BR102015020621A2 - método de conversão de radiofrequência, conversor de radiofrequência reconfigurável e transceptor de rf multibanda - Google Patents

Abstract

resumo método de conversão de radiofrequencia, conversor de radiofrequência reconfigurável e transceptor de rf multibanda a presente invenção se refere a um conversor de radiofrequência capaz de operar desde a faixa de dezenas de khz a dezenas de ghz. mais especificamente, a presente invenção trata de um dispositivo que utiliza tecnologia fotônica, proporcionando a translação de frequências para faixas superiores ou inferiores do espectro radioelétrico sem alterações de hardware. outro objeto do presente pedido de patente trata do transceptor de rf multibanda obtido com a implementação do conversor descrito, bem como suas inúmeras aplicações.

Description

MÉTODO DE CONVERSÃO DE RADIOFREQUÊNCIA, CONVERSOR DE RADIOFREQUÊNCIA RECONFIGURÁVEL E TRANSCEPTOR DE RF

MULTIBANDA

Campo da invenção [001] O presente pedido de patente de invenção se refere à um conversor de radiofrequência (RF) reconfigurável baseado em tecnologia fotônica. Mais especificamente, a presente invenção trata de um dispositivo optoeletrônico que permite transladar a frequência de sinais gerados internamente ou por dispositivos externos para faixas de frequências superiores ou inferiores à original. Outro objeto do pedido de patente trata do transceptor de RF multibanda reconfigurável concebido com a implementação do conversor de RF descrito, bem como suas inúmeras aplicações.

[002] Os objetos de proteção aqui desenvolvidos podem ser empregados para gerar sinais de RF em diferentes frequências. Podem também ser utilizados para habilitar características de convergência e flexibilidade em qualquer sistema de comunicação sem fio, tais como redes celulares de segunda (2G), terceira (3G), quarta (4G) e quinta (5G) geração, redes Wi-Fi, entre outros.

[003] O objeto de proteção permite a integração de sistemas de comunicações sem fio com redes ópticas por meio do uso das suas interfaces ópticas. Por isso, produtos baseados no conversor de RF descrito podem ser aplicados às redes óptico-sem fio atuais e das próximas gerações.

Antecedentes da invenção [004] O projeto e a fabricação de conversores de RF são tipicamente realizados com componentes e circuitos eletrônicos, implementados com diversos estágios de conversão de frequência. Na transmissão, toma-se geralmente como referência um sinal elétrico de baixa frequência, de modo que esta seja sequencialmente incrementada por circuitos multiplicadores até alcançar o valor desejado para o sinal a ser transmitido. Na recepção ocorre o processo inverso. A frequência do sinal recebido é reduzida também por meio de circuitos eletrônicos, a fim de disponibilizar um sinal elétrico com frequência intermediária (FI) para os circuitos de processamento digital de sinais.

[005] Os últimos estágios de conversão podem inclusive ser implementados por unidades externas próximas às antenas, quando as frequências de transmissão e recepção tipicamente correspondem à faixa de micro-ondas e de ondas milimétricas. Particularmente, enlaces ponto a ponto de radiocomunicação operam em frequências como 6, 7, 8, 11, 13, 18, 21 e 23 GHz, e para cada uma destas frequências há um hardware diferente. Já para radiodifusão, são utilizadas bandas específicas do espectro de acordo com o serviço prestado. Sistemas de TV digital operam na banda de UHF. O padrão celular 2G, que prioriza serviços de voz, utiliza canais nas faixas de 850, 900, 1.800 e 1.900 MHz. A maior parte das redes 3G são implantadas nas bandas de 1.920 a 1.980 MHz e 2.110 a 2.170 MHz, priorizando serviços de dados. Os sistemas 4G utilizam canais na banda de 2.500 a 2.690 MHz, e os padrões Wi-Fi operam nas bandas de 2,4 e 5 GHz.

[006] A implementação de conversores de RF com o método convencional atende individualmente estas tecnologias, com diferenças de hardware relacionadas às bandas de operação. Todavia, a complexidade e o custo do método aumentam significativamente com a elevação das frequências de operação, dada às limitações dos componentes eletrônicos. As dificuldades são ainda maiores quando se deseja flexibilidade em frequência e operação na faixa de ondas milimétricas. Como exemplo, o pedido de patente PI0804381 de 14/10/2008 descreve um método para conversão de frequências de rádio utilizando uma placa eletrônica. Este método tem a desvantagem de exigir a geração de tons necessários ao sincronismo e à translação dos sinais, bem como mudanças nas frequências de filtragem da placa de RF em função da banda utilizada.

[007] Uma técnica conhecida para a geração de portadoras de RF nas faixas de micro-ondas e ondas milimétricas consiste na multiplicação em frequência no domínio óptico, conforme descrito na publicação Reconfigurable Multi-band Radio-Frequency Transceiver based on Photonics Technology for Future Optical Wireless Communications (Borges, R.M. et al, IET Optoelectronics 2014.0128, ISSN 1751-8776), cujo conteúdo é incorporado ao presente pedido em sua totalidade.

[008] Segundo mostra a Figura 1, reproduzida da figura de mesmo número do referido artigo, o método baseia-se na modulação externa e utiliza um laser (1), um modulador eletroóptico (2) e um fotodetector (3). Dependendo da região de polarização do modulador obtém-se fatores multiplicativos (k) iguais a 1 ou 2, aplicados ao sinal de RF tomado como referência, sendo este proveniente, por exemplo, de um oscilador local. Além disso, o ajuste da frequência deste sinal (fio) proporciona reconfigurabilidade em frequência para a portadora de RF gerada, de dezenas de kHz a dezenas de GHz, atendendo diversos sistemas de comunicação sem fio consolidados e em desenvolvimento. A fibra óptica (4) pode ser utilizada como alternativa para transportar o campo modulado até estações remotas, viabilizando a distribuição de sinais nas faixas de micro-ondas e ondas milimétricas.

[009] Essa técnica proporciona baixo ruído de fase, pureza espectral, flexibilidade em frequência e pode ser aplicada inclusive para prover convergência entre padrões sem fio. Existem ainda as vantagens de imunidade a interferência eletromagnética, simples ajuste da frequência de operação, integração direta com redes ópticas e redução de peso, tamanho e consumo de energia. No entanto, a técnica descrita no referido documento permite transladar frequências apenas para faixas superiores do espectro eletromagnético.

[010] Para a recepção de sinais na faixa de micro-ondas e ondas milimétricas, uma técnica bastante eficiente é também baseada em tecnologia fotônica, com a utilização de dois moduladores ópticos (2a e 2b) em cascata conforme descrito na publicação Comparison of Series and Parallel Optical Modulators for Microwave Down-Conversion, Gallo, J.T.; Godshall, J.K., IEEE Photonics Technology Letters, Vol 10, No. 11, November 1998, e ilustrado na Figura 2. O objetivo do método é converter sinais de alta frequência em sinais de FI, e assim disponibilizá-los para processamento eletrônico. O sinal na faixa de RF, recebido, por exemplo, por uma antena (jRFa), é convertido pelo primeiro modulador óptico (2a) para o domínio óptico e o campo gerado - com o espectro ilustrado em (8) -interage com outro campo óptico, modulado em função do sinal elétrico proveniente do oscilador local (OL), cuja frequência é fOL. A fotodetecção do campo elétrico resultante gera componentes espectrais no domínio elétrico, sendo uma delas equivalente à fRFa - f0L (9). As características de modulação, eventualmente presentes no sinal captado pela antena, são preservadas na componente de frequência inferior gerada. Esta pode ser selecionada por um filtro elétrico passabaixas, e representa o sinal recebido para o devido processamento [10] . Portanto, ajustando a frequência do oscilador local pode-se transladar sinais de RF inicialmente na faixa de ondas milimétricas para frequências inferiores. O método é utilizável em uma grande variedade de aplicações, tais como redes celulares, radares, sensoriamento espectral e sistemas de comunicação sem fio em geral.

[011] As principais vantagens da redução em frequência utilizando dois moduladores ópticos em cascata referem-se à alta isolação entre as portas de RF e do oscilador local, à grande largura de banda provida pelos moduladores e a alta estabilidade adquirida. Além disso, o uso do método permite a detecção de frequências extremamente altas, que comumente excedem as larguras de banda dos conversores analógico/digital. Todavia, a técnica descrita na referida publicação compreende apenas a translação de frequências para faixas inferiores do espectro eletromagnético.

[012] Além do método descrito acima, encontram-se na literatura alguns documentos que descrevem técnicas e dispositivos empregados para transladar sinais elétricos em frequência e atender inclusive a faixa de ondas milimétricas. Um deles está referenciado a seguir.

[013] O trabalho publicado no Journal of Lightwave Technology, volume 32, número 16, em agosto de 2014 (Photonics-assisted multiband RF TRANSCEIVER FOR WIRELESS COMMUNICATIONS), descreve um transceptor de RF multibanda desenvolvido com tecnologia fotônica em uma arquitetura caracterizada por moduladores ópticos em paralelo. Este método tem a desvantagem de utilizar dois fotodetectores e prever a implementação de filtros, inclusive na transmissão. Além disso, a quantidade de canais espectrais atendidos depende também do MLL (Mode-Locked Laser), sendo este dispositivo um laser com características avançadas e, portanto, de custo elevado.

Objetivos da invenção [014] Em vista do exposto, a presente invenção tem por objetivo a descrição de um método para transladar frequências, tanto para faixas superiores como para faixas inferiores do espectro eletromagnético.

[015] Outro objeto de proteção é um conversor de RF reconfigurável capaz de operar de dezenas de kHz a dezenas de GHz ou até centenas de GFIz, sendo sua frequência de operação limitada apenas pelas larguras de faixa dos moduladores ópticos e do fotodetector.

[016] Outro objetivo de proteção refere-se ao provimento de um transceptor de RF multibanda, bem como seu uso, aplicações e usos afins.

Breve descrição da invenção [017] Os objetivos acima, bem como outros, são atingidos pela invenção mediante o provimento de um método de conversão de frequência reconfigurável e banda larga, baseado em tecnologia fotônica e utilizando pelo menos um modulador eletroóptico (ME). 0(s) sinal(is) óptico(s) são modulados por um primeiro e um segundo sinais de RF, sendo este último fornecido por um oscilador local ou gerador de RF. Segue-se uma etapa de fotodetecção do sinal óptico modulado e facultativa amplificação do sinal de RF gerado, dito método provendo o traslado em freqüência de um sinal de RF tanto nos modos upconverter (conversão para frequências superiores à original) como downconverter (conversão para frequências inferiores à original). O modo de traslado é determinado por ajustes de parâmetros de entrada do conversor, ditos ajustes compreendendo a frequência e fase do oscilador local e as tensões de polarização aplicadas ao dito pelo menos um modulador eletroóptico.

[018] De acordo com outra característica da invenção, para a função upconverter ditos primeiro e segundo sinais de RF possuem a mesma freqüência.

[019] De acordo com outra característica da invenção, para a função upconverter ditos primeiro e segundo sinais de RF estão defasados em 90°.

[020] De acordo com outra característica da invenção, dita modulação compreende uma primeira etapa de modulação e a(s) seguinte(s) etapa(s) de modulação, dita primeira etapa consistindo na modulação de uma portadora óptica em CW pelo dito primeiro sinal de RF, e dita(s) seguinte(s) etapa(s) compreendendo a modulação do sinal óptico modulado, resultante de dita primeira modulação, pelo dito segundo sinal de RF e assim em diante.

[021] De acordo com outra característica da invenção, o regime de operação de dito pelo menos um modulador eletroóptico é controlado por meio de tensões de polarização cujo valor é ajustado por um bloco de controle ou por uma outra fonte de tensão qualquer.

[022] De acordo com outra característica da invenção, dita primeira etapa de modulação compreende a modulação com a portadora óptica atenuada em potência.

[023] De acordo com outra característica da invenção, é provido um conversor de RF reconfigurável abrangendo um circuito que compreende meios moduladores, entradas para um primeiro e outros sinais modulantes, uma entrada para sinal óptico e entradas de tensões de polarização ajustáveis, bem como pelo menos uma saída de RF e uma saída óptica.

[024] De acordo com outra característica da invenção, ditos meios moduladores são providos por um primeiro e outros moduladores eletroópticos conectados em cascata e/ou em paralelo.

[025] De acordo com outra característica da invenção, o sinal óptico modulado por um primeiro sinal de RF, presente na saída do primeiro estágio modulador está conectado à entrada óptica do dito segundo estágio modulador e assim sucessivamente.

[026] De acordo com outra característica da invenção, o sinal a ser modulado aplicado à entrada do sinal óptico do dito primeiro estágio modulador é provido por um laser operando em regime contínuo ou pulsado.

[027] De acordo com outra característica da invenção, o sinal proveniente da saída do dito segundo estágio modulador é tratado por apenas um fotodetector, trazendo benefícios em termos de simplicidade na implementação. O mesmo ocorre caso se tenha mais de dois moduladores.

[028] De acordo com outra característica da invenção, ditos meios moduladores são providos por pelo menos um modulador eletroóptico de dois braços, com duas entradas de RF e duas entradas para tensão de polarização.

[ 029] De acordo com outra característica da invenção, ditos meios moduladores são providos por moduladores eletroópticos em serie e/ou em paralelo sem limitação de quantidade.

[030] De acordo com outra característica da invenção, dito conversor está provido de uma interface óptica para conexão direta com enlaces e/ou componentes ópticos, que também permite a inserção de um amplificador óptico antes do processo de fotodetecção.

[031] Portanto, o presente pedido de patente de invenção refere-se a um conversor de radiofrequência reconfigurável capaz de operar inclusive na faixa de ondas milimétricas, composto principalmente por dispositivos optoeletrônicos. Um sinal de RF é inserido no dispositivo e processado no domínio óptico, de modo que sua frequência seja convertida para faixas superiores ou inferiores do espectro eletromagnético. Um sinal de RF proveniente, por exemplo, de um oscilador local externo ou um gerador de RF interno, é também inserido no dispositivo com o objetivo de auxiliar na translação. Para o incremento em frequência, são considerados fatores multiplicativos múltiplos de 2, tais como 2, 4, 8, etc.... No processo de translação para faixas inferiores, ajusta-se o sinal gerado pelo oscilador local para uma frequência /L0 a fim de resultar na saída do conversor a frequência desejada (fRFa - /lo )· [032] Finalmente outro objeto de proteção do presente pedido de patente refere-se a um transceptor de RF multibanda, desenvolvido a partir do conversor proposto, capaz de transmitir e receber sinais em faixas de frequências.

Descrição das figuras [033] As demais características e vantagens da presente invenção, poderão ser mais bem entendidas mediante a descrição de concretizações exemplificativas e não limitativas, e das figuras que a elas se referem, nas quais: [034] A Figura 1 apresenta um esquema conhecido utilizado para a duplicação em frequência de um sinal de RF cuja portadora tem a frequência/^. Nessa figura, (1) representa um laser e (2) um modulador eletroóptico (ME), dotado de uma entrada para o sinal óptico, outra entrada para o sinal modulante de RF e outra entrada para a tensão de polarização, que controla o ponto de operação do ΜΕ. O espectro (5) referente ao campo modulado mostra que no sinal presente na saída do modulador óptico a portadora está substancialmente reduzida em potência ao se comparar com as bandas laterais. Essa característica é resultante da condição de polarização do ME para o ponto mínimo de transmissão. O sinal na saída do fotodetector (3) compreende o batimento entre ditas bandas laterais, sendo sua frequência igual a 2fLo, como indicado no espectro simplificado (6). Trata-se, portanto um multiplicador em frequência reconfigurável para sinais de RF.

[035] A Figura 2 apresenta uma técnica conhecida para converter sinais de frequências extremamente altas fRFa em sinais de frequência intermediária, também por meio de dispositivos optoeletrônicos. Um filtro elétrico passabaixas (7) é utilizado para selecionar, dentre os sinais presentes na saída do fotodetector (3), a frequência de interesse, no caso, fRpa~ fio· São ilustrados os espectros obtidos em pontos específicos do circuito (8) (9) (10). Trata-se de um redutor de frequência reconfigurável para sinais de micro-ondas e ondas milimétricas.

[036] A Figura 3 mostra uma primeira concretização preferida da presente invenção, a saber, um conversor de RF reconfigurável baseado em tecnologia fotônica, com translação de frequência no domínio óptico. O conversor é composto pela junção entre o multiplicador e o redutor previamente descritos, em uma única arquitetura, caracterizada por moduladores em cascata, podendo também estar em paralelo. São ainda providos um bloco de controle (12) e uma interface óptica (23) para integração com dispositivos e/ou enlaces ópticos. O dispositivo é capaz de transladar frequências para faixas superiores e inferiores do espectro eletromagnético, operando de dezenas de kHz a centenas de GHz.

[037] A Figura 4 apresenta uma segunda concretização do conversor proposto, onde os dois moduladores em série são substituídos por um único modulador de duplo estágio (2c), formado por dois braços (Dual-drive Modulator) com duas entradas de RF e duas entradas para tensão de polarização. Tanto as entradas de RF como as de polarização são independentes. O conversor continua realizando as mesmas funções já descritas.

[038] A Figura 5 apresenta um transceptor de RF multibanda construído a partir do conversor de frequências proposto, capaz de atender inclusive a faixa de ondas milimétricas.

[039] A Figura 6 apresenta uma disposição dos moduladores em série e em paralelo, equivalente a uma matriz, que pode ser empregada tanto para o conversor (Fig. 3 e Fig.4) quanto para o transceptor (Fig. 5). Cada modulador recebe os respectivos sinais de RF e as respectivas tensões de polarização. Tal arquitetura prevê um laser seguido de acoplador óptico (41) ou laseres independentes para distribuir a onda de luz entre cada linha da dita matriz, bem como uma quantidade de fotodetectores (3n) equivalente ao número de linhas da dita matriz.

[040] A Figura 7 apresenta uma caracterização experimental, a título de exemplo, da influência das tensões de polarização dos moduladores (2a) e (2b) na frequência e na relação entre portadora e harmônicos (RFSSR - Ratio Frequency Spurious Suppression Ratio) do sinal de saída do conversor, quando operando como upconverter (conversão para frequências superiores).

[041] A Figura 8 mostra o espectro elétrico obtido na saída do conversor (26), na condição de k = 4, a título de exemplo. Os sinais de RF nas entradas (16) e (17) estão defasados de 90° e possuem frequência igual a 2,6 GHz.

[042] A Figura 9 mostra resultados experimentais das características do espectro elétrico proveniente do transceptor, operando como transmissor de RF. A medida foi realizada em uma rede óptico-sem fio real. A interface óptica do transceptor foi conectada à um enlace óptico de 1,5 km de extensão, onde o campo modulado foi transmitido sob condições reais de pressão, umidade e temperatura. O espectro exposto corresponde às medições no ambiente sem fio, em uma linha de visada direta de 11 m a partir da antena transmissora.

[043] A Figura 10 mostra medidas do deslocamento espectral da portadora de RF, obtida utilizando o método proposto na patente, em função do ajuste da frequência do sinal de RF de entrada no transceptor. As medidas foram realizadas na mesma condição descrita para o resultado da Figura 8.

[044] A Figura 11 apresenta o espectro elétrico obtido após a translação de frequência para faixas inferiores, realizada pelo transceptor multibanda utilizando a sua função downconverter. Um sinal de 6,0 GHz presente no ambiente sem fio foi utilizado para a recepção da antena. A frequência do oscilador local determina a frequência do sinal de saída do conversor, equivalente a (6,0 GHz -/L0), e foi ajustada para demonstrar reconfigurabilidade. Cada componente espectral foi obtido individualmente, de acordo com a/LO ajustada.

[045] A Figura 12 apresenta medidas de ruído de fase para um sinal de 5,2 GHz, gerado pelo conversor proposto operando como upconverter, com k — 2 a título de exemplo. A frequência do oscilador local foi ajustada para 2.6 GHz.

Descrição detalhada da invenção [046] Como já mencionado, a presente invenção é vantajosa sob vários aspectos. Primeiro, porque usufrui dos benefícios oriundos de tecnologias fotônicas, como por exemplo, ampla largura de faixa e imunidade à interferência eletromagnética, operando inclusive na região de ondas milimétricas. A translação de frequências não depende da geração de tons de sincronismo, e o hardware é o mesmo para diferentes bandas de operação. A não utilização de filtros na transmissão garante ainda a flexibilidade em frequência sem prejudicar a pureza espectral.

[047] Quando comparada com as tecnologias conhecidas, os grandes diferenciais estão na redução dos componentes de hardware, na facilidade de integração com componentes e redes ópticas e nas limitações de frequência, impostas apenas pela largura de banda do modulador e do fotodetector (da ordem de dezenas de GHz), além da redução do consumo de energia e de custo, principalmente para a faixa de ondas milimétricas.

[048] Desse modo, o objeto de proteção pode ser empregado para: transladar frequências para bandas superiores ou inferiores do espectro radioelétrico; desenvolvimento de transceptores de RF reconfiguráveis faixa larga e/ou multibanda; estender a capacidade de geração e detecção de sinais em rádios definidos por software e/ou instrumentos de medições; gerar portadoras para as redes celulares, incluindo 5G; habilitar características de convergência entre padrões sem fio; prover flexibilidade de frequência em redes óptico-sem fio; realizar sensoriamento espectral em altas frequências e muitas outras aplicações.

[049] Pelo menos duas diferentes e independentes arquiteturas caracterizam o dispositivo proposto, sendo uma delas composta por uma série de moduladores eletroópticos em cascata e a outra por pelo menos um ou uma série de moduladores eletroópticos de duplo estágio, por exemplo o Fujitsu FTM7921ER, com duas entradas de RF.

[050] Paralelamente, é também objeto de proteção do presente pedido de patente de invenção, um transceptor de RF multibanda incorporando o referido conversor, tendo em vista que possui características particulares em relação aos similares encontrados no mercado e na literatura. O dispositivo é reconfigurável em frequência e capaz de operar nas faixas de micro-ondas e de ondas milimétricas, gerando ou recebendo sinais com pureza espectral e baixo ruído de fase.

[051] O conversor da presente invenção compreende dispositivos optoeletrônicos destinados ao processo de translação em frequência e de dispositivos eletrônicos para controle e amplificação. A estrutura do conversor (11), cujo diagrama em blocos está ilustrado na Fig. 3, pode ser construída com qualquer material rígido, possibilitando robustez no manuseio. São utilizadas pelo menos duas entradas (16 e 17) e uma saída (26) de RF. Os conectores destas portas podem ser do tipo SMA ou 2,92 mm, sendo preferencialmente usado o conector de 2,92 mm pelo fato de operar até 40 GHz. Os conectores ópticos da porta (23) podem ser do tipo SC/PC fêmea, FC/PC fêmea ou qualquer outro padrão de conexão óptica.

[052] A porta (27) corresponde à entrada da alimentação DC e a porta (28) compreende uma interface para controle da tensão de polarização remotamente, podendo ser, por exemplo: serial, ethemet, USB, entre outras.

[053] Na configuração com moduladores em série (fig. 3), ambos moduladores (2a e 2b) recebem sinais elétricos provenientes das portas de entrada de RF (16) e (17) e as respectivas tensões de polarização (20), (21). O primeiro meio modulador (2a) recebe ainda uma portadora óptica oriunda do laser (1), sintonizado em qualquer comprimento de onda.

[054] Na configuração com pelo menos um modulador de duplo estágio (fig. 4), uma das entradas elétricas recebe o sinal de RF oriundo de (16) enquanto a outra recebe o sinal de RF proveniente de (17). A portadora óptica gerada pelo laser (1) é também inserida no modulador (2c). As entradas do dito modulador, destinadas ao controle do ponto de operação recebem ainda suas respectivas tensões de polarização (20), (21).

[055] Nas duas arquiteturas, o campo elétrico modulado no domínio óptico está presente na porta óptica de saída (23a), podendo ser inserido em um enlace de fibra óptica para compor, por exemplo, uma rede de um sistema sem fio com backhaul e/ou backbone óptico. Caso esta opção não seja desejada, um cordão óptico deve ser inserido entre as portas (23a) e (23b) para que o sinal disponível na saída do estágio (2b) na Fig.3, ou (2c) na Fig.4, seja fotodetectado por (3).

[056] O campo elétrico gerado após a fotodetecção corresponde ao sinal de RF obtido após a translação da frequência. Este sinal é eletricamente amplificado pelo estágio (13), sendo este opcional, e encontra-se disponível na porta de RF de saída (26). Um circulador (14), também de uso facultativo, é utilizado entre (13) e a porta (26) para garantir que um sinal elétrico, eventualmente inserido nesta porta, seja direcionado à carga (15).

[057] O bloco de controle (12) é responsável por fornecer as tensões de polarização aos moduladores de maneira reconfigurável e controlá-las para garantir estabilidade (22). É também função do bloco de controle fornecer as tensões de alimentação (19) (24) para o laser e fotodetector, respectivamente, além da alimentação para o amplificador (25), caso este seja utilizado.

[058] O conversor opera como upconverter quando os dois sinais de RF de entrada possuem a mesma frequência. Neste modo de operação, o fator multiplicativo pode assumir o valor unitário ou múltiplos de dois, tais como 1, 2, 4, 8, etc....

[059] Para operar com k = 1 e obter a maior RFSSR, o bloco de controle deve ser configurado para fornecer valores específicos de tensões de polarização (20) e (21).

[060] Para configurar k- 2, a soma das tensões de polarização deve ser igual a 2V„ ou 4Vn, que para os moduladores utilizados na concretização exemplificativa do dispositivo proposto, correspondem a 6,2 e 12,4 V. Neste caso, a placa de controle ajusta VbiaSl (20) e VbiaS2 (21) tal que VbiaSl + VbiaS2 = 2Vn , por exemplo. O comando de ajuste é realizado por meio da interface (28).

[061] Para operar com k = 4, as tensões de polarização (20) e (21) são ajustadas para Vn, equivalente a 3,1 V no exemplo, e os sinais de RF de entrada devem ser inseridos nas portas (16) e (17) com uma defasagem de 90° entre si.

[062] O conversor opera como downconverter quando os dois sinais de RF de entrada possuem frequências distintas e as tensões de polarização (20) e (21) são ajustadas para prover o ponto de quadratura do(s) modulador(res), equivalentes ao valor de 1,5 V, por exemplo.

[063] Na entrada (17) é inserido o sinal de alta frequência (fRFa) que pode ser captado por uma antena, o qual se deseja transladar para uma faixa inferior do espectro. Na entrada (16) é inserido o sinal de RF proveniente de um oscilador local externo (fw) cuja frequência é inferior a fRFa e deve ser escolhida de acordo com o valor da FI que se deseja obter na porta (26), equivalente a (/κι α - fw)· [064] A modalidade transceptor de RF multibanda ilustrado na fig. 5 envolve os elementos básicos do conversor, chaves (29) (31) (38), combinadores de RF (30) (40), antena (35) e opção de oscilador local interno reconfigurável. Elementos externos podem ser utilizados, tais como filtros de RF, amplificadores, oscilador local, entre outros.

[065] São adicionadas à placa de controle, as funções de geração de sinais de RF com frequência intermediária (33) e abertura e fechamento das chaves, de acordo com as conexões (32), (34) e (37).

[066] No modo de operação de transmissão, o sinal de RF entregue ao modulador (2a) pode ser oriundo da porta de entrada (16) ou da placa de controle (12). A chave (29) deve ser fechada para que o modulador (2b) receba o sinal de RF proveniente da porta (17). Este sinal deve ter sua frequência (fw) igual à do sinal entregue ao modulador (2a).

[067] Os moduladores devem estar polarizados em conformidade com o conversor descrito, na condição de translação de frequência para faixas superiores do espectro eletromagnético, em uma das opções de fator multiplicativo (k).

[068] O campo elétrico gerado após a fotodetecção em (3) pode ser amplificado e irradiado por uma antena (35), desde que a chave (38) esteja fechada. A chave (31) deve estar aberta para evitar que os sinais captados pela antena incidam em (2b) durante a transmissão.

[069] Na recepção, a chave (29) é aberta e a chave (31) é fechada. O modulador (2b) passa a receber o sinal captado pela antena e amplificado, com frequência igual 'à fiu 'cr O modulador (2a) continua recebendo o sinal do oscilador local (fw) interno ou externo. Ambos são polarizados para o ponto de quadratura, em conformidade com o conversor operando como downconverter.

[070] Com a chave (38) aberta, o campo elétrico fotodetectado se direciona à porta de saída de FI (39). Uma das componentes espectrais presentes nesta porta tem frequência equivalente a (fRFa- fw)· Ajustando a fw obtém-se o sinal com a FI desejada para ser entregue, por exemplo, aos circuitos de processamento ou instrumentos de medições.

Exemplo 1: Ajuste da tensão de polarização [071] Foi testada a influência das tensões de polarização dos moduladores no sinal de saída do conversor, quando operando como upconverter. Considerou-se a potência do laser = 4,5 dBm e os sinais de RF de entrada com potências de 12 dBm e frequência = 2,6 GHz, sendo esta adotada como referência para o teste. A Fig. 7 mostra que ao ajustar a tensão de polarização de (2a) e (2b) para 0,9 e 1,4 V, respectivamente, o sinal na faixa de 2,6 GFIz apresenta-se 30 dB acima do sinal de 5,2 GHz, ou seja, o sinal de RF de entrada é transferido para a saída sem alterações de frequência. Já no caso das tensões de polarização de (2a) e (2b) serem ajustadas para 1,5V e 4,7V, o sinal de 5,2 GHz apresenta-se com potência aproximadamente 28 dB acima do sinal de entrada com 2,6 GHz, ocorrendo, portanto, a duplicação em frequência na saída do conversor.

[072] Foi testada ainda a quadruplicação em frequência (k = 4) ajustando as tensões de polarização (20 e 21) para 3,1 V e inserindo uma defasagem de 90° entre os sinais de 2,6 GHz aplicados em (16 e 17). A Figura 8 mostra o espectro elétrico obtido na porta (26), composto por um sinal com frequência igual a 10,4 GHz (4x 2,6 GHz), fruto da translação em frequência. Observa-se pureza espectral, com a vantagem da não utilização de filtros.

Exemplo 2: Ensaios de transmissão [073] O transceptor de RF multibanda foi testado em uma rede óptico-sem fio completa, sob condições reais de pressão, umidade e temperatura. Na transmissão, a interface óptica do transceptor foi conectada a 1,5 km de enlace óptico com fibra monomodo. O sinal fotodetectado após propagação pela fibra óptica foi entregue à antena (35) para irradiação. O dito sinal transmitido foi captado por uma outra antena em um ambiente com linha de visada de 11 m, e medido por um analisador de espectro eletromagnético. A frequência dos sinais de entrada foi ajustada para 2,6 GHz, correspondente a aplicações LTE no Brasil. Não foram utilizados filtros elétricos.

[074] A Fig. 9 mostra a flexibilidade em frequência em função do ajuste das tensões de polarização dos moduladores (2a) e (2b). Obteve-se as portadoras de 2,6 e 5,2 GHz com baixo ruído de fase, pureza espectral e sem distorções. Já a Fig. 10 mostra a flexibilidade em função do ajuste da frequência dos sinais de RF de referência ao transceptor (fLo), na condição de k = 2. Ajustando estas frequências entre 2,55 e 2,7 GHz, obteve-se individualmente portadoras em posições distintas do espectro, propositalmente dentro da banda de Wi-Fi. Os sinais gerados apresentaram alta qualidade, com ausência de distorções, baixo ruído de fase e pureza espectral.

Exemplo 3: Ensaio de recepção [075] Foi testada a capacidade do conversor e do transceptor em receber sinais de alta frequência e convertê-los para faixas inferiores do espectro, de modo a disponibilizá-los para circuitos eletrônicos de processamento. A Fig. 11 mostra o espectro medido na saída de um filtro de RF passabaixas, com frequência de corte igual a 3,0 GHz conectado na porta de saída de RF (39), na Fig. 5, do transceptor, ou (26) na Fig. 3, do conversor. O sinal de recepção, alvo da translação, possui frequência de 6,0 GFIz. Já a frequência do oscilador local foi sequencialmente ajustada como segue: 3,6; 3,9; 4,2; 4,8 e 5,25 GHz. Para cada um destes valores, obteve-se uma componente espectral com frequência igual a 6,0 GHz - /L0. Tal resultado comprova a flexibilidade de recepção do conversor e do transceptor em função do ajuste na frequência do oscilador local, interno ou externo ao dispositivo.

Exemplo 4: Medida do ruído de fase [076] Foi medido o ruído de fase presente no sinal de 5,2 GHz gerado pelo conversor proposto, quando operando como upconverter com k = 2. No ensaio, a frequência do oscilador local foi ajustada para 2,6 GHz. A Fig. 12 mostra o ruído de fase medido em função do deslocamento (offset) de frequência, correspondente ao sinal de 5,2 GHz na porta (26) do conversor. Os valores obtidos são tipicamente baixos.

REIVINDICAÇÕES

Claims (17)

1. MÉTODO DE CONVERSÃO DE RADIOFREQUÊNCIA baseado em tecnologia fotônica e compreendendo o traslado de um sinal de RF nos modos upconverter (conversão para alta frequência) e downconverter (conversão para baixa frequência), caracterizado pelo fato de compreender a modulação de sinais ópticos por um primeiro e um segundo sinais de RF, utilizando pelo menos um modulador eletroóptico seguido de uma etapa de fotodetecção e facultativa amplificação do sinal óptico modulado, o modo de traslado sendo determinado por ajustes de parâmetros de entrada, ditos ajustes compreendendo a frequência e fase do oscilador local e as tensões de polarização do(s) modulador(es) em série e/ou em paralelo.

2. MÉTODO de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de, no modo upconverter com fator multiplicativo dois (duplicação em frequência), ditos primeiro e segundo sinais de RF possuírem a mesma frequência.

3. MÉTODO de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de, no modo upconverter com fator multiplicativo quatro (quadruplicação em frequência), ditos primeiro e segundo sinais de RF possuírem a mesma frequência e estarem defasados em 90°.

4. MÉTODO de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de, no modo downconverter o dito segundo sinal de RF possuir frequência fL(), inferior à frequência fRFa do primeiro sinal.

5. MÉTODO de acordo com as reivindicações 1, 2, 3 ou 4, caracterizado pelo fato da dita modulação compreender uma primeira etapa de modulação e uma segunda etapa de modulação, dita primeira etapa consistindo na modulação de uma portadora óptica em CW pelo dito primeiro sinal de RF, e dita segunda etapa compreendendo a modulação do sinal óptico modulado, resultante de dita primeira modulação, pelo dito segundo sinal de RF, e assim sucessivamente caso existam outros moduladores em série e/ou em paralelo.

6. MÉTODO de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de dito primeiro sinal de RF ser proveniente de uma antena recebendo sinais do ambiente sem fio numa primeira frequência fnpa e dito segundo sinal de RF ser provido por um oscilador local operando numa frequência f/o, inferior a fRFa, o sinal resultante obtido após a etapa de fotodetecção sendo transladado para (fRFa ~ fw)·

7. MÉTODO de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato da dita primeira etapa de modulação compreender a modulação com portadora atenuada em potência, quando comparada às bandas laterais.

8. CONVERSOR DE RADIOFREQUÊNCIA RECONFIGURÁVEL caracterizado pelo fato de compreender meios de modulação, duas entradas de sinais modulantes em RF, pelo menos uma entrada óptica e entradas de tensões de polarização ajustáveis, fornecidas e gerenciadas por um bloco de controle bem como pelo menos uma saída de RF e uma saída óptica.

9. CONVERSOR de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de ditos meios de modulação serem providos por pelo menos um primeiro e outro(s) meio(s) moduladores conectados em cascata, o sinal óptico modulado por um primeiro sinal de RF, presente na saída do primeiro estágio modulador sendo encaminhado à entrada óptica de dito segundo estágio modulador e assim sucessivamente.

10. CONVERSOR de acordo com a reivindicação 8 caracterizado pelo fato de compreender pelo menos um modulador eletroóptico de duplo estágio, com duas entradas de RF independentes e duas entradas para tensões de polarização, também independentes.

11. CONVERSOR de acordo com a reivindicação 8 caracterizado pelo fato de compreender moduladores em série e em paralelo, sem limitações de quantidade e dispostos de maneira equivalente a uma matriz.

12. CONVERSOR de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de o sinal óptico ser provido por um laser operando em regime contínuo ou pulsado.

13. CONVERSOR de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo provimento de uma interface óptica para conexão com dispositivos e/ou redes ópticas.

14. CONVERSOR de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de compreender apenas um fotodetector.

15. CONVERSOR de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de prover amplificação de RF.

16. CONVERSOR de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de prover amplificação óptica.

17. TRANSCEPTOR DE RF MULTIBANDA caracterizado pelo fato de transmitir ou receber sinais de radiofrequência em diferentes bandas do espectro eletromagnético, sendo implementado em um único hardware compreendendo um oscilador local interno reconfigurável, chaves e um bloco de controle, sendo a opção entre transmissão e recepção também controlada pelo dito bloco e provido de uma antena (35) conectada à porta de RF de saída (39).