BRPI1002650A2 - sistema de antena compreendendo uma antena eletricamente pequena para recepção de sinais de canais de banda de uhf - Google Patents

Abstract

SISTEMA DE ANTENA COMPREENDENDO UMA ANTENA ELETRICAMENTE PEQUENA PARA RECEPçãO DE SINAIS DE CANAIS DE BANDA DE UHF. A invenção se refere a um sistema de antena para recepção de sinais de canais da banda de UHF por um receptor, que compreende uma antena eletricamente pequena. O sistema também compreende, conectado entre a porta de antena e aquela do receptor, um dispositivo de combinação de impedâncias ativas, controlado por sinais de comando, dependendo da qualidade do sinal recebido pelo receptor, para compensar as variações de impedância, devido ao meio físico associado com a antena, e rejeitar as frequências de canais interferentes adjacentes ao canal de recepção, sem interferir com a combinação de impedâncias ativas da antena.

Description

"SISTEMA DE ANTENA COMPREENDENDO UMA ANTENA ELETRICAMENTE PEQUENA PARA RECEPÇÃO DE SINAIS DE CANAIS DE BANDA DE UHF"

A presente invenção se refere a um sistema de antena compreendendo uma Ante- na Eletricamente Pequena (ESA)1 para recepção de sinais de canais de banda de UHF.

A presente invenção propicia o uso da parte inferior da zona espectral a 1 GHz na parte superior liberada de UHF (Freqüência Ultra-Alta). De fato, essa zona foi usada previa- mente para difusão de televisão analógica. A passagem de difusão de televisão de analógi- ca para digital liberou, assim essa zona. Essas freqüências são dedicadas a agentes de di- fusão, para implementar serviços de difusão de Alta Definição (HD)1 e a operadores móveis com a finalidade de lançar serviços de acesso à Internet por meio de redes celulares. O po- sicionamento delas no espectro de UHF1 a menos de 1 GHz1 garante uma banda larga e uma boa penetração em prédios.

Mas a aparência programada dos serviços de acesso à Internet, na parte superior do espectro de UHF1 possui claramente o problema de coabitação em termos de interferên- cias com os serviços de recepção do padrão DVB_T ou DVB_H. De fato, é recomendado atribuir a totalidade da subbanda de 790 - 862 MHz, ou 9 canais, às comunicações eletrônicas.

Além do mais, os itens de equipamento portáteis miniaturizados são multibanda e multimodo e têm várias importantes funções sem fio.

Os terminais chatos extras integrando, desse modo, uma antena dentro das suas coberturas, da qual alguns cobrem de 4 a 5 bandas de freqüência, e as antenas de banda larga têm, geralmente, níveis medíocres de desempenho e se mantêm relativamente volu- mosas, enquanto que as antenas de qualidade são pequenas, mas de banda estreita.

O uso da banda de UHF localizada de 470 a 862 MHz torna o projeto de antenas em miniatura mais delicado. Envolve, desse modo, antenas eletricamente pequenas com dimensões físicas muito menores do que o comprimento de onda.

Por conseguinte, os desempenhos em termos de eficiência são medíocres. A efici- ência é, além do mais, particularmente dependente da influência do plano de terra, do aco- plamento, do posicionamento dentro de um grande número de diferentes circuitos e da combinação de impedâncias.

Um circuito e um método para antenas eletricamente pequenas de combinação de impedâncias em banda larga são conhecidos do documento US 6 121 940.

O circuito de combinação de impedâncias é formado por circuitos ativos simulando o comportamento de uma reatância diferente da de Foster, de modo que os circuitos, nas capacitâncias negativas e nas indutâncias negativas, obtenham uma combinação em banda larga de antenas eletricamente pequenas. Esse circuito de combinação de impedâncias propicia que a reatância equivalente da antena seja neutralizada. No entanto, esse circuito se refere às freqüências de 30 - 88 MHz para os dipolos de comprimento de aproximadamente 1 metro e não é adaptado às freqüências usadas pela invenção e correspondentes aos canais de UHF.

Para promover uma reatância diferente da de Foster, um circuito ativo é usado que, de uma impedância positiva, capacitiva ou indutiva, vai promover a sua impedância de ima- gem. Esse tipo de estrutura é referido como um conversor de impedância negativa.

O princípio de um conversor de impedância negativa é descrito em relação à Figura 1. Dois transistores T1 e T2 são montados diferentemente, de uma maneira tal que a base do primeiro transistor T1 é conectada ao plano de terra pelo intermediário de uma resistên- cia R2 e de modo que a base do segundo transistor T2 seja conectada a um elemento ca- pacitivo C2.

Para compensar a reatância da antena, é, portanto, suficiente posicionar esse con- versor em série com a antena, isto é, que o transmissor do segundo transistor T2 seja co- nectado à porta 1 da antena, e que o transmissor do primeiro transistor seja conectado à porta 2 do receptor, de modo a obter uma combinação de impedâncias em banda larga.

No caso de pequenas antenas em banda de UHF, o coeficiente de reflexão da an- tena mostra que a reatância varia, por exemplo, de 0,6 pF a 3,5 pF na banda de UHF, o que resulta que uma perfeita compensação da reatância da antena vai requerer que a mesma lei de variação seja seguida.

No entanto, esse conceito, conhecido como o conceito de Linvill, é apenas válido a uma baixa freqüência.

Por outro lado, se essa estrutura diferencial a uma alta freqüência for analisada, deve-se notar que é similar àquela usada para promover resistências negativas em tecnolo- gia de silício e resulta que a compensação vista do lado do receptor é contaminada com uma resistência positiva adicional.

Além desse circuito ser posicionado diretamente após a antena, é importante que não introduza atenuação, que vai penalizar a sensibilidade ou o ganho dessa estrutura.

Desse modo, se um ganho de 1 GHz precisa ser assegurado, a freqüência de corte, definida pela resistência R2, e a capacidade parasita do coletor do transistor T2 devem ser superiores a 1 GHz.

A invenção objetiva superar esses problemas.

A invenção consiste em um sistema de antena para recepção de sinais de canais da banda de UHF por um receptor, que compreende uma antena eletricamente pequena. O sistema compreende, conectado entre a porta de antena e aquela do receptor, um dispositi- vo de combinação de impedâncias ativas, controlado por sinais de comando, dependendo da qualidade do sinal recebido pelo receptor, para compensar as variações de impedância, devido ao meio físico associado com a antena, e rejeitar as freqüências de canais interferen- tes adjacentes ao canal de recepção, sem interferir com a combinação de impedâncias ati- vas da antena.

O conceito da invenção vai permitir, por meio da adição de um dispositivo de com- binação de impedâncias ativas, garantir um nível de desempenho das antenas eletricamente pequenas por toda a banda de UHF, permitindo, desse modo, um ótimo nível de sensibilida- de. Também, a adição de uma rede de filtros rejeitados, que pode ser sintonizada, controla- da pelo processador do terminal, vai garantir um controle das interferências potenciais da parte superior do espectro de UHF, enquanto conservando as possibilidades para recepção de novos serviços propostos nessa zona de freqüência.

De preferência, o dispositivo de combinação de impedâncias ativas compreende um conversor de impedância negativo de capacidade variável, formado por um primeiro transis- tor e um segundo transistor montados diferencialmente, para o que os respectivos transmis- sores de cada transistor são conectados a uma fonte de energia por uma indutância de im- pedância dupla, criando um ponto de referência desacoplado no nível de RF.

De preferência, o dispositivo de combinação de impedâncias ativas compreende uma rede de filtragem formada por uma rede paralela de filtros rejeitadores ativos, conecta- da a cada extremidade da indutância de impedância dupla.

De preferência, a base do primeiro transistor do conversor de impedância negativa é conectado ao plano de terra pela parte intermediária de uma capacidade variável, para executar uma combinação de impedâncias.

De preferência, um primeiro sinal de comando para o controle da capacidade variá- vel do conversor de impedância negativa e um sinal de comando para o controle de capaci- dades variáveis da rede de filtragem são transmitidos, por meio de informações do receptor significando o nível recebido ou a presença de um alto nível de interferência analisada por meio de um bloco de controle associado com o receptor.

As características e vantagens da invenção mencionada acima vão emergir mais claramente por leitura da descrição apresentada a seguir, feita com referência aos desenhos anexados no apêndice, em que:

- a Figura 1, já descrita, descreve uma adaptação de uma antena eletricamente pe- quena, usando um conversor de impedância negativa de acordo com a técnica anterior; e

- a Figura 2 descreve um sistema de antena de acordo com a invenção.

A Figura 2 descreve o princípio da invenção. Um sistema de antena de acordo com a invenção compreende, desse modo, uma antena eletricamente pequena na qual a porta de entrada 1 é conectada, por meio da porta 2 de um dispositivo de combinação de impe- dâncias ativas, a um receptor para a recepção de sinais de canais de banda de UHF, por meio de um receptor padrão, por exemplo, um receptor DVB-H, ele mesmo compreendendo um amplificador A, um elemento sintonizador T e um desmodulador D. O dispositivo de combinação de impedâncias ativas é formado primeiramente por um conversor de impedância digital ClN, como descrito com a ajuda da figura 1 e compre- endendo a adição de uma indutância L2, conectada à base do transistor T1, o que propícia tanto obter um ganho nos limites de freqüências da banda de UHF1 por exemplo, um ganho de 6 a 8 dB, quanto também propicia que a compensação capacitiva seja feita linear, de acordo com a freqüência do sinal recebido.

Uma capacidade variável Cv substitui a capacidade C2 do conversor de impedância negativa CIN1 como descrito com a Figura 1. É controlado por um sinal S1, controlado por um bloco de comando BC associado com o desmodulador do receptor, e propicia que um sinal S1 seja transmitido, que age na capacidade variável Cv1 para considerar os efeitos de controle que acarretam, dependendo da estrutura e/ou terminal da antena, fenômenos de descombinação e perda de sensibilidade. A detecção de uma voltagem de acordo com um limiar definido autoriza a transmissão de uma voltagem de controle, que modifica a capaci- dade Cv do conversor, agindo, desse modo, diretamente na combinação de impedâncias da antena e, desse modo, na sua eficiência.

O dispositivo de combinação de impedâncias compreende, associado com o con- versor de impedância negativo CIN do modo descrito a seguir, uma rede de filtragem que pode ser sintonizada F por um sinal de controle S2, controlado pelo bloco de comando BC. De fato, o controle de elementos interferentes do sistema de combinação de impedâncias ativas é necessário, com relação à coabitação na parte superior do espectro de serviços de acesso à Internet, e, desse modo, os elementos que podem provocar potencialmente interfe- rência para os receptores DVB_H.

Sendo também parte do dispositivo de combinação de impedâncias, uma fonte de energia A, conectada aos transmissores dos transistores T1 e T2, assegura a polarização de corrente contínua (DC) dos transistores T1 e T2.

Os transmissores dos transistores T1 e T2 são desacoplados no nível de RF por uma indutância de impedância dupla L3-1 e L3-2. Por conseguinte, a polarização de transis- tores, nos quais cada um dos transmissores é conectado a uma das extremidades dessa indutância de impedância dupla L3-1 e L3-2, é garantida, e o ponto central P desta indutân- cia dupla, conectado à fonte de energia A, é um ponto de referência (ponto frio) desacoplado no nível de RF.

Esse ponto de referência P é aqui usado criteriosamente para colocar as redes de filtragem compostas de filtros rejeitadores. Se for suficiente, de fato, ressoar a indutância L3 a um alvo valor (impedância dupla), e, desse modo, não interferir com a funcionamento em radiofreqüência do conversor com uma capacidade adequada para promover um filtro rejei- tador. A rede de filtragem compreende uma rede paralela de filtros rejeitadores ativos LC conectados a cada um dos transmissores dos transistores e controlados por um sinal S2 controlado por meio de um bloco de comando BC1 associado com o processador receptor. Essa estrutura propicia, desse modo, que a rejeição seja aumentada. A Figura 2 mostra a rejeição de 3 canais interferentes ligados ao "dividendo digital", que corresponde ao uso da zona espectral abaixo dos GHz liberados. O número de filtros rejeitadores depende do nú- mero de canais interferentes.

Dentro do contexto do funcionamento do terminal no meio físico do Dividendo Digi- tal, um método de varredura permite que os elementos interferentes em altos níveis sejam localizados e memorizados em termos de freqüência, o terminal estando em um modo de recepção DVD_H. As informações do detector de banda larga (WBD) permitem que a pre- sença de um elemento interferente com a recepção seja detectada, essas informações transmitidas para o bloco de controle, que então autoriza a ativação de um filtro rejeitador no elemento interferente mais próximo ao canal DVBJH recebido. Se as informações do WBD (Detector de Banda Larga) retornar acima de um limiar predefinido, o elemento interferente é filtrado. Se a interferência persistir, a ativação de um segundo rejeitador é então autorizado no elemento interferente vizinho mais próximo.

O conceito propicia, desse modo, a eliminação de, por exemplo, 3 elementos inter- ferentes de canais do tipo de acesso à Internet da parte superior do espectro de UHF.

O conceito da combinação de impedâncias ativas foi validado na banda de UHF em uma antena eletricamente pequena.

Os resultados em termos de combinação de impedâncias apresentam um aperfei- çoamento significativo, pois a antena sozinha tem um coeficiente de perda de retorno inferior a 1 dB ou uma perda de transmissão da ordem de 16 dB.

As medidas em um meio físico interno permitiram que o ganho desse conceito fos- se realçado, que são traduzidas por uma margem de 3 a 6 dB da razão C/N, o critério de qualidade necessário para garantir uma recepção isenta de erro.

A rede proposta de filtros rejeitadores, que pode ser sintonizada, pode ser imple- mentada por uso de tecnologia MEMS (Sistemas MicroEletroMecânicos), propiciando um alto número de capacidades comutáveis em um substrato miniatura. O bloco de controle BC transmite um primeiro sinal de comando S1, para o controle da capacidade variável Cv do conversor de impedância negativo, e um sinal de comando S2, para o controle das capaci- dades variáveis da rede de filtragem. As informações do receptor na qualidade do sinal re- cebido, tais como as informações no Controle de Ganho Automático (AGC) significando o nível recebido, ou tais como as informações do detector WBD (Detector de Banda Larga), significando a presença de um elemento interferente de alto nível, ou tais como outras in- formações significando erros (ECC), ou interferências, que são analisadas por esse bloco de controle BGC, de acordo com um limiar definido, para definir os comandos da capacidade variável Cv do conversor CIN e das capacidades variáveis C da rede de filtros rejeitadores. É principalmente equipada com um DAC (Circuito Analógico Digital), garantindo, desse mo- do, a formação de interface com as capacidades de tecnologia MEMS controlada por volta- gem.

Claims (4)

1. Sistema de antena para recepção de sinais de canais da banda de UHF por um receptor, que compreende uma antena eletricamente pequena, CARACTERIZADO pelo fato de que o sistema compreende, conectado entre a porta conectada à antena (Porta 1) e a- quela do receptor (Porta 2), um dispositivo de combinação de impedâncias ativas, controla- do por sinais de comando (S1, S2), dependendo da qualidade do sinal recebido pelo recep- tor, para compensar as variações de impedância, devido ao meio físico associado com a antena, e rejeitar as freqüências de canais interferentes adjacentes ao canal de recepção, sem interferir com a combinação de impedâncias ativas da antena.

2. Sistema de antena, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fa- to de que o dispositivo de combinação de impedâncias ativas compreende um conversor de impedância negativa (CIN) de capacidade variável (Cv), formado por um primeiro transistor (T1) e um segundo transistor (T2) montados diferencialmente, a base do primeiro transistor (T1) é conectada ao plano de terra por meio de uma indutância L2 e a base do segundo transistor (T2) é conectada ao plano de terra por meio de uma capacidade variável Cv, para promover uma combinação de impedâncias e para o que os respectivos transmissores de cada transistor (T1, T2) são conectados a uma fonte de energia (A) por meio de uma indu- tância de impedância dupla (L3-1, L3-2), criando um ponto de referência (P) desacoplado no nível de RF.

3. Sistema de antena, de acordo com a reivindicação 2, CARACTERIZADO pelo fa- to de que o dispositivo de combinação de impedâncias ativas compreende adicionalmente uma rede de filtração, formada por uma rede paralela de filtros rejeitadores ativos conecta- dos a cada uma das extremidades da indutância de impedância dupla (L3-1, L3-2).

4. Sistema de antena, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fa- to de que um primeiro sinal de comando S1, para o controle da capacidade variável do con- versor de impedância negativa, e um sinal de comando S2, para o controle das capacidades variáveis da rede de filtragem, são transmitidos por meio de informações do receptor, signifi- cando o nível do sinal recebido ou a presença de um nível alto de interferência analisada por meio de um bloco de controle (BC), associado com o receptor, de acordo com um limiar de- finido.