ES2842108T3 - An adaptive antenna array and an apparatus and method for feeding signals to an adaptive antenna array - Google Patents

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Abstract

Un dispositivo alimentador para suministrar una señal de radiofrecuencia a un conjunto de antenas adaptativas que comprende una pluralidad de elementos de antena, comprendiendo dicho dispositivo alimentador: una pluralidad de divisores de señal (1), comprendiendo cada uno de dichos divisores de señal (10): un puerto de entrada para recibir dicha señal de radiofrecuencia, un puerto de salida, un puerto de salida adicional y una impedancia variable; en donde dicho divisor de señal está configurado para dividir dicha señal de entrada y dirigir dichas señales divididas hacia dicha impedancia variable (20); dichas señales divididas son al menos una de la reflejada a dicho puerto de salida y la transmitida a dicho puerto de salida adicional, dependiendo dicho grado de reflexión y transmisión de un valor de dicha impedancia variable (20), siendo variable dicho grado de reflexión y transmisión entre sustancialmente toda la reflexión y sustancialmente toda la transmisión; en donde dicho divisor de señal está configurado de manera que se introducen desplazamientos de fase a señales que viajan entre puertos, siendo dichos desplazamientos de fase de manera que dichas señales divididas recibidas en dicho puerto de salida y dicho puerto de salida adicional interfieren de manera constructiva y las señales recibidas en puertos externos de dicho divisor de señal distinto de dichos puertos de salida están fuera de fase e interfieren de manera destructiva; dicha salida y dichos puertos de salida adicionales de al menos uno de dicho al menos un divisor de señal están configurados para suministrar señales a respectivos elementos de antena de dicho conjunto de antenas; en donde dicha pluralidad de divisores de señal (10) están dispuestos en una cascada, comprendiendo dicha cascada: un divisor de señal de entrada configurado para recibir dicha señal de entrada de radiofrecuencia y dirigir dicha señal a al menos uno de dicho puerto de salida y dicho puerto de salida adicional de dicho divisor de señal de entrada; divisores de señal adicionales cada uno configurado para recibir en una entrada una señal de uno de dicho puerto de salida y dicho puerto de salida adicional de uno de dichos divisores de señal en un nivel superior de dicha cascada; y una pluralidad de divisores de señal de salida estando configurado cada uno para dirigir una señal de entrada recibida mediante al menos uno de dicho puerto de salida y dicho puerto de salida adicional a respectivos elementos de antena (30) de dicho conjunto de antenas.A feeding device for supplying a radio frequency signal to a set of adaptive antennas comprising a plurality of antenna elements, said feeding device comprising: a plurality of signal dividers (1), each of said signal dividers (10) comprising : an input port for receiving said radio frequency signal, an output port, an additional output port and a variable impedance; wherein said signal divider is configured to divide said input signal and direct said divided signals toward said variable impedance (20); said divided signals are at least one of that reflected to said output port and transmitted to said additional output port, said degree of reflection and transmission depending on a value of said variable impedance (20), said degree of reflection being variable and transmission between substantially all reflection and substantially all transmission; wherein said signal splitter is configured such that phase shifts are introduced to signals traveling between ports, said phase shifts being such that said divided signals received at said output port and said additional output port constructively interfere and signals received at external ports of said signal splitter other than said output ports are out of phase and destructively interfere; said output and said additional output ports of at least one of said at least one signal splitter are configured to supply signals to respective antenna elements of said set of antennas; wherein said plurality of signal dividers (10) are arranged in a cascade, said cascade comprising: an input signal divider configured to receive said radio frequency input signal and direct said signal to at least one of said output port and said additional output port of said input signal splitter; additional signal dividers each configured to receive at an input a signal from one of said output port and said additional output port of one of said signal dividers at a higher level of said cascade; and a plurality of output signal splitters each being configured to direct an input signal received through at least one of said output port and said additional output port to respective antenna elements (30) of said array of antennas.

Description

DESCRIPCIÓNDESCRIPTION

Un conjunto de antenas adaptativas y un aparato y método para alimentar señales a un conjunto de antenas adaptativasAn adaptive antenna array and an apparatus and method for feeding signals to an adaptive antenna array

Campo de la invenciónField of the invention

La presente invención se refiere a la alimentación de señales a conjuntos de antenas adaptativas y a estos conjuntos de antenas adaptativas.The present invention relates to feeding signals to adaptive antenna arrays and to these adaptive antenna arrays.

AntecedentesBackground

Los conjuntos de antenas se han usado ampliamente en las telecomunicaciones debido a su capacidad para: enfocar señales de RF hacia un sector específico y a utilizar técnicas de MIMO para mejorar la cobertura y la capacidad. Antenna arrays have been widely used in telecommunications because of their ability to: focus RF signals to a specific sector and to use MIMO techniques to improve coverage and capacity.

En muchas aplicaciones de formación de haces/MIMO, es ventajoso si puede reconfigurarse la antena/conjunto de antenas de modo que no únicamente puedan proporcionar un haz estrecho de potencia de RF a un usuario particular o un conjunto particular de usuarios, sino que también puedan proporcionar una cobertura de RF amplia a un número mayor de usuarios.In many beamforming / MIMO applications, it is advantageous if the antenna / antenna array can be reconfigured so that not only can they provide a narrow beam of RF power to a particular user or a particular set of users, but they can also provide wide RF coverage to a larger number of users.

La configuración/formación de haces adaptativa puede conseguirse en el dominio de RF o en el dominio digital. Los enfoques digitales ofrecen flexibilidad total, sin embargo, a coste y consumo de energía aumentados. Como alternativa, puede conseguirse la reconfiguración de haces adaptativa en Rf , es decir, encendiendo o apagando elementos de antena seleccionados dependiendo del haz requerido. En este caso apagando elementos, se proporciona un conjunto que opera con elementos reducidos dando como resultado un haz más ancho a coste de potencia reducida a lo largo del haz principal. Esto puede ampliarse al caso donde se apagan todos los elementos de antena menos uno, dando como resultado la cobertura angular máxima mientras que se limita el alcance a lo largo de la dirección radial. Una limitación con un enfoque de este tipo es que, apagando los elementos de antena normalmente se implementa usando un conmutador absorbente que reduce la eficiencia de la energía puesto que se disipa la potencia en la red de alimentación en forma de calor.Adaptive beamforming / shaping can be achieved in the RF domain or in the digital domain. Digital approaches offer full flexibility, however, at increased cost and energy consumption. Alternatively, adaptive beam reconfiguration in Rf can be achieved, ie by turning selected antenna elements on or off depending on the required beam. In this case by turning off elements, an assembly is provided which operates with reduced elements resulting in a wider beam at reduced power cost along the main beam. This can be extended to the case where all but one antenna elements are turned off, resulting in maximum angular coverage while limiting the range along the radial direction. One limitation with such an approach is that turning off the antenna elements is typically implemented using an absorbent switch which reduces energy efficiency since power is dissipated in the feed network as heat.

La razón por la que estos mecanismos de absorción se usan en general es que cualquier reflexión de potencia de RF deteriora significativamente el rendimiento del sistema global. Por ejemplo, la reflexión de potencia de RF es particularmente perjudicial para un Amplificador de Potencia de RF y puede provocarle que muestre comportamiento inestable que conduciría a una avería completa del sistema.The reason these absorption mechanisms are used in general is that any reflection of RF power significantly deteriorates the performance of the overall system. For example, RF power reflection is particularly detrimental to an RF Power Amplifier and can cause it to exhibit unstable behavior that would lead to complete system breakdown.

La Figura 1 muestra un ejemplo del concepto anterior. En este ejemplo, se usa una red que comprende separadores/divisores de potencia para distribuir la señal de RF de entrada a elementos de antena individuales. En general, estos separadores/divisores no son variables y proporcionan una señal o se apagan y la señal se absorbe por la resistencia.Figure 1 shows an example of the previous concept. In this example, a network comprising power splitters / dividers is used to distribute the input RF signal to individual antenna elements. Generally these splitters / dividers are not variable and either provide a signal or they turn off and the signal is absorbed by the resistor.

Obtener una relación de división de potencia grande en un separador de potencia no es una tarea sencilla y, debido a esto y a los problemas que surgen en tales sistemas donde se transmiten de vuelta señales reflejadas hacia la entrada, se ha usado en general una solución que usa un conmutador absorbente añadido en la salida de la red de distribución de potencia con el objetivo de desactivar selectivamente la alimentación de señal a un elemento de antena particular y evitando reflexiones de la señal.Obtaining a large power division ratio in a power splitter is not an easy task and because of this and the problems that arise in such systems where reflected signals are transmitted back to the input, a solution that uses an absorber switch added at the output of the power distribution network with the aim of selectively deactivating the signal feed to a particular antenna element and avoiding reflections of the signal.

Una desventaja principal de este enfoque del estado de la técnica es que absorbiendo la potencia de RF en lugar de reflejarla, se desperdicia potencia de RF valiosa como calor. Sería deseable dirigir selectivamente una señal a uno o más elementos de un conjunto de antenas mientras se mantiene la eficiencia energética y se proporciona flexibilidad. A major disadvantage of this prior art approach is that by absorbing RF power rather than reflecting it, valuable RF power is wasted as heat. It would be desirable to selectively direct a signal to one or more elements of an array of antennas while maintaining energy efficiency and providing flexibility.

El documento EP2698870 desvela una alimentación de antena donde se usan divisores de potencia Wilkinson que separan la señal en diferentes relaciones para suministrar elementos de desplazamiento de fase y a continuación acopladores híbridos donde se recombinan algunas señales desplazadas en fase antes de alimentar elementos de antena en un conjunto de antenas para proporcionar una forma de haz deseada.Document EP2698870 discloses an antenna feed where Wilkinson power dividers are used that separate the signal in different ratios to supply phase shifting elements and then hybrid couplers where some phase shifted signals are recombined before feeding antenna elements into an array. of antennas to provide a desired beam shape.

"A Novel Variable Power Divider with Continuous Power Division" por Bulja y Grebennikov in Microwave and Optical Technology Letters vol. 55 n.° 7 págs. 1684 - 1686, julio de 2013) desvela un divisor de potencia variable en forma de un acoplador de 3 dB en el contexto de suministro de potencia a amplificadores Doherty"A Novel Variable Power Divider with Continuous Power Division" by Bulja and Grebennikov in Microwave and Optical Technology Letters vol. 55 no.7 pp. 1684 - 1686, July 2013) discloses a variable power divider in the form of a 3 dB coupler in the context of supplying power to Doherty amplifiers

El documento WO2004/038452 desvela un medio de formación de haces en un conjunto de antenas donde se varían las cargas en la ruta de alimentación de cada elemento de antena usando impedancias variables, por ejemplo, que generan reflexiones. Document WO2004 / 038452 discloses a beamforming means in an array of antennas where the loads in the feed path of each antenna element are varied using varying impedances, for example, which generate reflections.

SumarioSummary

Un primer aspecto de la presente invención proporciona un dispositivo alimentador para suministrar una señal de radiofrecuencia a un conjunto de antenas adaptativas que comprende una pluralidad de elementos de antena, comprendiendo dicho dispositivo alimentador: una pluralidad de divisores de señal, comprendiendo cada uno de dichos divisores de señal: un puerto de entrada para recibir dicha señal de radiofrecuencia, un puerto de salida, un puerto de salida adicional y una impedancia variable; en donde dicho divisor de señal está configurado para dividir dicha señal de entrada y dirigir dichas señales divididas hacia dicha impedancia variable; dichas señales divididas son al menos una de la reflejada a dicho puerto de salida y la transmitida a dicho puerto de salida adicional, dependiendo dicho grado de reflexión y transmisión de un valor de dicha impedancia variable, siendo variable dicho grado de reflexión y transmisión entre sustancialmente todo la reflexión y sustancialmente toda la transmisión de dicha señal; en donde dicho divisor de señal está configurado de manera que se introducen desplazamientos de fase a señales que viajan entre puertos, siendo dichos desplazamientos de fase de manera que dichas señales divididas recibidas en dicho puerto de salida y dicho puerto de salida adicional interfieren de manera constructiva y las señales recibidas en puertos externos de dicho divisor de señal distintos de dichos puertos de salida están fuera de fase e interfieren de manera destructiva; dicha salida y dichos puertos de salida adicionales de al menos uno de dicho al menos un divisor de señal están configurados para suministrar señales a respectivos elementos de antena de dicho conjunto de antenas; en donde dicha pluralidad de dichos divisores de señal están dispuestos en una cascada, comprendiendo dicha cascada: un divisor de señal de entrada configurado para recibir dicha señal de entrada de radiofrecuencia y dirigir dicha señal a al menos uno de dicho puerto de salida y dicho puerto de salida adicional de dicho divisor de señal de entrada; divisores de señal adicionales cada uno configurado para recibir en una entrada una señal de uno de dicho puerto de salida o dicho puerto de salida adicional de uno de dichos divisores de señal en un nivel superior de dicha cascada; y una pluralidad de divisores de señal de salida estando configurado cada uno para dirigir una señal de entrada recibida mediante al menos uno de dicho puerto de salida y dicho puerto de salida adicional a respectivos elementos de antena de dicho conjunto de antenas.A first aspect of the present invention provides a feed device for supplying a radio frequency signal to a set of adaptive antennas comprising a plurality of antenna elements, said feed device comprising: a plurality of signal dividers, each of said dividers comprising signal: an input port to receive said radio frequency signal, an output port, an additional output port and a variable impedance; wherein said signal divider is configured to divide said input signal and direct said divided signals toward said variable impedance; said divided signals are at least one of that reflected to said output port and that transmitted to said additional output port, said degree of reflection and transmission depending on a value of said variable impedance, said degree of reflection and transmission being variable between substantially all reflection and substantially all transmission of said signal; wherein said signal splitter is configured such that phase shifts are introduced to signals traveling between ports, said phase shifts being such that said divided signals received at said output port and said additional output port constructively interfere and signals received at external ports of said signal splitter other than said output ports are out of phase and destructively interfere; said output and said additional output ports of at least one of said at least one signal splitter are configured to supply signals to respective antenna elements of said set of antennas; wherein said plurality of said signal dividers are arranged in a cascade, said cascade comprising: an input signal divider configured to receive said radio frequency input signal and direct said signal to at least one of said output port and said port additional output of said input signal divider; additional signal dividers each configured to receive at an input a signal from one of said output port or said additional output port of one of said signal dividers at a higher level of said cascade; and a plurality of output signal splitters each configured to direct an input signal received through at least one of said output port and said additional output port to respective antenna elements of said array of antennas.

Los inventores de la presente invención reconocieron que la transmisión y reflexión de señales de radiofrecuencia son dos procesos que son dependientes de la impedancia en el circuito y esta dependencia podría usarse para dirigir de manera selectiva una señal a una o más salidas. En general, se han evitado los divisores de potencia que pueden provocar reflexión de señales en conjuntos alimentadores de antena ya que las señales reflejadas pueden reducir significativamente el rendimiento. Sin embargo, los inventores reconocieron que los problemas asociados con la reflexión de señales en redes alimentadoras de la antena podrían mitigarse si se dividieron señales y a continuación se recombinaran de manera que las señales interfieran entre sí. Con una selección adecuada de componentes y/o longitudes de ruta podría proporcionarse interferencia constructiva entre señales divididas que llegan a las salidas deseadas, mientras que podría conseguirse interferencia destructiva entre estas señales en otros puertos externos, que más tarde evitarían o al menos reducirían señales reflejadas indeseadas que deterioran el rendimiento.The inventors of the present invention recognized that the transmission and reflection of radio frequency signals are two processes that are dependent on impedance in the circuit and this dependence could be used to selectively direct a signal to one or more outputs. In general, power dividers that can cause signal reflection in antenna feeder assemblies have been avoided as reflected signals can significantly reduce performance. However, the inventors recognized that the problems associated with signal reflection in antenna feeders could be mitigated if signals were split and then recombined so that the signals interfere with each other. With proper selection of components and / or path lengths, constructive interference could be provided between split signals arriving at the desired outputs, while destructive interference between these signals could be achieved at other external ports, which would later avoid or at least reduce reflected signals. unwanted that impair performance.

De esta manera, puede usarse una impedancia variable para controlar el grado de reflexión y transmisión de una señal que proporciona una manera controlable, eficaz y de baja pérdida de transmisión de una señal a un puerto de salida, o de reflexión de la señal a otro puerto, o de tanto de reflexión como de transmisión de diferentes porciones de la señal según se desee.In this way, a variable impedance can be used to control the degree of reflection and transmission of a signal that provides a controllable, efficient, and low-loss way of transmitting a signal to one output port, or reflecting the signal to another. port, or of both reflection and transmission of different portions of the signal as desired.

Con la selección apropiada de valores de impedancia, puede conseguirse reflexión sustancialmente completa y transmisión sustancialmente completa de la señal. De esta manera, puede seleccionarse uno u otro de los puertos de salida y la señal entera transmitirse o reflejarse a ese puerto de salida. Con una elección de impedancia en algún lugar entre estos dos valores límite, puede transmitirse una porción de la señal y una porción reflejada, dependiendo el grado de transmisión o reflexión del valor de impedancia. Esto permite que se controle de manera precisa y sencilla la amplitud de la señal transmitida a los múltiples elementos de antena.With proper selection of impedance values, substantially complete reflection and substantially complete transmission of the signal can be achieved. In this way, one or the other of the output ports can be selected and the entire signal transmitted or reflected to that output port. With an impedance choice somewhere between these two limit values, a portion of the signal and a reflected portion can be transmitted, the degree of transmission or reflection depending on the impedance value. This allows the amplitude of the signal transmitted to the multiple antenna elements to be precisely and easily controlled.

En algunas realizaciones, dicho dispositivo alimentador comprende lógica de control configurada para controlar un valor de dicha impedancia variable para controlar dicho grado de reflexión y transmisión.In some embodiments, said feeding device comprises control logic configured to control a value of said variable impedance to control said degree of reflection and transmission.

Dada la naturaleza controlable del al menos un divisor de señal, puede ser ventajoso si el dispositivo alimentador tiene lógica de control que le permita controlar un valor de la impedancia variable y de esta manera controlar el grado de reflexión y transmisión. Esto permite que la lógica de control controle la amplitud de la señal transmitida a cada elemento de antena y esto puede usarse para proporcionar haces deseados y permite que el conjunto de antenas sea flexible y configurable.Given the controllable nature of the at least one signal divider, it may be advantageous if the feeding device has control logic that allows it to control a variable impedance value and thus control the degree of reflection and transmission. This allows the control logic to control the amplitude of the signal transmitted to each antenna element and this can be used to provide desired beams and allows the antenna array to be flexible and configurable.

En algunas realizaciones, dicho al menos un divisor de señal comprende: un dispositivo direccional que comprende dicho puerto de entrada, dicho puerto de salida y dos puertos adicionales; un dispositivo direccional adicional que comprende dos puertos cada uno en comunicación de datos con uno respectivo de dichos dos puertos adicionales de dicho dispositivo direccional, y un puerto de salida adicional, estando dicha impedancia variable entre dichos dos puertos adicionales y dichos dos puertos; en donde dichas señales recibidas en cada uno de dichos dos puertos adicionales son al menos una de la reflejada a dicho puerto de salida de dicho dispositivo direccional y la transmitida a dicho puerto de salida adicional de dicho dispositivo direccional adicional, dependiendo dicho grado de reflexión y transmisión de un valor de dicha impedancia variable.In some embodiments, said at least one signal splitter comprises: a directional device comprising said input port, said output port, and two additional ports; an additional directional device comprising two ports each in data communication with a respective one of said two additional ports of said directional device, and an additional output port, said impedance varying between said two additional ports and said two ports; wherein said signals received in each of said two additional ports are at least one of the one reflected to said output port of said directional device and the one transmitted to said additional output port of said additional directional device, said degree of reflection depending and transmission of a value of said variable impedance.

Aunque el divisor de señal puede estar configurado en un número de maneras que hacen uso de las propiedades de reflexión y transmisión de una señal de radiofrecuencia dependiendo de la impedancia y de la interferencia constructiva y destructiva para controlar la amplitud de señal, en algunos casos, se usan dispositivos direccionales entre sí estando ubicada la impedancia variable entre los puertos de los dos dispositivos. Los cambios en la impedancia variable afectan si la señal se transmite entre los dos dispositivos o si se refleja de vuelta al puerto de salida en el primer dispositivo. Although the signal splitter can be configured in a number of ways that make use of the properties of Reflection and transmission of a radio frequency signal depending on the impedance and constructive and destructive interference to control the signal amplitude, in some cases, devices are used that are directional to each other, the variable impedance being located between the ports of the two devices. Changes in variable impedance affect whether the signal is transmitted between the two devices or whether it is reflected back to the output port on the first device.

En algunas realizaciones, dichos dispositivos direccionales comprenden acopladores en cuadratura que comprenden cuatro puertos, dirigen rutas entre puertos adyacentes de dicho acoplador en cuadratura que introducen un desplazamiento de fase de 90° a señales que viajan directamente entre dichos puertos.In some embodiments, said directional devices comprise quadrature couplers comprising four ports, directing paths between adjacent ports of said quadrature coupler that introduce a 90 ° phase shift to signals that travel directly between said ports.

Una manera en la que podría implementarse el divisor de señal es mediante el uso de acopladores en cuadratura que tienen cuatro puertos con rutas directas entre puertos adyacentes que introducen un desplazamiento de fase de 90°. Este desplazamiento de fase de 90° puede usarse con cuidado dirigiendo las señales de manera que las señales que llegan en los puertos donde no debe emitirse una señal tienen una diferencia en fase de 180° y, como tal, interfieren de manera destructiva, mientras que aquellas que llegan en los puertos donde las señales van a emitirse tienen sustancialmente ninguna diferencia de fase entre ellas y, como tal, interfieren de manera constructiva.One way the signal splitter could be implemented is by using quadrature couplers that have four ports with direct paths between adjacent ports that introduce a 90 ° phase shift. This 90 ° phase shift can be used with care by directing signals such that signals arriving at ports where a signal should not be output have a 180 ° difference in phase and as such destructively interfere, while those arriving at the ports where the signals are to be broadcast have substantially no phase difference between them and, as such, interfere constructively.

En algunas realizaciones, dichos dispositivos direccionales comprenden acopladores de 3 dB.In some embodiments, said directional devices comprise 3 dB couplers.

Los acopladores de 3 dB son particularmente apropiados para su uso como los dispositivos direccionales que proporcionan el desplazamiento de fase deseado entre señales de entrada y de salida y que permiten que el usuario, con elección cuidadosa de los valores de impedancia, seleccione si se refleja y/o transmite una señal o una porción particular de una señal.3 dB couplers are particularly suitable for use as directional devices that provide the desired phase shift between input and output signals and that allow the user, with careful choice of impedance values, to select whether to reflect and / or transmits a signal or a particular portion of a signal.

En algunas realizaciones, dicho al menos un divisor de señal comprende dos impedancias variables dirigiéndose cada de dichas señales divididas a una de dichas dos impedancias variables.In some embodiments, said at least one signal divider comprises two variable impedances with each of said divided signals being directed to one of said two variable impedances.

El divisor de señal puede requerir dos impedancias variables dirigiéndose cada una de las señales divididas a una de ellas. Por lo tanto, una vez que se dividen las señales se dirigen a cada una de una impedancia variable separada y por consiguiente se reflejan y/o transmiten,The signal divider may require two variable impedances with each of the divided signals directing to one of them. Therefore, once the signals are divided they are directed to each of a separate variable impedance and consequently reflected and / or transmitted,

En algunas realizaciones, dichas dos impedancias variables se varían de una misma manera para tener una misma impedancia.In some embodiments, said two variable impedances are varied in the same way to have the same impedance.

Aunque sería posible que las dos impedancias variables tengan valores diferentes, puede ser ventajoso para ellas que se varíen de la misma manera, de manera que tengan un mismo valor ya que esto posibilita que las señales se hagan coincidir y que se cancele sustancialmente la interferencia destructiva de la señal que llega al puerto externo donde no se desea que se emita.Although it would be possible for the two variable impedances to have different values, it may be advantageous for them to be varied in the same way, so that they have the same value as this enables the signals to be matched and the destructive interference to be substantially canceled. of the signal that reaches the external port where you do not want it to be emitted.

En algunas realizaciones, dicho al menos un divisor de señal comprende un cuarto puerto, estando fuera de fase e interfiriendo de manera destructiva las señales recibidas desde dicho divisor de señal en dicho cuarto puerto y dicho puerto de entrada.In some embodiments, said at least one signal splitter comprises a fourth port, being out of phase and destructively interfering with signals received from said signal splitter at said fourth port and said input port.

En muchas implementaciones del divisor de señal puede haber un cuarto puerto ya que estos divisores pueden ser simétricos. Cuando este es el caso, para evitar el requisito de una resistencia de absorción para absorber la señal y evitar la reflexión de la misma, es ventajoso si las señales que llegan al cuarto puerto están fuera de fase entre sí y de esta manera se cancelan mediante interferencia destructiva. Esto evita la necesidad de un conmutador absorbente y posibilita que las señales se recirculen en lugar de que se absorban, aumentando la eficiencia energética del dispositivo.In many signal splitter implementations there may be a fourth port since these splitters can be symmetrical. When this is the case, to avoid the requirement for an absorption resistor to absorb the signal and avoid reflection of the signal, it is advantageous if the signals arriving at the fourth port are out of phase with each other and thus canceled by destructive interference. This avoids the need for an absorbing switch and enables signals to be recirculated rather than absorbed, increasing the energy efficiency of the device.

Aunque cuando se alimentan solamente dos elementos de antena puede usarse un único divisor de señal, se prevé tener una pluralidad de divisores de señal y estos están dispuestos en una cascada de manera que un primer divisor de señal de entrada recibe la señal y la emite a dos divisores de señal adicionales que a su vez emiten la señal a cuatro salidas que pueden transmitirse adicionalmente a cuatro divisores de señal adicionales. En algunos casos, estos divisores de señal pueden estar dispuestos en un conjunto de manera que la fila final del divisor de señal comprende un número de salidas que es una potencia de 2. Sin embargo, cuando se desea un número diferente de elementos de antena, entonces la cascada puede formarse con algunas señales emitidas que viajan a través de un número de divisores de señal y otras señales emitidas que viajan a través de un número diferente de divisores de señal. De esta manera, puede proporcionarse cualquier número de salidas. Adicionalmente, la amplitud de la señal transmitida a cada elemento de antena puede controlarse controlando las impedancias variables de los diferentes divisores de señal.Although when only two antenna elements are fed a single signal splitter can be used, it is envisaged to have a plurality of signal splitters and these are arranged in a cascade such that a first input signal splitter receives the signal and outputs it to two additional signal dividers which in turn output the signal to four outputs that can be further transmitted to four additional signal dividers. In some cases, these signal splitters may be arranged in an array so that the final row of the signal splitter comprises a number of outputs that is a power of 2. However, when a different number of antenna elements is desired, then the cascade can be formed with some emitted signals traveling through a number of signal dividers and other emitted signals traveling through a different number of signal dividers. In this way, any number of outlets can be provided. Additionally, the amplitude of the signal transmitted to each antenna element can be controlled by controlling the varying impedances of the different signal dividers.

En algunas realizaciones, dicha lógica de control está configurada para controlar independientemente dicha impedancia variable de cada uno de dichos divisores de señal para controlar la señal transmitida a cada uno de dichos elementos de antena.In some embodiments, said control logic is configured to independently control said variable impedance of each of said signal dividers to control the signal transmitted to each of said antenna elements.

Cuando hay múltiples divisores de señal, la lógica de control ventajosamente está configurada para controlar independientemente la impedancia variable de cada uno de los divisores de señal y controlar de esta manera las señales transmitidas a cada uno de los elementos de transmisor.When there are multiple signal dividers, the control logic is advantageously configured to control independently the variable impedance of each of the signal dividers and thus control the signals transmitted to each of the transmitter elements.

En algunas realizaciones, dicha lógica de control está configurada para controlar dichas señales transmitidas a dichos elementos de antena de manera que dicho conjunto de antenas emite patrones de haz seleccionados, estando configurada dicha lógica de control para: determinar un peso de cada elemento de antena para generar dichos patrones de haz seleccionados; determinar valores de dichas impedancias variables requeridas para proporcionar una señal de un peso requerido a cada uno de dichos elementos de antena; y controlar dichas impedancias variables de cada uno de dichos divisores de señal de manera que dichas señales de dicho peso requerido se alimentan por dicho dispositivo alimentador a dichos elementos de antena.In some embodiments, said control logic is configured to control said signals transmitted to said antenna elements such that said set of antennas emit selected beam patterns, said control logic being configured to: determine a weight of each antenna element to generating said selected beam patterns; determining values of said variable impedances required to provide a signal of a required weight to each of said antenna elements; and controlling said variable impedances of each of said signal dividers so that said signals of said required weight are fed by said feed device to said antenna elements.

El dispositivo de red de alimentación es especialmente adecuado para configurar formas de haz deseadas para un conjunto de antenas. En este sentido, cuando se requieren ciertos patrones de haz, esta información se proporciona a la lógica de control que determina el peso de cada elemento de antena del conjunto de antenas que se requiere para generar un patrón de haz de este tipo. Una vez que se determina esto, puede calcular los valores de las impedancias variables requeridas para proporcionar las señales del peso requerido para cada uno de los elementos de antena y posteriormente, el control de las impedancias variables proporciona las señales deseadas a los elementos de antena y se forma el patrón de haz deseado. Por lo tanto, se proporciona un conjunto adaptativo altamente controlable que puede producir patrones de haces requeridos donde la señal de entrada se recircula alrededor de la red de alimentación con baja disipación que permite que se configuren los haces en una base dinámica en una forma eficiente en energía.The power network device is especially suitable for configuring desired beam shapes for an array of antennas. In this sense, when certain beam patterns are required, this information is provided to the control logic that determines the weight of each antenna element of the set of antennas that is required to generate such a beam pattern. Once this is determined, you can calculate the values of the variable impedances required to provide the signals of the required weight for each of the antenna elements and subsequently, the control of the variable impedances provides the desired signals to the antenna elements and the desired beam pattern is formed. Therefore, a highly controllable adaptive assembly is provided that can produce required beam patterns where the input signal is recirculated around the power network with low dissipation allowing the beams to be configured on a dynamic basis in an efficient way. Energy.

Un segundo aspecto de la presente invención proporciona un conjunto de antenas adaptativas que comprende: una pluralidad de elementos de antena dispuestos en un conjunto; un transceptor para recibir y transmitir una señal desde y hasta dicho conjunto; y un dispositivo alimentador de acuerdo con un primer aspecto de la presente invención. A second aspect of the present invention provides an adaptive antenna array comprising: a plurality of antenna elements arranged in an array; a transceiver for receiving and transmitting a signal from and to said set; and a feeding device according to a first aspect of the present invention.

Un tercer aspecto de la presente invención proporciona un método de control de señales transmitidas mediante un dispositivo alimentador para proporcionar patrones de haz seleccionados en un conjunto de antenas adaptativas, comprendiendo el dispositivo alimentador una pluralidad de divisores de señal dispuestos en una cascada, comprendiendo cada uno de dichos divisores de señal un puerto de entrada para recibir una señal de radiofrecuencia, un puerto de salida, un puerto de salida adicional y una impedancia variable, en donde dichos divisores de señal están configurados cada uno para dividir dicha señal de entrada y dirigir dichas señales divididas hacia dicha impedancia variable, dichas señales divididas son al menos una de la reflejada a dicho puerto de salida y la transmitida a dicho puerto de salida adicional, dependiendo dicho grado de reflexión y transmisión de un valor de dicha impedancia variable, y siendo variable entre sustancialmente toda la reflexión y sustancialmente toda la transmisión de dicha señal, en donde dicha cascada de divisores de señal están dispuestos de manera que al menos un divisor de señal de entrada recibe una señal de radiofrecuencia de entrada y divide y dirige dicha señal dividida a al menos una salida y desde allí a divisores de señal adicionales, estando configurado cada uno de los divisores de señal para dirigir una señal de entrada recibida mediante al menos uno de dicho puerto de salida y dicho puerto de salida adicional a respectivos elementos de antena de dicho conjunto de antenas, comprendiendo dicho método: determinar un peso de cada elemento de antena en dicho conjunto de antenas requerido para generar dicho patrón de haz seleccionado; determinar valores de dichas impedancias variables en cada divisor de señal requeridos para proporcionar una señal de un peso requerido a cada uno de dichos elementos de antena; y generar señales de control para controlar dichas impedancias variables de cada uno de dichos divisores de señal de manera que dichas señales de dicho peso requerido se alimentan por dicho dispositivo alimentador a dichos elementos de antena.A third aspect of the present invention provides a method of controlling signals transmitted by a feed device to provide selected beam patterns in a set of adaptive antennas, the feed device comprising a plurality of signal splitters arranged in a cascade, each comprising of said signal dividers an input port to receive a radio frequency signal, an output port, an additional output port and a variable impedance, wherein said signal dividers are each configured to divide said input signal and direct said divided signals towards said variable impedance, said divided signals are at least one of the one reflected to said output port and the one transmitted to said additional output port, said degree of reflection and transmission depending on a value of said variable impedance, and being variable between substantially all reflection and substantially all transmission of said signal, wherein said cascade of signal dividers are arranged so that at least one input signal divider receives an input radio frequency signal and divides and directs said divided signal to at least one output and from there to additional signal dividers, each of the signal dividers being configured to direct an input signal received through at least one of said output port and said additional output port to respective antenna elements of said set of antennas, said method comprising : determining a weight of each antenna element in said set of antennas required to generate said selected beam pattern; determining values of said variable impedances in each signal divider required to provide a signal of a required weight to each of said antenna elements; and generating control signals to control said variable impedances of each of said signal dividers so that said signals of said required weight are fed by said feed device to said antenna elements.

Los aspectos de la invención pueden usarse para determinar las señales requeridas en cada elemento de antena requerido para proporcionar el patrón de haz deseado y para proporcionar señales de control para variar las impedancias variables de los divisores de señal de la red de alimentación para proporcionar las señales requeridas. El dispositivo alimentador controlado por un método de esta clase puede ser el dispositivo alimentador de acuerdo con un primer aspecto de la presente invención.Aspects of the invention can be used to determine the signals required at each antenna element required to provide the desired beam pattern and to provide control signals to vary the varying impedances of the power network signal dividers to provide the signals. required. The feeder device controlled by such a method may be the feeder device according to a first aspect of the present invention.

Un cuarto aspecto de la presente invención proporciona un programa informático operable cuando se ejecuta por un procesador para controlar dicho procesador para realizar un método de acuerdo con un tercer aspecto de la presente invención.A fourth aspect of the present invention provides a computer program operable when executed by a processor to control said processor to perform a method in accordance with a third aspect of the present invention.

En algunas realizaciones el programa informático puede ser parte de lógica de control que controla el dispositivo alimentador del primer aspecto de la presente invención.In some embodiments the computer program may be part of the control logic that controls the feeder device of the first aspect of the present invention.

Aspectos preferidos y particulares adicionales se exponen en las reivindicaciones dependientes e independientes adjuntas. Características de las reivindicaciones dependientes pueden combinarse con características de las reivindicaciones independientes según sea apropiado, y en combinaciones distintas de las expuestas explícitamente en las reivindicaciones.Additional preferred and particular aspects are set forth in the attached independent and dependent claims. Features of the dependent claims may be combined with features of the independent claims as appropriate, and in combinations other than those explicitly set forth in the claims.

Donde una característica de aparato se describe como que es operable para proporcionar una función, se apreciará que esto incluye una característica de aparato que proporciona esa función o que se adapta o configura para proporcionar esa función.Where an appliance feature is described as being operable to provide a function, it will be appreciated that this includes an appliance feature that provides that function or is adapted or configured to provide that function.

Breve descripción de los dibujosBrief description of the drawings

Realizaciones de la presente invención se describirán ahora adicionalmente, con referencia a los dibujos adjuntos, en los que:Embodiments of the present invention will now be further described, with reference to the accompanying drawings, in which:

La Figura 1 ilustra un conjunto de cuatro elementos de antena conmutados de acuerdo con la técnica anterior; La Figura 2 muestra un circuito alimentador para un conjunto de antenas de acuerdo con una realización;Figure 1 illustrates a set of four switched antenna elements in accordance with the prior art; Figure 2 shows a feeder circuit for an antenna array according to one embodiment;

La Figura 3 muestra un divisor de señal para su uso en una realización;Figure 3 shows a signal splitter for use in one embodiment;

La Figura 4 muestra un circuito alimentador de acuerdo con una realización adicional; yFigure 4 shows a feeder circuit according to a further embodiment; Y

La Figura 5 muestra un conjunto de antenas adaptativas, red de alimentación y circuitería de control de acuerdo con una realización.Figure 5 shows a set of adaptive antennas, power network and control circuitry according to one embodiment.

Descripción de las realizacionesDescription of the achievements

Antes de analizar las realizaciones en cualquier detalle adicional, se proporcionará primero una vista general.Before discussing the embodiments in any further detail, an overview will first be provided.

Las realizaciones buscan usar la reflexión y/o transmisión de una señal de radiofrecuencia que pueden ocurrir debido a cambios en la impedancia en el circuito, para hacer de manera selectiva reflexiones y/o permitir que las transmisiones de una señal hagan que la señal se suministre de manera selectiva a múltiples elementos de antena. Se usa una pluralidad de divisores de señal que dirigen señales de entrada a salidas particulares o múltiples. Estos divisores de señal recirculan las señales reflejadas hacia salidas y mejoran de esta manera la eficiencia energética. Ubicando una salida en la ruta reflejada de la señal y una salida adicional en la ruta transmitida, la señal puede dirigirse hacia uno, otro, o ambos de los puertos de salida, con la elección de la cantidad de la señal y realizándose el puerto de salida variando la impedancia y de esta manera el grado de transmisión y reflexión. Esto es una manera efectiva y eficaz de selección de salidas que no requiere un conmutador absorbente.The embodiments seek to use the reflection and / or transmission of a radio frequency signal that can occur due to changes in impedance in the circuit, to selectively make reflections and / or allow transmissions of a signal to cause the signal to be delivered. selectively to multiple antenna elements. A plurality of signal dividers are used that direct input signals to particular or multiple outputs. These signal dividers recirculate reflected signals to outputs, thereby improving energy efficiency. By locating an output on the reflected signal path and an additional output on the transmitted path, the signal can be directed to one, the other, or both of the output ports, with the choice of the amount of the signal and the port of output by varying the impedance and thus the degree of transmission and reflection. This is an effective and efficient way of selecting outputs that does not require an absorbent switch.

Cuando la impedancia está en paralelo con la línea de transmisión, entonces una impedancia sustancialmente infinita hace que se transmita sustancialmente toda la señal de radiofrecuencia y virtualmente ninguna de la reflejada que significa que la señal se emite a la salida adicional. Cuando se proporciona una impedancia cero, que en efecto pone a tierra la línea de transmisión, entonces se refleja la señal y se emite en la salida. Cualquier valor de impedancia entre estos dos valores proporciona alguna reflexión y alguna transmisión de manera que la señal se emite tanto en la salida como en la salida adicional. Cuando la salida y la salida adicional están conectadas a elementos de antena entonces puede seleccionarse el elemento o elementos de antena que reciben una señal.When the impedance is in parallel with the transmission line, then a substantially infinite impedance causes substantially all of the radio frequency signal to be transmitted and virtually none of the reflected signal which means that the signal is output to the additional output. When a zero impedance is provided, which in effect grounds the transmission line, then the signal is reflected and output. Any impedance value between these two values provides some reflection and some transmission so that the signal is output at both the output and the additional output. When the output and the additional output are connected to antenna elements then the antenna element or elements receiving a signal can be selected.

Adicionalmente, la separación de la señal y la elección del desplazamiento de fase entre puertos permite que las señales divididas transmitidas a los puertos de salida estén en fase y proporcionen interferencia constructiva y aumenten la eficiencia energética del dispositivo. Otras señales transmitidas hacia los otros puertos externos tales como el puerto de entrada están fuera de fase debido al diseño del divisor de señal e interfieren de manera destructiva reduciendo cualesquiera señales reflejadas indeseadas en el sistema.Additionally, signal separation and the choice of phase shift between ports allows the divided signals transmitted to the output ports to be in phase and provide constructive interference and increase the energy efficiency of the device. Other signals transmitted to the other external ports such as the input port are out of phase due to the design of the signal splitter and interfere destructively reducing any unwanted reflected signals in the system.

En efecto, proporcionando rutas con diferentes desplazamientos de fase entre elementos y dirigiendo señales divididas de manera apropiada, pueden dirigirse señales a un puerto externo mediante diferentes rutas teniendo cada ruta un desplazamiento de fase particular, de manera que las señales interfieren de manera constructiva o interfieran de manera destructiva. Cuando las señales divididas se hacen coincidir, la interferencia destructiva puede eliminar de manera eficaz la señal eliminando la necesidad de un conmutador absorbente.In effect, by providing routes with different phase shifts between elements and directing appropriately split signals, signals can be directed to an external port by different routes with each route having a particular phase shift, so that the signals constructively interfere or interfere. destructively. When split signals are matched, destructive interference can effectively eliminate the signal by eliminating the need for an absorbing switch.

En efecto, se propone una solución sin pérdidas o al menos con pérdidas reducidas para la reconfiguración de haces adaptativa en RF.Indeed, a lossless or at least low loss solution is proposed for adaptive beam reconfiguration in RF.

En particular, se desvela una red de alimentación distribuida para distribución de potencia de RF a múltiples elementos de antena con pérdida de energía reducida. El rendimiento de esta red está caracterizado por relaciones de división de potencia grandes, y la ausencia de conmutadores de absorción.In particular, a distributed power network is disclosed for distribution of RF power to multiple antenna elements with reduced energy loss. The performance of this network is characterized by large power division ratios, and the absence of absorption switches.

La Figura 2 muestra una red de alimentación comprendida de una cascada de divisores de potencia no absorbente flexibles 10 (mostrados en más detalle en la Figura 3) que están dispuestos para alimentar múltiples elementos de antena 30. Se consigue reconfiguración de haces usando los divisores de potencia 10 variando los valores de admitancia de las impedancias variables 20 en la red. La variación en los valores de admitancia de las impedancias variables 20 varía la cantidad de la señal que se refleja y la cantidad que se transmite. Esta cantidad varía entre sustancialmente toda o ninguna de manera que la señal puede enviarse a una seleccionada única de las dos salidas (puerto 3 y puerto 4 de la Figura 3) o puede separarse y enviarse porciones de la señal a ambos puertos. De esta manera, variando los valores de admitancia de las impedancias variables, la disposición de red de alimentación recircula señales con amplitud y fase variable y las proporciona a elementos de antena 30 seleccionados del conjunto de antes que proporciona los haces deseados. Figure 2 shows a feed network comprised of a cascade of flexible non-absorbent power dividers 10 (shown in more detail in Figure 3) that are arranged to feed multiple antenna elements 30. Beam reconfiguration is achieved using the splitters. power 10 by varying the admittance values of the variable impedances 20 in the network. Variation in the admittance values of the varying impedances 20 varies the amount of the signal that is reflected and the amount that is transmitted. This amount varies between substantially all or none so that the signal can be sent to a selected single of the two outputs (port 3 and port 4 of Figure 3) or portions of the signal can be separated and sent to both ports. In this way, by varying the admittance values of the varying impedances, the feed network arrangement recirculates signals with varying amplitude and phase and provides them to antenna elements 30 selected from the array above that provides the desired beams.

La recirculación de la señal de entrada a lo largo de la red de alimentación permite que lo que podría haberse disipado en una parte de la red de alimentación se alimente a otra parte de la red. Por lo tanto, como los haces están configurados en una base dinámica, la energía disipada debido al calor se encontrará en un mínimo o al menos se reducirá significativamente.Recirculation of the input signal along the power network allows what might have been dissipated in one part of the power network to be fed to another part of the network. Therefore, as the beams are configured on a dynamic basis, the energy dissipated due to heat will be at a minimum or at least significantly reduced.

La primera etapa en el diseño y control de tal arquitectura es para estimar los pesos complejos asociados con cada elemento de antena para un haz específico. La segunda etapa es para mapear posteriormente estos pesos como parámetros de admitancia para la arquitectura especificada.The first stage in the design and control of such an architecture is to estimate the complex weights associated with each antenna element for a specific beam. The second stage is to later map these weights as admittance parameters for the specified architecture.

Considérese la Figura 2 con N = 2*m + 1 antenas, los pesos de amplitud y fase pueden estar diseñados para producir un lóbulo principal a lo largo de la dirección 9 mientras se minimiza o al menos se reduce la energía radiada a través de todas las demás direccionesConsider Figure 2 with N = 2 * m + 1 antennas, the amplitude and phase weights can be designed to produce a main lobe along direction 9 while minimizing or at least reducing the energy radiated through all the other addresses

u(8) = m áx\\a7(9)ufi) I I sometido a minuT(9) Ra u(8) (1,0) u ( 8) = max \\ a7 ( 9) ufi) II subjected to minute ( 9) Ra u ( 8) (1,0)

DondeWhere

u(9) pesos de amplitud y fase para un haz dado u ( 9) amplitude and phase weights for a given beam

a(9) respuesta del conjunto para un ángulo dado a ( 9) set response for a given angle

Ra es la respuesta del conjunto global R a is the response of the global set

Un enfoque para obtener la solución óptima para (1,0) es a través del enfoque del multiplicador de Lagrange. Continuando a lo largo de las mismas líneas, podemos representar explícitamente los parámetros de admitancia de la red de alimentación como una función de u(9) y resolver estos parámetros. Una optimización de este tipo asegura que la circuitería de la red de alimentación está optimizada o al menos mejorada para reducir la pérdida y obtener rendimiento de patrón de haz deseado. Un ejemplo de un diseño de este tipo se explica a continuación.One approach to obtain the optimal solution for (1,0) is through the Lagrange multiplier approach. Continuing along the same lines, we can explicitly represent the supply network admittance parameters as a function of u (9) and solve for these parameters. Such optimization ensures that the power network circuitry is optimized or at least improved to reduce loss and obtain desired beam pattern performance. An example of such a design is explained below.

El divisor de potencia elemental se muestra en más detalle en la Figura 3. Un divisor de potencia similar se ha desvelado por Bulja y Grebennikov en "A Novel Variable Power Divider with Continuous Power Division" in Microwave and Optical Technology Letters vol. 55 n.° 7 págs. 1684 - 1686, julio de 2013, sin embargo, esto está en el contexto del suministro de potencia a amplificadores Doherty donde los problemas que van a tratarse son la viabilidad del uso de líneas de alta impedancia para una separación de potencia asimétrica. En este sentido, el uso de un divisor de potencia de este tipo es único en el contexto de una red de alimentación para un conjunto de antenas. Las ventajas de un divisor de potencia de este tipo en un conjunto de alimentación de antenas es que no se disipa potencia de RF, o al menos muy poca, en la resistencia de terminación, Rt, y que la potencia de RF de entrada en el puerto 1 puede variarse dependiendo del valor de admitancia Y, y puede reflejarse completamente hacia el puerto 4 o transmitirse completamente al puerto 3.The elemental power divider is shown in more detail in Figure 3. A similar power divider has been disclosed by Bulja and Grebennikov in "A Novel Variable Power Divider with Continuous Power Division" in Microwave and Optical Technology Letters vol. 55 no.7 pp. 1684-1686, July 2013, however, this is in the context of supplying power to Doherty amplifiers where the issues to be addressed are the feasibility of using high impedance lines for asymmetric power separation. In this sense, the use of such a power divider is unique in the context of a power network for a set of antennas. The advantages of such a power divider in an antenna feed assembly is that no, or at least very little, RF power is dissipated at the termination resistor, Rt, and that the input RF power at the Port 1 can be varied depending on the Y admittance value, and can be fully reflected to port 4 or completely transmitted to port 3.

El principio de operación del separador de potencia de la Figura 3 se describe a continuación. La señal de RF de entrada del puerto 1 se separa en dos componentes en cuadratura, que dependen del valor de admitancia Y, reflejados/transmitidos completa o parcialmente en los puertos intermedios 12 y 14 hacia los puertos 3 y 4, respectivamente. En otras palabras se obtiene la división de potencia continua y la potencia de RF no se desperdicia durante la operación de división. Por supuesto, alguna potencia de RF se pierde en los parásitos del circuito, pero no se quema intencionadamente potencia de RF para realizar esta operación. El puerto 2 y el puerto 1, mediante un acoplador de 3 dB permanecen aislados independientemente del valor de admitancia Y.The principle of operation of the power separator of Figure 3 is described below. The input RF signal from port 1 is separated into two quadrature components, depending on the admittance value Y, reflected / transmitted completely or partially at intermediate ports 12 and 14 towards ports 3 and 4, respectively. In other words continuous power division is obtained and RF power is not wasted during division operation. Of course, some RF power is lost to circuit clutter, but no RF power is intentionally burned to perform this operation. Port 2 and port 1, by means of a 3 dB coupler, remain isolated regardless of the admittance value Y.

En este sentido la señal que llega en el puerto 12 desde el puerto de entrada tiene un desplazamiento de fase de 90° mientras que la que llega al puerto 14 tiene un desplazamiento de fase de 180°, cuando se refleja en los puertos 12 y 14, la señal reflejada del puerto 12 a la entrada tiene un desplazamiento de fase adicional de 90° mientras que la del puerto 14 tiene un desplazamiento de fase adicional de 180°, por lo tanto, las señales que llegan a la entrada del puerto 12 tienen un desplazamiento de fase de 180°, mientras que las del puerto 14 tienen un desplazamiento de fase de 360°, las señales en el puerto de entrada por lo tanto están fuera de fase y el puerto de entrada está protegido de estas señales reflejadas. Las señales que llegan al puerto 4, en contraste, experimentan un desplazamiento de fase de 90° adicional desde el puerto 14 y un desplazamiento de fase de 180° adicional desde el puerto 12, por lo tanto, cada señal tiene un desplazamiento de fase de 270° cuando llega al puerto 4 y tiene lugar interferencia constructiva y las dos señales se combinan y emiten.In this sense, the signal that arrives at port 12 from the input port has a phase shift of 90 ° while the signal that arrives at port 14 has a phase shift of 180 °, when reflected in ports 12 and 14 , the reflected signal from port 12 to the input has an additional phase shift of 90 ° while that of port 14 has an additional phase shift of 180 °, therefore the signals arriving at the input of port 12 have a 180 ° phase shift, while those at port 14 have a 360 ° phase shift, the signals at the input port are therefore out of phase and the input port is shielded from these reflected signals. Signals arriving at port 4, in contrast, experience an additional 90 ° phase shift from port 14 and an additional 180 ° phase shift from port 12, therefore each signal has a phase shift of 270 ° when it reaches port 4 and constructive interference occurs and the two signals are combined and emitted.

Ocurren cambios de fase similares con señales transmitidas a través del segundo acoplador de 3 dB de manera que tiene lugar interferencia destructiva en el puerto 2 e interferencia constructiva en el puerto 3.Similar phase shifts occur with signals transmitted through the second 3 dB coupler such that destructive interference occurs on port 2 and constructive interference occurs on port 3.

Ahora, utilizando el circuito de la Figura 3 como un elemento constitutivo, es posible obtener mediante la célula divisora de potencia unitaria de la red de alimentación de antena casi cualquier división de potencia de la señal de RF de entrada. En particular, esto significa:Now, using the circuit of Figure 3 as a constituent element, it is possible to obtain by the unit power divider cell of the antenna feed network almost any power division of the input RF signal. In particular, this means:

La señal de RF de entrada puede separarse en casi cualquier relación de división de potencia - el caso límite radica con la conmutación de algunos elementos de antena completamente apagados.The input RF signal can be separated into almost any power division ratio - the limiting case is with the switching of some antenna elements completely off.

Esto tendrá ninguna pérdida de potencia o mínima de r F en el caso de apagar elementos de antena deseados. En este caso, la potencia de RF se redistribuirá entre los elementos de antena "encendidos" restantes.This will have no power loss or minimum of r F in the event of turning off desired antenna elements. In in this case, the RF power will be redistributed among the remaining "on" antenna elements.

La Figura 4 muestra una realización alternativa de la red de alimentación propuesta, donde los elementos de separador de potencia son imágenes en espejo unos de los otros. Esto puede ser ventajoso cuando los dispositivos se construyen en silicio, este diseño les hace más compactos.Figure 4 shows an alternative embodiment of the proposed power network, where the power separator elements are mirror images of each other. This can be advantageous when the devices are built in silicon, this design makes them more compact.

La Figura 5 muestra esquemáticamente un conjunto de antenas adaptativas 50, con una red de alimentación 5 y lógica de control 40 de acuerdo con una realización. El conjunto de antenas adaptativas 50 comprende una pluralidad de elementos de antena 30 suministrados con señales de un conjunto de alimentación de red 5 que comprende divisores de señal 10 dispuestos en una disposición en cascada. Cada divisor de señal tiene dos salidas y una entrada. Las salidas de los divisores de señal de salida suministran señales a respectivos elementos de antena 30.Figure 5 shows schematically a set of adaptive antennas 50, with a power network 5 and control logic 40 according to one embodiment. The adaptive antenna assembly 50 comprises a plurality of antenna elements 30 supplied with signals from a network feed assembly 5 comprising signal dividers 10 arranged in a cascade arrangement. Each signal divider has two outputs and one input. The outputs of the output signal dividers supply signals to respective antenna elements 30.

Cada divisor de señal 10 tiene una impedancia variable controlable 20, cuyo valor de impedancia se controla por señales emitidas por lógica de control 40. La lógica de control 40 tiene conocimiento del conjunto de arquitectura de la antena y recibe señales indicativas del patrón de haz que debe emitirse por el conjunto de antenas 50. Calcula a continuación pesos para cada uno de los elementos de antena 30 para proporcionar el patrón de haz requerido, a partir de esto calcula las señales que deben suministrarse a cada elemento de antena 30 para generar el patrón de haz y los correspondientes valores de impedancia requeridos en los separadores de señal 10 para proporcionar las señales apropiadas a los elementos de antena 30 individuales. A continuación genera y transmite señales de control para controlar estas impedancias y las señales suministradas a los elementos de antena se ponderan de manera apropiada y se emite el patrón de haz requerido.Each signal divider 10 has a controllable variable impedance 20, the impedance value of which is controlled by signals emitted by control logic 40. The control logic 40 is aware of the antenna architecture assembly and receives signals indicative of the beam pattern that must be emitted by the set of antennas 50. It then calculates weights for each of the antenna elements 30 to provide the required beam pattern, from this it calculates the signals that must be supplied to each antenna element 30 to generate the pattern beams and the corresponding impedance values required in the signal dividers 10 to provide the appropriate signals to the individual antenna elements 30. It then generates and transmits control signals to control these impedances and the signals supplied to the antenna elements are appropriately weighted and the required beam pattern is output.

AnálisisAnalysis

Análisis del d iv isor de potencia de la Figura 3Analysis of the power divider of Figure 3

La matriz de S parámetros del circuito de Figura 3 esThe matrix of S parameters of the circuit of Figure 3 is

' 0 0 s13 S14]' 0 0 s13 S14]

0 0 S23 S24 0 0 S23 S24

[S] = S31 S32 0 0 (1)[S] = S31 S32 0 0 (1)

l s 41 S42 0 0 J ls 41 S42 0 0 J

donde,where,

Figure imgf000008_0002
Figure imgf000008_0002

En (2) y (3), T s y R s representan los coeficientes de transmisión y reflexión, mientras que Z o es la impedancia característica de la línea de transmisión de interconexión. Puede mostrarse que, si la admitancia Y del diodo varactor es puramente imaginaria, se satisface la condición de conservación de potencia, es decirIn (2) and (3), T s and R s represent the transmission and reflection coefficients, while Z o is the characteristic impedance of the interconnecting transmission line. It can be shown that, if the admittance Y of the varactor diode is purely imaginary, the power conservation condition is satisfied, that is

Figure imgf000008_0001
Figure imgf000008_0001

Se establecen los dos últimos casos para Ts y Rs cuando está permitida la admitancia Y para que sea cualquiera de 0 o infinito. Para el caso cuando Y = 0, (2) y (3) se vuelveThe last two cases are established for Ts and Rs when admittance Y is allowed to be either 0 or infinity. For the case when Y = 0, (2) and (3) becomes

Ts(Y=0)=j y Rs=0 (5)Ts (Y = 0) = j and Rs = 0 (5)

Mientras que en el caso de Y infinita While in the case of Y infinite

Ts (Y ^ «) = 0 y Rs(Y ^ «) = -j (6)Ts (Y ^ «) = 0 and R s (Y ^«) = -j (6)

(5) y (6) infieren que manipulando la admitancia Y es posible obtener distribución perfecta de potencia de RF de entada entre los puertos reflejados, R s , y transmitidos, T s . Para ser específicos, puede usarse la admitancia Y para controlar la división sin pérdidas de la potencia de entrada entre los dos puertos de salida. A partir de (5) y (6) puede observarse que para conseguir la división de potencia dinámica y sin pérdida, la admitancia Y debe ser imaginaria, y variable de -~ a ~. Esta condición es bien conocida en el diseño de desplazadores de fase de tipo de reflexión de 360° y los principios de este diseño pueden aplicarse fácilmente en el presente circuito.(5) and (6) infer that by manipulating the admittance Y it is possible to obtain perfect distribution of input RF power between the reflected ports, R s , and transmitted, T s . To be specific, admittance Y can be used to control the lossless division of the input power between the two output ports. From (5) and (6) it can be seen that to achieve the lossless dynamic power division, the admittance Y must be imaginary, and variable from - ~ to ~. This condition is well known in the design of 360 ° reflection type phase shifters and the principles of this design can easily be applied in the present circuit.

Análisis de la red de alimentación propuesta de la Figura 2Analysis of the proposed power network in Figure 2

Los coeficientes de transmisión para los elementos de antena, indicados desde 0 a 2m-1 sonThe transmission coefficients for the antenna elements, indicated from 0 to 2m-1 are

o: S21 =RiiR2i...Rm,ior: S21 = RiiR2i ... Rm, i

1: S3i=Rii R21...Tm,i (7)1: S3i = Rii R21 ... Tm, i (7)

Figure imgf000009_0001
Figure imgf000009_0001

con

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puede observarse que las salidas del elemento de antena siguen el sistema de numeración binario, siendo Rm,n un 0 lógico y siendo Tm,n un 1 lógico.with
Figure imgf000009_0002
It can be seen that the outputs of the antenna element follow the binary numbering system, with Rm, n being a logical 0 and Tm, n being a logical 1.

El sistema de ecuaciones dado por (7) contiene 2m ecuaciones, mientras que el número de admitancias desconocidas, Ym,n es igual a 2m-1. Sin embargo, el sistema de 2m ecuaciones dado por (7) no es linealmente dependiente y las salidas de antena dadas por (7) necesitan satisfacer un principio de conservación de potencia, es decirThe system of equations given by (7) contains 2m equations, while the number of unknown admittances, Ym, n is equal to 2m-1. However, the system of 2m equations given by (7) is not linearly dependent and the antenna outputs given by (7) need to satisfy a principle of conservation of power, i.e.

Figure imgf000009_0003
pérdida (8)
Figure imgf000009_0003
loss (8)

El último término en (8) indica la contribución de la pérdida del sistema global, que es normalmente conocida. Ahora, (7) y (8) forman un sistema linealmente independiente de 2m-1 ecuaciones, que puede resolverse de manera inequívoca para Ym,n. Las soluciones para Ym,n dependerán finalmente de la división requerida de la potencia entre los puertos de antena.The last term in (8) indicates the contribution of the overall system loss, which is normally known. Now, (7) and (8) form a linearly independent system of 2m-1 equations, which can be solved unequivocally for Ym, n. The solutions for Ym, n will ultimately depend on the required division of power between the antenna ports.

Un experto en la materia reconocerá fácilmente que las etapas de diversos métodos anteriormente descritos pueden realizarse mediante ordenadores programados. En este documento, también se conciben algunas realizaciones para cubrir dispositivos de almacenamiento de programa, por ejemplo, medios de almacenamiento de datos digitales, que son legibles por ordenador o máquina y codifican programas ejecutables por máquina o ejecutables por ordenador de instrucciones, en donde dichas instrucciones realizan algunas o todas las etapas de dichos métodos anteriormente descritos. Los dispositivos de almacenamiento de programa pueden ser, por ejemplo, memorias digitales, medios de almacenamiento magnéticos tales como unos discos magnéticos y cintas magnéticas, discos duros y medios de almacenamiento de datos digitales ópticamente legibles. Las realizaciones también se conciben para cubrir ordenadores programados para realizar dichas etapas de los métodos anteriormente descritos.One skilled in the art will readily recognize that the steps of various methods described above can be performed by programmed computers. In this document, some embodiments are also conceived to cover program storage devices, for example digital data storage media, which are computer or machine readable and encode machine-executable or computer-executable programs of instructions, wherein said instructions perform some or all of the steps of the above-described methods. Program storage devices can be, for example, digital memories, magnetic storage media such as magnetic discs and magnetic tapes, hard drives, and optically readable digital data storage media. The embodiments are also intended to cover computers programmed to perform said steps of the above-described methods.

Las funciones de los diversos elementos mostrados en las figuras, incluyendo cualquier bloque funcional etiquetado como "procesadores" o "lógica", pueden proporcionarse a través del uso de hardware especializado así como hardware capaz de ejecutar software en asociación con software apropiado. Cuando se proporcionan por un procesador, las funciones pueden proporcionarse mediante un único procesador especializado, mediante un único procesador compartido o mediante una pluralidad de procesadores individuales, alguno de los cuales puede compartirse. Además, el uso explícito del término "procesador" o "controlador" o "lógica" no debería interpretarse para referirse exclusivamente a hardware capaz de ejecutar software, y puede incluir implícitamente, sin limitación, hardware de procesador de señales digitales (DSP), procesador de red, circuito integrado de aplicación específica (ASIC), campo de matriz de puertas programables (FPGA), memoria de sólo lectura (ROM) para almacenar software, memoria de acceso aleatorio (RAM) y almacenamiento no volátil. También puede incluirse otro hardware, convencional y/o personalizado. De manera similar, cualquier conmutador mostrado en las figuras es únicamente conceptual. Su función puede efectuarse a través de la operación de lógica de programa, a través de lógica especializada, a través de la interacción de control de programa y lógica especializada, o incluso manualmente, siendo la técnica particular seleccionable mediante el implementador como se entienda más específicamente a partir del contexto.The functions of the various elements shown in the figures, including any functional blocks labeled "processors" or "logic", can be provided through the use of specialized hardware as well as hardware capable of executing software in association with appropriate software. When provided by a processor, the functions can be provided by a single specialized processor, by a single shared processor, or by a plurality of individual processors, some of which may be shared. Furthermore, the explicit use of the term "processor" or "controller" or "logic" should not be construed to refer exclusively to hardware capable of running software, and may implicitly include, without limitation, digital signal processor (DSP) hardware, processor network, application specific integrated circuit (ASIC), field programmable gate array (FPGA), read-only memory (ROM) for storing software, random access memory (RAM), and non-volatile storage. Other hardware, conventional and / or custom, can also be included. Similarly, any switch shown in the figures is solely conceptual. Its function can be carried out through the operation of program logic, through specialized logic, through the interaction of program control and specialized logic, or even manually, the particular technique being selectable by the implementer as more specifically understood. from the context.

Debería apreciarse por los expertos en la materia que cualquier diagrama de bloque en este documento representa vistas conceptuales de circuitería ilustrativa que incorpora los principios de la invención. De manera similar, se apreciará que cualesquiera gráficos de flujo, diagramas de flujo, diagramas de transición de estado, pseudo código y similares representan diversos procesos que pueden representarse sustancialmente en medio legible por ordenador y ejecutarse de esta forma por un ordenador o procesador, tanto si se muestra explícitamente tal ordenador o procesador como si no.It should be appreciated by those skilled in the art that any block diagram in this document represents Conceptual views of illustrative circuitry incorporating the principles of the invention. Similarly, it will be appreciated that any flow charts, flow charts, state transition diagrams, pseudo code, and the like represent various processes that can be substantially represented on computer-readable medium and thus executed by a computer or processor, both if such a computer or processor is explicitly shown as if not.

La descripción y dibujos meramente ilustran los principios de la invención. El alcance de la invención se define en las reivindicaciones adjuntas. The description and drawings merely illustrate the principles of the invention. The scope of the invention is defined in the appended claims.

Claims (11)

REIVINDICACIONES 1. Un dispositivo alimentador para suministrar una señal de radiofrecuencia a un conjunto de antenas adaptativas que comprende una pluralidad de elementos de antena, comprendiendo dicho dispositivo alimentador:A feed device for supplying a radio frequency signal to an adaptive antenna array comprising a plurality of antenna elements, said feed device comprising: una pluralidad de divisores de señal (1), comprendiendo cada uno de dichos divisores de señal (10):a plurality of signal dividers (1), each of said signal dividers (10) comprising: un puerto de entrada para recibir dicha señal de radiofrecuencia, un puerto de salida, un puerto de salida adicional y una impedancia variable; en dondean input port for receiving said radio frequency signal, an output port, an additional output port and a variable impedance; where dicho divisor de señal está configurado para dividir dicha señal de entrada y dirigir dichas señales divididas hacia dicha impedancia variable (20);said signal divider is configured to divide said input signal and direct said divided signals towards said variable impedance (20); dichas señales divididas son al menos una de la reflejada a dicho puerto de salida y la transmitida a dicho puerto de salida adicional, dependiendo dicho grado de reflexión y transmisión de un valor de dicha impedancia variable (20), siendo variable dicho grado de reflexión y transmisión entre sustancialmente toda la reflexión y sustancialmente toda la transmisión; en dondesaid divided signals are at least one of that reflected to said output port and transmitted to said additional output port, said degree of reflection and transmission depending on a value of said variable impedance (20), said degree of reflection being variable and transmission between substantially all reflection and substantially all transmission; where dicho divisor de señal está configurado de manera que se introducen desplazamientos de fase a señales que viajan entre puertos, siendo dichos desplazamientos de fase de manera que dichas señales divididas recibidas en dicho puerto de salida y dicho puerto de salida adicional interfieren de manera constructiva y las señales recibidas en puertos externos de dicho divisor de señal distinto de dichos puertos de salida están fuera de fase e interfieren de manera destructiva;said signal divider is configured such that phase shifts are introduced to signals traveling between ports, said phase shifts being such that said divided signals received at said output port and said additional output port constructively interfere and the signals received at external ports of said signal splitter other than said output ports are out of phase and destructively interfere; dicha salida y dichos puertos de salida adicionales de al menos uno de dicho al menos un divisor de señal están configurados para suministrar señales a respectivos elementos de antena de dicho conjunto de antenas; en donde dicha pluralidad de divisores de señal (10) están dispuestos en una cascada, comprendiendo dicha cascada: said output and said additional output ports of at least one of said at least one signal splitter are configured to supply signals to respective antenna elements of said set of antennas; wherein said plurality of signal dividers (10) are arranged in a cascade, said cascade comprising: un divisor de señal de entrada configurado para recibir dicha señal de entrada de radiofrecuencia y dirigir dicha señal a al menos uno de dicho puerto de salida y dicho puerto de salida adicional de dicho divisor de señal de entrada;an input signal splitter configured to receive said radio frequency input signal and direct said signal to at least one of said output port and said additional output port of said input signal splitter; divisores de señal adicionales cada uno configurado para recibir en una entrada una señal de uno de dicho puerto de salida y dicho puerto de salida adicional de uno de dichos divisores de señal en un nivel superior de dicha cascada; yadditional signal dividers each configured to receive at an input a signal from one of said output port and said additional output port of one of said signal dividers at a higher level of said cascade; Y una pluralidad de divisores de señal de salida estando configurado cada uno para dirigir una señal de entrada recibida mediante al menos uno de dicho puerto de salida y dicho puerto de salida adicional a respectivos elementos de antena (30) de dicho conjunto de antenas.a plurality of output signal splitters each being configured to direct an input signal received through at least one of said output port and said additional output port to respective antenna elements (30) of said array of antennas. 2. El dispositivo alimentador de acuerdo con la reivindicación 1, comprendiendo dicho dispositivo alimentador una lógica de control configurada para controlar un valor de dicha impedancia variable para controlar dicho grado de reflexión y transmisión.The feeding device according to claim 1, said feeding device comprising control logic configured to control a value of said variable impedance to control said degree of reflection and transmission. 3. El alimentador de acuerdo con la reivindicación 2, en donde dicha lógica de control está configurada para controlar independientemente dicha impedancia variable de cada uno de dichos divisores de señal para controlar señales de control transmitidas a cada uno de dichos elementos de antena.The feeder according to claim 2, wherein said control logic is configured to independently control said variable impedance of each of said signal dividers to control control signals transmitted to each of said antenna elements. 4. El alimentador de acuerdo con la reivindicación 3, en donde dicha lógica de control está configurada para controlar una amplitud de dichas señales transmitidas a cada uno de dichos múltiples elementos de antena de manera que dicho conjunto de antenas emite patrones de haz seleccionados, estando configurada dicha lógica de control para: The feeder according to claim 3, wherein said control logic is configured to control an amplitude of said signals transmitted to each of said multiple antenna elements such that said set of antennas emit selected beam patterns, being configured this control logic to: determinar un peso de cada elemento de antena para generar dichos patrones de haz seleccionados; determinar valores de dicha impedancia variable requerida para proporcionar una señal de un peso requerido a cada uno de dichos elementos de antena; ydetermining a weight of each antenna element to generate said selected beam patterns; determining values of said variable impedance required to provide a signal of a required weight to each of said antenna elements; Y controlar dichas impedancias variables de cada uno de dichos divisores de señal de manera que dichas señales de dicho peso requerido son alimentadas por dicho dispositivo alimentador a dichos elementos de antena.controlling said variable impedances of each of said signal dividers so that said signals of said required weight are fed by said feeding device to said antenna elements. 5. El dispositivo alimentador de acuerdo con cualquier reivindicación anterior, en donde dicho al menos un divisor de señal comprende:The feeder device according to any preceding claim, wherein said at least one signal splitter comprises: un dispositivo direccional que comprende dicho puerto de entrada, dicho puerto de salida y dos puertos adicionales; un dispositivo direccional adicional que comprende dos puertos cada uno en comunicación de datos con uno respectivo de dichos dos puertos adicionales de dicho dispositivo direccional, y un puerto de salida adicional, estando dicha impedancia variable entre dichos dos puertos adicionales y dichos dos puertos; en donde dichas señales recibidas en cada uno de dichos dos puertos adicionales son al menos una de la reflejada a dicho puerto de salida de dicho dispositivo direccional y la transmitida a dicho puerto de salida adicional de dicho dispositivo direccional adicional, dependiendo dicho grado de reflexión y transmisión de un valor de dicha impedancia variable.a directional device comprising said inlet port, said outlet port and two additional ports; an additional directional device comprising two ports each in data communication with a respective one of said two additional ports of said directional device, and an additional output port, said impedance varying between said two additional ports and said two ports; wherein said signals received in each of said two additional ports are at least one of the one reflected to said output port of said directional device and the one transmitted to said additional output port of said additional directional device, said degree of reflection depending and transmission of a value of said variable impedance. 6. El dispositivo alimentador de acuerdo con la reivindicación 5, en donde dichos dispositivos direccionales comprenden acopladores en cuadratura que comprenden cuatro puertos, dirigen rutas entre puertos adyacentes de dicho acoplador en cuadratura que introduce un desplazamiento de fase de 90° a señales que viajan directamente entre dichos puertos.The feeder device according to claim 5, wherein said directional devices comprise quadrature couplers comprising four ports, direct routes between adjacent ports of said quadrature coupler that introduces a 90 ° phase shift to directly traveling signals between those ports. 7. El dispositivo alimentador de acuerdo con las reivindicaciones 5 o 6, en donde dichos dispositivos direccionales comprenden acopladores de 3 dB.7. The feeder device according to claims 5 or 6, wherein said directional devices comprise 3 dB couplers. 8. El dispositivo alimentador de acuerdo con cualquier reivindicación anterior, en donde dicho al menos un divisor de señal comprende dos impedancias variables siendo dirigida cada una de dichas señales divididas a una de dichas dos impedancias variables.The feeding device according to any preceding claim, wherein said at least one signal divider comprises two variable impedances, each of said divided signals being directed to one of said two variable impedances. 9. El dispositivo alimentador de acuerdo con la reivindicación 8, en donde dichas dos impedancias variables se varían de una misma manera para tener una misma impedancia.9. The feeding device according to claim 8, wherein said two variable impedances are varied in the same way to have the same impedance. 10. El dispositivo alimentador de acuerdo con cualquier reivindicación anterior, en donde dicho al menos un divisor de señal comprende un cuarto puerto, estando fuera de fase e interfiriendo de manera destructiva las señales recibidas desde dicho divisor de señal en dicho cuarto puerto y dicho puerto de entrada.The feeder device according to any preceding claim, wherein said at least one signal splitter comprises a fourth port, being out of phase and destructively interfering with signals received from said signal splitter at said fourth port and said port. input. 11. Un conjunto de antenas adaptativas que comprende:11. A set of adaptive antennas comprising: una pluralidad de elementos de antena dispuestos en un conjunto;a plurality of antenna elements arranged in an array; un transceptor para recibir y transmitir una señal desde y hasta dicho conjunto de antenas; ya transceiver for receiving and transmitting a signal from and to said set of antennas; Y un dispositivo alimentador de acuerdo con cualquier reivindicación anterior. a feeding device according to any preceding claim.
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