ES2353104B2 - Antena para monitorización del campo electromagnético ambiental en tiempo real. - Google Patents
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Abstract
Antena para monitorización del campo
electromagnético ambiental en tiempo real.
La invención consiste en una antena para
monitorización de campo electromagnético ambiental en tiempo real
que abarca un rango de frecuencias desde 100 MHz a 6 GHz. Está
diseñada como un conjunto de doce antenas tipo látigo,
omnidireccionales, de diferente longitud, asociadas a diferentes
valores de lambda, y colocadas sobre un eje central. Cada una
realiza la captación en una banda de 500 MHz, efectuándose un
control automático y secuencial de las diferentes bandas de trabajo,
por lo que el diseño permite una captación, monitorización y
almacenaje de los niveles de campo electromagnético de manera
instantánea y en tiempo real. Otra característica que presenta es
que el tratamiento de los valores recibidos se lleva a cabo en
bruto, por lo que no se enmascara ningún valor, tal y como ocurre en
los sistemas que realizan promediados de señal.
Description
Antena para monitorización del campo
electromagnético ambiental en tiempo real.
La invención se refiere a un conjunto de doce
antenas omnidireccionales con control automático y secuencial de
antena para diferentes bandas de frecuencia de trabajo que comprende
desde 100 MHz hasta 6 GHz, siendo cada una de las antenas
responsable de la captación de la señal en una banda de 500 MHz.
Las necesidades de la sociedad de la
comunicación y de las nuevas tecnologías actuales está provocando un
aumento de las emisiones radioeléctricas, lo que se está traduciendo
en un incremento tanto en el número de estaciones emisoras, como en
el nivel de potencia emitida, especialmente en entornos urbanos.
Este aumento no sólo se está experimentando en
la banda licenciada, sino que se está produciendo también en la
banda libre, donde es más difícil llevar un control exhaustivo de
los niveles de potencia a los que se transmite.
El desconocimiento de las características y
ubicación de las estaciones radioeléctricas, debido a que no siempre
se dispone de los mapas de localización de los emplazamientos, es un
impedimento adicional que hace muy complicado un conocimiento real
de las variaciones de los niveles de campo en entornos urbanos.
Por todas estas razones, se hace necesario un
control más riguroso de las emisiones radioeléctricas, y de la
ubicación de las estaciones, siendo las entidades municipales las
responsables de que dicho control se lleve a cabo de manera
correcta, útil y real.
Existen sistemas de monitorización de campo
magnético que realizan el registro de un único valor de nivel de
campo promedio, y lo comparan con un valor umbral para un intervalo
de tiempo dado y en un momento puntual, ya sea para la certificación
o inspecciones posteriores. Sin embargo, este tipo de medida no es
suficiente para poder valorar objetivamente que se cumplan los
límites de exposición en todo momento, ni para estimar la
interacción de los campos electromagnéticos sobre un área de la
población, puesto que los picos de intensidad se ven enmascarados
por el promediado temporal de la señal.
Las mayoría de sistemas comerciales de
monitorización ambiental del campo electromagnético (sistema SMRF
de WaveControl; Insite Box 80 de Satimo RF Safety; medición en alta
frecuencia con filtrado selectivo de Gigahertz) y equipos
móviles de medida de nivel de campo (Rohde & Schwarz, Narda,
Satimo o Wavecontrol) no permiten una monitorización y registro
en tiempo real de los valores de pico de potencia captados en una
ubicación determinada, diferenciados por servicio y frecuencia.
Estas estaciones de telemetría realizan lecturas
de densidad de potencia en banda ancha las 24 horas del día, 365
días al año, con una resolución temporal en torno a 1 minuto,
mediante un sensor isotrópico o mediante una sonda triaxial. Dichas
medidas son medidas básicas de niveles de potencia y calidad de
servicios de telefonía móvil: GSM 900, GSM 1800 y UMTS. Cada
estación de supervisión está formada por un bloque de captación y
medida de campo electromagnético, un bloque de tratamiento,
promediado y memorización de los datos y un módulo de comunicaciones
para la transferencia de datos al centro de control.
La comunicación entre las estaciones que forman
el sistema y el centro de control se realiza habitualmente mediante
tecnología móvil: módem GSM, GPRS o UMTS controlado
por microprocesador. El sistema de captura y registro se interrumpe
durante el tiempo de encendido del módem y la duración de la ventana
temporal de envío de datos, por lo que se pierden las medidas
correspondientes a ese intervalo. Adicionalmente el propio mecanismo
de transmisión inalámbrica de los datos al centro de control
introduce contaminación electromagnética ambiental.
Algunas invenciones para la detección de campos
electromagnéticos ambientales en banda ancha se basan en equipos
móviles de medida indirecta, entre los que se incluye un detector
óptico sensible a radiación electromagnética (patente US 7209613)
capaz de medir la cantidad de energía absorbida por diversos
sensores. Este tipo de métodos de medida es poco preciso, no
presenta buena resolución frecuencial y no permite un registro
continuo y en tiempo real de los niveles de campo
electromagnético.
Otro tipo de estaciones remotas fijas de
vigilancia electromagnética emplean un comparador por umbral con el
resultado de la multiplexación en el tiempo de las salidas dadas por
el conjunto de tres elementos radiantes ortogonales para un registro
independiente (patente ES2273928T3). Estas estaciones son sensibles
de forma selectiva, al menos, en dos bandas de frecuencias de campo
electromagnético. La medida se basa en un promedio en banda ancha
comparado con un umbral límite por servicio de radiofrecuencia. El
sistema dispone de interfaces de comunicación móvil en GSM y
comunicación serie mediante RS-232 para comunicación
con una unidad central de control. Disponen también de una unidad de
procesado de los datos y almacenamiento de aquellos niveles de campo
que superen el umbral prefijado. Por tanto, este sistema no almacena
todos los valores de campo detectados, sino sólo aquéllos que
superen ciertos límites fijados. Además, los valores de campo no se
registran y monitorizan en tiempo real de forma automática.
La invención se refiere a una antena para la
monitorización ambiental de campo electromagnético compuesta por un
conjunto de doce antenas omnidireccionales tipo látigo que permiten
la captación, monitorización y almacenaje de la intensidad de campo
magnético ambiental de manera instantánea y en tiempo real. La
invención dispone de un sistema de control automático y secuencial
de antena, configurado para controlar el encendido y apagado de las
antenas de la agrupación, abarcando así un rango de frecuencias de
trabajo desde los 100 MHz hasta los 6 GHz en bandas de 500 MHz, y
realiza el envío de la información a un centro de control externo
tras barrer todo el rango de frecuencias. Para ello utiliza un
módulo de control que comprende medios de recepción y procesamiento
de datos y un módulo de memoria para el almacenamiento de los
diferentes programas de selección y comunicación de datos, cuyo
objetivo es lograr la selección de las bandas de radiofrecuencia,
obtener el fechado correcto y reenviar esta información hacia el
sistema externo de procesado de señal. El tratamiento de los datos
se realiza en bruto, sin realizar ningún tipo de promediado, por lo
que los datos enviados son valores reales, sin enmascarar ningún
valor de campo recibido.
A continuación se pasa a describir de manera muy
breve una serie de dibujos que ayudan a comprender mejor la
invención y que se relacionan expresamente con una realización de
dicha invención que se presenta como un ejemplo no limitativo de
ésta.
La Figura 1 representa un diagrama esquemático
de la agrupación de 12 antenas con los bloques de selección, control
y GPS.
La Figura 2 representa una vista frontal de la
antena.
La Figura 3 representa un esquema del
dispositivo electrónico asociado a la antena y situado en su
base.
La presente invención se ha diseñado para
proporcionar una solución que satisfaga todas las necesidades antes
indicadas. Por tanto, la presente invención se refiere a un grupo de
antenas omnidireccionales y equipos electrónicos que:
- \bullet
- Captan, monitorizan y envían los niveles de campo electromagnético no mediante un promediado, como la mayoría de los sistemas, sino en valores verdaderos y en tiempo real.
- \bullet
- Realizan un registro continuado de dichos niveles de campo electromagnético, puesto que se realiza un barrido de todo el rango de frecuencias y, tras este barrido, la información recogida por las antenas se envía al sistema externo a la antena, fuera del objeto de la presente invención, en el que se procesa, almacena y encapsula para posterior envío al centro de control remoto. De esta manera no se interrumpe la captación de la señal en ningún momento.
- \bullet
- Barren un rango de frecuencias que cubre desde los 100 MHz hasta los 6 GHz, banda que incluye la mayoría de las emisiones radioeléctricas características del entorno urbano: televisión digital terrestre, radio FM, puntos de acceso WIFI, estaciones base de telefonía móvil GSM y UMTS, WiMax, conexiones punto a punto en frecuencias propietarias o libres.
\vskip1.000000\baselineskip
Tal como se muestra en la Figura 1, la medida
del nivel de campo electromagnético del entorno de cada estación
remota de supervisión se lleva a cabo mediante un grupo de antenas
omnidireccionales integradas (1), de desarrollo propio, donde se
ajustan automática y secuencialmente las distintas frecuencias
centrales de recepción variando el parámetro lambda de las antenas
(1'), con un ancho de canal de 500 MHz y una frecuencia central de
recepción, definida como el valor de la mediana de la ventana en
cuestión.
Cada una de las doce antenas tiene una longitud
diferente según sea el parámetro lambda que permite captar la señal
de una de las bandas de frecuencias de 500 MHz en los que se divide
el rango de frecuencias de trabajo. Cada antena (1') de la
agrupación de antenas (1) posee a su vez un LNA (amplificador de
bajo ruido) específico para su banda de trabajo.
Los canales que se obtienen son los
siguientes:
- a)
- 100 MHz-500 MHz
- b)
- 500 MHz-1000 MHz
- c)
- 1000 MHz-1500 MHz
- d)
- 1500 MHz-2000 MHz
- e)
- 2000 MHz-2500 MHz
- f)
- 2500 MHz-3000 MHz
- g)
- 3000 MHz-3500 MHz
- h)
- 3500 MHz-4000 MHz
- i)
- 4000 MHz-4500 MHz
- j)
- 4500 MHz-5000 MHz
- k)
- 5000 MHz-5500 MHz
- l)
- 5500 MHz-6000 MHz
\vskip1.000000\baselineskip
Estas bandas de frecuencia se fragmentarán
posteriormente, en módulos externos a la antena y fuera del objeto
de la presente invención, en canales de ancho de banda estrecho, de
30 kHz y opcionalmente, en canales de 300 kHz. Las medidas del nivel
del campo electromagnético del entorno se realizarán a la frecuencia
central de cada uno de los canales estrechos en los que se divide
cada canal primario de 500 MHz.
La agrupación de antenas del subsistema de
detección está formada por doce antenas omnidireccionales (1) de
distinta longitud y asociadas a diferentes valores del parámetro
lambda y colocadas sobre un núcleo central cilíndrico (8) (ver
Figura 2 y Figura 3) que permite reducir la longitud del mástil a
una altura máxima de 1.5 metros, permitiendo la separación física de
las antenas y facilitando que no se acoplen entre sí.
Cada antena es responsable de:
- \bullet
- La captación automática y secuencial de los niveles de campo electromagnético en cada una de las bandas de frecuencia de 500 MHz en que se divide el rango de frecuencias de entrada.
- \bullet
- Control del selector de antena (2).
- \bullet
- El envío de los datos recibidos al módulo de control del sistema externo de la antena, situado en la base de la antena, siendo este módulo de control el bloque principal de almacenamiento y post-procesado de la información obtenida, recibiéndola a través de (7). El módulo de control propio de la antena (3) selecciona la banda de frecuencia a explorar en el módulo de captación utilizando, ya sea una comunicación de tipo 485 o TTL.
\vskip1.000000\baselineskip
Para el control automático de las antenas existe
un dispositivo electrónico asociado, un selector de antena (2), que
es el encargado de seleccionar la antena que mide en cada momento
mediante conmutadores de radiofrecuencia, y que apagan o encienden
cada una de ellas en función de la banda de frecuencias a medir
dentro del escaneo secuencial de bandas, y dando paso de esta
manera, a las órdenes provenientes del módulo de control de la
antena (3).
Del módulo de control de antena (3) sale una
señal (7) que contiene los datos captados y que se envían a un
sistema externo para su procesamiento.
Del selector de antena se obtiene la señal de
salida RF (5) de la antena que se envía al sistema externo de
procesado de señal, para su tratamiento. Esta señal de salida
proviene de la selección automática de sólo una de las 12 bandas de
frecuencia disponibles. Cada sector de banda incluye un látigo de
Lambda/4, su amplificador de bajo ruido o LNA, y su electrónica de
selección.
Cualquiera de las bandas seleccionadas termina
en un conector coaxial de alta frecuencia común por medio del cual
las señales de RF son canalizadas hasta el módulo de procesado.
Adicionalmente, en una realización preferente,
la antena integra un módulo GPS (4) para la obtención de la hora y
el tiempo preciso necesarios para identificar cada registro en el
tiempo de los valores de campo electromagnético ambiental medidos
por la antena. Dicha señal (señal de localización y de tiempo (6))
se envía al control de antena y al sistema externo de procesado de
señal. Este tiempo será común a todos los equipos que conformarán el
sistema completo, ya que utilizan la precisión de los relojes de
Cesio del sistema de satélites GPS.
La Figura 2 representa una vista frontal de la
antena en la que aparecen las antenas (1') de la agrupación de
antenas (1), el cuerpo cilindrico (8) que representa el mástil, la
carcasa (12), el plano de masa (11) y el lugar en el que se coloca
el dispositivo electrónico asociado a la antena (10), así como el de
la colocación del dispositivo GPS (4). El GPS está integrado en la
carcasa (12), por debajo de las placas de aislamiento. (13)
representa unas placas de aluminio para la fijación de los látigos
de las lambdas y sus conectores.
En la Figura 3 se muestra un esquema del
dispositivo electrónico asociado a la antena (10) y situado en la
base de la antena, dentro de una carcasa que sirve de aislamiento,
según se muestra en la Figura 2. El círculo central representa un
orificio para anclarse a dicha carcasa. El selector de antena (2)
comprende, en la realización preferida mostrada en la Figura 2, tres
conmutadores de radiofrecuencia (9), cada uno encargado de controlar
un grupo de cuatro antenas (1') diferentes, apagando o encendiendo
cada una de las antenas en función de las órdenes del módulo de
control (3).
El núcleo central del dispositivo de recepción
está compuesto por un conector SMA de entrada del cable coaxial, y
un conmutador de RF de tres entradas que llevan las señales de
radiofrecuencia de cada ramal de cuatro canales a dicho conector
SMA.
La antena dispone de alimentación por medio de
una conexión de alimentación y datos de tipo 485 y/o TTL, por lo que
la señal y la tensión de alimentación de 9 voltios circulan
paralelamente al cable coaxial, ofreciendo una conexión segura y
robusta en banda ancha, de hasta 10 Mbps de ancho de banda que
permite una distancia de transmisión del orden de 50 metros. Y, en
el caso de un conexionado de alimentación más datos, TTL que permite
una distancia de transmisión inferior a los 5 metros.
El sistema de control central se alimenta con 9
voltios, empleando este voltaje en dos reguladores de tensión de 5 y
3.3 voltios en continua:
- \bullet
- El primero de ellos, el de 5 voltios, controla el encendido y apagado de los elementos electrónicos del circuito, de tal manera que, en cada ventana frecuencial, sólo estén activos la antena, los componentes circuitales y el amplificador de bajo ruido (LNA) integrado adecuados, mientras que el resto de antenas no reciben alimentación y no interfieren en la captura de la señal. La función de sincronización en la conexión y desconexión del conmutador y el LNA adecuado la lleva a cabo un microcontrolador.
- \bullet
- El segundo regulador, de 3.3 voltios, alimenta a un microcontrolador que regula el proceso de salto secuencial de ventana, y por tanto, es el encargado de enviar las órdenes para el control de los elementos del sistema de antenas involucrados en la sincronización y la definición de la ventana temporal de activación y desactivación de duración para cada una de las bandas frecuenciales, conmutadores y amplificadores, como se ha comentado anteriormente.
En el módulo central de control y comunicaciones
de la antena se distinguen cinco interfaces de comunicación sobre
cable coaxial:
- 1.
- La primera es la propia de la antena, de la señal registrada.
- 2.
- La segunda es la de entrada de sincronización del dispositivo GPS.
- 3.
- La tercera está compuesta por cuatro cables de comunicación con el microcontrolador, ubicado en la base de la antena, y que lleva a cabo la selección de la antena correspondiente.
- 4.
- La cuarta es la de conexión directa de señales de alimentación a 5 voltios y señales de control digital a 3.3 voltios.
- 5.
- La quinta corresponde a la salida por cable coaxial de la señal recibida de cada una de las 12 antenas disponibles, y que permiten llevar ésta a la etapa de procesado, tratamiento, almacenamiento y comunicaciones posterior.
Claims (8)
1. Antena para monitorización del campo
electromagnético ambiental en tiempo real, caracterizada por
que comprende:
- una agrupación de antenas (1)
omnidireccionales tipo látigo, siendo las antenas (1') de la
agrupación de diferentes longitudes, asociadas a diferentes valores
del parámetro lambda, y encargadas de la captación continuada de la
señal de campo electromagnético ambiental en diferentes bandas de
frecuencia de trabajo;
- un selector de antena (2) encargado de
seleccionar, mediante al menos un conmutador de radiofrecuencia (9),
la antena (1') activa que captura en cada momento la señal de campo
electromagnético en la banda específica, y obtener la señal de
salida RF (5) de la antena para su tratamiento en un sistema externo
de procesado de señal;
- un módulo de control (3) configurado para,
mediante el control del selector de antena (2), efectuar un escaneo
secuencial de las bandas de frecuencia de trabajo, ajustando
automática y secuencialmente las distintas frecuencias centrales de
recepción de las antenas, seleccionando cada uno de los látigos de
diferente lambda cuartos que conforman la agrupación de antenas
(1).
\vskip1.000000\baselineskip
2. Antena para monitorización del campo
electromagnético ambiental en tiempo real según reivindicación 1,
caracterizada por que comprende un módulo GPS (4) que
proporciona una señal de localización y de tiempo (6) al sistema
externo de procesado de señal para el fechado preciso de los valores
de campo electromagnético ambiental registrados en la antena.
3. Antena para monitorización del campo
electromagnético ambiental en tiempo real según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, caracterizada por que las
antenas (1') de la agrupación de antenas (1) están colocadas sobre
un núcleo central cilindrico (8) para permitir la separación física
de las antenas (1') y que éstas no se acoplen
entre sí.
entre sí.
4. Antena para monitorización del campo
electromagnético ambiental en tiempo real según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, caracterizada por que la
agrupación de antenas (1) está formada por doce antenas (1').
5. Antena para monitorización del campo
electromagnético ambiental en tiempo real según reivindicación 4,
caracterizada por que las bandas de frecuencia de trabajo de
las antenas (1') de la agrupación de antenas (1) abarcan un rango de
frecuencias desde los 100 MHz hasta los 6 GHz en bandas de 500 MHz,
siendo los canales en los que se divide el rango de frecuencias de
trabajo los siguientes:
- a)
- 100 MHz-500 MHz
- b)
- 500 MHz-1000 MHz
- c)
- 1000 MHz-1500 MHz
- d)
- 1500 MHz-2000 MHz
- e)
- 2000 MHz-2500 MHz
- f)
- 2500 MHz-3000 MHz
- g)
- 3000 MHz-3500 MHz
- h)
- 3500 MHz-4000 MHz
- i)
- 4000 MHz-4500 MHz
- j)
- 4500 MHz-5000 MHz
- k)
- 5000 MHz-5500 MHz
- l)
- 5500 MHz-6000 MHz
\vskip1.000000\baselineskip
6. Antena para monitorización del campo
electromagnético ambiental en tiempo real según cualquiera de las
reivindicaciones 4 a 5, caracterizada por que el selector de
antena (2) comprende tres conmutadores de radiofrecuencia (9), cada
uno encargado de controlar un grupo de cuatro antenas (1')
diferentes, apagando o encendiendo cada una de las antenas en
función de las órdenes del módulo de control (3).
7. Antena para monitorización del campo
electromagnético ambiental en tiempo real según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, caracterizada por que el
selector de antena (2) está adicionalmente configurado para
controlar el encendido y apagado de las antenas de la agrupación
(1).
8. Antena para monitorización del campo
electromagnético ambiental en tiempo real según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, caracterizada por que el módulo
de control (3) comprende medios de recepción y procesamiento de
datos y un módulo de memoria para el almacenamiento de los
diferentes programas de selección y comunicación de datos, cuyo
objetivo es lograr la selección de las bandas de radiofrecuencia,
obtener el fechado correcto proveniente del módulo de GPS (4) y el
posterior reenvío de esta información hacia el sistema externo de
procesado de señal mediante una señal (7) que contiene los datos
captados.
Priority Applications (1)
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Publications (2)
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ES2353104A1 ES2353104A1 (es) | 2011-02-25 |
ES2353104B2 true ES2353104B2 (es) | 2011-07-11 |
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Cited By (1)
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2010
- 2010-12-29 ES ES201001641A patent/ES2353104B2/es active Active
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