ES2307781T3 - Disposicion en fase activa con verificacion de desviaciones en la red de calibracion. - Google Patents
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Abstract
Un sistema de antenas (AS) que comprende una unidad excitadora/receptora (ERU), una unidad (BFU) formadora de haz, una unidad de calibración (CU), una pluralidad de elementos (D) de antena, una pluralidad de módulos T/R (TRM1- TRMk), una red de transmisión (R) de alimentación y recepción conecta la unidad receptora/excitadora y ramales (AF) de alimentación de antena que conectan módulos T/R respectivos y elementos de antena, la unidad (BFU) formadora de haz controla la fase y amplitud de señales transmitidas a través de un módulo T/R respectivo en colaboración para conseguir una forma de haz deseada, una red de calibración conecta la unidad de calibración (CU) y apunta en ramales respectivos (AF) de alimentación de antena, caracterizado porque la red de calibración comprende una pluralidad de redes de calibración (C1, C2..Cj) y cada módulo T/R comprende un conmutador (SM) para conmutar entre ramales alternativos de alimentación de antena y por tanto entre redes de calibración alternativas.
Description
Disposición en fase activa con verificación de
desviaciones en la red de calibración.
El presente invento se refiere generalmente a
una arquitectura de red de sistema de antenas y a un método para
detectar y corregir desviaciones en tales redes. Más particularmente
el invento se refiere a un sistema de una disposición de antenas en
fase activa y a un método de calibración para dicho sistema.
En algunos sistemas de antenas con capacidades
direccionales o haces dirigibles, tales como antenas activas de
estación base de telecomunicaciones o disposición de antenas activas
de radar en fase, numerosos elementos de antena están dispuestos
equidistantemente en un plano por el que cada elemento está adaptado
para emitir y recibir señales microondas.
En esos sistemas, se dispone típicamente una
unidad receptora y excitadora de microondas para generar y recibir
una señal. La unidad receptora y excitadora está conectada a una red
de transmisión similar a un ramal, por medio de la cual se emiten y
reciben señales. La red de transmisión se conecta a módulos
respectivos de transmisión y recepción, TRM (transmit and receive
modules, en inglés), que comprenden etapas amplificadoras y
conmutadoras de fase controlables eléctricamente por medio de la
cual se puede controlar el retraso fase y amplitud de señales. Los
módulos de recepción y transmisión están conectados a los elementos
de antena. Típicamente, se pueden usar elementos de dipolo como
elementos de antena.
Cuando se proporcionan simultáneamente señales a
la pluralidad de elementos, se genera un frente de onda plano
paralelo al plano de la disposición debido a la interferencia en
fase de señales individuales. Cuando se aumentan las fases de
señales para cada elemento de antena con relación a un elemento
adyacente, se propaga un frente de onda con un ángulo no paralelo
con relación al plano de los elementos, dicho ángulo es dependiente
del retraso incremental de fase. Los elementos también pueden estar
dispuestos en intervalos no equidistantes, pero entonces los
retrasos individuales son controlados correspondientemente para
proporcionar un frente de onda plano. Disponiendo una pluralidad de
elementos en un plano y controlando la emisión con relación a dos
direcciones, se puede controlar la dirección resultante del haz
emitido y la sensibilidad de la señal recibida en un espacio de tres
dimen-
siones.
siones.
Una desventaja asociada con sistemas conocidos
de antenas activas es la cantidad de soporte físico requerido. Una
disposición de antenas en fase puede tener, por ejemplo, varios
miles de elementos de antena controlables individualmente.
Además de esto, es importante que todos los
recorridos de transmisión individuales sean de la misma longitud
conocida para conseguir el deseado control de la dirección del haz
por todo el ancho de banda deseado.
Una característica importante de un sistema de
antenas con alta sensibilidad es las propiedades direccionales
según se expresa por el nivel de lóbulos laterales comparado con el
nivel del lóbulo principal.
Por ejemplo para sistemas de radar
aerotransportados, tales como sistemas de alerta temprana aérea
(Airborne Early Warning (AEW)), los lóbulos laterales deben estar
bien atenuados de manera que se puedan suprimir eficientemente
obstrucciones no deseadas en mar y tierra. También se requieren
lóbulos laterales para suprimir señales de otros emisores en la
vecindad tal como señales de bloqueo hostiles activas. La
especificación de bajo nivel de lóbulo lateral necesita un control
estrecho de la amplitud y fase de cada módulo de transmisión
recepción, TRM. Cuando se transmite, las amplitudes de todos TRMs
tienen ajustes idénticos, mientras que se aplica estrechamiento de
amplitud en el modo recepción. En sistemas refrigerados por aire, el
control de fase y amplitud debe hacer frente a grandes variaciones
de temperatura que pueden prevalecer. Esto se aplica particularmente
a sistemas de radar transmitidos por aire. Por ejemplo la red de
alimentación y recepción puede estar sometida a
contracción/expansión térmica, que altera la fase de señales
individuales. Un ejemplo de sistema AEW se ha mostrado en el
documento US-4779097.
Generalmente, los sistemas de antena son
sistemas complejos con muchos componentes, que requieren control
preciso.
En un sistema de transmisión distribuida, que
utiliza guías de ondas para microondas, los módulos de transmisión
y recepción contabilizan una mayoría de los errores que son
introducidos. Pero a menudo es necesario el diseño cuidadoso de
estas partes con respecto a una estabilidad de rendimiento a largo
plazo, voltajes de suministro, calentamiento interno y temperatura
ambiente pero no suficiente. Por tanto, surge la necesidad de ser
capaz de calibrar sistemas de antena durante el funcionamiento.
En la figura 1, se ha mostrado un sistema
conocido de antenas. El sistema comprende una unidad
excitadora/receptora ERU, una pluralidad de antenas dipolo
D1-Dk, acopladores respectivos Q1-Qk
que están dispuestos junto a las antenas dipolo respectivas, una
red (R) de transmisión de alimentación y recepción que conecta la
unidad receptora/excitadora y una pluralidad de módulos T/R
TRM1-TRMk, otra red de alimentación, AF, y una red
de calibración, C1.
Los elementos de antena 1-k
pueden ser dispersados uniformemente en un plano rectangular con un
modelo de filas y columnas.
En la figura 1, se ha mostrado por simplicidad
un subgrupo de elementos de antena, por ejemplo
D1-Dk, correspondientes a una primera fila (o
columna). Debería entenderse que típicamente muchos más elementos
formarán la primera fila y esos subsecuentes elementos hasta el
elemento Dkk corresponderían a filas adicionales.
La unidad receptora/excitadora, ERU, tiene un
bus de datos XD, por el que la unidad excitadora receptora controla
los módulos individuales de receptor transmisor TRM para obtener las
capacidades direccionales deseadas.
Cada módulo T/R respectivo tiene una
alimentación AF que lleva a un elemento de antena. La red de
calibración C constituye una estructura similar a un ramal con
distancia igualmente larga a cada acoplador respectivo
Q1-Qk. Las señales de calibración son enviadas a
través de un puerto X, de la ERU, volviendo a través del módulo
seleccionado receptor y transmisor TRM y volviendo a través de la
primera red R de alimentación de nuevo a la ERU por la red de
transmisión, R. La fase y amplitud de la señal es comparada con una
referencia fijada para un recorrido dado. Este procedimiento es
completado para todos módulos receptores y transmisores, TRM.
El documento de la técnica anterior
US-5412414 muestra un sistema similar de una
disposición de radar en fase que proporciona calibración en
funcionamiento. El sistema de radar comprende un excitador, un
receptor, una red de transmisión de recepción/transmisión, módulos
T/R y elementos dipolo. Los acopladores de calibración direccional
respectivos están dispuestos junto a los elementos dipolo para
transferir señales a través de estos hacia y desde una red de
calibración que es diferente de la red de transmisión/recepción.
Emitiendo señales de calibración de transmisión desde el excitador
y llevando las señales a través de la red de transmisión para
transmitir/recibir y a través de módulos individuales T/R a
acopladores adyacentes a elementos dipolo seleccionados, y volver a
través de la red de calibración, pueden analizarse variaciones en la
red de transmisión/recepción y componentes asociados. Similarmente,
emitiendo señales de calibración de recepción desde el excitador y
llevando las señales a través de la red de calibración a acopladores
adyacentes a elementos dipolo seleccionados, y volver a través del
módulo T/R y la red de recepción/transmisión, pueden analizarse
variaciones en la red de transmisión/recepción y componentes
asociados. Un inconveniente con el sistema anterior es que una
calibración inicial, usando equipos de medición externos, parecen
ser requeridos antes de que puedan realizarse calibraciones en
funcionamiento.
El documento US-5874915 muestra
un sistema de una disposición en fase AEW que tiene una pluralidad
de interruptores selectores para acoplar un amplificador transmisor
o un amplificador receptor respectivo de bajo ruido a uno de los
tres elementos de antena en una columna respectiva de la disposición
de antenas.
Es un primer objeto del presente invento
establecer un sistema de antenas, que permita la verificación de
funcionamiento sin errores mientras el sistema funciona o está en
conexión directa con el funcionamiento.
Este objeto se ha conseguido por el contenido de
la reivindicación 1 del sistema de antena.
Es un segundo objeto del invento establecer un
sistema de antenas en el que se puedan comparar redes de calibración
ramales a través de una red de calibración.
Este objeto se ha conseguido por el contenido de
la reivindicación 2 y además por la reivindicación 3 y 4.
Es un tercer objeto del invento conseguir una
estructura de red de calibración que pueda ser producida de forma
económica.
Este objeto se ha conseguido por la
reivindicación 7.
Es un cuarto objeto de la invención permitir que
se detecten las desviaciones en paneles provocadas, por ejemplo,
por puntos calientes o fríos.
Este objeto se ha logrado por la reivindicación
9.
Es un quinto objeto conseguir capacidades
extendidas de calibración en un sistema de antenas de complejidad
menos extensa con un número reducido de componentes.
Este objeto se ha conseguido con el contenido de
la reivindicación 10.
Es un objeto adicional detectar desviaciones en
una red de calibración para un sistema de antenas.
Este objeto se ha logrado por la reivindicación
11.
Es otro objeto establecer qué red de calibración
se está desviando.
Este objeto se ha logrado por la reivindicación
12.
Es todavía un objeto adicional calibrar una red
de calibración.
Este objeto se ha logrado por la reivindicación
13.
Ventajas adicionales aparecerán de la siguiente
descripción detallada del invento.
La Fig. 1 muestra un sistema conocido de una
disposición de antenas en fase que comprende una red de
calibración,
La Fig. 2 muestra un sistema de una
disposición de antenas en fase acorde con una primera realización
del invento,
La Fig. 3 muestra un módulo para transmitir y
recibir de acuerdo con una primera realización del invento,
La Fig. 4 muestra el sistema de antenas
acorde con una primera realización del invento, que comprende
paneles de una disposición de antenas en fase tal y como se ve
desde arriba,
La Fig. 5 es una ilustración esquemática de
disposición de redes de calibración de un panel de antenas en
fase,
La Fig. 6 es una ilustración esquemática de
una segunda realización de disposición de una red de calibración de
un panel de una disposición de antenas en fase acorde con el
invento,
La Fig. 7 es una ilustración esquemática de
una tercera realización de disposición de una red de calibración de
un panel de una disposición de antenas en fase acorde con el
invento,
La Fig. 8 muestra una primera operación de
una rutina de calibración preferida acorde con el invento,
La Fig. 9 muestra una segunda operación de
una rutina de calibración preferida acorde con el invento,
La Fig. 10 muestra una tercera operación de
una rutina de calibración preferida acorde con el invento,
La Fig. 11 muestra una segunda realización de
un sistema de una disposición de antenas en fase acorde con el
invento,
La Fig. 12 muestra una tercera realización de
un sistema de una disposición de antenas en fase acorde con el
invento, y
La Fig. 13 muestra una realización de un módulo
de recepción y transmisión acorde con la tercera realización del
sistema de antenas acorde con el invento.
En la figura 2, se ha mostrado una primera
realización preferida de un sistema de antenas acorde con el
invento. El sistema comprende una unidad principal MU que
comprende, una unidad excitadora/receptora, ERU, una unidad
formadora de haz BFU, una unidad de calibración CU, una pluralidad
de elementos de antena (D), una red de transmisión de alimentación
y recepción, R, que conecta la unidad excitadora/receptora y una
pluralidad de módulos T/R, TRM1-TRMk, ramales de
alimentación de antenas AF1-AFn, que conectan
módulos T/R y elementos de antena.
Cada módulo T/R respectivo tiene una pluralidad
de puertos P1-Pn, a través del cual cada puerto
lleva a un elemento D111-Dnhv de antena.
Se dispone una pluralidad de acopladores Q111,
de tal manera que para cada elemento D de antena hay dispuesto
preferiblemente un acoplador Q adyacente a un elemento de antena.
Como aparece de la figura, por ejemplo el acoplador Q211 está
dispuesto a continuación del elemento D211 de antena.
Preferiblemente, el acoplador respectivo está dispuesto cerca del
elemento de antena y adyacente a un segmento de la alimentación AF2
de antena para ese elemento particular. Se proporciona una
pluralidad de redes de calibración, C1-Cj, y cada
red de calibración se acopla a un subgrupo de acopladores
Q111-Qnhv. Cada red de calibración se ramifica desde
un puerto, X1 - Xj, en la unidad de calibración, CU, a varios
acopladores que pertenecen a un subgrupo de antenas al que se va a
dar servicio. Por consiguiente, cada red de calibración está
separada y conectada a un puerto designado en la unidad de
calibración, CU. Las redes de calibración separadas no están
conectadas entre sí. A modo de ejemplo, si una señal es emitida en
el puerto X1 de la CU, la señal es llevada a la red de calibración
C1 y a los acopladores Q111, Q112, Qn12, Q1hv y acoplada a
alimentaciones de antena respectivas a puertos correspondientes en
los distintos módulos T/R. Igualmente, una señal en el puerto P1 del
TRM1 será transferida al acoplador Q111, red de calibración C1 y
puerto X1 de la unidad de calibración CU.
Ventajosamente, los acopladores están formados
como bandas dispuestas en un punto adyacente a una alimentación de
antena dada y cerca del elemento de antena en cuestión. Sin embargo,
los acopladores también pueden estar conectados eléctricamente por
una guía de onda o una impedancia adecuadas al elemento de antena.
El acoplador puede ser realizado en tecnología de línea de banda
como se conoce bien en la técnica.
Las redes de calibración y la red de
alimentación y recepción están formadas ventajosamente como
estructuras en árbol con varios ramales. Sin embargo, también son
posibles otras estructuras de rejilla y estructuras sin
ramales.
En la figura 3 se ha mostrado un módulo T/R
acorde con el invento. El módulo T/R TRM es capaz de transmitir y
recibir señales hacia y desde las antenas respectivas, la red de
calibración (C1-Cj) y la red de transmisión, R, de
acuerdo con un control adecuado desde la unidad principal MU por el
bus de datos XD.
El módulo T/R comprende un módulo de atenuación
y desviación de fase, PSAM, un módulo amplificador de potencia,
PAM, panel de polarización de lógica, LBB, un amplificador de ruido
bajo, LNA, y un módulo de conmutación, SM. El panel de polarización
de lógica, LBB, controla las funciones individuales de los módulos
mencionados antes, de tal manera que la fase y amplitud tanto de
las señales transmitidas como recibidas son controladas de acuerdo
con un diseño deseado de direccionalidad de una forma convencional.
El panel de polarización de lógica, LBB, controla además el módulo
de conmutación, SM, para seleccionar señales de radiofrecuencia
hacia o desde el puerto del XR de la ERU a uno o varios de los
puertos P1 a Pn de una manera que se explicará más adelante.
En modo de transmisión, el sistema de antenas
controla la formación del haz de una manera convencional. Se emite
una señal de microondas en la red de transmisión R. Esta señal es
recibida en los distintos módulos T/R TRM de forma substancialmente
síncrona. En cada módulo T/R (1-k) para cada
conexión (1 - n), la señal de entrada es procesada individualmente,
de tal manera que las señales respectivas a elementos respectivos
(1 - h-v) de antena tienen las propiedades
requeridas de fase y amplitud para obtener la forma del haz deseada.
Con esta finalidad, señales correspondientes son enviadas por el
puerto del XD al panel de polarización de lógica, LBB, que controla
el módulo de atenuación y desviación de fase, PSAM, y el módulo
amplificador de potencia, PAM.
En modo recepción, el sistema de antenas cumple
el enfoque requerido de una manera convencional controlando la fase
y amplitud de señales entrantes desde el amplificador de poco ruido
LNA en cada módulo T/R respectivo. Con esta finalidad, se emiten
señales de control desde el panel de polarización de lógica LBB para
controlar el módulo de atenuación y fase, PSAM.
En la figura 4 se ha mostrado una realización
preferida de un sistema de antenas acorde con el invento que
comprende tres paneles A1, A2 y A3 de una disposición de antenas en
fase con caras apuntando fuera radialmente con un ángulo de 120º
entre cada normal para los paneles respectivos en sectores
respectivos. Los paneles tienen el mismo número de elementos de
antena y son preferiblemente pero no necesariamente idénticos. Como
aparece en la figura los paneles están conectados por medio de redes
C y AF a módulos T/R situados a una distancia lejana - sin embargo
puede ser pequeña - desde los paneles y más aún de la unidad
principal, MU. Los elementos de antena de un panel dado también
pueden estar dispuestos en grupos, que por ejemplo están
predispuestos en direcciones dadas.
Los elementos de antena de un número de panel
dado están conectados a un número de puerto dado de cada unidad de
transmisión y recepción. De acuerdo con el invento, a cada panel y
sector correspondiente se le da servicio uno a uno, accionando los
conmutadores SM en cada módulo TRM de forma síncrona y seleccionando
un número de puerto dado.
Por lo tanto, cada módulo T/R da servicio a los
tres paneles por medio de los puertos P1 - P3 (n=3) de una manera
secuencial o multiplexada en el tiempo, por lo que durante el
funcionamiento de cada módulo conmutador SM de un módulo particular
T/R da servicio a un número de puerto particular. Por tanto, la
antena manda un haz en cada sector de acuerdo con un diseño de haz
deseado.
En aplicaciones de estación base, los sectores
pueden ser iluminados secuencialmente con un periodo fijo en un
orden fijado. Para otras aplicaciones tales como radar, a los
paneles se les puede dar servicio para dar preferencia a una
dirección deseada o con un cierto peso con relación a determinado
sector, es decir, dar servicio a un sector en particular más tiempo
que la media de acuerdo con la elección del operador.
Parece que, comparado con la antena anterior con
una cobertura permanente completa, el número de módulos T/R, la
complejidad de red de alimentación y recepción, y el requisito de
potencia de procesamiento de la unidad excitadora receptora se
reduce en dos tercios.
En el ejemplo anterior, se utilizan tres
paneles. Sin embargo, el concepto inventivo puede ser aplicado
también a dos o cuatro paneles o a un mayor número de paneles. Si
solo se utilizan dos paneles, los paneles de antena pueden ser
montados espalda con espalda, lo que proporciona dimensiones
reducidas de la red de alimentación de antenas y calibración.
Ahora se describirán realizaciones ventajosas
que combinan aspectos de las realizaciones primera y segunda. Las
figuras 5-7 son ilustraciones esquemáticas de cómo
acopladores que pertenecen a redes de calibración específicas, C1 -
Cj, son distribuidos en un panel de antenas. Estos paneles pueden
ser paneles rectangulares planos que tienen elementos de antena
Dnhv, en los que n puede denotar el número de panel (es decir A1 -
A3), h puede denotar la posición horizontal del elemento de antena
en un número de panel dado y v puede denotar la posición vertical
del elemento de antena en un número de panel dado.
En la figura 5, se describe una primera
realización para disponer la red de calibración, que tiene el perfil
básico como se muestra en la figura 2 - 4. Se proporcionan tres
redes de calibración, por tanto j=3 en la figura 2 y se
proporcionan 3 paneles, n=3. Las redes de calibración están formadas
como redes separadas (C1, C2..Cj) que no están conectadas entre sí,
cada red está conectada a un puerto respectivo (X1, X2...Xj) en la
unidad de calibración (CU). Cada red de calibración está dedicada a
un panel exclusivamente; es decir, todos acopladores de una red de
calibración particular están montados junto a elementos de antena
del mismo panel de antena. Como se ha establecido antes, las redes
de calibración (C1 - Cj) son independientes con un mínimo de
acoplamiento mutuo. Ventajosamente, las redes de calibración (C1 -
Cj) no son duplicados para evitar que ocurran las mismas
características de error por temperatura.
De acuerdo a una segunda realización para
disponer las redes de calibración, que tiene el perfil básico como
se muestra en las figuras 2-4, se han dispuesto
cuatro redes de calibración diferentes, j=4. Los paneles de antena
se han mostrado en la figura 6, en los que los acopladores de las
redes de calibración respectivas C1, C2, C3 y C4 son identificados
a los elementos de antena, Dhv, que están dispuestos en un plano
bidimensional en ubicaciones respectivas horizontal y vertical.
Aquí, cuatro acopladores correspondientes a la red de calibración
C2 están dispuestos junto a elementos de antena D11, D12, D21 y D22
de un panel de antena particular. Hay dispuestos acopladores
conectados a una red de calibración C1 junto a elementos de antena
D31, D41, D32 y D41. Aparece en la figura que la red de calibración
C3 está asociada con los cuatro elementos de antena inferior a la
derecha y C4 está asociado con los cuatro elementos de antena
inferiores a la derecha. Como en los ejemplos anteriores, en total,
por ejemplo se pueden disponer tres paneles, por los que las cuatro
redes de calibración anteriores, C1 - C4 están dispuestas de la
misma manera para los tres paneles como se muestra en la figura 5.
Además de esto, la disposición de los acopladores puede ser idéntica
para los tres paneles.
Como se ha mencionado antes, las redes de
calibración son formadas ventajosamente como redes separadas, que
están aisladas entre sí, estando conectada cada red de calibración a
un puerto respectivo X1, X2, X3... en la unidad principal MU. Sin
embargo, alguna parte de la red de calibración también podría ser
común y varias redes de calibración se podrían ramificar desde un
conmutador, de tal manera que ramales individuales de las redes de
calibración podrían estar desconectados entre sí. Varias redes de
calibración también podrían ramificarse desde un nodo.
Generalmente, se desea que ramales individuales puedan ser expuestos
a señales de calibración de tal manera que se pueden comparar
recorridos alternativos a través de la red de calibración o redes de
calibración alternativas.
En la figura 7, se muestra una tercera
realización para disponer las redes de calibración, que tienen el
perfil básico como se muestra en las figuras 2 - 4. Esta
realización es similar a la realización de la figura 6, pero los
acopladores de las redes particulares de calibración están
distribuidos por el panel de antena de tal manera que dos
acopladores de la misma red de calibración no están juntos entre
sí.
Para las tres realizaciones anteriores, debe
entenderse que en circunstancias más prácticas el número de
elementos de antena sería mucho mayor, por ejemplo miles de
elementos de antena por panel.
La realización de la figura 5 anterior tiene la
ventaja de que requiere una distribución simple de transmisión de
microondas de alimentación para calibración.
La realización de la figura 7 tiene la ventaja
de que cambios dimensionales relacionados con áreas locales de un
panel dado pueden ser detectados de acuerdo con las rutinas de
calibración de acuerdo con el invento, como se explicará a
continuación. Esto es particularmente ventajoso para aplicaciones en
las que los paneles están sometidos a cambios climáticos bruscos
que llevan a puntos locales de calor y frío. Estos fenómenos
suceden típicamente para radares aéreos refrigerados por aire.
Una primera rutina de calibración del invento se
explicará ahora con referencia a las figuras 8, 9 y 10. Esta rutina
puede relacionarse con cualquiera de las realizaciones descritas con
relación a las figuras 2 - 6, descritas antes.
De acuerdo a la figura 8, una señal de
calibración es sacada por el puerto X1 y es transferida a la red de
calibración C1. Una señal es derivada por medio del acoplador Q111
asociado con el elemento de antena D111. La señal es transferida a
través de alimentación de antena respectiva AF111 haciendo funcionar
el conmutador a P1 en TRM1. Todos los otros puertos de todos los
otros módulos T/M están cerrados.
Se mide el retraso de fase y atenuación
CS_{111R} de la señal. Este valor es comparado con valores fijos
CS_{111Rfix} derivados por ejemplo de una medida de referencia
usando un aparato adicional de calibración. El resultado de la
comparación, \Delta111, corresponde a las diferencias de retraso
de fase y atenuación en un momento dado con relación a los valores
de referencia en el módulo T/R 1, la alimentación de antena AF111 y
el ramal correspondiente en la red R de recepción y transmisión.
El grupo de valores \Delta111 es almacenado
para ser capaz de compensar la amplitud y fase de señales desde o
hacia el módulo excitador y receptor para conseguir las capacidades
dirigibles direccionales del sistema de antenas. Esto corresponde
con la calibración convencional del sistema dirigible de
antenas.
A continuación, se emite una nueva señal de
calibración en el puerto X2, como se muestra en la figura 9, y se
transfiere a la red C2. La señal derivada desde el acoplador
asociado con el elemento D211 es llevada a través del puerto P2 del
TRM1 y es propagada en la red de transmisión R dentro del puerto XR
y se mide un retraso CS_{211R}.
CS_{211R} se compara con un valor fijo
CS_{211Rfix}. El resultado, \Delta211, como antes, corresponde
con el retraso de fase y atenuación en el módulo T/R 1, la
alimentación de antena AF2 y el ramal correspondiente en la red R
de recepción y transmisión.
Además de errores en el conmutador de puerto (1
- n) en el TRM1 junto con el cableado de AF1 y AF2, los resultados
de las dos mediciones \Delta111 y \Delta211 deben ser del mismo
tamaño. Si no, se ha detectado una desviación en una (o ambas) de
las redes de calibración 1 y 2 (o una desviación en AF1 ó AF2).
Por tanto, se puede establecer si el sistema
está funcionando correctamente o no.
A continuación, se emite una nueva señal de
calibración en el puerto X2, como se muestra en la figura 10, y se
transfiere a la red C2. La señal derivada desde el acoplador
asociado con el elemento D2hv es llevada a través del puerto P2 del
TRMk y es propagada en la red de transmisión R dentro del puerto XR
y se mide un retraso CS_{2hvR}.
CS _{2hvR} es comparado con un valor fijo CS
_{2hvRfix}. El resultado \Delta211, como antes, corresponde con
el retraso de fase y amplificación en el módulo T/R TRMk, la
alimentación de antena AF2hv y el ramal correspondiente en la red R
de recepción y transmisión.
Esta rutina es repetida para todos los elementos
de antena y todas redes de calibración.
Ahora se tiene un número de m veces n mediciones
que debe coincidir. Como ejemplo, en el que n=3 y ocurre una
situación en la que dos mediciones coinciden, la tercera medición y
la correspondiente red de calibración está más probablemente
desviándose.
Por tanto, aparte de establecer si el sistema
está funcionando correctamente o no, en el último caso puede
establecerse además en qué red de calibración hay una desviación.
Además de esto, la red de calibración que se desvía puede ser
calibrada por ajuste apropiado de los ajustes dados de amplitud y
fase para módulos T/R individuales, todos controlados en el bus de
datos XD de la unidad de excitación y recepción, ERU.
Por tanto, no solo se examinan la alimentación
de antena y los módulos T/M con relación a una desviación, también
las redes de calibración son sometidas a un examen de desviación.
Por tanto, la red de calibración errónea puede ser identificada y
se puede realizar la compensación correspondiente. Este
procedimiento puede hacerse virtualmente mientras el sistema
funciona o provocando solo una interrupción corta.
En la figura 11, se ha mostrado una tercera
realización del sistema de radar acorde con el invento. En esta
realización, se han dispuesto varios acopladores Cj que no están
asociados con ningún elemento de antena. Sin embargo, se disponen
líneas de alimentación de antena respectivas AFj11,...AFjhv a los
acopladores respectivos Cj para cada módulo T/R. Estas
alimentaciones de antena comprenden una impedancia amortiguadora Dmp
para emparejar la alimentación de antena a las alimentaciones de
antena que conectan los elementos dipolo. Por tanto, de acuerdo con
el invento también se hace posible una calibración de la red de
calibración para sistemas en los que n=3 (puertos TRM) o sistemas
que no utilizan multiplexado en el tiempo entre sectores diferentes,
n=2 (puertos TRM).
En la figura 12, la red (R) de recepción de
transmisión está reemplazada con una red digital de transmisión de
recepción y transmisión, en la que hay dispuestos convertidores A/D
en cada TRMo o integrados con ellos. La señalización digital
apropiada es transferida por un bus de datos XD desde la unidad de
transmisión y recepción ERU. En la figura 13 se ha mostrado la
disposición del convertidor A/D con relación a un módulo T/R. Como
se entenderá, las propiedades de calibración explicadas antes
pertenecen también a esta realización.
Claims (15)
1. Un sistema de antenas (AS) que comprende una
unidad excitadora/receptora (ERU), una unidad (BFU) formadora de
haz, una unidad de calibración (CU), una pluralidad de elementos (D)
de antena, una pluralidad de módulos T/R (TRM1- TRMk),
una red de transmisión (R) de alimentación y
recepción conecta la unidad receptora/excitadora y ramales (AF) de
alimentación de antena que conectan módulos T/R respectivos y
elementos de antena,
la unidad (BFU) formadora de haz controla la
fase y amplitud de señales transmitidas a través de un módulo T/R
respectivo en colaboración para conseguir una forma de haz
deseada,
una red de calibración conecta la unidad de
calibración (CU) y apunta en ramales respectivos (AF) de
alimentación de antena, caracterizado porque
la red de calibración comprende una pluralidad
de redes de calibración (C1, C2..Cj) y cada módulo T/R comprende un
conmutador (SM) para conmutar entre ramales alternativos de
alimentación de antena y por tanto entre redes de calibración
alternativas.
2. Un sistema de antenas acorde con la
reivindicación 1, por el que se comparan las redes de calibración
alternativas (C1, C2,...Cj).
3. Un sistema de antenas acorde con la
reivindicación 2, por el que cada una de las redes de calibración
alternativas (C1, C2,.. Cj) está acoplada a una pluralidad de
elementos (D) de antena por medio de acopladores o conexiones
(Q).
4. Un sistema de antenas acorde con la
reivindicación 3, por el que cada acoplador (Q) está acoplado a una
alimentación de antena particular (AF).
5. Un sistema de antenas acorde con cualquiera
de las reivindicaciones anteriores, por el que los elementos (D) de
antena están dispuestos en grupos (A1, A2, A3), tales como paneles
están predispuestos en una determinada dirección con relación entre
sí.
6. Un sistema de antenas acorde con cualquiera
de las reivindicaciones anteriores, por el que cada una de las
redes de calibración alternativas (C1, C2, ...Cj) está separada o al
menos puede ser desconectadas entre sí.
7. Un sistema de antenas acorde con la
reivindicación 5, por el que cada una de las redes de calibración
alternativas (C1, C2,...Cj) da servicio a un grupo específico (A1,
A2, A3) de elementos (D) de antena.
8. Un sistema de antenas acorde con la
reivindicación 5, por el que cada una de las redes de calibración
alternativas (C1, C2,...Cj) da servicio a varios elementos (D) de
antena en grupos diferentes (A1, A2, A3) de ellos.
9. Un sistema de antenas acorde con la
reivindicación 5, por el que cada una de las redes de calibración
alternativas (C1, C2,...Cj) da servicio a varios elementos (D) de
antena en grupos diferentes (A1, A2, A3) o paneles de ellos pero a
ninguno de las redes de calibración alternativas da servicio a
elementos de antena adyacentes en el mismo panel o grupo.
10. Un sistema de antenas acorde con la
reivindicación 2 - 9, por el que al menos alguna de las
ramificaciones de las redes de calibración alternativas (C1,
C2,...Cj) están dispuestas con un acoplador (Q) a un ramal (AF) de
alimentación de antena, que no está asociado con ningún elemento (D)
de antena.
11. Un método para hacer funcionar un sistema de
antenas que comprende las siguientes operaciones;
- una primera señal de calibración es enviada en
una primera red de calibración de tal manera que un subgrupo de
elementos de antena recibe dicha señal.
- dicha primera señal de calibración es transferida a través de una primera alimentación de antena (AF) haciendo funcionar un conmutador en un módulo T/R dado (TRM1) de tal manera que la señal se hace pasar a través de un primer ramal en una red (R) de transmisión y recepción a un puerto (XR),
- todos otros conmutadores en otros módulos T/M se hacen funcionar de tal manera que no se transfiere otra señal a través de la red de transmisión y recepción al mismo puerto (XR),
- el retraso de fase y/o atenuación (CS111R) de la primera señal de calibración es medida y es almacenada como un primer resultado (\Delta111),
- una segunda señal de calibración es enviada en
una segunda red de calibración de tal manera que un subgrupo de
elementos de antena recibe dicha señal.
- dicha segunda señal de calibración es transferida a través de una segunda alimentación (AF) de antena haciendo funcionar un interruptor (SM) en el mismo módulo T/R (TRM1) de tal manera que la segunda señal de calibración se pasa a través del mismo primer ramal en una red (R) de transmisión y recepción a un puerto (XR), todos los otros conmutadores en otros módulos T/M son accionados de tal manera que no se transfiere otra señal a través de la red de transmisión y recepción al mismo puerto (XR),
- el retraso de fase y/o atenuación (CS211R) de la segunda señal de calibración es medida y es almacenada como un segundo resultado \Delta211),
- si los dos resultados (\Delta111 y
\Delta211) son de tamaño diferente, estableciendo que ha ocurrido
una desviación en al menos una de la primera y segunda red de
calibración (C1, C2,...Cj).
12. Un método para hacer funcionar un sistema de
antenas acorde con la reivindicación 11, que comprende las
siguientes operaciones, a continuación de las operaciones de la
reivindicación 11,
- una tercera señal de calibración es enviada en
una tercera red de calibración de tal manera que un subgrupo de
elementos de antena recibe dicha señal.
- dicha tercera señal de calibración es transferida a través de una tercera alimentación (AF) de antena accionando un conmutador (SM) en el mismo módulo T/R (TRM1) de tal manera que la tercera señal de calibración se pasa a través del mismo ramal en una red (R) de transmisión y recepción a un puerto (XR), todos los otros conmutadores en otros módulos T/M son accionados de tal manera que no se transfiere otra señal a través de la red de transmisión y recepción al mismo puerto (XR),
- el retraso de fase y/o atenuación (CS311 R) de la tercera señal de calibración se mide y almacena como un tercer resultado (\Delta311),
- si dos resultados a través del mismo módulo
T/R corresponden entre sí mientras un tercer resultado a través del
mismo módulo T/R difieren entre sí, estableciendo que ha ocurrido
una desviación en la última red de calibración (C1, C2,...Cj).
13. Un método para hacer funcionar un sistema de
antenas acorde con la reivindicación 11 ó 12, por el que al menos
el primer, segundo o tercer resultado (\Delta111, \Delta211,
\Delta311) son almacenados para compensar la amplitud y/o fase de
señales desde o hacia el módulo receptor y excitador para conseguir
las capacidades dirigibles direccionales deseadas del sistema de
antenas.
14. Un método para hacer funcionar un sistema de
antenas acorde con la reivindicación 12, que comprende las
siguientes operaciones, a continuación de las operaciones de la
reivindicación 12,
- la red de calibración en conjunto es calibrada de acuerdo con las redes de calibración (C1, C2,...Cj) que producen resultados correspondientes.
15. Un método para hacer funcionar un sistema de
antenas acorde con una de las reivindicaciones 11, 12 ó 13 que
comprende las operaciones siguientes, a continuación de las
operaciones en las reivindicaciones 11, 12 ó 13,
- el método es repetido para todos los elementos de antena y todas redes de calibración (C1, C2,...Cj).
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