ES2970572T3 - Módulo de conjunto de antenas - Google Patents

Abstract

La presente invención se refiere a un módulo de conjunto de antenas para un sistema de comunicación en un buque de carga, que comprende al menos un primer (11), un segundo (12) y un tercer (16) elemento de antena, cada uno montado en un plano de tierra y que contiene un alimentación de antena. El primer (11) elemento de antena está inclinado con respecto al segundo (12) elemento de antena. El primer y segundo elemento de antena están dispuestos para irradiar principalmente hacia una primera trayectoria a lo largo del buque de carga y el tercer (16) elemento de antena está dispuesto para irradiar principalmente hacia una segunda trayectoria opuesta a la primera trayectoria. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Módulo de conjunto de antenas

Campo de la invención

La presente invención está generalmente relacionada con el campo de los sistemas de antenas para usar en un sistema para monitorizar mercancías.

Antecedentes de la invención

Hoy en día, la gran mayoría de la carga no a granel en todo el mundo se transporta en buques portacontenedores, es decir, buques de carga que transportan toda su carga en contenedores de dimensiones estandarizadas. Pueden cargarse y descargarse, apilarse, transportarse eficientemente a largas distancias y transferirse de un medio de transporte a otro (por ejemplo, no sólo en buques portacontenedores, sino también por ferrocarril o con camiones, etc.) sin necesidad de abrirlos.

Los portacontenedores existen en varios tamaños, el más grande mide unos 400 m de eslora y tiene una capacidad de más de 10000 TEU (unidades equivalentes a veinte pies). Las cargas típicas son una combinación de contenedores estándar ISO de 20 y 40 pies, siendo este último el predominante. Un buque portacontenedores suele comprender una o más bodegas de carga bajo cubierta. Las bodegas de carga para buques portacontenedores exclusivos están construidas especialmente para acelerar la carga y descarga y para mantener seguros los contenedores de manera eficiente mientras están en el mar. En las bodegas de carga se instalan guías de celdas, es decir, fuertes estructuras metálicas verticales, que guían los contenedores en filas bien definidas durante el proceso de carga y proporcionan cierto apoyo a los contenedores contra el balanceo del barco en el mar. Las bodegas de carga están coronadas por tapas de escotilla sobre las que se pueden apilar más contenedores.

Se han desarrollado sistemas para la monitorización de la carga transportada sin necesidad de procedimientos manuales. Dichos sistemas de la técnica anterior utilizan antenas simples como estaciones base para el sistema de comunicación. Por ejemplo, el documento US2004/246104 A1 describe una solución en la que cada contenedor está provisto de un transpondedor que está montado, por ejemplo, sobre una pared exterior ondulada del contenedor mediante un elemento de soporte como un compuesto plástico o una bolsa de tela. Los transpondedores constan de los siguientes bloques de construcción interconectados mediante un sistema de bus de comunicación:

- un módulo de recepción rápida y otro módulo de transmisión/recepción con sus correspondientes antenas

- un módulo de procesador y un módulo de memoria

- un módulo de interfaz para conectar sensores

- una fuente de alimentación con batería

La comunicación con el transpondedor se puede organizar de tal manera que el módulo de recepción rápida despierte al transpondedor de su modo de reposo con una señal adecuada. El transpondedor comprende un segundo módulo de transmisión/recepción que puede funcionar a una frecuencia, por ejemplo, del orden de 868 MHz.

Los transpondedores permiten realizar comunicación bidireccional con la unidad de comunicación situada en la cubierta del barco. Sin embargo, las experiencias en el campo indican que a menudo es engorroso obtener en una configuración como la descrita anteriormente un nivel aceptable de calidad de enlace para la comunicación entre la unidad de comunicación y los transpondedores, especialmente cuando los transpondedores están ubicados en lo más profundo de las bodegas de carga.

La solicitud de patente US2008/231459 A1 Se refiere a un sistema de monitorización de contenedores de carga. El sistema incluye componentes ubicados en un buque de carga para recopilar información sobre el estado de los contenedores de carga para una pluralidad de contenedores de carga. Los componentes incluyen al menos una combinación de registrador de datos y dispositivo de puerta de enlace. El dispositivo combinado incluye una primera antena y una segunda antena. Una primera antena está comprendida en un dispositivo registrador de datos o puede estar montada en la carcasa protectora del dispositivo registrador de datos. Esa primera antena recibe y/o transmite señales de comunicación inalámbrica desde y/o hacia las etiquetas previstas en los contenedores. No se proporcionan más detalles sobre la primera antena. La segunda antena está dispuesta para la comunicación con satélites.

El documento US2009/016308 A1 describe una antena en un sistema de monitorización de contenedores de carga. El sistema de antena incluye, asociado con cada contenedor, un dispositivo transceptor de comunicaciones inalámbricas de corto alcance y al menos un dispositivo de comunicaciones de largo alcance, un elemento GPS y un sistema de antena integrado en la construcción de cada pared, puerta o techo de cada contenedor. El sistema de antenas comprende una antena adaptada para comunicaciones Bluetooth o WiFi y una antena para comunicaciones por satélite.

En el documento US2007/188386 A1 se presenta una antena plana sólida que incluye una unidad reflectante, una primera unidad radiante, una segunda unidad radiante y en algunas configuraciones una tercera unidad radiante (para formar un pilar triangular) y una cuarta unidad radiante (para formar un pilar cuadrado).

Las Patentes y solicitudes de Patentes similares US10025960 B1, US2013/229262 A1 y US2008/211630 A1 describen estructuras de antena con varias antenas en una disposición de conjunto circular.

El documento WO2014/086452 A1 se refiere a una antena omnidireccional de doble polarización en la que varios elementos de antena están apilados para formar una columna de antena. Los elementos de antena están dispuestos desplazados entre sí a lo largo del eje central de dichas antenas sectoriales, cubriendo las antenas sectoriales diferentes sectores en un plano azimutal.

En el documento US2005/248454 A1 se presenta un sistema de seguimiento y seguridad de activos marinos. Describe múltiples lectores de etiquetas RFID a bordo de un buque de carga con contenedores.

Dado el tamaño cada vez mayor de los buques portacontenedores contemporáneos, existe la necesidad de un módulo de conjunto de antenas que garantice una buena calidad de enlace para la comunicación entre la cubierta y los transpondedores colocados en una posición fija dentro o sobre el buque o conectados a los contenedores.

Compendio de la invención

Un objeto de las realizaciones de la presente invención es proporcionar un módulo de conjunto de antenas para la comunicación a bordo de un buque de carga entre una unidad de comunicación y transpondedores previstos en o sobre el buque y/o previstos en los artículos que se transportan en el buque.

El objetivo anterior se logra mediante la solución según la presente invención.

En un primer aspecto, la invención se refiere a un método para instalar un módulo de conjunto de antenas en un buque de carga, comprendiendo el método: tomar un módulo de conjunto de antenas para un sistema de comunicación en dicho buque de carga, comprendiendo dicho módulo de conjunto de antenas al menos un primero, un segundo y un tercer elemento de antena, que contienen cada uno una alimentación de antena, montando dicho módulo de conjunto de antenas en el puente de dicho buque de carga, estando posicionado dicho puente de manera que divida dicho buque de carga a lo largo de su eje longitudinal en una parte más larga y una parte más corta, por lo que dicho primer elemento de antena está inclinado con respecto a dicho segundo elemento de antena y dicho primer y dicho segundo elemento de antena están posicionados de manera que el lóbulo principal de su patrón directivo apunta hacia una primera trayectoria correspondiente a dicha parte más larga, y dicho tercer elemento de antena está posicionado para irradiar principalmente hacia una segunda trayectoria opuesta a dicha primera trayectoria.

De hecho, la solución propuesta permite establecer un enlace de comunicación de calidad aceptable. Los dos elementos de antena inclinados entre sí irradian principalmente en una dirección determinada por el patrón de directividad de estos elementos de antena. La aplicación de un cierto ángulo de inclinación entre el primer y segundo elemento de antena permite conseguir un patrón de radiación resultante que puede cubrir una trayectoria que incluye las partes más profundas y/o remotas de la bodega de carga donde se almacenan las mercancías. Un tercer elemento de antena está posicionado de manera que irradia principalmente hacia el lado opuesto y, por tanto, en una dirección sustancialmente opuesta. Por lo tanto, el módulo de conjunto de antenas propuesto actúa básicamente como un conjunto de antenas sectoriales, por lo que el primer y segundo elemento de antena, por un lado, y el tercer elemento de antena, irradian principalmente cada uno hacia un sector diferente.

En realizaciones preferidas al menos uno de los elementos de antena es una antena de parche. Esto ofrece la ventaja de su tamaño más pequeño en comparación con otros tipos de antena. Además, las antenas de parche son fáciles de implementar y económicas. También son capaces de soportar múltiples bandas de frecuencia.

El primer elemento de antena está inclinado con respecto al segundo elemento de antena en un ángulo que permite también alcanzar contenedores posicionados profundos de la bodega de carga y/o posicionados en los extremos del buque. Preferiblemente, el primer y el segundo elemento de antena están inclinados entre sí en un ángulo del orden de 3° a 80°, o del orden de 5° a 70°, o del orden de 10° a 60° o de aproximadamente 45°.

En realizaciones de la invención, al menos uno de los elementos de antena está dispuesto para irradiar con polarización circular. El uso de polarización circular puede resultar ventajoso debido a sus propiedades en términos de, p. ej., reflectividad y absorción. Además, cuando la trayectoria de la línea de visión se ve afectada, la polarización circular puede ser más eficaz que, por ejemplo, la polarización lineal. En una realización, el al menos un elemento de antena está provisto de perturbaciones para excitar dos modos de radiación ortogonales para aplicar polarización circular.

En realizaciones de la invención, los elementos de antena están dispuestos sobre un sustrato de material dieléctrico. En una realización preferida se emplea aire como dieléctrico.

En realizaciones ventajosas, el módulo de conjunto de antenas comprende tres elementos de antena, es decir, dos antenas inclinadas en un cierto ángulo entre sí y dispuestas para irradiar principalmente hacia una primera trayectoria, y una tercera antena dispuesta para irradiar principalmente en una segunda dirección opuesta a dicha primera trayectoria.

En una realización, el módulo de conjunto de antenas comprende un divisor/combinador de potencia dispuesto para dividir una señal que se ha de transmitir sobre los al menos tres elementos de antena y para combinar señales recibidas de los al menos tres elementos de antena.

Preferiblemente, el primer elemento de antena, cuando está instalado, está inclinado con respecto a un plano vertical en el que está posicionado el segundo elemento de antena, de modo que se mejora la directividad en dirección vertical. En realizaciones preferidas, el módulo de conjunto de antenas forma, cuando se instala, una pila de elementos de antena. Aparte del elemento de antena inclinado, la pila es sustancialmente vertical.

En una realización preferida, los elementos de antena están fabricados con tecnología impresa, ya que esto permite elementos de antena de pequeño tamaño.

En otra realización, el módulo de conjunto de antenas comprende una carcasa para los elementos de antena. Se prefiere esta realización porque el módulo de conjunto de antenas está destinado a usarse en condiciones difíciles, p. ej., en mar abierto.

En una realización, el tercer elemento de antena no está inclinado con respecto al segundo elemento de antena. Ventajosamente, varios módulos de conjunto de antenas están montados en el puente.

En realizaciones preferidas, el módulo de conjunto de antenas está montado en un lado del puente donde está disponible una línea de visión directa hacia la parte más larga.

Con el fin de resumir la invención y las ventajas logradas con respecto a la técnica anterior, se han descrito anteriormente en la presente memoria ciertos objetos y ventajas de la invención. Por supuesto, debe entenderse que no necesariamente todos estos objetos o ventajas pueden lograrse de acuerdo con cualquier realización particular de la invención. Así, por ejemplo, los expertos en la técnica reconocerán que la invención se puede implementar o llevar a cabo de una manera que logre u optimice una ventaja o grupo de ventajas como se enseña en el presente documento sin necesariamente lograr otros objetos o ventajas como se pueden enseñar o sugerir en la presente memoria. Los aspectos anteriores y otros de la invención serán evidentes y dilucidados con referencia a las realizaciones que se describen a continuación.

Breve descripción de los dibujos

La invención se describirá ahora adicionalmente, a modo de ejemplo, con referencia a los dibujos adjuntos, en los que números de referencia similares se refieren a elementos similares en las diversas figuras.

La Fig. 1 ilustra en vista en perspectiva una realización de un elemento de antena del módulo de conjunto de antenas según la invención.

La Fig. 2 ilustra la realización del elemento de antena de la Fig. 1 en una vista superior y una vista lateral.

La Fig. 3 ilustra un esquema de un buque de carga con una indicación del puente, que divide el barco a lo largo del eje longitudinal en dos partes.

La Fig. 4 ilustra una realización del módulo de conjunto de antenas con dos elementos de antena para irradiar hacia la parte más larga del barco y un elemento de antena para irradiar hacia la parte más corta.

La Fig. 5 ilustra algunos patrones de radiación obtenidos con diferentes ángulos de inclinación.

La Fig. 6 ilustra el cálculo del ancho del haz de la antena tanto en el plano vertical como en el horizontal.

La Fig. 7 ilustra una realización del módulo de conjunto de antenas según la invención.

La Fig.8 ilustra el efecto de cambiar el ángulo a de inclinación para el módulo de conjunto de antenas de la Fig.7. La Fig. 9 ilustra los diferentes mecanismos de radiación para las dos trayectorias.

La Fig.10 ilustra un ejemplo del radomo utilizado para proteger la antena (7) así como el soporte mecánico (8) para fijar la antena al barco.

Descripción detallada de realizaciones ilustrativas.

La presente invención se describirá con respecto a realizaciones particulares y con referencia a ciertos dibujos, pero la invención no se limita a los mismos sino únicamente a las reivindicaciones.

Además, los términos primero, segundo y similares en la descripción y en las reivindicaciones se usan para distinguir entre elementos similares y no necesariamente para describir una secuencia, ya sea temporal, espacialmente, en clasificación o de cualquier otra manera. Debe entenderse que los términos así utilizados son intercambiables en circunstancias apropiadas y que las realizaciones de la invención descritas en la presente memoria son capaces de funcionar en otras secuencias que las descritas o ilustradas en la presente memoria.

Cabe señalar que el término "que comprende", utilizado en las reivindicaciones, no debe interpretarse como restringido a los medios enumerados a continuación; no excluye otros elementos o etapas. Por lo tanto, debe interpretarse como que especifica la presencia de las características, números enteros, etapas o componentes indicados a los que se hace referencia, pero no excluye la presencia o adición de una o más características, números enteros, etapas o componentes, o grupos de los mismos. Por lo tanto, el alcance de la expresión "un dispositivo que comprende los medios A y B" no debe limitarse a dispositivos que consisten únicamente de los componentes A y B. Significa que con respecto a la presente invención, los únicos componentes relevantes del dispositivo son A y B.

La referencia a lo largo de esta memoria a "una realización" o a "una realización" significa que una característica, estructura o característica particular descrita en relación con la realización está incluida en al menos una realización de la presente invención. Por lo tanto, las apariciones de las frases "en una realización" o "en una realización" en varios lugares a lo largo de esta memoria no necesariamente se refieren todas a la misma realización, pero pueden hacerlo. Además, los rasgos, estructuras o características particulares se pueden combinar de cualquier manera adecuada, como sería evidente para un experto en la técnica a partir de esta descripción, en una o más realizaciones.

De manera similar, se debe apreciar que en la descripción de realizaciones ejemplares de la invención, varias características de la invención a veces se agrupan en una sola realización, figura o descripción de la misma con el fin de simplificar la descripción y ayudar en la comprensión de una o más de los diversos aspectos inventivos. Sin embargo, este método de descripción no debe interpretarse como que refleja la intención de que la invención reivindicada requiera más características de las que se enumeran expresamente en cada reivindicación. Más bien, como reflejan las siguientes reivindicaciones, los aspectos inventivos residen en menos de todas las características de una única realización descrita anteriormente. Por lo tanto, las reivindicaciones que siguen a la descripción detallada se incorporan expresamente a esta descripción detallada, siendo cada reivindicación por sí sola una realización separada de esta invención.

Además, si bien algunas realizaciones descritas en la presente memoria incluyen algunas, pero no otras características incluidas en otras realizaciones, se supone que las combinaciones de características de diferentes realizaciones están dentro del alcance de la invención y forman diferentes realizaciones, como lo entenderán los expertos en la técnica. Por ejemplo, en las siguientes reivindicaciones, cualquiera de las realizaciones reivindicadas se puede utilizar en cualquier combinación.

Cabe señalar que el uso de una terminología particular al describir ciertas características o aspectos de la invención no debe interpretarse como que la terminología se está redefiniendo en la presente memoria para restringirla a incluir cualquier característica específica de los rasgos o aspectos de la invención con los que está asociada esa terminología.

En la descripción proporcionada en la presente memoria, se exponen numerosos detalles específicos. Sin embargo, se entiende que las realizaciones de la invención se pueden poner en práctica sin estos detalles específicos. En otros casos, los métodos, estructuras y técnicas bien conocidos no se han mostrado en detalle para no oscurecer la comprensión de esta descripción.

La presente invención propone un módulo de conjunto de antenas dispuesto para establecer comunicación entre sensores instalados en un buque de carga, p. ej., en contenedores ubicados en la parte superior de la cubierta o en la bodega de carga debajo de la cubierta de un barco portacontenedores, y una unidad de comunicación ubicada típicamente en el puente del barco.

Los buques de carga modernos suelen tener una eslora que puede oscilar entre 300 y 400 metros o más y una anchura de, por ejemplo, 50 a 60 metros. La bodega de carga puede tener una profundidad de hasta 25 metros o más por debajo de la cubierta. El módulo de conjunto de antenas según la presente invención está diseñado de manera que sus elementos de antena puedan comportarse con estas enormes dimensiones para proporcionar una buena cobertura general. Los elementos de la antena están diseñados para confinar la radiación en un plano vertical y cubrir todo el ancho del barco.

El módulo de conjunto de antenas propuesto comprende tres o más elementos de antena. En la Fig. 1 se muestra una realización de un único elemento de antena. El elemento de antena de la Fig. 1 está implementado como una antena de parche microstrip. En otras realizaciones, el elemento de antena puede ser, por ejemplo, un monopolo, un dipolo, una ranura u otro tipo de antena elemental bien conocido por el experto. En determinadas realizaciones, uno o más elementos de antena del módulo pueden realizarse como un pequeño subconjunto de antenas, por ejemplo un conjunto de 2 x 2 ranuras.

Más en particular, la Fig. 1 ilustra una realización de una antena de parche microstrip (es decir, una antena fabricada con tecnología microstrip) con polarización circular. Las antenas de parche microstrip son, como tales, bien conocidas en la técnica desde hace muchos años. Las antenas de parche microstrip han resultado muy populares para su aplicación en sistemas de comunicación inalámbrica, ya que ofrecen atractivos beneficios como perfil bajo, peso ligero, compacidad, fácil fabricación, etc.

La antena (1) de parche microstrip como en la Fig. 1 comprende un plano (2) de tierra, una metalización (4) (es decir, una capa de metal), en lo sucesivo denominada como el parche, sobre la parte superior de un sustrato de material dieléctrico (3). El parche de la Fig. 1 tiene una forma sustancialmente rectangular. En otras realizaciones, el parche puede tener una forma diferente, p. ej., circular o anular. El material dieléctrico puede ser directamente aire o cualquier sustrato disponible comercialmente, p. ej., teflón, PVC, polipropileno, FR4, etc. En una realización ventajosa el material dieléctrico es aire.

Como comúnmente se sabe, la polarización describe la orientación del vector de intensidad del campo eléctrico de una onda electromagnética. En la realización del elemento de antena de la Fig. 1, el parche sustancialmente rectangular está provisto de algunas perturbaciones (5), que permiten la polarización circular. En otras realizaciones se pueden utilizar otras formas de obtener polarización circular, por ejemplo utilizando dos puertos por antena y un híbrido de 90° para alimentarlos. La polarización circular es un caso específico de polarización elíptica (es decir, donde la punta del vector del campo eléctrico describe una elipse en cualquier plano fijo que interseca y es normal a la dirección de propagación). Por lo tanto, en otras realizaciones el elemento de antena puede disponerse para el uso de polarización elíptica. Una onda polarizada elípticamente puede descomponerse en dos ondas polarizadas linealmente en cuadratura de fase, con sus planos de polarización en ángulos perpendiculares entre sí. En aún otras realizaciones, el elemento de antena está configurado para polarización lineal, por ejemplo vertical u horizontalmente o girado más de 45°.

El elemento (1) de antena se alimenta mediante un acoplamiento capacitivo implementado por una pequeña porción metálica (6), también denominada “patch feed” (alimentación de parche), en la misma capa que el parche. Se puede prever un conector coaxial para alimentar la antena de parche que está conectada al plano (2) de tierra y a la pequeña metalización (6). En otras realizaciones, la antena de parche puede ser alimentada directamente por el conector coaxial, por una línea de transmisión microstrip o mediante una abertura en el plano de tierra. También puede considerarse una realización con un elemento de alimentación sobre la parte superior del sustrato.

La Fig. 2 proporciona una vista superior y una vista lateral del elemento de antena que ya se muestra en la Fig. 1.

El módulo de conjunto de antenas se instala ventajosamente en lo alto del barco, en o cerca del puente desde donde se comanda el barco. Preferiblemente, el módulo está posicionado en la pasarela superior, es decir, la plataforma de navegación más alta sobre el puente, de modo que haya muchas trayectorias de línea de visión disponibles para los contenedores en la cubierta o debajo de ella. En la mayoría de los casos, el puente de un buque de carga está posicionado más cerca de un extremo del barco que del otro, como se ilustra en la Fig.3. En tal caso se puede indicar una parte más larga (20) y una parte más corta (30) del barco cuando se considera a lo largo de su eje longitudinal. Esta terminología se utilizará en el resto de esta descripción. Obsérvese que si el puente estuviera justo en el medio, todavía habría dos partes (20,30), que entonces serían de igual longitud. Conceptualmente esto no supone ninguna diferencia para la descripción adicional que se proporciona a continuación.

Se obtiene una directividad mejorada hacia la parte más larga del barco para el módulo de conjunto de antenas proporcionando al menos dos elementos de antena (11, 12) inclinados entre sí que irradian principalmente hacia una trayectoria que cubre dicha parte más larga del barco sobre toda la anchura. La Fig. 4 proporciona una ilustración de dicho módulo de conjunto de antenas. En la realización de la Fig.4, el elemento (11) de antena está inclinado desde el plano vertical formado por los otros dos elementos de antena. La cobertura de radio hacia la parte más corta del barco se establece mediante el módulo de conjunto de antenas que comprende al menos un tercer elemento (16) de antena apuntando al lado opuesto del lado apuntado por al menos dos elementos de antena que cubren la parte más larga.

En realizaciones preferidas, el módulo de conjunto de antenas forma, cuando se instala, una pila de elementos de antena. Aparte del elemento de antena inclinado, la pila es sustancialmente vertical. Los diversos elementos de antena pueden estar interconectados por medio de un divisor/combinador de potencia. En algunas realizaciones, los elementos de antena pueden implementarse en una misma placa de circuito impreso (PCB) que luego incluye preferiblemente también el divisor/combinador de potencia y las líneas de alimentación.

En una realización preferida, el módulo de conjunto de antenas según la presente invención comprende dos elementos (11, 12) de antena que apuntan al mismo lado del barco, que trabajan juntos como una única antena para irradiar principalmente hacia la parte más larga del barco. Obviamente, también puede haber uno o más lóbulos laterales más pequeños que apunten sustancialmente en una dirección opuesta, pero no se consideran más aquí. Uno (11) de los dos elementos de antena está inclinado respecto al otro en un ángulo a, tomando el ángulo entre el elemento inclinado (11) de antena y la prolongación del otro elemento (12) de antena. Como los elementos de antena diferentes del elemento de antena inclinado forman preferiblemente una pila vertical, el ángulo a es el ángulo entre el elemento de antena inclinado y dicha pila vertical. El ángulo a es en este caso inferior a 90°, preferiblemente inferior a 80° o inferior a 70°, de modo que los dos elementos de antena producen un patrón de radiación con un lóbulo principal orientado hacia el mismo lado cuando emiten radiación (o, en otras palabras, cuando los dos elementos de antena están en el mismo lado con respecto a su placa de tierra). Debido a esta inclinación se puede proporcionar un buen nivel de señal en contenedores posicionados en la dirección vertical con respecto a la posición de la antena, incluidos los contenedores posicionados casi debajo de la antena, cerca del puente del barco.

El ángulo a de inclinación óptimo del primer elemento de antena con respecto al segundo elemento de antena depende entre otras cosas de las dimensiones del buque, en particular de la altura de las pilas de contenedores: el objetivo debería ser permitir la comunicación tanto con los contenedores en o cerca de la parte superior de las pilas (generalmente, pero no necesariamente, sobre la cubierta), como ocurre con los contenedores ubicados muy profundamente en la bodega de carga. El elemento de antena inclinado forma con el otro elemento de antena un ángulo que es preferiblemente de entre 3° y 80°. En una realización más preferida, el ángulo es del orden de 5° a 70°. En las realizaciones más preferidas, el ángulo es de 45°. El conjunto de elementos de antena se ha de instalar en el puente o cerca de él para que puedan proporcionar una propagación en la línea de visión (es decir, las ondas electromagnéticas viajan en una trayectoria directa desde la fuente transmisora al receptor) hacia la parte más larga del barco cuando se ve desde el puente (véase la Fig.3).

El ángulo de inclinación óptimo depende obviamente también del número de elementos de antena en el módulo de conjunto de antenas. Por ejemplo, cuando se tiene un elemento de antena adicional apuntando hacia la parte más larga del barco (como en las realizaciones que se describen con más detalle a continuación), el mejor ángulo a puede ser diferente del de una realización con solo dos elementos de antena.

Mientras que un ángulo de inclinación apropiado es importante para obtener una buena cobertura en un plano vertical, es igualmente importante tener una buena cobertura en un plano horizontal. Por lo tanto, el módulo de conjunto de antenas está diseñado para proporcionar un patrón de radiación en un plano horizontal mediante el cual se cubre todo el ancho del barco.

La Fig. 5 muestra patrones de directividad para ilustrar el efecto del ángulo a para la realización de la Fig. 4. El ángulo de inclinación es a = 0° en la Fig.5A, a = 30° en la Fig.5B, a = 40° en la Fig.5C y a = 60° en la Fig.5D. Cuando aumenta la inclinación del elemento (11) de antena con respecto al otro (12), el patrón de radiación resulta menos directivo y la dirección de máxima radiación desciende con respecto a la dirección horizontal. Esto permite llegar también a los contenedores en la parte más profunda de la bodega de carga que se encuentran debajo de la antena.

La Fig. 6 ilustra un ejemplo de cómo se calcula el ancho del haz de la antena para el conjunto de elementos de antena. En la figura, ha denota la altura (con respecto al fondo del barco) del elemento de antena del módulo de conjunto de antenas colocado en o cerca del puente. La altura del contenedor más cercano (en el peor de los casos) es hn. La distancia entre el puente y dicho contenedor más cercano es d<1>. La altura del contenedor más lejano (en el peor de los casos) es h<2>y la distancia hasta él desde el puente se denota d<2>. El ángulo 0v que debe ser cubierto por el módulo de conjunto de antenas se puede calcular como

De manera similar, para el ángulo 0h se puede escribir la siguiente expresión:

w

e n = a r c t g(— )

A modo de ilustración los siguientes valores: ha = 62, hn = 3, d<1>= 5, h<2>= 40 y d<2>= 100 rendimiento

0v =0h = 72'

En realizaciones ventajosas del módulo de conjunto de antenas, en el módulo están presentes más de dos elementos de antena orientados hacia la trayectoria más larga. Tener más de dos elementos de antena con la misma orientación mejora aún más la directividad. Como ya se ha mencionado, la elección óptima del ángulo a de inclinación también puede verse afectada por el hecho de tener más de dos elementos de antena. La Fig. 7 ilustra una configuración con tres elementos de antena apuntando a la trayectoria más larga. La Fig.8 muestra algunos patrones de directividad para esta configuración obtenidos con diferentes ángulos de inclinación (a = 0° en la Fig.8A, a = 30° en la Fig.8B, a = 45° en la Fig.8C y a = 60° en la Fig. 8D). Cuando aumenta la inclinación del elemento (11) de antena con respecto a los demás (12, 17), el patrón de radiación resulta menos directivo y la dirección de radiación máxima se mueve hacia abajo con respecto a la dirección horizontal. En otras realizaciones también puede ocurrir que el tercer elemento (17) de antena también esté inclinado con respecto al elemento (12) de antena. Esto depende del caso concreto, en particular de las dimensiones del buque. Tener un elemento de antena extra inclinado puede resultar beneficioso para lograr una buena cobertura.

Volviendo ahora a una configuración mínima con tres elementos de antena mostrados en la Fig.4, esta realización del módulo de conjunto de antenas comprende, aparte de los dos elementos (11,12) de antena que cubren la parte más larga del barco como se analizó anteriormente, además, un elemento (16) de antena que está orientado hacia el lado opuesto al lado al que apuntan los otros dos elementos de antena, es decir, el elemento de antena inclinado y su elemento de antena adyacente. Si a esta última se la denomina dirección hacia adelante (correspondiente a la parte más larga), entonces se puede decir que dicho elemento de antena en el lado opuesto apunta en la dirección hacia atrás (correspondiente a la parte más corta). El tercer elemento de antena irradia principalmente hacia una segunda trayectoria opuesta a la trayectoria hacia la cual irradian principalmente el primer y el segundo elementos de antena. Sin embargo, esto no debe interpretarse necesariamente como si hubiera una diferencia de 180° entre la primera y la segunda trayectoria. Debido al ángulo de inclinación entre el primer y el segundo elementos de antena, la diferencia no es de 180°. Sin embargo, las dos trayectorias siempre apuntan a lados diferentes del barco, lo que significa que su diferencia supera los 90°. Cada uno de los elementos (11,12,16) de antena se puede implementar como elemento (1) de antena en la Fig. 1 en realizaciones del módulo.

Las realizaciones del módulo de conjunto de antenas de la invención son ventajosas porque la cobertura de radio de la parte más corta (véase la Fig. 3) del barco mejora sustancialmente. Cabe señalar que en esta dirección hacia atrás el mecanismo de radiación principal no es el mismo que para los otros elementos de antena. Mientras que estos otros elementos de antena aprovechan la propagación en la línea de visión, el elemento de antena orientado hacia atrás se basa en la difracción de la señal en un borde horizontal. Debido al ancho de la pasarela superior donde normalmente se instala el módulo de conjunto de antenas en una de las barandillas, no hay línea de visión con la mayoría de las posiciones de los contenedores donde es necesario establecer la comunicación en el lado corto del barco. Las ondas irradiadas ven el borde del puente de mono como un obstáculo metálico que producirá difracción, contribuyendo así a obtener cobertura en la zona de sombra (es decir, en la trayectoria más corta). A partir de pruebas de campo de cobertura de radio realizadas en barcos y análisis de la potencia de la señal recibida, se concluyó que uno o más elementos de antena ubicados en una altura sobre la barandilla donde se fija el conjunto de antenas, permite obtener una buena cobertura en la parte más corta del buque. En realizaciones preferidas, el elemento de antena que apunta en dirección hacia atrás no está inclinado. En caso de que haya más de un elemento de antena de este tipo, se apilan verticalmente en realizaciones preferidas. La Fig. 9 ilustra el diferente tipo de propagación en las dos trayectorias.

En otras realizaciones, el módulo de conjunto de antenas puede comprender cuatro elementos de antena, con dos elementos de antena en cada dirección. Dos elementos de antena están inclinados uno respecto del otro. Preferiblemente uno de los elementos de antena está posicionado en un plano vertical. Los otros dos elementos de antena apuntan en dirección hacia atrás. De nuevo, en una realización se pueden implementar uno o más elementos de antena, preferiblemente todos, como elemento (1) de antena en la Fig. 1.

Como el módulo de conjunto de antenas normalmente se coloca en la pasarela superior del barco, los elementos de antena del módulo deben protegerse contra las duras condiciones que pueden ocurrir en mar abierto. Por lo tanto, el módulo de conjunto de antenas comprende preferiblemente una carcasa o radomo (7), como se ilustra en la Fig. 10. Esta figura muestra además también los soportes (8) con los que se fija el módulo de conjunto de antenas a una barandilla de la pasarela superior.

La carcasa o radomo (7) está diseñada para minimizar las dimensiones generales del conjunto de antenas, así como para reducir la carga de viento generada contra la superficie de la estructura del conjunto de antenas, especialmente bajo malas condiciones climáticas tales como vientos fuertes, y especialmente cuando el buque se encuentra en mar abierto. La estructura o bastidor interno soporta y distribuye efectos externos como el viento, el balanceo del barco, los choques, las vibraciones, etc., bajo los cuales toda la estructura resulta mecánicamente estresada. Esta estructura interna también alberga los diferentes elementos de antena, el divisor/combinador de potencia, los cables para conectar los elementos de antena al divisor/combinador de potencia y el cable para conectar el divisor/combinador de potencia a la interfaz de antena externa. Dependiendo de la realización del módulo de conjunto de antenas (por ejemplo, una realización con dos elementos apuntando en dirección hacia adelante, uno inclinado con respecto al otro, y un tercer elemento apuntando en dirección hacia atrás, una realización con más elementos apuntando en dirección hacia atrás, ...), la estructura interna puede tener diferencias ligeramente en forma y/o dimensiones, mientras que la carcasa (7) y los soportes (8) siguen siendo los mismos independientemente del número de elementos de antena.

Mercancías almacenadas en la bodega de carga, como p. ej., contenedores, pueden estar equipados con un transpondedor o una etiqueta que permite la comunicación bidireccional con la unidad de comunicación posicionada, por ejemplo, en la pasarela superior, a través del módulo de conjunto de antenas de esta invención. Las mercancías, p. ej., los contenedores están provistos además de uno o más medios sensores para realizar un seguimiento de uno o más parámetros indicativos de las condiciones ambientales dentro del contenedor o en el exterior, en sus alrededores. En el barco pueden estar previstos otros transpondedores provistos de sensores, de modo que también en ausencia de carga sea posible la comunicación, por ejemplo en relación con las condiciones en la bodega de carga. Los comandos pueden intercambiarse entre un transpondedor de un contenedor (u otra mercancía almacenada) o posicionado en el propio barco y la unidad de comunicación para solicitar y transmitir, por ejemplo, uno o más de los siguientes datos:

- identificación del contenedor

- temperatura en el contenedor o fuera del contenedor

- humedad del aire

- radiación ionizante

- composición química del aire ambiente

- campo electromagnético detectado en el contenedor

- un impacto, choque o vibración que haya sufrido el contenedor

- intercambio de información (por ejemplo, indicadores de rendimiento) necesaria para permitir el procesamiento remoto en el transpondedor (por ejemplo, encendido/apagado, actualización del firmware enviando comandos al transpondedor y el transpondedor descargando los archivos necesarios para realizar la actualización, ...)

El transpondedor puede tener básicamente los mismos bloques de construcción o similares como, por ejemplo, en el documento US2004/246104 A1. El transpondedor comprende un módulo dispuesto para recibir comandos desde la unidad de comunicación, por ejemplo, solicita el envío de sus datos de identificación o datos sobre uno o más parámetros. La antena en el módulo transpondedor está adaptada para cooperar con el módulo de conjunto de antenas como se explicó anteriormente. Más concretamente, la antena del módulo transpondedor responde a limitaciones, por ejemplo, en términos de tamaño, batería y peso. Dado que los contenedores son metálicos, también existen limitaciones en cuanto a la ubicación de la antena. Las antenas impresas pequeñas son las más preferidas para la aplicación considerada.

El transpondedor también está dispuesto para transmitir la información solicitada de vuelta a la unidad de comunicación. Esto se puede organizar de varias maneras. En una realización, la comunicación desde el transpondedor a la unidad de comunicación puede utilizar la misma frecuencia que en la dirección opuesta, de forma semidúplex. En otra realización, se utiliza una frecuencia dedicada en el mismo intervalo de frecuencia para la comunicación que va a la unidad de comunicación, que es diferente de la frecuencia utilizada en la dirección hacia el transpondedor.

Para ahorrar energía, el sistema de comunicación puede tener ventajosamente un modo de baja potencia en el que los transpondedores de los contenedores permanecen en modo de reposo hasta que se recibe una señal de activación. La señal de activación puede ser para un transpondedor específico o para un conjunto de transpondedores o para todos los transpondedores. La forma en que se activa el transpondedor, puede depender de los protocolos aplicados en las capas superiores a la capa física. El comportamiento del transpondedor suele ser programable, por ejemplo, activarse cada X minutos/horas/días, realizar un determinado conjunto de acciones, informar del resultado de una o más de estas acciones y luego volver a reposar.

El módulo de conjunto de antenas de la invención está dispuesto preferiblemente para funcionar a una frecuencia específica de, por ejemplo, 433 MHz, u 868 MHz o 915 MHz. En determinadas realizaciones, se colocan uno al lado del otro una pluralidad de conjuntos de módulos de antena, cada uno de los cuales funciona a una frecuencia diferente. Por ejemplo, se pueden prever tres módulos de antena como se describió anteriormente, uno para operar a 433 MHz, uno a 868 MHz y otro a 915 MHz. En algunas realizaciones, sólo uno de los tres puede ser operable en un momento dado. La frecuencia utilizada puede ser seleccionada automáticamente por la unidad de comunicación, o activada manualmente por un operador remoto.

En algunas realizaciones, el módulo de conjunto de antenas puede disponerse para conmutar entre dos o más frecuencias.

La unidad de comunicación, en realizaciones preferidas del sistema de comunicación que comprende el módulo de conjunto de antenas, se implementa como parte de una puerta de enlace, es decir, un dispositivo de hardware de red que permite la comunicación y la interacción entre, por ejemplo, una red anfitrión y una red remota. La puerta de enlace sirve como punto de entrada y salida de una red. La puerta de enlace proporciona el puente entre las distintas partes de la red, es decir, los dispositivos en el barco, la nube y la infraestructura en tierra.

Cuando una parte de la información procedente de los transpondedores de uno o más contenedores se recibe a través del módulo de conjunto de antenas en la unidad de comunicación (por ejemplo, puerta de enlace), la unidad de comunicación puede funcionar de una manera predefinida. La unidad de comunicación (por ejemplo, la puerta de enlace o el equipo central a bordo) a la que están conectados el o los módulos de conjunto de antenas comprende un mecanismo de conocimiento para saber qué redes están disponibles para transmitir la información procedente de los sensores o contenedores a bordo, a la infraestructura en tierra (o al revés: para recopilar comandos remotos y transmitirlos a los sensores o contenedores relacionados a bordo). Las redes y también los esquemas de conexión de red utilizados dependen de la implementación particular de este tipo de puertas de enlace. En un ejemplo, puede ser que la puerta de enlace/equipo central esté adaptado para comunicaciones terrestres celulares y satelitales, y dependiendo del diseño (relacionado o no con la disponibilidad de la red, los costos de tráfico/servicio asociados, etc.), la unidad de comunicaciones puede optar, en primer lugar, por verificar las comunicaciones celulares y solo si no hay una red celular terrestre disponible, verificar la red satelital. En otro caso, puede ser justo al revés. Las antenas crean una especie de red local WiFi a bordo, es decir, algún tipo de interfaz de red "interna" o "local", mientras que la red celular terrestre, satelital u otra está en el lado de la interfaz de red "externa".

En un primer aspecto, la invención se refiere a un método para instalar un módulo de conjunto de antenas en un buque de carga. El método comprende proporcionar un módulo de conjunto de antenas como se presentó anteriormente. A continuación, el módulo de conjunto de antenas se monta en una barandilla de una plataforma en el puente del buque de carga. Para aprovechar al máximo el efecto del ángulo de inclinación y la propagación de la línea de visión hacia el lado más largo del barco, el módulo de conjunto de antenas se instala preferiblemente en la barandilla ubicada en el costado de la cubierta de instalación (típicamente la pasarela superior) que está apuntando al lado más largo del barco. Como ya se ha mencionado anteriormente, el puente del buque de carga suele estar colocado de tal manera que divide el buque a lo largo de su eje longitudinal en una parte más larga y una parte más corta. El primer elemento (11) de antena está inclinado con respecto al segundo elemento (12) de antena. Estos elementos de antena están colocados de tal manera que el lóbulo principal de su patrón directivo apunta hacia una primera trayectoria correspondiente a la parte más larga. El tercer elemento (16) de antena está posicionado para irradiar principalmente hacia una segunda trayectoria opuesta a la primera trayectoria.

Si bien la invención se ha ilustrado y descrito en detalle en los dibujos y la descripción anterior, dicha ilustración y descripción deben considerarse ilustrativas o ejemplares y no restrictivas. La descripción anterior detalla ciertas realizaciones de la invención. Se apreciará, sin embargo, que no importa cuán detallado aparezca lo anterior en el texto, la invención se puede poner en práctica de muchas maneras. La invención no se limita a las realizaciones descritas.

Los expertos en la técnica pueden comprender y realizar otras variaciones de las realizaciones descritas al poner en práctica la invención reivindicada, a partir de un estudio de los dibujos, la descripción y las reivindicaciones adjuntas. En las reivindicaciones, la palabra "que comprende" no excluye otros elementos o etapas, y el artículo indefinido "un", “uno”, o "una" no excluye una pluralidad. Un único procesador u otra unidad puede cumplir las funciones de varios elementos enumerados en las reivindicaciones. El mero hecho de que determinadas medidas se mencionen en reivindicaciones dependientes mutuamente diferentes no indica que una combinación de estas medidas no pueda utilizarse con fines ventajosos. Un programa informático puede almacenarse/distribuirse en un medio adecuado, tal como un medio de almacenamiento óptico o un medio de estado sólido suministrado junto con otro hardware o como parte de él, pero también puede distribuirse de otras formas, como a través de Internet u otros sistemas de telecomunicaciones alámbricos o inalámbricos. Cualquier signo de referencia en las reivindicaciones no debe interpretarse como limitativo del alcance.

Claims (14)

REIVINDICACIONES

1. Método de instalación de un módulo de conjunto de antenas en un buque de carga, comprendiendo el método:

- tomar un módulo de conjunto de antenas para un sistema de comunicación en dicho buque de carga, comprendiendo dicho módulo de conjunto de antenas al menos un primer (11), un segundo (12) y un tercer (16) elementos de antena, conteniendo cada uno una alimentación de antena,

- montar dicho módulo de conjunto de antenas en el puente de dicho buque de carga, estando dicho puente posicionado de manera que divida dicho buque de carga a lo largo de su eje longitudinal en una parte más larga y una parte más corta, por lo que dicho primer elemento (11) de antena está inclinado con respecto a dicho segundo elemento (12) de antena y dicho primer y dicho segundo elemento de antena están posicionados de manera que el lóbulo principal de su patrón directivo apunta hacia una primera trayectoria correspondiente a dicha parte más larga, y dicho tercer elemento (16) de antena está posicionado para irradiar principalmente hacia una segunda trayectoria opuesta a dicha primera trayectoria.

2. Método de instalación según la reivindicación 1, en el que al menos uno de dichos elementos de antena es una antena de parche.

3. Método de instalación según la reivindicación 1 o 2, en el que dicho primer y dicho segundo elementos de antena están inclinados uno con respecto al otro en un ángulo del orden de 5° a 70°.

4. Método de instalación según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que al menos uno de dichos elementos de antena está dispuesto para irradiar con polarización circular.

5. Método de instalación según la reivindicación 4, en el que dicho al menos un elemento de antena está provisto con perturbaciones para excitar dos modos de radiación ortogonales.

6. Método de instalación según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que dichos elementos de antena están dispuestos sobre un sustrato de material dieléctrico.

7. Método de instalación según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que dicho módulo de conjunto de antenas comprende un divisor/combinador de potencia dispuesto para dividir una señal que se ha de transmitir sobre dichos al menos tres elementos de antena y para combinar señales recibidas procedentes de al menos tres elementos de antena.

8. Método de instalación según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que dicho primer elemento de antena, cuando se instala, está inclinado con respecto a un plano vertical en el que dicho segundo elemento de antena está posicionado para mejorar la directividad en dirección vertical.

9. Método de instalación según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que dichos al menos tres elementos de antena forman una pila sustancialmente vertical.

10. Método de instalación según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que dichos elementos de antena están fabricados en una tecnología impresa.

11. Método de instalación según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que dicho módulo de conjunto de antenas comprende una carcasa para dichos elementos de antena.

12. Método de instalación según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que dicho tercer elemento de antena no está inclinado con respecto a dicho segundo elemento de antena.

13. Método de instalación según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que una pluralidad de dichos módulos de conjunto de antenas se montan en dicho puente.

14. Método de instalación según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que dicho módulo de conjunto de antenas se monta en un lado de dicho puente donde está disponible una línea de visión directa hacia dicha parte más larga.