ES2963033T3 - Un dispositivo de conformación de ondas, un dispositivo electrónico, y un sistema - Google Patents

Abstract

Un dispositivo de conformación de ondas (10) que comprende una superficie de impedancia sintonizable (11) y un controlador (12) conectado a la superficie para controlar su impedancia. El dispositivo de conformación comprende además un módulo de transmisión (13) para recibir una señal piloto utilizada para controlar la impedancia de la superficie. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Un dispositivo de conformación de ondas, un dispositivo electrónico, y un sistema

Sector de la técnica

La presente invención se refiere a un sistema de comunicación por radio que comprende un dispositivo de conformación y un dispositivo electrónico que se comunica con el dispositivo de conformación mediante una señal piloto.

Estado de la técnica

Más particularmente, la invención se refiere a un sistema de comunicación por radio que comprende una fuente configurada para emitir una onda de radio primaria, un dispositivo de comunicación electrónica y un dispositivo de conformación adaptado para mejorar o cancelar la recepción de la onda de radio primaria por el dispositivo electrónico, o un dispositivo de conformación adaptado para bloquear la transmisión de una onda transmitida por un transmisor de interferencia,

- comprendiendo el dispositivo de conformación:

- una superficie configurada para reflejar y/o transmitir la onda de radio primaria en un primer canal de comunicación, comprendiendo dicha superficie una pluralidad de elementos sintonizables para cambiar una impedancia de dicha superficie y la manera en la que la onda es reflejada y/o transmitida por dicha superficie, siendo dicha superficie un dispositivo pasivo que no está configurado para emitir radiación electromagnética adicional, estando situada dicha superficie independientemente de la fuente,

- un controlador conectado a la superficie para controlar cada uno de los elementos sintonizables, y

- un módulo de transmisión que está conectado al controlador,

- siendo el dispositivo de comunicación electrónico independiente del dispositivo de conformación y comprendiendo:

- una antena adaptada para recibir dicha onda de radio primaria modificada por el dispositivo de conformación, - una unidad de procesamiento conectada a la antena para procesar señales desde y hacia la antena, - un módulo de monitorización configurado para determinar datos piloto que comprende al menos un valor que es función de la onda primaria recibida por la antena, y

- una unidad de transmisión, aparte de la antena, conectada a la unidad de procesamiento y en conexión inalámbrica con el módulo de transmisión del dispositivo de conformación, siendo dicha unidad de transmisión compatible con el módulo de transmisión del dispositivo de conformación, de manera que el dispositivo electrónico esté configurado para transmitir de forma inalámbrica una señal piloto al dispositivo de conformación a través de dicha unidad de transmisión y módulo de transmisión, comprendiendo dicha señal piloto dichos datos piloto.

El documento US 6538621 B1 divulga una superficie de impedancia sintonizable para dirigir o enfocar un haz de radiofrecuencia. Comprende por ejemplo un plano de tierra, una pluralidad de elementos del conjunto a una corta distancia del plano de tierra, y una disposición de condensadores ajustables entre elementos del conjunto adyacentes.

El documento US 7245269 B2 describe el uso de esta superficie de impedancia sintonizable junto con una bocina de alimentación para formar una antena de red de comunicación inalámbrica que es direccional, lo que significa que se puede dirigir la dirección de envío y/o recepción de la antena de la red de comunicación inalámbrica.

Estos son dispositivos satisfactorios. El documento US 2005/179614 A1 divulga un sistema de antena con al menos un elemento de antena y una superficie adaptable de frecuencia selectiva que responde a las características operativas de al menos un elemento de antena y/o las condiciones ambientales circundantes.

El documento US 2004/263408 A1 divulga un método y aparato para una dirección de haz. Se dispone una bocina de alimentación para iluminar una superficie de impedancia sintonizable que comprende una pluralidad de células resonadoras sintonizables individualmente. Los elementos de sintonización de la superficie de impedancia sintonizable se ajustan de modo que las resonancias de las células resonadoras sintonizables individualmente varíen en una secuencia y las resonancias se establezcan en valores que mejoren la transmisión de información a través de la superficie de impedancia sintonizable y la bocina de alimentación.

El documento US 2011/244786 A1 divulga un aparato reflector que incluye un reflector configurado para reflejar un haz direccional transmitido desde un conjunto de antenas de una estación base de radio al aparato reflector, una unidad receptora de señales configurada para recibir una señal de entrenamiento transmitida desde la estación base de radio, una unidad generadora de peso configurada para generar un peso óptimo del haz direccional transmitido desde la estación base de radio y una unidad transmisora de señales de control configurada para transmitir información de peso a la estación base de radio.

Objeto de la invención

La presente invención tiene como objetivo proponer otras aplicaciones de la superficie de impedancia sintonizable anterior.

La invención se refiere a un sistema de comunicación de radio de acuerdo con la reivindicación 1.

Mediante estas disposiciones, el controlador ordena modificaciones a la impedancia de la superficie basándose en la información contenida dentro de una señal piloto que es recibida por el módulo de transmisión.

El dispositivo de conformación es independiente de la fuente que envió la onda (onda primaria). Puede, por ejemplo, ser controlado remotamente (a una distancia de corto alcance) por otro dispositivo electrónico, como un dispositivo móvil (teléfono, caja de internet), lo que permite modificar la reflexión y/o transmisión de la onda basándose en información local del dispositivo electrónico (es decir, información de un lugar cercano al dispositivo de conformación). La superficie de impedancia sintonizable no está conectada a una antena transmisora de una red. Puede colocarse o posicionarse en un lugar alejado de la fuente de ondas (la antena de red), es decir con el usuario (por ejemplo en su casa).

Hay muchas aplicaciones para un dispositivo de conformación de ondas de este tipo. Así, es posible:

1) mejorar la recepción de una onda por el propio dispositivo de conformación si la señal piloto es la onda recibida, o por un dispositivo electrónico cerca del dispositivo de conformación; o

2) cancelar cualquier recepción de la onda y así proteger un área espacial alrededor del lugar determinado (el lugar del dispositivo de conformación o el lugar del dispositivo electrónico); o

3) bloquear o anular la transmisión de una onda transmitida por un transmisor perturbador situado, por ejemplo, cerca del dispositivo de conformación.

Las ondas recibidas y reflejadas o transmitidas por la superficie son ondas de radio (por ejemplo de telefonía móvil) u ondas acústicas. En el primer caso la superficie es una superficie electromagnética, tal como en el documento US 6538621 B1. En el segundo caso que no forma parte de la invención, la superficie es una superficie acústica que tiene una impedancia controlable.

En la primera aplicación, la impedancia de la superficie se modifica para mejorar y sintonizar con precisión la recepción de un dispositivo electrónico (por ejemplo, un teléfono móvil) en un entorno donde la recepción es difícil. Esto a menudo se debe a complejidades ambientales que crean múltiples reflexiones electromagnéticas y producen amplificaciones o atenuaciones localizadas significativas y/o cambios de fase significativos de una onda de radio.

La antena de la red celular, colocada a una gran distancia del dispositivo electrónico, no se puede adaptar fácilmente a un entorno tan específico, incluso cuando se utiliza una antena direccional. Es más, dicha antena de red direccional aumenta la energía de transmisión en un área que rodea el dispositivo electrónico, sin resolver el problema de complejidad mencionado anteriormente.

En una aplicación de este tipo, la invención permite mejorar la recepción de ondas de radio en las proximidades de un dispositivo de comunicación electrónico (un dispositivo móvil, tal como un teléfono móvil o una caja de Internet). En la segunda aplicación, la impedancia de la superficie se modifica para anular la recepción de un dispositivo electrónico. La recepción de ondas de radio en el entorno del dispositivo electrónico es entonces muy débil.

En una aplicación de este tipo, por el contrario, la invención suprime cualquier recepción y protege así la zona (por ejemplo, si las olas se consideran perjudiciales). Si las ondas son ondas acústicas, que no forman parte de la invención, este principio tiene el efecto de formar un área de silencio en un ambiente interior o exterior ruidoso.

En la tercera aplicación, la invención permite cancelar o bloquear transmisiones procedentes de un transmisor que interfiere, por ejemplo transmisiones desde un dispositivo electrónico (un teléfono móvil) en la habitación donde se encuentra el dispositivo de conformación.

En diversas realizaciones del sistema de la invención, se pueden utilizar una o más de las siguientes disposiciones. En un aspecto de la invención, cada elemento sintonizable comprende sólo dos estados, los estados de todos los elementos sintonizables que definen la impedancia de la superficie.

En un aspecto de la invención, los dos estados corresponden a cambios de módulo o de fase.

En un aspecto de la invención, el módulo de transmisión recibe la señal piloto que se propaga en un segundo canal de propagación, siendo el segundo canal de propagación diferente del primer canal de propagación.

En un aspecto de la invención, los elementos sintonizables son elementos electromagnéticos que tienen una característica sintonizable electromagnética.

En un aspecto de la invención, el módulo de transmisión está adaptado para recibir una señal piloto desde una conexión inalámbrica a una red de área local, tal como una WiFi, una conexión Bluetooth o NFC.

En un aspecto de la invención, el módulo de transmisión está integrado en la superficie.

En un aspecto de la invención, la superficie se integra en un elemento elegido entre una lista que comprende:

- elementos constructivos de un edificio, como un bloque de hormigón, un ladrillo, aislamiento, un tablero aislante, una placa de yeso, y

- elementos decorativos del edificio, tales como pisos de madera, alfombrado, suelos de baldosas, un panel de adorno, una partición, un techo, un panel de falso techo, y

- muebles, tal como un escritorio, armario, estantería, espejo, mesa decorativa, lámpara.

En un aspecto de la invención, el dispositivo de conformación comprende además un componente de energía conectado a la superficie, dicho componente de energía está adaptado para recuperar una cantidad de energía de la onda recibida por la superficie.

En un aspecto de la invención, el dispositivo de conformación comprende además un componente de energía conectado a una célula fotoeléctrica, dicho componente de energía está adaptado para recuperar una cantidad de energía de la luz.

En un aspecto de la invención, el controlador comprende que el módulo de optimización del controlador está configurado para minimizar o maximizar un valor con el fin de determinar parámetros, dicho valor se determina en base a dichos datos piloto que son función de la onda recibida por el dispositivo electrónico, y el controlador controla los elementos sintonizables en base a dichos parámetros.

En un aspecto de la invención, el controlador determina parámetros basándose en dichos datos piloto y controla los elementos sintonizables basándose en dichos parámetros.

En un aspecto de la invención, los datos piloto son los parámetros para controlar directamente los elementos sintonizables, y el módulo de optimización del dispositivo electrónico está configurado para minimizar o maximizar un valor con el fin de determinar parámetros.

En un aspecto de la invención, los datos piloto comprenden dicho valor.

En un aspecto de la invención, el módulo de optimización de la unidad de procesamiento está configurado para maximizar o minimizar el valor con el fin de determinar los parámetros, transmitiéndose dichos parámetros en los datos piloto.

En un aspecto de la invención:

- la unidad de procesamiento está incorporada dentro de una primera carcasa, y

- la unidad de transmisión está incorporada dentro de una segunda carcasa, estando unidas la primera y segunda carcasas de manera removible una a la otra para conectar la unidad de procesamiento a la unidad de transmisión. En un aspecto de la invención, el valor se elige entre una amplitud, un nivel de energía y un índice de calidad de la onda primaria recibida por la antena del dispositivo electrónico.

Descripción de las figuras

Otras características y ventajas de la invención se harán evidentes a partir de la siguiente descripción de una de sus realizaciones, dada a modo de ejemplo no limitante, con referencia a los dibujos adjuntos.

En los dibujos:

- La figura 1 es una vista esquemática general de una red de comunicaciones de telefonía móvil que comprende un dispositivo de conformación de la invención;

- La figura 2 es una vista de una primera realización de la invención la figura 1;

- La figura 3 es una vista de una segunda realización de la invención de la figura 1,

- La figura 4 es una vista de una tercera realización de la invención de la figura 1,

- La figura 5 es una vista esquemática en perspectiva de una sala de oficina que se utilizó como sala experimental para experimentar un dispositivo de conformación de acuerdo con la invención;

- La figura 6 es vista en diagrama de un elemento sintonizable resonante del dispositivo de conformación de la figura 5;

- La figura 7 es un gráfico de transmisión espectral entre una antena fuente y una antena receptora en presencia del dispositivo de conformación de la figura 5;

- Las figuras 8 a 11 son gráficos correspondientes a experimentos para mejorar la señal recibida en la antena del receptor;

- La figura 8 es un gráfico que muestra el valor de eficiencia frente a las iteraciones de optimización;

- La figura 9 es un gráfico que muestra los espectros en la posición de la antena del receptor en el estado inicial y en el estado optimizado (después de la maximización);

- Las figuras 10 y 11 son mapas de la amplitud de la señal recibida alrededor de la posición de la antena del receptor en el estado inicial y en el estado optimizado;

- Las figuras 12 a 15 son gráficos correspondientes a experimentos para cancelar la señal recibida en la antena del receptor;

- La figura 12 es un gráfico que muestra el valor de eficiencia frente a las iteraciones de optimización;

- La figura 13 es un gráfico que muestra los espectros en la posición de la antena del receptor en el estado inicial y en el estado optimizado (después de la minimización);

- Las figuras 14 y 15 son mapas de la amplitud de la señal recibida alrededor de la posición de la antena del receptor en el estado inicial y en el estado optimizado;

- La figura 16 es un mapa que muestra la eficiencia en la mejora de la señal recibida que se puede obtener para varios tamaños de dispositivo de conformación en función de varios tamaños de habitaciones; y

- La figura 17 es un mapa que muestra la eficiencia en la cancelación de la señal recibida que se puede obtener para varios tamaños de dispositivo de conformación en función de varios tamaños de habitaciones.

En las diversas figuras, las mismas referencias numéricas se usan para indican elementos idénticos o similares.

Descripción detallada de la invención

La invención se refiere a un sistema de comunicación por radio que comprende un dispositivo de conformación de ondas. La onda es una onda principal o primaria, es de naturaleza electromagnética. No formando parte de la invención, la onda puede ser de naturaleza acústica o vibratoria.

Por motivos de simplicidad, describiremos la invención principalmente en el contexto de su aplicación a una onda electromagnética, particularmente para uso en telefonía móvil.

Lafigura 1es una vista esquemática muestra una red de comunicación celular, que se sabe que comprende:

- una estación de red 30 responsable de transmitir y recibir comunicaciones por radio en un primer canal de comunicación C1 (canal primario de propagación de ondas), por ejemplo, correspondiente a una estación de telefonía móvil, o a una caja de Internet que difunde Internet dentro de un edificio a través de WiFi, y

- un dispositivo electrónico 20, por ejemplo, correspondiente a un teléfono móvil, un ordenador portátil equipado con un módulo de telefonía móvil o un módulo WiFi, o cualquier dispositivo equipado con dicho módulo de telefonía móvil o WiFi.

El dispositivo electrónico 20 es móvil o desplazable de un lugar a otro. Se alimenta mediante un enchufe eléctrico o mediante una batería interna. El dispositivo electrónico 20 puede no ser móvil, y la ubicación del dispositivo electrónico 20 puede estar determinada por diversas razones que sí cuidan la calidad de la recepción de radio desde la estación de red 30.

De acuerdo con la invención, esta red de comunicación comprende además un dispositivo de conformación 10 colocado a corta distancia o a corta distancia del dispositivo electrónico móvil 20. El objetivo de este dispositivo moldeador 10 es, por ejemplo, para mejorar la recepción del dispositivo electrónico 20 en un área que rodea el dispositivo electrónico y en las proximidades del dispositivo de conformación 10. Este dispositivo de conformación 10 es, por ejemplo, útil en un entorno que causa muchos y/o complejos reflejos de ondas electromagnéticas, donde estos reflejos interfieren con la recepción del dispositivo electrónico 20. El dispositivo de conformación 10 genera otra reflexión y/o una transmisión que se controla, por ejemplo, para mejorar la recepción del dispositivo electrónico 20.

La estación de red 30para telefonía móvil comprende:

- una unidad de comunicación 31 que recibe una comunicación para ser transmitida a un dispositivo electrónico 20 (teléfono móvil),

- una antena de red 32 que transmite la comunicación mediante una onda de radio de transmisión 40 que se propaga al primer canal de comunicación C1.

El primer canal de comunicación C1 es un canal de comunicación adecuado para telefonía móvil, por ejemplo, como GSM o UMTS, o adecuado para una red informática, por ejemplo como WiFi, Bluetooth o NFC.

El dispositivo electrónico 20comprende al menos:

- una antena 22 (o dispositivo receptor) para recibir y transmitir una onda de radio 43 en el primer canal de comunicación C1, y

- una unidad de procesamiento 21 conectada a dicha antena 22, para procesar señales desde y hacia la antena 22.

El dispositivo electrónico 20 normalmente recibe una onda de radio (no mostrada) desde la antena de red 32, ya sea directa o indirectamente por la reflexión sobre los elementos ambientales. En el contexto de la presente invención, también recibe una onda de radio modificada 43 que se origina a partir de una onda modificada (reflejada o transmitida) 42 que se origina en el dispositivo de conformación 10.

Ventajosamente, el dispositivo electrónico 20 también comprende una unidad de transmisión 23 para comunicación inalámbrica a través de un segundo canal de comunicación C2.

El dispositivo de conformación 10comprende

- una superficie (electromagnética) 11 que refleja y/o transmite una onda de radio incidente 41 como una onda modificada (reflejada o transmitida) 42, propagándose dichas ondas hacia el primer canal de comunicación C1, y - un controlador 12 conectado a la superficie electromagnética 11 para controlar dicha superficie electromagnética 11, en particular, para variar una impedancia electromagnética, cambiando así como la onda incidente 41 se refleja y/o transmite como una onda modificada 42.

Este dispositivo de conformación 10 está situado ventajosamente en un lugar de difícil recepción para los dispositivos electrónicos 20. Se encuentra por tanto a poca distancia del dispositivo electrónico 20. Refleja y/o transmite una onda incidente 41 emitida por la estación de red 30 o reflejada por otro elemento del entorno o por otro dispositivo de conformación. De una manera muy simplificada, la onda modificada 42 se propaga entonces también al primer canal de comunicación C1, por ejemplo hacia el dispositivo electrónico 20 (dispositivo móvil).

La patente US n.° 6538621 muestra un tipo de superficie electromagnética cuya impedancia es adaptable o modificable que puede usarse en el dispositivo de conformación de acuerdo con la invención. Esta superficie electromagnética comprende una pluralidad de elementos resonantes, siendo cada elemento resonante sintonizable. La superficie electromagnética de esa patente comprende elementos de matriz ubicados a cierta distancia de un plano de tierra, elementos de matriz adyacentes conectados entre sí mediante una disposición de condensadores variables, cada condensador variable controlable por un potencial de control. La impedancia de la superficie electromagnética se modifica en consecuencia, por ejemplo para enfocar la onda modificada o para darle una dirección a la onda modificada.

Opcionalmente, la superficie electromagnética 11 de la invención consta de una pluralidad de celdas (elementos sintonizables representados en la figura 6), cada celda comprende dos elementos resonadores separados. El primer resonador resuena a una primera frecuenciafiy el segundo resonador resuena a una segunda frecuenciaf2que es diferente de la primera frecuencia, dicha segunda frecuenciaf2siendo también sintonizable mediante un condensador variable o mediante un diodo variable. Una célula de este tipo permite reflejar una onda incidente 41 con signo positivo o signo negativo, dependiendo de si la segunda frecuenciaf2está cerca o lejos de la primera frecuenciafi.El conjunto de celdas de la superficie electromagnética 11 permiten obtener modificaciones altamente efectivas en la impedancia de dicha superficie.

Opcionalmente, el conjunto de celdas (elementos sintonizables 14) de la superficie electromagnética 11 de la invención tiene un único tipo de polarización o dos tipos de polarización. En el segundo caso, la superficie electromagnética 11 comprende elementos resonadores del primer y segundo tipo de polarización. Los elementos resonadores de cada tipo están ventajosamente distribuidos por toda la superficie, por ejemplo, alternando. La superficie electromagnética 11 proporciona entonces el control de una onda incidente 41, independientemente de su tipo de polarización.

Opcionalmente, el conjunto de resonadores o elementos sintonizables de la superficie electromagnética 11 tiene una única frecuencia de resonancia o dos o una pluralidad de frecuencias de resonancia. La superficie electromagnética 11 permite entonces controlar un rango o banda de frecuencia, o una pluralidad de bandas de frecuencia dependiendo de la proximidad de las frecuencias en la pluralidad. La superficie electromagnética 11 permite entonces controlar una onda incidente 41 sobre una banda de frecuencia predeterminada, que puede ser una banda de frecuencia amplia si el conjunto de elementos resonadores cubre esta banda de frecuencia.

El conjunto de elementos sintonizables puede comprender sólo dos estados diferentes. El elemento sintonizable 14 es por tanto un elemento binario. Todos los estados de los elementos sintonizables definen una impedancia específica para la superficie electromagnética 11. Los dos estados pueden ser un cambio de fase de la onda modificada con respecto a la onda incidente, o pueden ser un cambio de amplitud de la onda modificada con respecto a la onda incidente. Gracias a estos dos únicos estados de cada elemento sintonizable del resonador 14, se reduce el número de combinaciones, pero suficiente para el proceso de optimización.

En caso de cambios de fase, cada elemento sintonizable 14 puede reflejar o transmitir la onda incidente en una onda modificada que tiene un cambio de fase con respecto a la onda incidente, dicho cambio de fase es preferiblemente de cero radianes para el primer estado (lo que significa que la onda modificada no tiene su fase modificada) y n radianes para el segundo estado (lo que significa que la onda modificada tiene su fase desfasada de n radianes, es decir, es la onda opuesta).

Como alternativa, el cambio de fase es de alfa radianes para el primer estado (siendo alfa un valor de ángulo entre cero y n) y alfa+n radianes para el segundo estado.

En caso de cambio de amplitud, cada elemento sintonizable 14 puede reflejar o transmitir la onda incidente en una onda modificada que tiene un desplazamiento de amplitud con respecto a la onda incidente (coeficiente de amplificación), siendo dicho desplazamiento de amplitud preferiblemente cero para el primer estado (lo que significa que la onda modificada es nula) y uno para el segundo estado (lo que significa que la onda modificada es idéntica a la onda incidente).

De manera adicional, también se pueden utilizar más de dos estados para tener más flexibilidad.

El controlador 12 del dispositivo de conformación 10 de acuerdo con la invención controla, por ejemplo, todos los elementos sintonizables (condensadores variables o diodos) de la superficie electromagnética 11, modificando así la impedancia del propio elemento sintonizable, y modificando la impedancia de la superficie 11. Esta modificación es mucho más compleja que el enfoque o la directividad espacial. Altera la distribución espacial de la onda de radio en el primer canal de comunicación C1 dentro de un área alrededor del dispositivo de conformación 10.

De acuerdo con la invención, el dispositivo de conformación 10 comprende un módulo de transmisión 13 conectado al controlador 12. Este módulo de transmisión 13 es esencialmente un medio para recibir una onda (un dispositivo receptor) y convertirla en una señal piloto. Esta señal piloto representa la onda (onda principal o primaria) que se propaga hacia el primer canal de comunicación C1, u otra onda que se propaga hacia un segundo canal de comunicación C2 (que es diferente del primer canal de comunicación). En algunos casos, el módulo de transmisión 13 opcionalmente puede enviar información a un dispositivo electrónico 20.

En el primer caso, el módulo de transmisión 13 es una antena de transmisión de radio adaptada para el primer canal de comunicación C1, por ejemplo un canal de telefonía.

En el segundo caso, el módulo de transmisión 13 es una antena de transmisión para un segundo canal de comunicación C2 que es ventajosamente un canal para comunicaciones de corto alcance, por ejemplo, una distancia inferior a 100 metros en un campo sin obstáculos. Experimenta menor o poca interferencia de los elementos ambientales.

En una primera variante, el módulo de transmisión 13 es, por ejemplo, una antena electromagnética para la transmisión inalámbrica de datos, por ejemplo WiFi o Bluetooth, y el segundo canal de comunicación C2 es un canal electromagnético.

En una segunda variante, el módulo de transmisión 13 es por ejemplo un transductor acústico, tal como un altavoz y/o micrófono o una combinación de los mismos, y el segundo canal de comunicación C2 es acústico. En este caso, el segundo canal de comunicación C2 está ventajosamente en una banda de frecuencia inaudible, por ejemplo ultrasónica. De esta manera, el dispositivo electrónico móvil 20 puede transmitir datos al dispositivo de conformación 10 sin que esta transmisión de datos sea perceptible para un usuario.

Son posibles otras variaciones del módulo de transmisión 13. Por ejemplo, el módulo de transmisión 13 es un transductor óptico (ultravioleta o láser).

Los datos transmitidos en el segundo canal de comunicación C2 entre el dispositivo electrónico 20 y el dispositivo de conformación 10 pueden ser de varios tipos, dependiendo de la distribución de los módulos de software o funciones entre el dispositivo electrónico 20 y el dispositivo de conformación 10.

El controlador 12 modifica los elementos sintonizables de la superficie electromagnética 11 de acuerdo con la señal piloto recibida por el módulo de transmisión 13, modificando, de este modo, la impedancia de la superficie 11.

Mediante la señal piloto, el controlador 12 ordena modificaciones a la impedancia de la superficie electromagnética 11 basándose en información sobre la onda recibida directamente por el dispositivo de conformación 10 (operación autónoma) o a través de un dispositivo electrónico 20 (operación controlada). Como el dispositivo electrónico 20 está a corta distancia del dispositivo de conformación 10, el controlador 12 modifica la impedancia de la superficie 11 basándose en información sobre la onda recibida en una ubicación cercana al dispositivo de conformación 10. Por lo tanto, la modificación de la onda recibida por un dispositivo electrónico 20 en proximidad o a corta distancia del dispositivo de conformación 10 puede sintonizarse o adaptarse mejor que cualquier modificación de la onda emitida por la estación de red 30. De esta forma, el dispositivo de conformación 10 no tiene una conexión por cable con la estación de red 30, y no está controlado por la estación de red 30. Dicho de otra manera, el dispositivo de conformación 10 no tiene información sobre la fuente de onda (electromagnética, acústica o vibracional).

De acuerdo con unaprimera realización de la invención,representada enla figura 2,el dispositivo electrónico 20 comprende una unidad de monitorización 21a que determina al menos un valor correspondiente a:

- una fuerza de la señal recibida por la antena 22 (nivel de energía o amplitud de la señal de radio recibida durante un período de tiempo predeterminado), o a

- un índice de calidad de la onda de radio recibida (por ejemplo, tasa de error de comunicación en el primer canal de comunicación).

El dispositivo electrónico 20 transmite entonces este valor al dispositivo de conformación 10 mediante una unidad de transmisión 23 del mismo tipo que el módulo de transmisión 13 del dispositivo de conformación 10 (compatible). Este valor puede incluirse en un conjunto de datos transmitidos por la unidad de transmisión 23 del dispositivo electrónico 20 al módulo de transmisión 13 del dispositivo de conformación 10. La unidad de transmisión 23 del dispositivo electrónico 20 emite así una onda 50, que se propaga a un segundo canal de comunicación C2 hacia el dispositivo de conformación 10, en una onda 51 que representa o también se llama "señal piloto". En este caso, el segundo canal de comunicación C2 es diferente del primer canal de comunicación C1. Este segundo canal C2 tiene menos interferencias que el primero, y el dispositivo de conformación 10 se conecta fácilmente al dispositivo electrónico 20 para modificar la impedancia de la superficie electromagnética 11.

El dispositivo de conformación 10 recibe el valor a través de su módulo de transmisión 13, que se proporciona al controlador 12.

El controlador 12 del dispositivo de conformación 10 comprende:

- un módulo de optimización 12b que recibe dicho valor del módulo de transmisión 13 y determina parámetros de control para la superficie electromagnética 11, y

- un módulo de control 12a conectado a la superficie electromagnética 11, aplicando dicho módulo de control 12a los parámetros de control a la superficie electromagnética 11 para modificar su impedancia.

El módulo de optimización 12b ejecuta un algoritmo de optimización basado en el conjunto de parámetros anteriores (temporalmente), valores anteriores, y el valor actual proporcionado por el dispositivo electrónico 20.

El algoritmo de optimización puede ser una maximización o minimización del valor. Por ejemplo, si el objetivo deseado es aumentar la intensidad de la señal recibida por el dispositivo electrónico 20, el algoritmo de optimización buscará un máximo. A la inversa, si el objetivo deseado es reducir la intensidad de la señal recibida por el dispositivo electrónico 20, el algoritmo de optimización buscará un mínimo. En varias etapas sucesivas, el algoritmo de optimización proporciona un conjunto óptimo de parámetros.

La unidad de control 12a del controlador 12 aplica entonces el conjunto de parámetros determinados por el módulo de optimización 12b y controla los elementos resonadores sintonizables de la superficie electromagnética 11. Esto determina un estado particular de la superficie electromagnética 11, que modifica la onda de radio 42 reflejada o transmitida por dicha superficie electromagnética 11.

La onda de radio 43 recibida por el dispositivo electrónico 20 es una combinación de esta onda de radio modificada 42 reflejada y/o transmitida y una onda de radio de la antena de red 32. El estado de la superficie electromagnética 11 modifica así la recepción de la onda de radio 43 recibida por el dispositivo electrónico 20.

En varias etapas sucesivas, durante el cual los parámetros de control para la superficie electromagnética 11 son aplicados por el controlador 12 y los valores son obtenidos por la unidad de monitorización 21a del dispositivo electrónico 20, el algoritmo del módulo de optimización 12b implementado en el controlador 12 encuentra un conjunto de parámetros de control óptimos correspondientes al objetivo deseado (criterio de optimización).

Existen numerosos algoritmos de optimización conocidos que pueden utilizarse: LMS (mínimos cuadrados medios), genético, simplex, etc.

Opcionalmente, una vez realizada la optimización, el dispositivo de conformación 10 puede transmitir información al dispositivo electrónico, a través del módulo de comunicación 13, en cuanto a la optimización realizada, su estado y su desempeño.

El dispositivo electrónico 20 es independiente del dispositivo de conformación 10: puede comunicarse por el primer canal de comunicación C1 incluso antes de que se lleve a cabo o complete el proceso de optimización de la impedancia de la superficie electromagnética 11.

De acuerdo con una segunda realización de la invención, representada enla figura 3,el dispositivo electrónico 20 comprende:

- una unidad de monitorización 21a conectada a la unidad de transmisión 23, y que es similar o idéntica a la de la primera realización, y

- una unidad de optimización 21b que es equivalente al módulo de optimización 12b de la primera realización.

Esta unidad de optimización 21b está ahora implementada dentro del dispositivo electrónico 20, y este último transmite el conjunto de parámetros al dispositivo de conformación 10 a través de la unidad de transmisión 23. El conjunto de parámetros puede incluirse en un conjunto de datos transmitidos por la unidad de transmisión 23 del dispositivo electrónico 20 al módulo de transmisión 13 del dispositivo de conformación 10. La unidad de transmisión 23 del dispositivo electrónico 20 emite así una onda 50, que se propaga a un segundo canal de comunicación C2 hacia el dispositivo de conformación 10 en una señal piloto 51. El segundo canal de comunicación C2 es diferente del primer canal de comunicación C1, con menos interferencia, y el dispositivo electrónico 20 se conecta fácilmente al dispositivo de conformación 10 para modificar la impedancia de la superficie electromagnética 11.

El dispositivo de conformación 10 recibe el conjunto de parámetros a través de su módulo de transmisión 13, y el controlador 12 que comprende sólo el módulo de control 12a aplica este conjunto de parámetros de control a la superficie electromagnética 11 para cambiar su impedancia.

El dispositivo de conformación 10 de la segunda realización funciona entonces como el de la primera realización.

En la tercera realización, que se ilustra enla figura 4,el dispositivo de conformación 10 es autónomo y comprende un módulo de transmisión 13 que es por ejemplo un micrófono.

El dispositivo de conformación 10 comprende:

- un módulo de monitorización 12c conectado al módulo de transmisión 13, siendo dicho módulo de monitorización 12c equivalente (similar o idéntico) a la unidad de monitorización 21a implementada dentro del dispositivo electrónico en la primera y segunda realizaciones,

- un módulo de optimización 12b que recibe el valor del módulo de monitorización 12c y determina los parámetros de control, y

- un módulo de control 12a conectado a la superficie electromagnética 11, aplicando dicho módulo de control 12a los parámetros de control a la superficie electromagnética 11 para modificar su impedancia.

El módulo de optimización 12b integrado en el controlador 12 del dispositivo de conformación 10 minimiza o maximiza un valor, como por ejemplo el nivel de recepción de la onda acústica 51 recibida por el micrófono 13 y procedente de una fuente sonora desconocida. El dispositivo de conformación 10 de esta tercera realización es entonces autónomo.

El dispositivo de conformación 10 de la tercera realización funciona entonces como una de las realizaciones anteriores.

El dispositivo de conformación 10 es un dispositivo pasivo controlable que consume muy poca energía. No es capaz de emitir por sí mismo una onda acústica, sin onda acústica incidente 41.

En todas las realizaciones de la invención,el dispositivo de conformación 10 es un dispositivo independiente de la estación de red 30 y su antena. El dispositivo de conformación 10 es autónomo, y responde a un dispositivo electrónico 20 con el fin de optimizar (maximizar o minimizar) la recepción de dicho dispositivo electrónico 20.

El dispositivo de conformación 10 puede tomar la forma de un panel, por ejemplo, montado en la pared de un espacio, habitación, casa o área a controlar.

Un dispositivo electrónico 20 que se encuentra dentro del alcance de este dispositivo de conformación 10, y que comprende, por ejemplo, un módulo de software para conectarse a través de su unidad de transmisión 23 a dicho dispositivo de conformación 10, puede solicitar automáticamente modificaciones a la impedancia de la superficie electromagnética 11 del dispositivo de conformación 10.

El dispositivo electrónico 20 puede conectarse opcionalmente a múltiples dispositivos de conformación 10 para proporcionar un mejor control de un área espacial específica.

El dispositivo de conformación 10 puede conectarse opcionalmente a múltiples dispositivos electrónicos 20 para modificar la impedancia de la superficie electromagnética 11 de acuerdo con los múltiples objetivos de cada dispositivo electrónico. Por ejemplo, es posible modificar la impedancia de la superficie electromagnética 11 para mejorar o aumentar la recepción en dos dispositivos electrónicos 20. También es posible modificar la impedancia de la superficie electromagnética 11 para aumentar la recepción en una primera área espacial alrededor de un primer dispositivo electrónico y simultáneamente cancelar o reducir la recepción en una segunda área espacial alrededor de un segundo dispositivo electrónico.

En la primera realización, cada dispositivo de conformación 10 optimizará su conjunto de parámetros. Ventajosamente, todos los dispositivos de conformación 10 son idénticos y el dispositivo electrónico 20 realiza muy poco procesamiento y cálculo.

En la segunda realización, el dispositivo electrónico 20 puede determinar los conjuntos de parámetros para cada dispositivo de conformación 10 teniendo en cuenta combinaciones, lo que puede proporcionar un mejor procesamiento electromagnético y un mejor control del área. Todos los dispositivos de conformación 10 están simplificados y preferentemente son idénticos. Sin embargo, el dispositivo electrónico 20 realizará más cálculos y más procesamiento para determinar los conjuntos de parámetros para todos los dispositivos de conformación 10.

Cabe señalar que la superficie electromagnética 11 es un dispositivo pasivo que consume muy poca energía. Este dispositivo no emite radiación electromagnética adicional. Modifica el campo electromagnético local moviendo los nodos (mínimos) y antinodos (máximos) del campo electromagnético. Por tanto, este dispositivo no es un amplificador ni un repetidor de una onda. Su consumo de energía se debe principalmente al controlador 12 y su módulo de transmisión de corto alcance 13.

El dispositivo de conformación 10 puede ser así un dispositivo autónomo, en su caso alimentado por una batería recargable.

El dispositivo de conformación 10 también puede comprender un componente de suministro de energía que puede conectarse a la superficie electromagnética 11 para recuperar una cantidad de energía de la onda incidente. La cantidad de energía recuperada es suficiente para alimentar el dispositivo de conformación 10.

El dispositivo de conformación 10 también puede comprender un componente de suministro de energía que puede estar conectado a una célula fotoeléctrica para recuperar una cantidad de energía, por ejemplo, de la luz solar o de la luz ambiental.

De manera adicional, el dispositivo de conformación 10 puede comprender medios para proporcionar energía al dispositivo electrónico 20. Por ejemplo, el dispositivo de conformación 10 incorpora un conector para conectar el dispositivo electrónico 20 y para recargar su batería.

También cabe señalar que la ubicación del dispositivo de conformación 10 dentro del área de procesamiento es importante para su eficacia. Por lo tanto, se prefiere una etapa previa para determinar esta ubicación. El dispositivo de conformación 10 y/o el dispositivo electrónico 20 pueden incluir un módulo de software para determinar dicha ubicación.

Adicionalmente, el módulo de transmisión 13 puede consistir en un único transductor o en una pluralidad de transductores distribuidos espacialmente. En el caso de la tercera aplicación (interferencia de un transmisor perturbador), estos transductores se distribuirán de manera que se cancelen las emisiones de campo lejano de dicho transmisor perturbador. Asimismo, el transductor o transductores del módulo de transmisión 13 pueden estar integrados y/o distribuidos en la superficie electromagnética 11 para formar un único dispositivo integrado.

Por último, en el caso de un dispositivo de conformación 10 que comprende una superficie electromagnética 11 de banda ancha (por ejemplo con elementos resonadores en múltiples frecuencias de resonancia), los módulos de optimización 12b, 21b pueden realizar optimización:

- ya sea para cada frecuencia independientemente de otra frecuencia (en este caso, cada frecuencia de la onda reflejada puede tener cualquier fase);

- o para todas las frecuencias consideradas sincrónicamente. En este caso, cada frecuencia de la onda modificada (reflejada y/o transmitida) puede tener una fase predeterminada con respecto a otra frecuencia. Entonces es posible reajustar la fase de todas las frecuencias entre sí para realizar una focalización de banda ancha.

De manera adicional, en las diversas realizaciones, el dispositivo electrónico 20 puede estar compuesto por dos partes: una primera que tiene una primera carcasa que incorpora al menos la unidad de procesamiento 21 y una segunda que tiene una segunda carcasa que incorpora al menos la unidad de transmisión 23.

La primera y segunda carcasas están unidas de forma removible entre sí para conectar la unidad de procesamiento 21 a la unidad de transmisión 23. Las carcasas pueden comprender formas complementarias de fijación y, por ejemplo, clips elásticos.

La unidad de procesamiento 21 está conectada a la unidad de transmisión 23 mediante una conexión por cable o inalámbrica. Por ejemplo, se conectan entre sí a través de un puerto USB.

Gracias a estas características, la primera parte puede ser un teléfono móvil convencional, y la segunda parte puede añadir capacidades de hardware y software al teléfono móvil para poder controlar un dispositivo de conformación 10.

El dispositivo de conformación 10 de acuerdo con la invención tienemuchos usos posibles:mejorar la recepción del teléfono móvil en una zona donde hay interferencias, cancelar la recepción de teléfonos móviles en un área específica donde esté prohibido o para protegerse de las ondas de radio, cancelar la recepción de transmisiones inalámbricas como WiFi dentro de un área específica.

Por ejemplo, es posible colocar el dispositivo electrónico 20 encima de la cuna de un bebé y el dispositivo de conformación 10 dentro de la habitación del bebé. El dispositivo electrónico 20 controla el dispositivo de conformación 10 para cancelar cualquier onda de radio (de teléfonos móviles o WiFi) en la cuna, sin anular dichas ondas en toda la casa.

Por último, el módulo de optimización es un módulo de software que se puede implementar, añadir, y actualizar fácilmente dentro del dispositivo electrónico 20 o el dispositivo de conformación 10. En particular, este módulo de optimización se puede descargar fácilmente a través de la red del primer canal de comunicación C1 o a través de la red del segundo canal de comunicación C2.

Las diversas realizaciones también se pueden aplicar alcampo de la acústica,que no forma parte de la invención, en el que la onda primaria (fuente) es una onda acústica.

El dispositivo de conformación 10 comprende entonces una pluralidad de elementos resonadores acústicos que tienen una porción sintonizable para modificar su impedancia. Estos elementos resonadores son, por ejemplo, resonadores de Helmholtz que comprenden una cavidad y un tubo que conecta la cavidad con el exterior. Por ejemplo, la cavidad o tubo tiene una característica dimensional sintonizable. El elemento resonador también puede ser un actuador electromagnético que mueve una membrana y que tiene una masa en movimiento. También puede utilizar una membrana activa, como una membrana de polímero electroactivo.

Este dispositivo de conformación acústica 10, que no forma parte de la invención reivindicada, es capaz de reflejar y/o transmitir una onda acústica incidente 41 como una onda acústica modificada 42. El primer canal de propagación C1 es entonces un canal acústico.

El dispositivo de conformación 10 comprende además un controlador 12 del mismo tipo que los ya descritos.

En la primera y segunda realizaciones de las figuras 2 y 3, el dispositivo de conformación 10 tiene una conexión inalámbrica con un dispositivo electrónico 20 para controlar modificaciones a la impedancia acústica del dispositivo de conformación 10 en función de la onda 43 recibida por la unidad receptora 22 (micrófono) del dispositivo electrónico 20.

El módulo de optimización 12b integrado en el controlador 12 o el módulo de optimización 12b integrado en el dispositivo electrónico 20 permite minimizar o maximizar, por ejemplo el nivel de recepción de la onda acústica recibida 43.

Por último, el dispositivo de conformación 10 o sólo la superficie 11 pueden integrarse directamente en un elemento constructivo de un edificio: un bloque de hormigón, un ladrillo, aislamiento, un tablero aislante, una placa de yeso, o cualquier otro elemento.

El dispositivo de conformación 10 o sólo la superficie 11 pueden integrarse directamente en elementos decorativos de un edificio: suelos de madera, alfombrado, suelos de baldosas, un panel de adorno, una partición, un techo, un panel de falso techo u otro elemento.

El dispositivo de conformación 10 o sólo la superficie 11 se puede integrar directamente en el mobiliario: un escritorio, armario, estantería, espejo, mesa decorativa y lámpara.

Este elemento comprende al menos la superficie 11 del dispositivo de conformación o todo el dispositivo de conformación 10. Puede recibir alimentación externa, comprender una batería o puede recibir alimentación remota por inducción, que posiblemente sea continua.

Resultados experimentales

Se prueba experimentalmente una superficie electromagnética 11 (también llamada metasuperficie sintonizable). A continuación también se prueba el método de optimización de un dispositivo de conformación 10 o un dispositivo electrónico 20 o un sistema de acuerdo con la invención. La superficie 11 se crea y cubre una pequeña parte de las paredes de una sala de oficina típica como se ilustra en lafigura 5.

La superficie electromagnética 11 está compuesta, por ejemplo, por dos paneles 11a, 11b, cada uno de los cuales comprende una matriz o cuadrícula de elementos resonantes sintonizables (también llamados celdas unitarias).

Cada elemento resonante sintonizable 14 es, por ejemplo, un resonador plano como se representa en lafigura 6y es capaz de reflejar las ondas con un cambio de fase controlable. Elegimos trabajar con resonadores que se asientan en un plano de tierra ya que de todos modos se colocarán en las paredes, que son planos terrestres aunque pobres. En aras de la simplicidad y la rápida convergencia de las optimizaciones, optamos por el caso más simple de modulación de fase binaria, esto es, un resonador de dos estados que refleja las ondas positiva o negativamente; es similar a la modulación de amplitud binaria realizada en óptica. Para hacerlo, una elección es un resonador que presenta una frecuencia de resonanciafeque se puede cambiar mediante un circuito electrónico. Si la frecuencia de resonanciafese ajusta de manera que corresponda a la frecuencia de trabajofo,el resonador refleja las ondas a esta frecuencia con un cambio de fase n. Ahora, cuando su frecuencia de resonancia se aleja defo,el resonador es transparente y el plano de tierra refleja las ondas con un cambio de fase 0.

Optamos por un diseño un poco más complicado que consiste en dos resonadores fuertemente acoplados o hibridados como se describe en la figura 6. El primer resonador 14a se denomina resonador reflectante y está polarizado a lo largo de su eje corto cuya frecuencia de resonanciafeestá ajustado a la frecuencia de trabajofo,mientras que el segundo resonador 14b es un resonador de banda parásita cuya frecuencia de resonanciafparse puede sintonizar electrónicamente desde la frecuencia de trabajofoa una frecuencia más altafiusando un diodo 14c. Hacer esto, cuando la frecuencia de resonanciafparestá ajustado a la frecuencia más altafi,la frecuencia de resonancia del reflectorfeno cambia y refleja las ondas con un cambio de fase n (estado n). Por el contrario, cuando la frecuencia de resonanciafparse cambia a la frecuencia de trabajofo,los dos resonadores se hibridan y se crea un atenuador que presenta dos frecuencias de resonancia f- yf+alrededor fo. En este estado, en la frecuencia de trabajofo,el dímero vuelve a ser transparente y las ondas son reflejadas por el plano de tierra con un cambio de fase 0 (estado 0).

Este diseño presenta ventajas notables: las propiedades de reflexión del elemento resonante 14 son insensibles tanto a las pérdidas como a las variaciones de impedancia de los componentes electrónicos como a las soldaduras que se colocan únicamente sobre el resonador parásito.

La superficie electromagnética 11 es un modulador espacial de microondas SMM, que tiene una superficie de aproximadamente 0,4 m2 y comprende 102 elementos resonantes sintonizables, espaciados por media longitud de onda en la frecuencia de trabajofo=2,47 GHz,esto es, 6 cm. Esta metasuperficie sintonizable, que tiene 1,5 mm de espesor, es una especie de muro inteligente.

La configuración experimental de la sala de oficinas se esquematiza en la figura 5. Controlamos los 102 elementos resonantes mediante dos controladores Arduino, cada uno con 54 canales de salidas digitales. Se utiliza un analizador de redes Agilent para medir la transmisión entre una antena fuente S y una antena receptora R. La antena receptora R es una antena monopolo normal o una sonda electroóptica cuando se realiza un escaneo espacial. Utilizamos antenas Wi-Fi monopolo comerciales polarizadas a lo largo del mismo eje que los elementos resonantes 14 de la superficie electromagnética 11. La antena fuente S está colocada lejos y fuera de la vista tanto de la antena receptora R como de la superficie electromagnética 11, dentro de una sala de oficina amueblada y por lo tanto disperso 3x3x4 m3 (figura 5), creando así en toda la habitación y, especialmente, en las paredes inteligentes, un campo aleatorio de ondas de microondas. La antena receptora R está situada por ejemplo a un metro de la superficie electromagnética 11.

Primero caracterizamos la superficie electromagnética 11. Para hacerlo, medimos la frecuencia de resonancia de cada elemento resonante 14 de la matriz en los estados 0 y n, utilizando sondas de campo cercano. El histograma de frecuencias de resonancia muestra que la distribución del estado n es relativamente estrecha y está centrada en la frecuencia de trabajofo,mientras que la distribución del estado 0 es algo más amplia debido a los componentes electrónicos, pero aún no se superpone a la del estado n.

También evaluamos el ancho de banda (ver lafigura 7) de la superficie electromagnética 11 mostrando 11000 configuraciones aleatorias (de 2102 combinaciones de los 102 elementos resonantes del conjunto de superficie electromagnética) y midiendo la desviación estándar de la transmisión entre la antena fuente S y la antena receptora R. Lo hacemos para 10 posiciones diferentes de la antena fuente S para promediar el desorden. Esto suaviza las variaciones espectrales de la transmisión debidas a la habitación y esto da una estimación de la eficiencia de la superficie electromagnética 11 en función de la frecuencia. Medimos un ancho de banda de alrededor de 100 MHz que se puede atribuir al ancho de banda de cada elemento resonante y su distribución de dimensiones debido a incertidumbres de fabricación.

En los experimentos, utilizamos este SMM para optimizar las ondas dispersas múltiples que existen en la sala de oficina y reciclarlas para diversos fines. En aras de la simplicidad experimental, la fuente de microondas es el analizador de red conectado a la antena fuente S. Da como resultado un campo de ondas aleatorias similar al que crearía cualquier fuente inalámbrica remota, como una estación base o una caja Wi-Fi. Además, dado que la retroalimentación utilizada no es coherente, optimizar este campo electromagnético o cualquier otro es estrictamente equivalente.

1) Uso para mejorar la recepción de la señal inalámbrica:

Ahora utilizamos un mecanismo de retroalimentación de intensidad para optimizar pasivamente la reflexión de las ondas dispersas múltiples fuera de la superficie electromagnética 11 de manera que se enfoquen en la antena del receptor R. Es decir, comenzamos con una superficie electromagnética 11 que refleja uniformemente (todos los píxeles en estado 0). Después, cambiamos iterativamente cada píxel de la matriz al estado n y medimos para cada uno la intensidad recibida en la antena del receptor R usando el analizador de red. Esta retroalimentación de energía es proporcionada por el ordenador a la superficie electromagnética 11, esto es, si la energía recibida es mayor, el píxel se mantiene en el estado n, de lo contrario, vuelve al estado 0. En un escenario real de aplicación, la antena receptora R podría ser un teléfono inteligente que utiliza una aplicación que mide en tiempo real la tasa de error binario de una comunicación en curso y envía una retroalimentación binaria basada en esta estimación a la superficie electromagnética 11, por ejemplo, utilizando ultrasonidos de baja frecuencia. Realizamos 30 optimizaciones para promediar el desorden. Para cada uno escaneamos el campo de microondas antes y después de la optimización utilizando una sonda electroóptica no perturbativa.

Lafigura 8muestra la eficiencia n de la intensidad obtenida mediante la optimización, definida como la relación entre las intensidades medidas después y antes de la maximización. Lafigura 9muestra los espectros de intensidad correspondientes de la transmisión entre la antena fuente S y la antena receptora R antes de la maximización (línea continua) y después de la maximización (línea de puntos). Los mapas de intensidad de campo alrededor de la antena receptora R posicionada en las coordenadas del punto (0,0) se muestran en lafigura 9antes de la maximización y en lafigura 10después de la maximización. Claramente, aunque la antena fuente S esté fuera de la vista tanto de la antena receptora R como de la superficie electromagnética 11, la superficie electromagnética 11 puede enfocar pasivamente las ondas dispersadas múltiples sobre la antena receptora R en un punto focal de media longitud de onda de ancho. Esto literalmente convierte el campo de ondas aleatorias en uno enfocado, proporcionando así una ganancia neta de 8,5 dB en la antena del receptor R, casi una década. Los espectros correspondientes corroboran esta conclusión e indican que el efecto sobrevive en un ancho de banda de aproximadamente 30 MHz, limitado por la frecuencia de correlación de la sala de oficina.El recuadro de la figura 8presenta la máscara de fase obtenida al final de la optimización. Un cuadrado negro en la matriz muestra un estado de fase 0 del elemento resonante y un cuadrado blanco en la matriz muestra un estado de fase p del elemento resonante. Esto demuestra nuevamente que el campo sobre la superficie electromagnética 11 es aleatorio.

Los experimentos anteriores también se realizaron para las 30 realizaciones del desorden. Los datos se normalizan por la intensidad media medida antes de la optimización. Muestra que la eficiencia media n obtenida es de alrededor de 8,5 dB, con un mínimo de 5 dB, para una intensidad que era relativamente alta antes de la optimización, y un máximo de 35 dB, más de tres órdenes de magnitud, para una intensidad inicial muy baja. Espacialmente, en promedio, el campo está estrechamente enfocado alrededor de la antena del receptor R, nuevamente en un punto focal de media longitud de onda de ancho. El espectro de intensidad media, que es casi plano antes de la optimización, lo que significa que las 30 realizaciones casi han borrado el efecto de dispersión y reverberación, muestra claramente un pico a 2,47 GHz después de la maximización, como firma del efecto de enfoque.

También hemos realizado experimentos con la antena receptora R y la antena fuente S fuera de la vista entre sí y de la superficie electromagnética 11, las tres partes están espaciadas entre sí por unos 3 metros. Los resultados demuestran que incluso en el peor de los casos se puede lograr una eficiencia n entre 1,5 dB y 6 dB, con un promedio de 2,5 dB. Vale la pena señalar que la superficie electromagnética 11 utilizada es sólo un área de 0,4 m2 en comparación con el área total de la pared de 3x3x4 m3 de la oficina. El uso de SMM más grandes (superficie electromagnética 11) aumenta drásticamente el rendimiento del enfoque.

2) Uso para proteger volúmenes de la penetración de microondas:

Ahora utilizamos la retroalimentación de intensidad para cancelar el campo electromagnético en un volumen determinado gracias a las interferencias.

Para demostrar esto, utilizamos el mismo procedimiento de optimización que antes, aunque con un objetivo de minimización energética. La recepción se minimiza en la antena receptora R, que se coloca nuevamente en la posición (0,0), y se utiliza una sonda electroóptica para escanear el campo antes y después de la minimización sin perturbarlo. Realizamos 30 mediciones para promediar el desorden y, de nuevo, la retroalimentación de energía es transmitida por el ordenador a la superficie electromagnética 11 durante los procedimientos. En una aplicación práctica, se podría usar un receptor de microondas pasivo para medir la energía electromagnética en un conjunto de sensores y enviar la retroalimentación a la superficie electromagnética 11, para, por ejemplo, proteger un volumen determinado de la penetración de microondas Wi-Fi.

Asimismo para la maximización, los resultados de una única realización de minimización se presentan enfiguras 12 15,incluyendo los espectros de intensidad medidos y los mapas antes y después de la minimización, así como la disminución de la eficiencia n (relación de intensidad antes y después de la minimización) en función del número de iteraciones. Demuestra que una máscara de fase aleatoria optimizada permite, a diferencia de la pared desnuda, para disminuir el campo eléctrico en la antena del receptor R en aproximadamente 25 dB. Los escaneos espaciales y los espectros de intensidad confirman además que el campo se ha cancelado localmente alrededor de 2,47 GHz.

Los resultados de 30 realizaciones de desorden muestran que el promedio se ha realizado correctamente ya que la intensidad de campo promedio es casi constante en el escaneo espacial inicial y el espectro inicial promediado casi plano en el ancho de banda considerado. Las 30 mediciones demuestran que el campo se puede cancelar en el lugar deseado alrededor de la frecuencia de trabajofo,en un volumen de aproximadamente medio cubo de longitud de onda, hasta un nivel que aquí se limita a nuestro ruido de medición a aproximadamente -28 dB. Evidentemente, intensidades iniciales más altas conducen a una mejor eficiencia q de aproximadamente 35 dB, mientras que una cantidad de intensidad inicial más baja conduce a caídas de intensidad de aproximadamente 20 dB, todas las realizaciones convergen hacia el nivel de ruido experimental.

Análisis teórico

Después de estos experimentos, es necesario evaluar cuantitativamente los posibles beneficios que puede traer el enfoque en términos de ahorro energético para comunicaciones inalámbricas o en términos de protección electromagnética. Para empezar, el método utilizado consiste en dar forma al frente de onda dentro de medios reverberantes y utilizar una superficie electromagnética 11. Una habitación interior típica es una cavidad para ondas electromagnéticas, aunque tenga fugas. Cuantificar el resultado de los muros inteligentes consiste en estimar el númeronde modos espaciales que se controlan con la superficie electromagnética 11 versus el número total de modos espacialesNque participan en el campo de ondas en la habitación dada a la frecuencia de trabajofo.Esto nos permite calcular la eficiencia promedio o los factores de caída de intensidad q que se pueden lograr para una superficie electromagnética dada 11 en una habitación determinada.

En el modelo, por simplicidad, el campo es escalar, el elemento resonante 14 perteneciente a la superficie electromagnética 11 refleja las ondas isotrópicamente, y una habitación se aproxima a una cavidad cuboide de volumen V con parte de sus paredes cubiertas por una superficie electromagnética 11 de área S. Consideramos una cavidad regular aunque las habitaciones pueden ser irregulares y típicamente están amuebladas, por lo tanto, desordenadas, pero este último sólo nos servirá para calcular la densidad modal, que es igual en promedio para las cavidades regulares y aleatorias. Una cavidad se puede describir mediante dos tiempos característicos. El primero, el tiempo de reverberación<t r>, representa el tiempo promedio que pasa un fotón en la cavidad: es formalmente equivalente al tiempo de Thouless en medios desordenados. El segundo, el tiempo de Heisenberg<t h>, representa el tiempo que un fotón necesitaría propagarse dentro de la cavidad para resolver todos sus modos propios discretos. La inversa del tiempo de reverberación es la frecuencia de correlaciónfcoordel medio:

I fc o rr<= ----- 1>

t-R<-- .>

La frecuencia de correlaciónfcoorcorresponde al ancho de banda de frecuencia sobre el cual los modos de la cavidad son espectralmente coherentes. Para estimar el número total de modos espacialesN,debemos cuantificar el número de modos propios de la cavidad que se superponen sobre una correlación de frecuencia de la cavidad. Este número viene dado aproximadamente por el tiempo de Heisenberg, que es igual a la densidad modal de la cavidad, multiplicado por la frecuencia de correlación del medio:

N -T h lfco rr .

Para un cuboide de volumen V, a la frecuencia de trabajofo,y con c la velocidad de la luz, es:

En cuanto al numeronde modos controlados por la

superficie electromagnética 11, viene dada por la relación entre su área y el área de correlación del campo en la habitación, que es igual al área del elemento resonante 14 en nuestro caso:

Cuando la superficie electromagnética 11 no está optimizada, se comporta como una pared normal. En cualquier posición de la habitación, el campo es una suma incoherente de lasNmodos espaciales: la varianza de su norma, por lo tanto, escala como un paseo aleatorio: VN. La optimización tiene como objetivo agregar en fase lanortemodos controlados con la superficie electromagnética 11 para maximizar el campo o empujar su norma hacia cero. El campo después de la optimización es la suma incoherente de lo incontroladoN - nmodos más o menos la suma coherente de losnmodos controlados. Por tanto, podemos escribir los factores de caída de eficiencia o intensidad provocados por la superficie electromagnética 11 como:

donde

+ corresponde a la maximización del campo con la condiciónn < N,y

- representa la minimización que sólo es válida para n < V F ^ ñ .

Esto finalmente nos permite cuantificar los factores de caída de eficiencia e intensidad en función de los parámetros de las paredes y la habitación inteligentes, a la frecuencia de trabajo:

que puede aproximarse a

^ = 1n c 2 VS f1 c°orrsin « N.

La ecuación anterior proporciona la ganancia promedio obtenida usando paredes inteligentes en una habitación, o el área de la superficie electromagnética 11 requerida para mejorar o cancelar localmente el campo electromagnético.

Lasfiguras 16 y 17mostrar la eficiencia (mejora y caída de intensidad) en función del volumen de la habitación V y el área de superficie electromagnética S para una frecuencia de correlación de 30 MHz estimada experimentalmente y nuestra frecuencia de trabajofode 2,47 GHz. En la figura 16, se obtiene una ganancia media de 20 dB sobre la recepción inalámbrica con un cable de 2,5 m2 superficie electromagnética 11 en una habitación que tiene un volumen de 40 m3. En esta configuración el sistema podría permitir disminuir la energía emitida por fuentes inalámbricas, ya sean estaciones base o cajas Wi-Fi, en un factor de 100 sin perjudicar la calidad de la recepción. En la figura 17, el campo electromagnético en determinadas ubicaciones se canceló utilizando una pequeña superficie electromagnética 11. Por ejemplo, una superficie electromagnética 11 que tiene un área de 0,3 m2 cancela completamente el campo en cualquier lugar de una habitación con un volumen de 40 m3. Por supuesto, para proteger un volumen mayor de la penetración de microondas se requieren paredes inteligentes más grandes. Por último, usando este modelo y corrigiendo la modulación de fase solo binaria, encontramos una ganancia promedio de 4,9 dB para la superficie electromagnética fabricada de 0,4 m2 que se utilizó en el 3x3x4 m3 sala de oficina de los experimentos, justo entre el mejor y el peor caso promedio medido, y un área de superficie electromagnética mínima de 0,45 m2 necesario cancelar el campo localmente, de acuerdo con nuestros experimentos. Esto tiende a demostrar que el modelo, predice con precisión el rendimiento de nuestro enfoque.

Claims (17)

REIVINDICACIONES

1. Un sistema de comunicación por radio que comprende una fuente configurada para emitir una onda de radio primaria, un dispositivo de comunicación electrónica (20) y un dispositivo de conformación (10) adaptado para mejorar o cancelar la recepción de la onda de radio primaria por el dispositivo electrónico (20), o un dispositivo de conformación (10) adaptado para bloquear la transmisión de una onda transmitida por un transmisor perturbador,

- comprendiendo el dispositivo de conformación (10):

- una superficie (11) configurada para reflejar y/o transmitir la onda de radio primaria en un primer canal de comunicación, comprendiendo dicha superficie una pluralidad de elementos sintonizables para cambiar una impedancia de dicha superficie y la manera en la que la onda primaria es reflejada y/o transmitida por dicha superficie, siendo dicha superficie un dispositivo pasivo que no está configurado para emitir radiación electromagnética adicional, estando situada dicha superficie independientemente de la fuente,

- un controlador (12) conectado a la superficie para controlar cada uno de los elementos sintonizables, y - un módulo de transmisión (13) que está conectado al controlador (12),

- siendo el dispositivo de comunicación electrónico (20) independiente del dispositivo de conformación (10) y comprendiendo:

- una antena (22) adaptada para recibir dicha onda de radio primaria modificada por el dispositivo de conformación,

- una unidad de procesamiento (21) conectada a la antena (22) para procesar señales desde y hacia la antena (22),

- un módulo de monitorización (21a) configurado para determinar datos piloto que comprende al menos un valor que es función de la onda primaria recibida por la antena (22), y

- una unidad de transmisión (23), aparte de la antena (22), conectada a la unidad de procesamiento (21) y en conexión inalámbrica con el módulo de transmisión (13) del dispositivo de conformación (10), siendo dicha unidad de transmisión (23) compatible con el módulo de transmisión (13) del dispositivo de conformación, de manera que el dispositivo electrónico esté configurado para transmitir de forma inalámbrica una señal piloto al dispositivo de conformación (10) a través de dicha unidad de transmisión y módulo de transmisión, comprendiendo dicha señal piloto dichos datos piloto, y

- el módulo de transmisión (13) está configurado para recibir solo transmisiones inalámbricas de corto alcance que tienen un alcance de distancia de transmisión sin obstáculos inferior a 100 metros,

- el controlador (12) del dispositivo de conformación (10) está configurado para controlar los elementos sintonizables de acuerdo con la señal piloto recibida por el módulo de transmisión (13),

- el controlador (12) o la unidad de procesamiento (21) comprende un módulo de optimización (12b, 21b) que está configurado para optimizar dicho valor que es función de la onda primaria recibida por el dispositivo electrónico, y

- el dispositivo de conformación (10) es independiente de la fuente y no está conectado a una antena transmisora de dicha fuente para ser autónomo de dicha fuente.

2. El sistema de acuerdo con la reivindicación 1, en el que cada elemento sintonizable comprende sólo dos estados, los estados de todos los elementos sintonizables que definen la impedancia de la superficie (11).

3. El sistema de acuerdo con la reivindicación 2, en el que los dos estados corresponden a cambios de módulo o de fase.

4. El sistema de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que el módulo de transmisión (13) recibe la señal piloto que se propaga en un segundo canal de propagación, siendo el segundo canal de propagación diferente del primer canal de propagación.

5. El sistema de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en el que los elementos sintonizables son elementos electromagnéticos que tienen una característica sintonizable electromagnética.

6. El sistema de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en el que el módulo de transmisión (13) está adaptado para recibir dicha señal piloto desde una conexión inalámbrica a una red de área local, tal como una WiFi, una conexión Bluetooth o NFC.

7. El sistema de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en el que el módulo de transmisión (13) está integrado en la superficie (11).

8. El sistema de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en el que la superficie (11) está integrada en un elemento elegido entre una lista que comprende:

- elementos constructivos de un edificio, como un bloque de hormigón, un ladrillo, aislamiento, un tablero aislante, una placa de yeso, y

- elementos decorativos del edificio, tales como pisos de madera, alfombrado, suelos de baldosas, un panel de adorno, una partición, un techo, un panel de falso techo, y

- muebles, tal como un escritorio, armario, estantería, espejo, mesa decorativa, lámpara.

9. El sistema de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, que comprende además un componente de energía conectado a la superficie (11), estando adaptado dicho componente de energía para recuperar una cantidad de energía de la onda primaria recibida por la superficie (11).

10. El sistema de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, que comprende además un componente de energía conectado a una célula fotoeléctrica, dicho componente de energía está adaptado para recuperar una cantidad de energía de la luz.

11. El sistema de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, en el que el módulo de optimización (12b) del controlador (12) está configurado para minimizar o maximizar un valor con el fin de determinar parámetros, dicho valor se determina en base a dichos datos piloto que son función de la onda primaria recibida por el dispositivo electrónico, y en el que el controlador controla los elementos sintonizables en base a dichos parámetros.

12. El sistema de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, en el que el controlador (12) determina parámetros basándose en dichos datos piloto y controla los elementos sintonizables basándose en dichos parámetros.

13. El sistema de acuerdo con la reivindicación 12, en el que los datos piloto son los parámetros para controlar directamente los elementos sintonizables, y el módulo de optimización (21b) del dispositivo de comunicación electrónica (20) está configurado para minimizar o maximizar un valor con el fin de determinar dichos parámetros.

14. El sistema de acuerdo con la reivindicación 1, en el que los datos piloto comprenden dicho valor.

15. El sistema de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el módulo de optimización (21b) de la unidad de procesamiento (21) está configurado para maximizar o minimizar el valor con el fin de determinar parámetros, transmitiéndose dichos parámetros en los datos piloto.

16. El sistema de acuerdo con la reivindicación 1, en el que:

- la unidad de procesamiento (21) está incorporada dentro de una primera carcasa, y

- la unidad de transmisión (23) está incorporada dentro de una segunda carcasa, estando unidas la primera y segunda carcasas de manera removible una a la otra para conectar la unidad de procesamiento a la unidad de transmisión.

17. El sistema de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el valor se elige entre una amplitud, un nivel de energía, y un índice de calidad de la onda primaria recibida por la antena (22) del dispositivo electrónico.