ES2842198T3 - Módulo de antena direccional - Google Patents

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Abstract

Un procedimiento de radiogoniometría de una fuente de señal que comprende los pasos de: - conmutar (S1) un módulo de antena direccional (1) a un modo de radiogoniometría máxima donde una señal de suma en fase (Σ) se emite por un híbrido de 180 grados conectado a al menos dos elementos de antena de una red de antenas (2) dentro de dicho módulo de antena direccional (1) se emite por dicho módulo de antena direccional (1); - luego, en el modo de radiogoniometría máxima, girar (S2) el módulo de antena direccional (1) hasta que la señal de suma en fase emitida por el módulo de antena direccional (1) alcance un máximo; - luego conmutar (S3) dicho módulo de antena direccional (1) a un modo de radiogoniometría mínima en el que una salida de señal de suma desfasada (Δ) por dicho híbrido de 180 grados conectado a al menos dos elementos de antena de dicha red de antenas (2) dentro del módulo de antena direccional (1) se emite por dicho módulo de antena direccional (1); y - luego en el modo de radiogoniometría mínima hacer girar (S4) el módulo de antena direccional (1) hasta que la señal de suma desfasada emitida por dicho módulo de antena direccional (1) alcanza un mínimo que indica una marcación de la fuente de señal.

Description

DESCRIPCIÓN
Módulo de antena direccional
La invención se refiere a un procedimiento de radiogoniometría de una fuente de señal.
Si bien la radiogoniometría para fines de navegación perdió importancia debido a la disponibilidad de sistemas de navegación por satélite, la determinación de la ubicación de las fuentes de señales gana importancia, en particular porque aumenta la movilidad de los equipos de comunicaciones. Otra razón de la importancia de la radiogoniometría radica en el hecho de que las técnicas de espectro ensanchado se utilizan cada vez más para las comunicaciones inalámbricas. Esto significa que los componentes espectrales solo pueden asignarse a un emisor específico si se conoce la dirección. La radiogoniometría constituye, por tanto, un paso indispensable en la detección por radio, sobre todo porque la lectura del contenido de dichas emisiones suele ser muy difícil. La tarea de un radiogoniómetro es estimar la dirección de una fuente de señal de emisor al medir y evaluar los parámetros del campo electromagnético.
La radiogoniometría puede realizarse mediante el uso de antenas direccionales. La evaluación de una tensión de recepción de una antena direccional girada o pivotada mecánicamente con referencia a la dirección es una forma posible de realizar la radiogoniometría. Aquí, la marcación puede derivarse de la característica de una tensión recibida en función del ángulo de rotación. Cuando llega una onda de la señal electromagnética, la tensión de recepción puede producir un patrón direccional de la antena. La posición del patrón relativa al ángulo de rotación de la antena es la marcación medido.
Un módulo de antena direccional puede enchufarse en un mango y un operador puede girarlo manualmente hasta que la tensión de salida del receptor asuma un valor extremo. La dirección de una antena puede leerse, por ejemplo, en una escala cuando se determina la marcación de la señal recibida. Puede enchufarse un módulo de antena direccional convencional en el mango con la orientación correcta para la polarización vertical u horizontal y luego bloquearla mecánicamente en su lugar. Después de eso, el usuario u operador puede girar el módulo de antena direccional enchufado al girar manualmente el mango.
Los módulos de antena direccional portátiles convencionales funcionan según el principio de radiogoniometría máxima. Por lo tanto, el usuario dirige el módulo de antena con un patrón de radiación directiva aproximadamente en una dirección sospechosa de una señal de interferencia proporcionada por una fuente de señal y gira el módulo de antena lentamente hacia adelante y hacia atrás hasta que la señal de antena emitida por el módulo de antena alcanza un máximo. La Figura 1 ilustra esquemáticamente una radiogoniometría máxima realizada con un módulo de antena direccional portátil convencional.
Dado que una antena direccional portable convencional solo permite usar un módulo de antena muy compacto y liviano, el ancho del haz de media potencia, HPBW, en el plano azimutal (plano H) de dicha antena direccional portable suele ser mayor de 80°. En el rango de frecuencia VHF, el ancho de haz de media potencia necesario, HPBW, es aún mayor. Por tanto, la dirección de una señal de interferencia puede detectarse con una precisión de unos diez grados solamente. Por ejemplo, para la búsqueda de interferencias en redes celulares, esto no es lo suficientemente preciso. Para este tipo de aplicaciones, se requieren anchos de haz de media potencia que no superen los 40° en el plano de acimut y elevación, lo que proporciona una ganancia de antena de más de 10dBi. Dichos patrones de antena pueden lograrse en tamaño compacto en la banda de frecuencia UHF, por ejemplo, mediante el uso de antenas Yagi-Uda. Sin embargo, por debajo de la banda UHF, estas antenas también se vuelven demasiado grandes. Un inconveniente principal es que el ancho de banda relativo de las antenas Yagi-Uda es solo un pequeño porcentaje de la frecuencia central. Por consiguiente, con un aparato de radiogoniometría convencional, es necesario utilizar diferentes módulos de antena direccional para diferentes rangos de frecuencia. El usuario debe enchufar estos diferentes módulos de antena en el mango de la antena para realizar una medición en el rango de frecuencia respectivo. Por ejemplo, el aparato de radiogoniometría convenciona1HE300 comprende un conjunto de tres módulos de antena intercambiables que cubren tres rangos de frecuencia. Un primer módulo de antena cubre un rango de frecuencia entre 20 MHz y 200 MHz, un segundo módulo cubre un rango de frecuencia entre 200 MHz y 500 MHz y un tercer módulo de antena cubre un rango de frecuencia entre 500 MHz y 7,5 GHz. El usuario puede enchufar los diferentes módulos de antena en el mango. En consecuencia, un usuario que realiza radiogoniometría en el campo necesita varios módulos de antena para realizar una medición. En consecuencia, el usuario se ve obligado a llevar diferentes módulos de antena junto con él hasta el punto de medición, lo que puede resultar engorroso. Incluso puede suceder que un usuario se olvide de llevar el módulo de antena necesario al punto de medición. En este caso, el usuario tiene que volver para obtener el módulo de antena intercambiable para realizar la medición de modo que se pierde un tiempo precioso. En algunos escenarios, es posible que ni siquiera haya tiempo suficiente para obtener el módulo de antena intercambiable adecuado. El documento US 2009/160638 A1 se refiere a un sistema lector de identificación por radiofrecuencia ("RFID"). El sistema lector de RFID puede ser móvil y determina tanto la existencia como la ubicación general de al menos un objeto de interés etiquetado con RFID. En consecuencia, es un objeto de la presente invención proporcionar un procedimiento para realizar una radiogoniometría de una fuente de señal en una amplia gama de frecuencias con un único módulo de antena direccional.
La invención se define mediante las reivindicaciones adjuntas.
Se divulga un módulo de antena direccional que comprende al menos una red de antenas que tiene al menos dos elementos de antena conectados a un híbrido de 180 grados que proporciona una señal de suma en fase y una señal de suma desfasada de las señales de antena recibidas desde los elementos de antena y
un elemento de conmutación adaptado para cambiar entre la señal de suma en fase y la señal de suma desfasada emitida por dicho híbrido de 180 grados en respuesta a una señal de control del modo de radiogoniometría para proporcionar una señal emitida de antena en una salida de módulo de antena de dicho módulo de antena direccional.
El módulo de antena direccional es conmutable entre un modo de radiogoniometría máxima en el que la señal de suma en fase emitida por dicho híbrido de 180 grados se conmuta por dicho elemento de conmutación a la salida del módulo de antena de dicho módulo de antena direccional y un modo de radiogoniometría mínima, donde la señal de suma desfasada emitida por dicho híbrido de 180 grados se conmuta por dicho elemento de conmutación a la salida del módulo de antena del módulo de antena direccional.
La red de antenas puede comprender elementos de antena formados por antenas de cuadro cargadas dispuestas delante de una placa reflectora y utilizadas en un primer rango de frecuencia.
La red de antenas puede comprender elementos de antena formados por antenas dipolo dispuestas delante de una placa reflectora y utilizadas en un segundo rango de frecuencia.
Las antenas dipolo, el híbrido de 180 grados y el elemento de conmutación pueden imprimirse en una placa de circuito impreso.
La red de antenas puede comprender elementos de antena formados por antenas LPDA utilizadas en un tercer rango de frecuencia.
El elemento de conmutación puede ser un conmutador de RF controlado por una señal de control del modo de radiogoniometría acoplado por un elemento de polarización en T dispuesto en la salida del módulo de antena de dicho módulo de antena direccional o controlado por un botón de control de dicho módulo de antena direccional. El módulo de antena direccional puede enchufarse a un mango de antena que comprende un elemento de polarización en T adaptado para acoplarse en la señal de control del modo de radiogoniometría suministrada al elemento de conmutación del módulo de antena direccional.
El mango de antena puede comprender una unidad de reconocimiento de módulo adaptada para reconocer que se enchufa un módulo de antena direccional en dicho mango de antena.
La unidad de reconocimiento de módulo de dicho mango de antena puede adaptarse para reconocer el tipo de elementos de antena implementados en al menos una red de antenas del módulo de antena direccional conectado a dicho mango de antena y/o adaptado para reconocer al menos un rango de frecuencia soportado por al menos una red de antenas del módulo de antena direccional enchufado.
El módulo de antena direccional puede comprender
una primera red de antenas que comprende elementos de antena formados por antenas de cuadro cargadas dispuestas frente a una placa reflectora utilizada en un primer rango de frecuencia entre 100 MHz y 700 MHz y/o una segunda red de antenas que comprende elementos de antena formados por antenas dipolo dispuestas frente a un placa reflectora utilizada en un segundo rango de frecuencia entre 700 MHz y 2,5 GHz y/o una tercera red de antenas que comprende elementos de antena formados por antenas LPDA utilizadas en un tercer rango de frecuencia más allá de 2,5 GHz.
El módulo de antena direccional puede conmutarse entre diferentes rangos de frecuencia en respuesta a una señal de control de selección de rango de frecuencia.
Cada red de antenas del módulo de antena direccional puede conectarse a un híbrido asociado de 180 grados que proporcione una señal de suma en fase y una señal de suma desfasada de las señales de antena recibidas desde los elementos de antena de la red de antenas respectivo.
A cada híbrido de 180 grados puede conectarse un elemento de conmutación asociado adaptado para cambiar entre la señal de suma en fase y la señal de suma desfasada emitida por el respectivo híbrido de 180 grados en respuesta a una señal de control del modo de radiogoniometría para emitir una señal emitida de la red de antenas respectiva aplicada a una unidad de multiplexación de frecuencia del módulo de antena direccional.
La distancia entre las antenas de cuadro cargadas y la placa reflectora de los elementos de antena implementados en la primera red de antenas del módulo de antena direccional puede ser ajustable.
También se divulga un procedimiento para radiogoniometría de una fuente de señal que comprende los pasos de: cambiar un módulo de antena direccional a un modo de radiogoniometría máxima donde una señal de suma en fase emitida por un híbrido de 180 grados conectado a al menos dos elementos de antena de una red de antenas dentro de dicho módulo de antena direccional se emite por dicho módulo de antena direccional,
girar el módulo de antena direccional hasta que la señal de suma en fase emitida por el módulo de antena direccional alcance un máximo,
cambiar el módulo de antena direccional a un modo de radiogoniometría mínima en el que una señal de suma desfasada emitida por dicho híbrido de 180 grados conectado a los al menos dos elementos de antena de dicha red de antenas dentro del módulo de antena direccional sale por dicho módulo de antena direccional y girar el módulo de antena direccional hasta que la señal de suma desfasada emitida por el módulo de antena direccional alcance un mínimo que indica una marcación de la fuente de señal.
A continuación, se describen con más detalle posibles realizaciones de los diferentes aspectos de la presente divulgación con referencia a las figuras adjuntas.
La Figura 1 muestra un diagrama esquemático para ilustrar una radiogoniometría máxima realizada por módulos de antenas direccionales portátiles convencionales;
La Figura 2 muestra un diagrama de bloques de una posible realización ejemplar de un módulo de antena direccional de acuerdo con el primer aspecto de la presente invención;
La Figura 3 muestra un diagrama esquemático para ilustrar una radiogoniometría mínima realizada por el módulo de antena direccional de acuerdo con el primer aspecto en un modo de funcionamiento específico;
La Figura 4 muestra un diagrama de circuito de una posible implementación ejemplar de un híbrido de 180 grados dentro de un módulo de antena direccional de acuerdo con el primer aspecto de la presente invención;
La Figura 5 muestra esquemáticamente una posible implementación de un elemento de antena utilizado en una red de antenas del módulo de antena direccional de acuerdo con el primer aspecto de la presente invención;
La Figura 6 muestra una posible implementación adicional de un elemento de antena utilizado en una red de antenas del módulo de antena direccional de acuerdo con el primer aspecto de la presente invención;
Las Figuras 7A, 7B ilustran patrones de radiación medidos proporcionados por una red de antenas dentro de un módulo de antena direccional de acuerdo con el primer aspecto de la presente invención en un primer rango de frecuencia en diferentes modos de funcionamiento;
Las Figuras 8A, 8B ilustran los patrones de radiación medidos proporcionados por una red de antenas dentro de un módulo de antena direccional de acuerdo con el primer aspecto de la presente invención en diferentes modos de funcionamiento;
La Figura 9 muestra un diagrama de bloques esquemático de una posible realización adicional de un módulo de antena direccional de acuerdo con el primer aspecto de la presente invención;
La Figura 10 muestra un diagrama de flujo de una posible realización ejemplar de un procedimiento para la radiogoniometría de una fuente de señal de acuerdo con la presente invención.
Como puede verse en la Figura 2, un módulo de antena direccional 1 de acuerdo con el primer aspecto de la presente invención comprende en la realización ilustrada una red de antenas 2. En la realización ilustrada de la Figura 2, la red de antenas 2 se forma por una red de dos elementos. La red de antenas 2 comprende en la realización ilustrada dos elementos de antena 3-1, 3-2 conectados a un circuito híbrido de 180 grados 4 como se muestra en la Figura 2. El híbrido 4 de 180 grados comprende una primera salida 5-1 y una segunda salida 5-2. El híbrido 4 de 180 grados se adapta para generar una señal de suma en fase I y una señal de suma desfasada A de las dos señales de antena recibidas desde los dos elementos de antena 3-1, 3-2. La red de antenas 2 forma una red de antenas lineales de dos elementos conectados al circuito híbrido de 180 grados 4. La salida de suma 5-1 del circuito híbrido 4 entrega la señal de suma en fase de las dos señales de antena recibidas por los dos elementos de antena 3-1, 3-2. Esto forma un patrón de radiación con un haz principal en la dirección lateral de la red de antenas, como también puede verse en la Figura 1. Por el contrario, la salida delta 5-2 del circuito híbrido 4 entrega la señal de suma desfasada que produce un valor nulo en la dirección lateral como se muestra en la Figura 3. La salida de suma 5-1 del circuito híbrido de 180 grados 4 se conecta a través de una primera línea de señal 6-1 a una primera entrada 7-1 de un elemento de conmutación 8. La salida delta 5-2 del circuito híbrido 4 se conecta a través de una línea de señal 6-2 a una segunda entrada 7-2 del elemento de conmutación 8 como se ilustra en la Figura 2. En la realización ilustrada, el elemento de conmutación 8 se implementa mediante un interruptor de RF que comprende los dos terminales de entrada 7-1, 7-2, un terminal de salida 7-3 y una entrada de control 7-4. La salida 7-3 del conmutador de RF 8 se conecta en la realización ejemplar ilustrada a través de una línea de señal 9 a un acoplador de polarización en forma de T 10 conectado a la salida del módulo de antena 11 del módulo de antena direccional 1. El elemento de conmutación 8 del módulo de antena direccional 1 como se ilustra en la realización de la Figura 2 se adapta para conmutar entre la señal de suma en fase emitida en la salida de suma 5-1 y la señal de suma desfasada emitida en la salida delta 5-2 del circuito híbrido 4 en respuesta a una señal de control del modo de radiogoniometría DFM-CRTL. En la realización ilustrada de la Figura 2, la señal de control del modo de radiogoniometría DFM-CRTL se aplica a la entrada de control 7-4 del elemento de conmutación de RF 8 a través de una línea de señal de control 12 que conecta el elemento acoplador de polarización en forma de T 10 con el elemento de conmutación RF 8 como se ilustra en la Figura 2.
La salida del módulo de antena 11 del módulo de antena direccional 1 puede conectarse a un mango de antena que comprende circuitos electrónicos adaptados para preprocesar y/o procesar la señal emitida de antena del módulo de antena direccional 1 emitida por el módulo de antena direccional 1 en el terminal de salida del módulo de antena 11. En la implementación ilustrada en la Figura 2, la señal de control del modo de radiogoniometría DFM-CRTL se recibe en la salida del módulo de antena 11 del módulo de antena direccional 1 desde el mango de la antena y se acopla mediante el elemento de acoplamiento de polarización en forma de T 10 para controlar el elemento de conmutación de RF 8. En una posible realización, una tensión de polarización Vpolarizada suministrada a un conductor interno de la línea de salida de RF se utiliza como señal de control de conmutación para el elemento de conmutación de RF 8. El elemento de acoplamiento de polarización en forma de T 10 se configura para acoplar las respectivas tensiones DC, por ejemplo, una primera tensión DC de 3 voltios y una segunda tensión DC de 5 voltios. En función del nivel de tensión DC aplicado a la entrada de control 7-4 del elemento de conmutación de RF 8, la primera entrada 7-1 o la segunda entrada 7-2 se conmuta a la salida 7-3 del elemento de conmutación de RF 8. En consecuencia, el elemento de conmutación 8 se adapta para conmutar entre la señal de suma en fase y la señal de suma desfasada en respuesta a la señal de control del modo de radiogoniometría DFM-CRTL aplicada a la entrada de control 7-4 del elemento de conmutación de RF 8. La señal de antena conmutada se emite por el módulo de antena direccional 1 en el terminal de salida del módulo de antena 11. En la realización ilustrada en la Figura 2, la señal de control del modo de radiogoniometría DFM-CRTL se acopla por el elemento de polarización en forma de T 10 dispuesto en el terminal de salida del módulo de antena 11 del módulo de antena direccional 1. En una realización alternativa, la señal de control del modo de radiogoniometría DFM-CRTL también puede controlarse mediante un botón de control del módulo de antena direccional 1. En esta realización, un usuario puede operar el botón de control para conmutar entre dos modos de radiogoniometría diferentes del módulo de antena direccional 1.
El módulo de antena direccional 1, como se ilustra en la Figura 2, puede conmutarse entre un modo de radiogoniometría máxima MAX-DFM y un modo de radiogoniometría mínima MIN-DFM. En el modo de radiogoniometría máxima MAX-DFM, la señal de suma en fase I emitida en la salida de suma 5-1 por dicho circuito híbrido de 180 grados 4 se conmuta por el elemento de conmutación 8 al terminal de salida del módulo de antena 11 del módulo de antena direccional 1. En el modo de radiogoniometría mínima MIN-DFM, la señal de suma desfasada A emitida en la salida delta 5-2 del circuito híbrido de 180 grados 4 se conmuta por el elemento de conmutación 8 al terminal de salida del módulo de antena 11 del módulo de antena direccional 1. Por consiguiente, el módulo de antena direccional 1 proporciona una localización máxima y mínima combinada. En una realización preferente, el máximo y mínimo del patrón de radiación de la antena apunta en la misma dirección angular de modo que no se requiere exploración de la antena. En la realización ilustrada en la Figura 2, el cambio entre el patrón máximo y mínimo tiene lugar electrónicamente, por ejemplo, al presionar un botón en el mango de la antena conectado al módulo de antena direccional 1. En una realización alternativa, el botón de control también puede colocarse directamente en el módulo de antena direccional 1. El módulo de antena direccional 1 como se ilustra en la Figura 2 se hace funcionar primero en el modo de radiogoniometría máxima MAX-DFM para encontrar un rango de dirección próximo de un emisor de señal o fuente de radiación. En consecuencia, el módulo de antena direccional 1 se conmuta primero al modo de radiogoniometría máxima MAX-DFM donde la señal de suma en fase I emitida por el circuito híbrido de 180 grados 4 conectado a los elementos de antena 3-1, 3-2 de la red de antenas 2 se emite por el módulo de antena direccional 1 al mango de la antena. El módulo de antena direccional 1 enchufado en el mango de la antena entonces se gira por el usuario hasta que la señal de suma en fase I emitida por el módulo de antena direccional 1 alcanza un máximo. Una vez que se encuentra la marcación próximo de la fuente de señal de esta manera, el usuario cambia el módulo de antena direccional 1 a un modo de radiogoniometría mínima MIN-DRM, por ejemplo al presionar un botón de control en el mango de la antena o un botón de control en el módulo de antena 1 en el que una señal de suma desfasada A emitida por el circuito de 180 grados 4 conectado a al menos dos elementos de antena 3-1, 3-2 de la red de antenas 2 se emite por el módulo de antena direccional 1 al mango de la antena. Después de cambiar el módulo de antena direccional 1 al modo de radiogoniometría mínima MIN-DFM, el usuario puede girar el módulo de antena direccional 1 hasta que la señal de suma desfasada A emitida por el módulo de antena direccional 1 al mango de la antena alcance un mínimo que indica una marcación de la fuente de señal. El rumbo puede medirse con una precisión de incluso menos de 1 grado.
La Figura 1 ilustra un radiogoniómetro máximo realizado por el módulo de antena direccional 1 en el modo de radiogoniometría máximo MAX-DFM. Un usuario dirige el módulo de antena direccional 1 que comprende un patrón de radiación directiva aproximadamente en la dirección sospechada de la señal de interferencia generada por la fuente de señal y hace girar el módulo de antena direccional 1 lentamente hacia adelante y hacia atrás hasta que la señal alcanza un máximo. Posteriormente, el usuario cambia el módulo de antena direccional 1 al modo de radiogoniometría mínima MIN-DFM como se ilustra en la Figura 3. En el modo de radiogoniometría mínima MIN-DFM, el módulo de antena direccional 1 se pone en un estado de funcionamiento en el que el mínimo del patrón de radiación muestra la dirección de la fuente de señal o de un transmisor como se ilustra en la Figura 3. El modo de radiogoniometría mínima MIN-DFM hace uso del efecto de que cerca de su posición nula una antena produce cambios más grandes en la corriente que los cambios angulares similares cerca de la posición máxima de la antena. En consecuencia, la radiogoniometría mediante el uso del mínimo del patrón de radiación es más precisa que la radiogoniometría máxima. El patrón de radiación de la antena presenta en una realización preferente solo un máximo para evitar la ambigüedad. En una posible implementación, la relación mínima a máxima puede ser de al menos 20 dB. Con el módulo de antena direccional 1 de acuerdo con el primer aspecto de la presente invención, la medición de la marcación de la fuente de señal se realiza secuencialmente en dos etapas de medición. En primer lugar, se realiza una medición de radiogoniometría máxima en un modo de radiogoniometría máxima MAX-DFm del módulo de antena 1 y luego se realiza una medición de radiogoniometría mínima en un modo de radiogoniometría mínima MIN-DFM del módulo de antena direccional 1.
La Figura 4 muestra un diagrama de circuito de una posible realización ejemplar de un circuito híbrido de 180 grados 4 que puede usarse en una posible realización del módulo de antena direccional 1 de acuerdo con el primer aspecto de la presente invención. En una realización alternativa, también puede utilizarse otro circuito híbrido de 180 grados 4. En la realización ilustrada de la Figura 4, el circuito de 180 grados 4 se basa en elementos de circuito agrupados. Estos se disponen en una estructura de celosía simétrica como se ilustra en la Figura 4. Los elementos del circuito híbrido de 180 grados 4 pueden imprimirse en una realización preferente en una placa de circuito impreso PCB.
En una posible realización, el módulo de antena direccional 1 comprende una red de antenas 2 que tiene elementos de antena formados por antenas de cuadro cargadas dispuestas delante de una placa reflectora y utilizadas en un primer rango de baja frecuencia. La Figura 5 ilustra una posible implementación ejemplar de una red de antenas 2 de este tipo que comprende al menos dos elementos de antena 3-1, 3-2 cada uno formado por antenas de cuadro cargadas dispuestas delante de una placa reflectora a una distancia D1. La red de antenas 2 ilustrada en la Figura 5 puede usarse en un primer rango de baja frecuencia, por ejemplo, en un rango de frecuencia entre 100 MHz y 700 MHz. Las Figuras 7A, 7B ilustran los correspondientes patrones de radiación medidos en el primer rango de frecuencia, es decir, entre 100 MHz y 700 MHz, en el plano H. La Figura 7A ilustra el patrón de radiación medido en el modo de radiogoniometría máxima MAX-DFM mientras que la Figura 7B ilustra el patrón de radiación medido en el primer rango de frecuencia en el modo de radiogoniometría mínima MIN-DFM del módulo de antena direccional 1. En el primer rango de frecuencias, se utilizan los elementos de antena 3-1, 3-2 que ya comprenden una directividad predeterminada para generar un lóbulo principal único. Los elementos de antena 3-1, 3-2 utilizados para el primer rango de frecuencia son antenas de cuadro cargadas dispuestas frente a la placa reflectora como se muestra en la Figura 5. En la implementación ilustrada, la placa reflectora es una placa reflectora cuadrada RP que tiene una dimensión de 250 a 250 mm. En la realización ilustrada, los elementos 3-1, 3-2 de antena de cuadro cargados son bucles rectangulares situados delante de la placa reflectora RP a una distancia D1. En una posible implementación, la distancia D1 es fija. En una implementación alternativa, la distancia D1 puede ajustarse. Los dos elementos de antena de cuadro 3-1, 3-2 se separan a una distancia D2 como se ilustra en la Figura 5. En la implementación ilustrada, la distancia D2 entre las dos antenas de cuadro cargadas 3-1, 3-2 puede ser de 200 mm. Las dos antenas de cuadro cargadas 3-1, 3-2 exhiben una pequeña directividad. La distancia D2 entre los dos elementos de antena 3-1, 3-2 es en la implementación ilustrada de 200 mm, que es eléctricamente pequeña para la frecuencia más baja. Por lo tanto, en un modo de radiogoniometría máxima MAX-DFM, no puede esperarse ganancia de matriz de las antenas de cuadro cargadas solamente. Por lo tanto, las antenas de cuadro cargadas 3-1, 3-2 se disponen delante de la placa reflectora RP, que actúa solo para las frecuencias más altas en la banda de frecuencia respectiva, es decir, el primer rango de frecuencia. Los patrones de radiación medidos en el plano H para el modo de radiogoniometría máximo MAX-DFM se ilustran en la Figura 7A y los patrones de radiación medidos en el plano H para el modo de radiogoniometría mínimo MIN-DFM se ilustran en la Figura 7B. Mientras que el ancho del haz de media potencia HPBW en el modo de radiogoniometría máxima MAX-DFM varía entre 140° y 65°, el ancho del haz de media potencia HPBW del valor nulo en el modo de radiogoniometría mínima MIN-DFM como se ilustra en la Figura 7B es sustancialmente constante alrededor de un valor máximo de 25°. Una ganancia práctica comienza con -25 dBi en el extremo inferior de la banda de frecuencia y aumenta a 2 dBi en el extremo superior. La directividad varía entre 5 dBi y 7 dBi en el modo de radiogoniometría máxima, como puede verse en las Figuras 7A, 7B. En la realización ilustrada de la Figura 5, las antenas de cuadro cargadas 3-1, 3-2 tienen forma rectangular. Las antenas de cuadro cargadas 3-1, 3-2 también pueden tener diferentes formas, por ejemplo, circulares o triangulares.
En una posible realización adicional del módulo de antena direccional 1 de acuerdo con el primer aspecto de la presente invención, la red de antenas 2 puede comprender elementos de antena 3-1, 3-2 formados por antenas dipolo dispuestas delante de una placa reflectora y utilizadas en un segundo rango de frecuencia. El segundo rango de frecuencia puede ser en una posible realización un rango de frecuencia entre 700 MHz y 2,5 GHz. La Figura 6 ilustra una posible implementación ejemplar de una red de antenas 2 del módulo de antena direccional 1 que comprende una red de antenas 2 que tiene elementos de antena 3-1, 3-2 formados por antenas dipolo dispuestas delante de una placa reflectora RP utilizada en un segundo rango de frecuencia entre 700 MHz y 2,5 GHz. Este rango de frecuencia se utiliza normalmente en redes de comunicaciones móviles como GSM, UMTS o LTE. En la implementación ilustrada de la Figura 6, las antenas dipolo 3-1, 3-2 de la red de antenas 2, el circuito híbrido de 180 grados 4 e incluso el elemento de conmutación 8 pueden imprimirse en una placa de circuito impreso común PCB como se ilustra en la Figura 6. La placa de circuito impreso PCB se coloca delante de la placa reflectora RP a una distancia D1. La distancia D1 es fija en una posible realización. En una realización alternativa, la distancia D1 entre la placa de circuito impreso PCB y la placa reflectora RP puede ser ajustable. En la implementación ilustrada, la placa de circuito impreso PCB tiene una dimensión de 121,6 mm 96 mm. La placa reflectora RP es una placa reflectora cuadrada que tiene las dimensiones de 250 mm a 250 mm. El circuito híbrido de 180 grados 4 puede imprimirse en el centro de la placa de circuito impreso entre las dos antenas dipolo 3-1, 3-2. En la realización ilustrada, las antenas dipolo 3-1, 3-2 se forman ambas por dos semiáreas de dipolo de forma cónica. Entre dos semiáreas de dipolo, se proporciona un pequeño espacio como se ilustra en la Figura 6. Las semiáreas del dipolo de un elemento de antena 3-i se conectan a una entrada diferencial del circuito híbrido de 180 grados 4. En una posible implementación, el circuito híbrido de 180 grados 4 conectado a las dos antenas dipolo 3-1, 3-2 impresas en la placa de circuito impreso PCB se implementa como se ilustra en la Figura 4. El terminal de salida, es decir, los terminales 5-1, 5-2, del circuito híbrido de 180 grados 4 puede conectarse a un elemento de conmutación de RF 8 que también puede imprimirse o colocarse en la placa de circuito impreso PCB de la red de antenas 2. Este elemento de conmutación de RF 8 implementado en la placa de circuito impreso PCB puede conectarse mediante un cable coaxial al terminal del módulo de salida 11 del módulo de antena direccional 1 directamente o mediante un elemento de acoplamiento de polarización en forma de T 10.
Las placas reflectoras RP de las redes de antenas 2 como se ilustra en las realizaciones de las Figuras 5, 6 se fabrican en una realización preferente de un material conductor eléctrico.
Las Figuras 8A, 8B ilustran los patrones de radiación medidos de una red de antenas 2 como se ilustra en la Figura 6 en un segundo rango de frecuencia entre 0,7 GHz y 2,5 GHz en el plano H. La Figura 8A ilustra el patrón de radiación medido en el modo de radiogoniometría máxima MAX-DFM y la Figura 8B ilustra el patrón de radiación medido en el modo de radiogoniometría mínima MIN-DFM del módulo de antena direccional 1. Para el segundo rango de frecuencia más alto, puede usarse la matriz de dipolos de dos elementos 2 como se ilustra en la Figura 6. Los elementos de antena 3-1, 3-2 pueden colocarse a una distancia de 100 mm delante de la placa reflectora RP. La placa reflectora RP se utiliza para alinear el lóbulo principal hacia adelante.
Los patrones de radiación medidos en el plano H para ambos modos de funcionamiento se ilustran en las Figuras 8A, 8B. Mientras que el ancho del haz de media potencia HPBW en el modo de radiogoniometría máxima MAX-DFM varía entre 85° y 35°, el ancho del haz de media potencia HPBW del valor nulo en el modo de radiogoniometría mínima MIN-DFM es sustancialmente constante alrededor de un máximo de 20°. En una posible implementación, la ganancia en todo el rango de frecuencia es de alrededor de 5 dBi y la directividad varía entre 7 dBi y 10 dBi en el modo de radiogoniometría máxima. En una posible implementación, el peso del módulo de antena 1, incluidas todas las partes mecánicas y la carcasa del módulo de antena 1, es inferior a 0,6 kg.
En una posible realización adicional, el módulo de antena direccional 1 comprende una red de antenas 2 que tiene elementos de antena formados por antenas LPDA utilizadas en un tercer rango de frecuencia más allá de 2,5 GHz.
El módulo de antena direccional 1 puede enchufarse a un mango de antena 13 portátil por un usuario. El mango de antena 13 puede comprender una unidad de reconocimiento de módulo 14 adaptada para reconocer que se enchufa un módulo de antena direccional 1 en el mango de antena. En una posible realización, la unidad de reconocimiento de módulo 14 del mango de antena 13 se adapta para reconocer el tipo de elementos de antena 3-1, 3-2 implementados en al menos una red de antenas 2 del módulo de antena direccional 1 enchufado en el mango de la antena 13. En una posible realización adicional, la unidad de reconocimiento de módulo 14 se adapta además para reconocer al menos un rango de frecuencia soportado por al menos una red de antenas 2 del módulo de antena direccional 1 enchufado. El mango de antena 13 puede comprender en una posible implementación una interfaz de usuario adaptada para mostrar al usuario que se enchufa con éxito en el mango de antena un módulo de antena direccional 1 reconocido. La interfaz de usuario puede mostrar en una realización adicional los rangos de frecuencia soportados por el módulo de antena direccional 1 enchufado. Por ejemplo, la interfaz de usuario puede mostrarle al usuario si el módulo de antena direccional 1 soporta uno, dos o tres rangos de frecuencia FR, cada uno de los cuales va desde una primera frecuencia a una segunda frecuencia.
En una posible realización, el módulo de antena direccional 1 comprende dos redes de antenas, es decir, una primera red de antenas 2-1 que comprende elementos de antena 3.i formados por antenas de cuadro cargadas dispuestas delante de una placa reflectora RP utilizada en un primer rango de frecuencia, por ejemplo, entre 100 MHz y 700 MHZ, y una segunda red de antenas 2-2 que comprende elementos de antena 3-i formados por antenas dipolo dispuestas delante de una placa reflectora RP utilizada en un segundo rango de frecuencia, por ejemplo entre 700 MHz y 2,5 GHz.
En otra posible realización alternativa, el módulo de antena direccional 1 puede comprender tres redes de antenas diferentes. En esta realización, el módulo de antena direccional 1 puede comprender una primera red de antenas 2-1 con elementos de antena 3-i formados por antenas de cuadro cargadas, una segunda red de antenas 2-2 que comprende elementos de antena 3-i formados por antenas dipolo y una tercera red de antenas 2-3 que comprende elementos de antena 3-i formados por antenas LPDA. La tercera red de antenas 2-3 puede utilizarse en un tercer rango de frecuencia, por ejemplo, más allá de una frecuencia de 2,5 GHz.
En una posible realización, el módulo de antena direccional 1 puede conmutarse entre diferentes rangos de frecuencia FR en respuesta a una señal de control de selección de rango de frecuencia FRS-CRTL. El módulo de antena direccional 1 puede conmutarse en respuesta a la señal de selección de rango de frecuencia FRS-CRTL entre el primer rango de frecuencia, el segundo rango de frecuencia y/o el tercer rango de frecuencia. En una posible implementación, la señal de selección de rango de frecuencia puede generarse electrónicamente por un circuito dentro del mango de antena 13 y suministrada a través de la línea de señal de antena al módulo de antena direccional 1 enchufado. La señal de selección de frecuencia suministrada puede acoplarse mediante un elemento electrónico de desacoplamiento para seleccionar una de las diferentes redes de antenas 2 implementadas en el módulo de antena direccional 1. Cada red de antenas 2 implementado en el módulo de antena direccional 1 se conecta en una realización preferente a un circuito híbrido asociado de 180 grados 4 que proporciona una señal de suma en fase I y una señal de suma desfasada A de las señales de antena recibidas desde los elementos de antena 3-i de la respectiva red de antenas 2. Para cada circuito híbrido de 180 grados 4-i del módulo de antena direccional 1, puede conectarse un elemento de conmutación asociado 8-i que se adapta para conmutar entre la señal de suma en fase I y la señal de suma desfasada A emitida por el respectivo circuito híbrido de 180 grados 4 en respuesta a una señal de control de modo de radiogoniometría DFM-CRTL para dar salida a una señal emitida de la respectiva red de antenas 2 que puede aplicarse a una unidad de multiplexación de frecuencia 12 del módulo de antena direccional 1.
La Figura 9 muestra un diagrama de bloques de una posible realización ejemplar de un módulo de antena direccional 1 de acuerdo con el primer aspecto de la presente invención. En la realización ilustrada, el módulo de antena direccional 1 comprende una serie de redes de antenas 2-1, 2-2... 2-n cada uno proporcionado para rangos de frecuencia específicos. En una posible realización, diferentes rangos de frecuencia f R pueden superponerse ligeramente entre sí. El número N de redes de antenas 2-i puede variar en función de la aplicación. Cada red de antenas 2-i del módulo de antena direccional 1 como se ilustra en la Figura 9 se conecta a un circuito híbrido de 180 grados asociado 4-i. Por consiguiente, en la realización ilustrada, el número de circuitos híbridos de 180 grados 4-i corresponde al número de redes de antenas implementadas 2-i. A cada circuito híbrido de 180 grados 4-i se conecta un elemento de conmutación asociado 8-i. El elemento de conmutación asociado 8-i se adapta para conmutar entre la señal de suma en fase I y la señal de suma desfasada A emitida por el respectivo circuito híbrido de 180 grados 4-i en respuesta a una señal de control del modo de radiogoniometría DFM- CRTL como se ilustra en la Figura 9. La señal emitida seleccionada de la respectiva red de antenas 2-i se aplica por el elemento de conmutación 8-i a una unidad de multiplexación de frecuencia 12 como se muestra en la Figura 9. La salida de rango de frecuencia por la unidad de multiplexación de frecuencia 12 al terminal de salida 11 del módulo de antena direccional 1 puede seleccionarse en respuesta a una señal de control de selección de rango de frecuencia FRS-CRTL como se muestra en la Figura 9. Como se muestra en la Figura 9, el terminal de salida 11 del módulo de antena direccional 1 se conecta a un mango de antena 13. En una posible implementación, el mango de antena 13 puede comprender una unidad de reconocimiento de módulo 14 adaptada para reconocer el tipo de elementos de antena implementados en las redes de antenas 2-i del módulo de antena direccional 1. La unidad de reconocimiento de módulo 14 puede adaptarse además para reconocer al menos un rango de frecuencia FR soportado por las diferentes redes de antenas 2-i del módulo de antena direccional 1 enchufado.
El mango de la antena 13, como se muestra en la Figura 9, puede comprender un amplificador de banda ancha de bajo ruido que puede activarse para mejorar la sensibilidad del aparato. En un modo de funcionamiento pasivo, el amplificador de banda ancha de bajo ruido se pasa por alto de modo que el aparato de radiogoniometría también puede utilizarse en las proximidades de fuentes de señales potentes. El mango de antena 13 puede comprender en una posible implementación también una brújula analógica para la determinación de la marcación o puede equiparse con un receptor GPS integrado y una brújula electrónica. En una posible implementación, cuando se usa con un receptor portátil, puede ubicarse una fuente objetivo potencial en un mapa mediante el uso de la triangulación. El mango de la antena 13 puede comprender otra interfaz para un dispositivo móvil como un teléfono inteligente o una tableta. El mango 13 puede comprender botones para seleccionar los diferentes modos de funcionamiento del módulo de antena direccional 1 como se muestra en la Figura 9. Los botones de selección proporcionados en la interfaz de usuario del mango de la antena 13 pueden utilizarse para seleccionar un modo de radiogoniometría DFM y/o para seleccionar un rango de frecuencia específico FR. El amplificador de bajo ruido dentro del mango de la antena 13 puede alimentarse en una implementación específica con energía por un receptor.
La Figura 10 ilustra un diagrama de flujo de una realización ejemplar específica de un procedimiento para radiogoniomentría de una fuente de señal de acuerdo con la presente invención.
En un primer paso S1, el módulo de antena direccional 1 se conmuta a un modo de radiogoniometría máxima MAX-DFM donde una señal de suma en fase I emitida por un híbrido de 180 grados conectado a al menos dos elementos de antena de la red de antenas 2 dentro del módulo de antena direccional 1 se emite por el módulo de antena direccional 1.
En un paso adicional S2, el usuario hace girar el módulo de antena direccional 1 hasta que la señal de suma en fase I emitida por el módulo de antena direccional 1 alcanza un máximo. Entonces, el módulo de antena direccional 1 se conmuta en el paso 3 a un modo de radiogoniometría mínima MIN-DFM por parte del usuario o automáticamente si se registra un máximo de señal. En el modo de radiogoniometría mínima MIN-DFM, la señal de suma desfasada A emitida por el híbrido de 180 grados conectado a al menos dos elementos de antena de la red de antenas dentro del módulo de antena direccional 1 se emite por el módulo de antena direccional 1.
Finalmente, en el paso S4, el usuario hace girar el módulo de antena direccional 1 hasta que la señal de suma desfasada A emitida por el módulo de antena direccional 1 alcanza un mínimo que indica una marcación de una fuente de señal objetivo.
El rumbo puede emitirse mediante una interfaz de usuario del mango de antena 13 al usuario. En una realización alternativa, la marcación de la fuente de señal objetivo puede suministrarse a una unidad de procesamiento de datos para su procesamiento adicional. El módulo de antena direccional 1 proporciona una medición con alta precisión y alta sensibilidad. El módulo de antena direccional 1 es inmune a las distorsiones de campo provocadas por la propagación por trayectos múltiples y/o a errores de polarización. El módulo de antena direccional 1 proporciona una velocidad de exploración relativamente alta y una alta probabilidad de interceptar POI. En una posible realización, el módulo de antena direccional 1 puede ser un módulo portable enchufado en un mango de antena 13 como se ilustra en la Figura 9. El módulo de antena direccional 1 también puede ser portátil para un vehículo o cualquier otro dispositivo móvil. En una realización preferente, la rotación o giro del módulo de antena direccional 1 la realiza un usuario. En una posible realización adicional, el giro o la rotación del módulo de antena direccional 1 puede realizarse automáticamente mediante un dispositivo de rotación al que se conecta el módulo de antena direccional 1. En una posible implementación, puede realizarse una sintonización fina al ajustar las distancias de las placas reflectoras y los elementos de antena 3-i utilizados en las diferentes redes de antenas 2. Además, en una posible implementación, la velocidad de rotación para hacer girar el módulo de antena direccional 1 puede ajustarse en función de los elementos de antena implementados de las diferentes redes de antenas 2. El módulo de antena direccional 1 puede utilizarse en una amplia gama de aplicaciones que comprenden monitoreo de radio, servicios de seguridad, inteligencia, sistemas de comunicación e investigación.

Claims (10)

REIVINDICACIONES
1. Un procedimiento de radiogoniometría de una fuente de señal que comprende los pasos de:
- conmutar (S1) un módulo de antena direccional (1) a un modo de radiogoniometría máxima donde una señal de suma en fase ( !) se emite por un híbrido de 180 grados conectado a al menos dos elementos de antena de una red de antenas (2) dentro de dicho módulo de antena direccional (1 ) se emite por dicho módulo de antena direccional (1 );
- luego, en el modo de radiogoniometría máxima, girar (S2) el módulo de antena direccional (1) hasta que la señal de suma en fase emitida por el módulo de antena direccional (1 ) alcance un máximo;
- luego conmutar (S3) dicho módulo de antena direccional (1) a un modo de radiogoniometría mínima en el que una salida de señal de suma desfasada (A) por dicho híbrido de 180 grados conectado a al menos dos elementos de antena de dicha red de antenas (2) dentro del módulo de antena direccional (1 ) se emite por dicho módulo de antena direccional (1 ); y
- luego en el modo de radiogoniometría mínima hacer girar (S4) el módulo de antena direccional (1) hasta que la señal de suma desfasada emitida por dicho módulo de antena direccional (1 ) alcanza un mínimo que indica una marcación de la fuente de señal.
2. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, en el que la red de antenas (2) comprende elementos de antena (3) formados por antenas de cuadro cargadas dispuestas delante de una placa reflectora (RP) y utilizadas en un primer rango de frecuencia.
3. El procedimiento de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores 1 o 2, en el que la red de antenas (2) comprende elementos de antena (3) formados por antenas dipolo dispuestas delante de una placa reflectora (RP) y utilizadas en un segundo rango de frecuencia.
4. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 3, en el que las antenas dipolo, el híbrido de 180 grados (4) y el elemento de conmutación (8) se imprimen en una placa de circuito impreso (PCB).
5. El procedimiento de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes 1 a 4, en el que la red de antenas (2) comprende elementos de antena (3) formados por antenas LPDA usadas en un tercer rango de frecuencia.
6. El procedimiento de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores 1 a 5, en el que dicho elemento de conmutación (8) es un conmutador de RF controlado por una señal de control del modo de radiogoniometría acoplada por un elemento de polarización en forma de T (10) dispuesto en la salida del módulo de antena (11) de dicho módulo de antena direccional (1 ) o controlado por un botón de control de dicho módulo de antena direccional (1 ).
7. El procedimiento de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes 1 a 6, en el que el módulo de antena direccional (1 ) comprende:
- una primera red de antenas (2-1 ) que comprende elementos de antena formados por antenas de cuadro cargadas dispuestas frente a una placa reflectora utilizada en un primer rango de frecuencia entre 100 MHz y 700 MHz y/o
- una segunda red de antenas (2-2) que comprende elementos de antena formados por antenas dipolo dispuestas delante de una placa reflectora utilizada en un segundo rango de frecuencia entre 700 MHz y 2,5 GHz y/o
- una tercera red de antenas (2-3) que comprende elementos de antena formados por antenas LPDA utilizadas en un tercer rango de frecuencia más allá de 2,5 GHz.
8. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 7, en el que cada red de antenas (2-i) de dicho módulo de antena direccional (1) se conecta a un híbrido asociado de 180 grados (4-i) que proporciona una señal de suma en fase ( !) y una señal de suma desfasada (A) de las señales de antena recibidas desde los elementos de antena (3) de la red de antenas respectiva (2-i).
9. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 8, en el que a cada híbrido de 180 grados (4-i) se conecta un elemento de conmutación asociado (8-i) adaptado para cambiar entre la señal de suma en fase (!) y la señal de suma desfasada (A) emitida por el respectivo híbrido de 180 grados (4-i) en respuesta a una señal de control del modo de radiogoniometría (DFM-CRTL) para emitir una señal emitida de la respectiva red de antenas (2-i) aplicada a una unidad de multiplexado de frecuencia (12) de dicho módulo de antena direccional (1 ).
10. El procedimiento de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores 7 a 9, en el que una distancia entre las antenas de cuadro cargadas y la placa reflectora (RP) de los elementos de antena implementados en la primera red de antenas (2-1 ) del módulo de antena direccional (1 ) es ajustable.
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