência, aplicar controle de modificação e, após isso, cessar o controle de modificação.

Após cessação de controle de modificação, o método fornece mudança do sinal

piloto para um desvio de frequência da primeira frequência. A próxima etapa é determinar as diferenças de amplitude e fase entre quando o sinal piloto com a segunda frequência passa através dos eletrônicos e da primeira interface de sinal, e dos eletrônicos e da segunda interface de sinal. As diferenças resultantes da determinação anterior das diferenças de amplitude e fase são usadas como o desvio de calibragem.

O desvio entre a primeira e a segunda frequências do sinal piloto é igual ao desvio de frequência entre o sinal principal e o sinal piloto quando o sistema de antena está sendo usado. Assim, o método leva em conta o desvio de frequência entre o sinal principal e o sinal acessório (sinal piloto). Em particular, o desvio de frequência é aproximadamente igual a 50 MHz.

Com afirmado anteriormente, desvios de calibragem são geralmente dependentes de frequência. Daí, o método em transmissão ainda inclui repetir as etapas anteriores através de uma pluralidade de frequências. Quando o sistema de antena da modalidade preferida está transmitindo através de uma faixa de frequência de 14GHz a 14,5 GHz 35 inclusive, a pluralidade de frequências é da mesma forma de 14 GHz a 14,5 GHz inclusive. A primeira etapa do método, isto é, fornecer um sinal para as antenas passivas e determinar diferenças de amplitude e fase entre transmissões da primeira e da segunda antenas, é realizada sem as antenas passivas conectadas aos eletrônicos. Ela também é realizada em um ambiente anecoico.

Outros aspectos e vantagens se tornarão aparentes da seguinte descrição,

tomada em conjunto com os desenhos anexos, ilustrando por meio de exemplo os princípios da invenção.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

As figuras de desenhos não estão necessariamente em escala e não representam 10 todos os aspectos, mas são diagramas esquemáticos para permitir àqueles versados na técnica fazer e usar a invenção sem experimentação indevida e não limitam o escopo das reivindicações. Modalidades de acordo com a invenção e vantagens, portanto, serão compreendidas por aqueles versados na técnica por referência à descrição detalhada abaixo junto com as figuras de desenhos a seguir, em que:

A Fig. 1 é uma ilustração esquemática de um sistema de antena exemplar para

explanação de uma modalidade preferida de um método de calibragem de antena de acordo com a presente invenção quando recebendo sinais com o sistema.

A Fig. 2 é uma ilustração esquemática do sistema de antena da Fig. 1 para explanação de uma modalidade preferencial de um método de calibragem de antena de acordo com a presente invenção quando transmitindo sinais com o sistema.

A Fig. 3 é uma vista em perspectiva esquemática de uma matriz ou painel de antena para ilustrar o arranjo físico da mesma.

A Fig. 4 é uma ilustração esquemática de um arranjo de câmara de teste para recepção por antenas do sistema da Fig. 1.

A Fig. 5 é uma ilustração esquemática de um arranjo para injeção de um sinal de

piloto de recepção através de interfaces de sinal do sistema da Fig. 1.

A Fig. 6 é uma ilustração esquemática de um arranjo de câmara de teste para transmissão por antenas do sistema da Fig. 2; e

A Fig. 7 é uma ilustração esquemática de um arranjo para injeção de um sinal

piloto de transmissão através de interfaces de sina DESCRIÇÃO DETALHADA DE MODALIDA A Fig. 1 é um diagrama esquemático ilustr para calibragem usando uma modalidade pre acordo com a presente invenção. O sistema de antena 10 inclui uma matriz ou painel de antena 11 definindo uma primeira antena 12 e uma segunda antena 14. De preferência, cada antena 12 e 14 é formada de uma pluralidade de elementos menores dispostos em

do sistema da Fig. 2.

DES PREFERIDAS

ando um sistema de antena exemplar erida de um processo ou método de um arranjo ou matriz em um painel para apresentar um perfil baixo. Um exemplo de uma antena formada de uma matriz de elementos menores é revelado na Patente US 7.994.998 para Engel, expedida em 9 de agosto de 2011 que é aqui incorporada por referência em sua totalidade. Outro exemplo é a Patente US 7.629.935 para Mansour et 5 al., expedida em 8 de dezembro de 2009, que é aqui incorporada por referência em sua totalidade.

Em particular, cada antena 12 e 14 é formada de uma pluralidade de elementos. Cada elemento é de banda larga e pode transmitir e receber simultaneamente através de uma faixa inclusiva de 10,7 GHz a 14,5 GHz. Embora as antenas 12 e 14 sejam 10 ilustradas como separadas entre si na Fig. 1, em uso as antenas 12 e 14 se sobrepõem entre si como mostrado na Fig. 3. Isto é, um único painel é formado com uma antena 12 ou 14 sobreposto na outra antena 12 ou 14. Mais particularmente, o painel inclui uma antena superior 12 ou 14, sobrepondo a antena inferior 12 ou 14. A antena superior 12 ou

14 coleta apenas um tipo de sinais polarizados, ou horizontais ou verticais. Se a antena 15 superior 12 ou 14 coletar apenas sinais polarizados horizontalmente, então, a antena inferior 12 ou 14 coleta apenas sinais polarizados verticalmente. O inverso também é verdadeiro. Se a antena superior 12 ou 14 coletar apenas sinais polarizados verticalmente, então, a antena inferior 12 ou 14 coleta apenas sinais polarizados horizontalmente.

A formação das antenas 12 e 14 em uma matriz em um painel com uma antena

12 ou 14 disposta na outra proporciona um perfil mais baixo. Um perfil mais baixo é vantajoso para uso móvel, tal como em um veículo. Especificamente, o perfil mais baixo torna mais fácil colocar a matriz de antena 10 em uma estrutura aerodinâmica, tal como uma de escoamento ou radome, para reduzir perdas por atrito quando o veículo se 25 desloca através de um meio, tal como ar ou água. A Fig. 3 ilustra as antenas 12 e 14 como tendo uma geometria retangular quando vistas de cima. A figura é uma perspectiva esquemática para fins ilustrativos e as antenas 12 e 14 têm outras geometrias dependendo da aplicação particular.

O sistema de antena 10 inclui eletrônicos 16. Uma primeira interface de antena 18 30 conecta a primeira antena 12 a uma primeira porta 20 dos eletrônicos 16 via um guia de onda (não mostrado). Quando a primeira antena 12 recebe um sinal 22, o sinal 22 é comunicado via o guia de onda e inserido pela porta 20 nos eletrônicos 16. O guia de onda é projetado e dimensionado para comunicar sinais na faixa de frequência de banda Ku com baixa perda. A primeira antena 12 combinada com sua interface de antena 18 é 35 denominada aqui como a primeira antena passiva 24.

Uma segunda interface de antena 26 conecta a segunda antena 14 a uma segunda abertura 28 dos eletrônicos 16. Em particular, a segunda interface de antena 26 inclui um guia de onda. Quando a segunda antena 14 recebe um sinal 30, o guia de onda da segunda interface de antena 26 comunica o sinal recebido a uma segunda porta 28 dos eletrônicos 16. A segunda antena 14 combinada com sua interface de antena 26 é denominada aqui como a segunda antena passiva 31.

Os eletrônicos 16 combinam e processam os sinais inseridos das interfaces de antena 18 e 26 e fornecem um sinal correspondente àquele em uma frequência mais baixa e produzem um sinal de saída 32 disponível em uma terceira porta 34. Mais particularmente, os eletrônicos 16 incluem um conversor para baixo em bloco de baixo 10 ruído, comumente denominado como um LNB, para transferir ou converter um sinal de frequência mais alta para uma frequência mais baixa na faixa de banda L. A função é fornecer conversão para baixo em banda Ku e banda L de sinais recebidos de um satélite de comunicação para um modem digital (não mostrado). O modem é para fornecer conectividade de dados para passageiros em um veículo carregando o sistema de antena 15 10.

Um amostrador ou aparelho de medição de sinal 33 é usado para medir ou amostrar o sinal de saída 32. Com base no sinal de saída amostrado ou medido 32, controle de modificação 38 é aplicado aos eletrônicos 16. Em particular, o sistema de antena 10 inclui um gerador de sinal 40. O gerador de sinal 40 produz um sinal acessório 20 ou piloto de baixo nível 42. O sinal piloto 42 está em um desvio de frequência do sinal principal, isto é, os sinais 22 e 30 sendo recebidos pelas antenas 12 e 14. O sinal piloto

42 é usado no sistema de antena 10 para compensar variações de hardware. A compensação para variações de hardware é realizada continuamente de acordo com medições de sinal piloto mudando a função de transferência nos eletrônicos 16. Mais 25 particularmente, o sistema de antena 10 é monitorado de acordo com as medições de sinal piloto. Supõe-se que medições indicando controle de modificação 38 com base em medições de sinal piloto também beneficiarão a recepção de sinais do satélite.

Erros são causados no sistema de antena 10 por pelo menos três fatores. Primeiro, existem diferenças entre as antenas passivas 24 e 31, especialmente com respeito às interfaces de antena 18 e 26. Segundo, existem diferenças no caminho seguido pelo sinal piloto 42. Terceiro, existe uma diferença na frequência entre o sinal piloto 42 e aquela dos sinais sendo recebidos de um satélite.

A compensação é realizada pelo menos em parte fornecendo um desvio de calibragem para as duas antenas passivas 24 e 31. Uma primeira modalidade de um processo ou método de acordo com a presente invenção inclui levar em conta tais diferenças entre as antenas passivas 24 e 31. A primeira etapa é receber um sinal com as antenas 12 e 14 e determinar diferenças de amplitude e fase na saída resultante. Isto é feito antes de as antenas 12 e

14 serem montadas no sistema 10, tal como em um arranjo de câmara de teste como ilustrado esquematicamente na Fig. 4. Em particular, as antenas passivas 24 e 31 são 5 usadas. Mais particularmente, as antenas 12 e 14 com as interfaces de antena 18 e 26 combinadas com o combinador de RF 35. Equipamento de medição externo, tal como um analisador de rede 37, é conectado ao combinador de RF 35 e usado para medir as diferenças de amplitude e fase dos sinais 41 e 43 recebidos pelas antenas 12 e 14. Uma antena de corneta 39 conectada ao analisador de rede 37 é usada para transmitir os 10 sinais 41 e 43. A polarização da antena de corneta 39 pode ser controlada. Polarização horizontal é usada para medir apenas um dos sinais 41 ou 43 e o outro sinal dos dois será aproximadamente nulo. Polarização vertical é usada para anular o outro sinal 41 ou

43 e medir o outro sinal dos dois. Desta maneira, as diferenças de amplitude e fase entre as interfaces de antena 18 e 26 podem ser isoladas. Daí, as diferenças de amplitude e 15 fase serão devidas substancialmente apenas para diferenças de caminho de propagação. Uma vez que o desvio de calibragem é dependente de frequência, a primeira etapa é realizada através da faixa de frequências para a qual as antenas 12 e 14 são esperadas de serem usadas.

Como descrito anteriormente, as antenas 12 e 14 são projetadas para transmitir e receber sinais de satélites de comunicação operando na banda Ku. Especificamente, receber sinais através de uma faixa de frequência de 10,70 GHz a 12,75 GHz inclusive. Diferenças de amplitude e fase são preferencialmente determinadas em um incremento de cerca de 5 Mhz através desta faixa de frequência.

A câmara de teste de preferencia fornece um ambiente isolado, tal como uma 25 câmara anecoica, para minimizar reflexões e sinais externos estranhos que poderiam causar interferência. Como o sistema de antena 10 se destina a comunicação da terra para um satélite, o sinal de teste é dirigido em direção às antenas 12 e 14 de uma maneira a simular sinais chegando de uma longa distância, tal como de um satélite em órbita geossíncrona para um local bem dentro da atmosfera da terra, por exemplo, para 30 um veículo terrestre. Uma técnica para simular sinais chegando de uma longa distância em uma faixa compacta é refletir o sinal de teste de uma estrutura tendo uma superfície parabólica ampla em direção às antenas 12 e 14. O resultado é produzir uma frente de onda quase plana chegando na posição das antenas 12 e 14. Alternativamente, uma faixa de campo distante pode ser usada.

A segunda etapa do processo ou método é determinar diferenças de sinal piloto.

Isto é feito antes da conexão das antenas passivas 24 e 31, tal como no arranjo mostrado na Fig. 5. Em particular, este arranjo inclui as interfaces de sinal 44 e 46, um comutador 48, um analisador de rede 37 e um adaptador de guia de onda ou gabarito 49. As portas 20 e 28 e os eletrônicos 16 não são usados. O analisador de rede 37 é usado para medir diferenças entre as duas interfaces de sinal 44 e 46. Mais particularmente, a medição é 5 feita independente de quando o sistema 10 está totalmente montado e quando o conversor para baixo em bloco de baixo ruído (LNB) dos eletrônicos 16 não está conectado às antenas 12 e 14.

No arranjo da Fig. 5, o analisador de rede 37 é usado para injetar um sinal de teste 51 através do comutador 48 em uma das interfaces de sinal 44 ou 46. O sinal 51 é 10 transmitido de volta para o analisador de rede 37 através de uma das aberturas 53 ou 55 do gabarito 49 via um cabo. Esta medição é usada como um nível de referência para uma medição subsequente. Na medição subsequente, o comutador 48 é mudado para a outra interface de sinal 44 ou 46 e o cabo conectado à outra porta 53 ou 55 do gabarito 49. A medição subsequente é comparada com a medição anterior (o nível de referência) e a 15 diferença armazenada como a diferença entre as interfaces de sinal 44 e 46. Ela é realizada através da mesma faixa de frequência que a primeira parte do processo, usando o mesmo incremento de frequência.

Como descrito anteriormente, o sinal piloto está a um desvio de frequência do sinal sendo recebido pelas antenas 12 e 14. De preferência, o desvio é de cerca de 50 MHz da frequência do sinal sendo recebido pelas antenas 12 e 14. Mais preferivelmente, o desvio é para baixo da frequência do sinal sendo recebido pelas antenas 12 e 14.

Após isso, o método determina um desvio de calibragem. O desvio de calibragem é igual às diferenças de amplitude e fase determinadas entre as interfaces de sinal 44 e 46 subtraídas das diferenças de amplitude e fase determinadas entre as antenas 25 passivas 24 e 31. O desvio de calibragem é determinado através da faixa de frequência de recepção destinada para uso pelo sistema de antena 10 usando o incremento de frequência acima descrito. Isto é, um desvio de calibragem é determinado em aproximadamente um incremento de 50 MHz através da faixa de frequência pretendida. Como descrito acima, as antenas são projetadas para transmitir e receber sinais na

banda Ku, isto é, de 10,70 GHz a 12,75 GHz inclusive. Daí, um desvio de calibragem é determinado em cada uma de 10,725 GHz, 10,775 GHz, 10,825 GHz e assim por diante até 12,725 GHz serem atingidos. Em particular, fendas de calibragem são determinadas variando de 10,70 GHz a 10,75 GHz1 10,75 GHz a 10,80 GHz1 10,80 a 10,85 GHz e assim por diante. Os desvios de calibragem são determinados para a frequência central 35 de cada fenda (10,725 GHz, 10,775 GHz, 10,825 GHz e assim por diante até 12,725 GHz ser atingida). O ponto de partida do método pode ser considerado como determinar as diferenças entre as interfaces de antena 18 e 26 e as interfaces de sinal 44 e 46. Uma vez que as diferenças foram determinadas, o método inclui permitir ao sistema 10 convergir na frequência de sinal principal, embora compensando erros de acordo com as medições de sinal piloto. Em particular, os eletrônicos 16 são operados de modo que eles usem os desvios de calibragem determinados anteriormente e na ausência de entrada das antenas 12 e 14. Somente um sinal piloto 42 é injetado, sem um desvio de frequência. Mediante conclusão desta convergência, uma comutação para modo passivo é feita. Isto é, não há mais compensação para erros e, portanto, os eletrônicos 16 permanecem constantes. A próxima parte do método é mudar a frequência de sinal piloto para seu valor ordinário, tipicamente 50 MHz abaixo do sinal principal. A última parte é medir a diferença entre os sinais piloto que são obtidos por esta modificação, isto é, comutar para modo passivo e mudar frequência e armazenar estas diferenças como os desvios de calibragem a serem usados após isso. Os sinais piloto 42 são injetados na ausência de sinais recebidos das antenas 12 e 14.

Como descrito anteriormente, diferenças ou erros entre as antenas passivas 24 e

31 são determinadas. Além disso, diferenças ou erros entre as interfaces de sinal piloto

44 e 46 são determinadas. As últimas subtraídas das anteriores são usadas como um desvio de calibragem inicial e armazenadas. Como as diferenças ou os erros são dependentes de frequência, desvios de calibragem iniciais através da faixa de frequência de uso pretendido são estabelecidos.

Após isso, os desvios de calibragem são armazenados e chamados para a frequência particular à qual o sistema de antena 10 está operando, isto é, de acordo com a frequência de sinal principal. Quando o sistema de antena 10 está operando, o comutador 48 comuta o sinal piloto 42 de uma interface de sinal piloto 44 para a outra 46 e mede as diferenças de fase e amplitude na porta 34 dos eletrônicos 16. No entanto, em operação, o sinal piloto 42 tem um desvio da frequência de sinal principal. Assim, os desvios de calibragem incialmente determinados são refinados. Primeiro, o sistema de antena 10 é operado como usual na ausência de sinais das antenas passivas 24 e 31 e permitido chamar e usar os desvios de calibragem inicialmente determinados de acordo com a frequência do sinal piloto 42. Isto é, os eletrônicos 16 estão em modo ativo. O modo, após isso, é mudado para passivo e o sinal piloto 42 mudado para uma segunda frequência de acordo com seu desvio usual (50 MHz abaixo da frequência de sinal principal ou a primeira frequência do sinal piloto 42 nesta situação). As diferenças de fase e amplitude após isso resultantes na porta 34 (saídas dos eletrônicos) entre quando o comutador 48 comuta o sinal piloto com seu desvio usual (segunda frequência) entre as interfaces de sinal 44 e 46 são, após isso, armazenadas como o desvio de calibragem final.

Em resumo, o método para calibragem leva em conta três tipos de erros no sistema de antena 10. Primeiro, o método leva em conta diferenças ou erros entre as antenas passivas 24 e 31, tal como nas interfaces de antena 18 e 26 e as antenas 12 e

14. Segundo, ele leva em conta erros ou diferenças entre as interfaces de sinal piloto 44 e 46. Terceiro, ele leva em conta erros causados pelo sinal piloto 42 estando em um desvio de frequência daquela sendo transmitida pelo satélite.

A descrição anterior a respeito da Fig. 1, descrevendo a calibragem do sistema de 10 antena 10 com respeito à recepção pelas antenas 12 e 14. A Fig. 2, em contraste, ilustra uma modalidade preferida ou método para calibragem com respeito à transmissão pelas antenas 12 e 14. Muitos dos componentes ilustrados na Fig. 2 são os mesmos que na Fig. 1 e numerais de referência idênticos são usados na Fig. 2 como na Fig. 1 para designar os mesmos componentes ou componentes substancialmente idênticos. No 15 entanto, há algumas diferenças entre as Figs. 1 e 2.

A esse respeito, a Fig. 2 ilustra o sistema de antena 10 tendo a matriz ou painel de antena 11. Como descrito anteriormente, o painel de antena 11 define uma primeira antena 12 e uma segunda antena 14 e o sistema de antena 10 inclui os eletrônicos 16. Além, disso, o conversor para baixo de bloco de baixo .ruído descrito acima, os

I

eletrônicos 16 incluem um conversor para cima de bloco. Uijn conversor para cima de bloco é comumente abreviado como um BUC. O conversor para cima de bloco no sistema de antena 10 transfere ou converte um sinal de frequência mais baixa da faixa de banda L para um sinal de frequência mais alta na banda Ku para transmissão das antenas 12 e 14.

Quando o sistema de antena 10 está em uso para transmissão, um sinal 50 para

transmissão pelas antenas 12 e 14 é fornecido para os eletrônicos 16. O sinal 50 é um sinal na banda L e é entrada, por exemplo, de um modem digital. Cada uma das antenas 12 e 14, respectivamente, transmite um sinal 54 e 56 de acordo com o sinal 50 que cada antena 12 e 14 recebe via sua respectiva interface de antena 18 e 26.

Controle de modificação 38 é aplicado com base na medição de sinal piloto. Em

particular, o gerador de sinal 40 fornece um sinal piloto 52 em um desvio de frequência para os eletrônicos 16. O sinal piloto 52 é convertido para cima pelos eletrônicos 16 e enviado nas portas 20 e 28, respectivamente, para as interfaces de sinal 44 e 46. Um comutador 48 é usado para comutar entre os sinais 58 e 60, para fornecer um sinal 35 amostrado para o dispositivo de medição de sinal 33. Com base na medição de sinal piloto, o controle de modificação 38 é aplicado. Embora o comutador 48 tenha sido esquematicamente ilustrado como tendo uma aparência mecânica, o comutador 48 é eletrônico e comuta sinais na ordem de milissegundos.

A primeira etapa do método para calibragem na transmissão é preferencialmente executada em um arranjo de câmara de teste como esquematicamente ilustrador na Fig.

6. As antenas passivas 24 e 31 são conectadas a um combinador de RF 35. O combinador de RF 35 conecta a um analisador de rede 37 o qual fornece um sinal 64 na faixa de banda Ku para transmissão pelas antenas 12 e 14. Cada antena 12 e 14 transmite um sinal 66 e 68 de acordo com o sinal 64 do analisador de rede 37. Os sinais 66 e 68 das antenas 12 e 14 são recebidos com uma antena de corneta 39. Com base 10 nos sinais recebidos, a antena de corneta 39 fornece entrada para o analisador de rede 37. Daí, as diferenças de amplitude e fase serão devidas substancialmente apenas para diferenças de caminho de propagação. Uma vez o desvio de calibragem é dependente de frequência, esta primeira etapa é executada através da faixa de frequências para as quais as antenas 12 e 14 são esperadas para serem usadas para transmissão, isto é, de 15 14 GHz a 14,5 GHz inclusive.

A determinação de diferenças de amplitude e fase entre sinais transmitidos 66 e 68 da primeira e da segunda antenas 12 e 14 é feita em um ambiente isolado, tal como em uma câmara anecoica, como descrito anteriormente. Em uma faixa compacta, os sinais 66 e 68 são refletidos primeiro de um grande refletor parabólico, como descrito 20 anteriormente, antes da recepção com a antena de corneta 39. A reflexão simula sinais chegando de uma longa distância, tal como em um satélite em órbita geossíncrona, de uma aeronave bem dentro da atmosfera da terra, isto é, de um veículo terrestre. Alternativamente, uma faixa de campo distante pode ser usada.

A próxima etapa é determinar diferenças de sinal piloto. Isto é feito antes da 25 conexão das antenas passivas 24 e 31, tal como no arranjo mostrado na Fig. 7. Este arranjo inclui as interfaces de sinal 44 e 46, um comutador 48, um analisador de rede 37 e um adaptador de guia de onda ou gabarito 49. O analisador de rede 37 é usado para medir diferenças entre as duas interfaces de sinal 44 e 46. Mais particularmente, a medição é feita independente de quando o sistema 10 está totalmente montado e quando 30 os eletrônicos 16 não estão conectados às antenas 12 e 14.

No arranjo da Fig. 7, o analisador de rede 37 é usado para injetar um sinal de teste 72 através de uma das portas 53 ou 55 do gabarito 49 via um cabo. O sinal 72 é roteado através de uma das interfaces de sinal 45 ou 46 e de volta para o analisador de rede 37 através do comutador 48. O analisador de rede 37 mede o sinal recebido. Em 35 particular, esta medição é usada como um nível de referência para uma medição subsequente. Na medição subsequente, o comutador 48 é mudado para a outra interface de sinal 44 ou 46 e o cabo conectado à outra porta 53 ou 55 do gabarito 49. A medição subsequente é comparada com a medição anterior (o nível de referência) e a diferença armazenada como a diferença entre as interfaces de sinal 44 e 46. Ela é executada através da faixa de frequência para a qual o sistema de antena 10 serve para enviar transmissões, isto é, de 14 GHz a 14,5 GHz inclusive.

Após isso, o método determina um desvio de calibragem. O desvio de calibragem é igual às diferenças de amplitude e fase determinadas entre as interfaces de sinal 44 e 46 subtraídas das diferenças de amplitude e fase determinadas entre as antenas passivas 24 e 31. O desvio de calibragem é determinado através da faixa de frequência 10 pretendida para uso pelo sistema de antena 10 usando o incremento de frequência acima descrito. Isto é, um desvio de calibragem é determinado em cerca de um incremento de 50 MHz através da faixa de frequência pretendida. Como descrito acima, as antenas são projetadas para transmitir sinais na banda Ku, isto é, de 14 Ghz a 14,5 GHz inclusive. Daí, um desvio de calibragem é determinado em cada uma de 14,025 GHz, 14,075 GHz, 15 14,125 GHz e assim por diante até 14,475 GHz ser alcançado. Em particular, dez fendas de frequência de calibragem são definidas, variando de 14,00 GHz a 14,05 GHz, 14,05 GHz a 14,15 GHz, 14,10 a 14,15 GHz e assim por diante. As frequências centrais para estas fendas são como acima, isto é, de 14,025 GHz, 14,075 GHz, 14,125 GHz e assim por diante até 14,475 GHz ser alcançada.

Como descrito anteriormente, o sinal piloto está em um desvio de frequência do

sinal sendo transmitido pelas antenas 12 e 14. De preferencia, o desvio é de cerca de 50 MHz da frequência do sinal sendo transmitido pelas antenas 12 e 14. Mais preferivelmente, o desvio está para baixo da frequência do sinal sendo transmitido pelas antenas 12 e 14.

O processo ainda inclui refinar o desvio de calibragem para levar em conta o

desvio de frequência de sinal piloto. O refino adicional do desvio de calibragem inclui usar o desvio de calibragem determinado como descrito acima. Especificamente, operar os eletrônicos 16, de modo que eles usem o desvio de calibragem anteriormente determinado e na ausência de entrada das antenas 12 e 14. Isto é, permitir ao sistema 10 30 convergir na frequência de sinal principal, embora compensando erros de acordo com as medições de sinal piloto. Isto é, um sinal piloto 42 é injetado dentro da faixa de frequência destinada para uso pelas antenas passivas 24 e 31. Mediante conclusão desta convergência, uma comutação para modo passivo é feita. Isto é, não há mais compensação para erros e, portanto, os eletrônicos 16 permanecem constantes. A 35 próxima parte do método é mudar a frequência de sinal piloto para seu valor ordinário, tipicamente 50 MHz abaixo do sinal principal. A última parte é medir a diferença entre sinais piloto que são obtidos por esta modificação, isto é, injetar um sinal piloto sem desvio de frequência e um sinal piloto com um desvio de frequência, e armazenar estas diferenças como os desvios de calibragem a serem usados após isso.

Com referência à Fig. 2, uma vez que o sinal piloto 42 tenha sido comutado para 5 uma frequência com um desvio (segunda frequência), o comutador 48 comuta a entrada para o aparelho de medição de sinal 33 de uma interface de sinal 44 para a outra 46. A diferença em fase e amplitude no sinal piloto 52 com a segunda frequência entre quando ele é comutado de uma interface de sinal 44 para a outra 46 é após isso ser armazenada e usada como o desvio de calibragem.

Como com a recepção, o desvio de calibragem para transmissão é dependente de

frequência. Daí, o método ou procedimento anterior é repetido através da faixa de frequência pretendida de uso para as antenas. De mais preferência, através de uma faixa de frequência de 14 GHz a 14,5 GHz inclusive para transmissão. Diferenças de amplitude e fase são de preferência determinadas em um incremento de cerca de 5 MHz através da faixa de frequência anterior que está na banda Ku.

O procedimento ou método leva em conta três tipos de erros nos sistema de antena 10 quando usado para transmissão. Primeiro, o método leva em conta diferenças ou erros entre as antenas passivas 24 e 31, tal como nas interfaces de antena 18 e 26 e nas antenas 12 e 14. Segundo, ele leva em conta erros devidos à injeção de um sinal 20 piloto, tal como as interfaces de sinal 44 e 46. Terceiro, ele leva em conta causados por um desvio de frequência no sinal piloto 52.

Uma vantagem do processo ou método anterior é que algumas porções podem ser realizadas após instalação do sistema de antena 10 onde ele será usado, tal como em um veículo. A porção inicial é de preferência realizada em um ambiente isolado, tal 25 como em uma câmara anecoica. Diferenças devidas ao desvio de frequência de sinais pilotos podem ser levados em conta após a instalação do sistema de antena 10. A vantagem de fazer isto após a instalação é que fatores ambientais da instalação particular serão levados em conta na determinação de desvios de calibragem para esta parte do método.

Outra vantagem é que ele não depende de tentativa e erro. Desvios de calibragem

são determinados com base em diferenças em amplitude e fase. Assim ele é um método determinístico que não requer um processo iterativo para chegar em desvios de calibragem e, daí, pode ser prontamente automatizado.

Várias mudanças e modificações podem ser feitas nas modalidades descritas sem desviar do espírito e escopo da invenção como será reconhecido por aqueles versados na técnica. Por exemplo, embora as modalidades tenham sido descritas mostrando um sistema com duas antenas, ele poderia ser estendido para sistemas tendo mais antenas. As antenas 12 e 14 podem ser projetadas para operar em outras bandas, tal como a banda Ka e/ou a banda C, por exemplo. As antenas 12 e 14 foram descritas como sobrepostas entre si. Em outras modalidades, as antenas poderiam ter outras 5 configurações tal como, por exemplo, ser formadas lado a lado ao invés de serem sobrepostas. Ao invés de determinar desvios de calibragem com base em fase e amplitude, os desvios de calibragem poderiam ser baseados em diferenças em tempo e inclinação. Uma vez que mudanças podem ser feitas como descrito, os presentes exemplos e modalidades serão considerados como ilustrativos e não restritivos e a 10 invenção não será limitada aos detalhes dados aqui, mas podem ser modificados dentro do escopo e da equivalência das reivindicações anexadas.

Claims

1. Método para calibrar um sistema de antena eletrônicos e um par de antenas passivas para conexão aos eletrônicos no qual modificação de controle é aplicada aos eletrônicos com base em um sinal piloto injetado nos eletrônicos através de uma de interfaces de sinal quando os eletrônicos são operados, o método caracterizado pelo fato de que compreende: receber um sinal com as antenas passivas e determinar amplitude e diferenças de fase no sinal recebido entre a primeira e a segunda antenas passivas; injetar um sinal de teste em uma das interfaces de sinal e, então, na outra e determinar as diferenças de amplitude e fase no sinal de teste entre quando ele é injetado em uma das interfaces de sinal e a outra; e determinar um desvio de calibragem que é igual à amplitude e as diferenças de fase determinadas no sinal de teste entre quando ele é injetado em uma das interfaces de sinal e a outra, subtraídas da amplitude e das diferenças de fase determinadas no sinal recebido entre as antenas passivas.

2. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende: operar os eletrônicos com o desvio de calibragem determinado na dita determinação de um desvio de calibragem na ausência de entrada das antenas; injetar um sinal piloto tendo uma primeira frequência; aplicar modificação de controle; cessar modificação de controle; mudar o sinal piloto para um segundo desvio de frequência da primeira frequência e comutar o sinal piloto de uma interface de sinal para a outra; determinar as diferenças de amplitude e fase em um saída dos eletrônicos entre quando o sinal piloto com a segunda frequência é comutado da interface de um sinal para a outra; e usar estas diferenças resultantes da dita determinação da amplitude e das diferenças de fase como o desvio de calibragem.

3. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende repetir a dita recepção de um sinal, o dito fornecimento de um sinal piloto e a dita determinação de um desvio de calibragem através de uma plutalidade de frequências.

4. Método, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que a pluralidade de frequências varia de 10,70 GHz a 12,75 GHz inclusive.

5. Método, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que os eletrônicos incluem um modo ativo e um modo passivo e a dita comutação do sinal piloto é executada no modo passivo.

6. Método, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que sinal é recebido através de uma faixa de frequências de 10,70 GHz a 12,75 GHz inclusive.

7.Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a dita recepção de um sinal é executada com as antenas passivas em um ambiente anecoico sem as antenas passivas conectadas aos eletrônicos.

8. Método para calibrar um sistema de antena tendo uma primeira antena passiva e uma segunda antena passiva e primeira e segunda interfaces de sinal, o método caracterizado pelo fato de que compreende: fornecer um sinal para as antenas passivas e determinar amplitude e diferenças de fase entre transmissões da primeira e da segunda antenas; passar um sinal de teste através de uma das interfaces de sinal e, então, a outra e determinar a amplitude e a diferença de fase no sinal de teste entre quando ele é passado através de uma das interfaces de sinal e a outra; determinar um desvio de calibragem que é igual à amplitude e a diferença de fase determinadas no sinal de teste entre quando ele é passado através de uma das interfaces de sinal e a outra, subtraídas da amplitude da diferença de fase determinadas nas transmissões entre a primeira e a segunda antenas.

9. Método, de acordo com a reivindicação 8, em que cada antena passiva é para conexão aos eletrônicos nos quais controle de modificação é aplicado aos eletrônicos com base em um sinal piloto injetado nos eletrônicos e passando através das interfaces de sinal quando os eletrônicos estão sendo operados, o método caracterizado pelo fato de que ainda compreende: operar os eletrônicos com o desvio de calibragem determinado na dita determinação de um desvio de calibragem na ausência de entrada das antenas; injetar um sinal piloto tendo uma primeira frequência; aplicar controle de moficação; cessar controle de modificação; mudar o sinal piloto para um desvio de frequência da primeira frequência; determinar as diferenças de amplitude e fase entre quando o sinal piloto com a segunda frequência passa através dos eletrônicos e da primeira interface de sinal e dos eletrônicos e da segunda interface de sinal; e usar as diferenças resultantes da dita determinação da amplitude e das diferenças de fase como os desvios de calibragem.

10. Método, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que compreende ainda repetir o dito fornecimento de um sinal, a dita passagem de um sinal de teste e a dita determinação de um desvio de calibragem através de uma pluralidade de frequências.

11. Método, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que a pluralidade de frequências varia de 14 GHz a 14,5 GHz inclusive.

12. Método, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que os eletrônicos incluem um modo ativo e um modo ativo e a dita comutação do sinal piloto é executada no modo passivo.

13. Método, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que o desvio é de aproximadamente 50 MHz.

14. Método, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que a segunda frequência é desviada para baixo da primeira frequência:

15. Método, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que o dito fornecimento de um sinal é realizado em um ambiente anecoico.

16. Método, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que a dita determinação da amplitude e das diferenças de fase inclui comutar a entrada para um aparelho de medição de sinal de uma interface de sinal para a outra.