Demostrador de conceptos de Radiofrecuencia diseñado para su aplicación a la enseñanza superior y con aplicaciones, de forma local o remota, al control y análisis de radiocomunicaciones en cualquier banda de radio.

Demostrador de conceptos de radiofrecuencia diseñado para su aplicación a la enseñanza superior y con aplicaciones,

de forma local o remota, al control y análisis de radiocomunicaciones en cualquier banda de radio.

La invención propuesta supone una herramienta que permite la captación y el análisis de los campos electromagnéticos y su medición, así como la realización de prácticas individuales o grupales con resultados prácticos y que mejoran la asimilación de los conceptos de la teoría aprendida en clase con anterioridad o la generación de dichos conceptos cuando se practica el método de la enseñanza por descubrimiento.

Demostrador de conceptos de radiofrecuencia diseñado para su aplicación a la enseñanza superior y con aplicaciones, de forma local o remota, al control y análisis de radiocomunicaciones en cualquier banda de radio.

Sector de la técnica

Enseñanza de la Física, la Informática, la Matemática y la Tecnología de los Campos Electromagnéticos y las Radiocomunicaciones.

Estado de la técnica

Actualmente se enseñan los fundamentos de los campos electromagnéticos mediante los conceptos de la Física Clásica, la formulación matemática y a veces la simulación mediante programas de computador, pero se basa fundamentalmente en ejercicios matemáticos que acaban siendo un mero resultado numérico o gráfico, sin ningún significado concreto para el alumno.

Descripción de la invención

La invención propuesta supone una herramienta que permite la captación y el análisis de los campos electromagnéticos y su medición, así como la realización de prácticas individuales o grupales con resultados prácticos y que mejoran la asimilación de los conceptos de la teoría aprendida en clase con anterioridad o la generación de dichos conceptos cuando se practica el método de la enseñanza por descubrimiento.

Se diferencia de los sistemas clásicos de enseñanza en que utiliza la técnica "en línea" en tiempo real hacia cualquier parte del Mundo con conexión a Internet, lo que permite compartir recursos y abaratar costes de enseñanza, al mismo tiempo que se comparten experiencias entre alumnos y docentes, ya sea en tiempo real o a través de la página web y foro del Demostrador de Conceptos.

La invención permite la demostración de los conceptos de, entre otros:

Amplificación

Amplificadores de línea

Amplitud

Análisis de Espectros

Análisis de Señales Temporales

Anchura de Banda

Antenas

Arquitectura Cliente-Servidor

Bandas Laterales Cables coaxiales Cámara IP Cascada de señales Centralita analógica Centralita software Conector Coaxial Conmutador Control automático Cortafuegos Derivación Distorsión

Distribuidor de Radiofrecuencia Elevación

Equipos de radio definidos por software Error

Espectro de frecuencias Federación virtual de circuitos Filtros Frecuencia

Frecuencia de portadora Frecuencia Intermedia Ganancia Horizonte Radio Horizonte Terrestre Impedancia

Índice de Modulación

Interferencia

Intranet

Leyes de Maxwell Longitud de Onda Mantenimiento Mezcla

Modulaciones analógicas y digitales

Muestreo

Órbita

Oscilador Local

Pasarela de Radiocomunicaciones Pérdidas en los cables coaxiales Polarización

Procesado Digital de la Señal

Radio direction finding

Radio Sobre Protocolo Internet

Radioastronomía

Radioteletipo

Realimentación

Receptores de radiofrecuencia

Retardo de propagación

Rotación terrestre

Router wifi

Ruidos térmico, Johnson y Flicker Satélite

Seguimiento de Satélites

Señales IQ

Servidor de Chat

Switch

Teléfono IP

Teléfono software

Tiempo de Respuesta

Tiempo de Retardo

Tiempo de Subida

Velocidad Binania

Velocidad de Transmisión

Video sobre IP

Videoteléfono

Voz sobre IP

WIFI

La invención es un sistema completo de enseñanza y consiste en un Conjunto de equipos electrónicos de radiofrecuencia, cómputo, control y análisis que permiten llevar las señales contenidas en los campos electromagnéticos circundantes a las antenas hasta cualquier parte del Mundo que cuente con una conexión Internet o Intranet. Esta última opción es la que permite al alumnado la realización de prácticas de Radiotecnia tanto en el Centro de Enseñanza como en su domicilio o fuera de él, ahorrando costes económicos de aprendizaje al compartir el equipamiento didáctico. Al mismo tiempo se generan una serie de Servicios hacia la Sociedad al inyectarse en la nube de Internet algunos tipos de radiocomunicaciones generales de interés para ella.

Breve descripción de las figuras

Figura 1.- Cabecera de Radiofrecuencia. En esta figura se distinguen los siguientes componentes:

Receptores definidos por software: 1, 2, 4, 6, 7, 8, 10, 11.

Amplificadores de banda ancha: 3, 9.

Conmutador de Transmisión/Recepción: 5.

Equipo de banda ciudadana: 12 Transceptor de MF/HF: 13 Transceptor de VHF/UHF: 14

Transceptor de MF/HF (15) dotado de acoplador de antena (16)

Transceptor de VHF integrado con su propia antena de látigo: 17

Figura 2.- Sistema de Control y Distribución de Señales. En esta figura se distinguen los siguientes componentes:

B.- Ordenador con cortafuegos.

C, D, O.- Distribuidor de datos digitales.

X.- Red local.

E.- Router inalámbrico.

F. Ñ, Q.- Teléfonos IP.

G.- Controladores de equipos receptores SDR.

H.- Ordenador conectado a la Intranet con aplicaciones de radiocomunicaciones.

I.- Centralita software.

J.- Servidor de Chat

K.- Ordenador.

L.- Servidores de Receptores SDR de acceso externo permitido.

M.- Servidores de Receptores SDR de Acceso externo prohibido.

R.- Pasarelas de radio integradoras de equipo de radio convencionales y SCDS.

S.- Smartphone o softphone.

T.- Tablets.

U. W.- Ordenadores Portátiles.

Y, N, P.- Cámara IPWifi.

Modo de realización de la invención

La invención se divide en dos grandes bloques integrados entre sí. Uno es la Cabecera de Radiofrecuencia o Sensores de Radio y el otro el Sistema de Control y Distribución de las Señales recibidas mediante distintos procedimientos.

Cabecera de radiofrecuencia

La Cabecera de Radiofrecuencia se muestra en la Figura 1 en forma de diagrama de bloques.

Está compuesta por antenas, cables de bajada, amplificadores y distribuidores de señal de radio y equipos receptores y/o transceptores. Los equipos de radiocomunicaciones pueden ser equipos convencionales, basados en componentes físicos o pueden ser equipos de radio definidos por software (SDR) los cuales disponen de una menor infraestructura electrónica y una mayor capacidad de adaptación a la situación operativa por la que se atraviesa.

Las antenas. Su misión es captar las señales electromagnéticas que viajan por el éter, provocando una inducción de tipo eléctrico o magnético (según sea la antena) y convertirla en una débil corriente eléctrica que podrá ser amplificada, o no, por amplificadores de banda ancha (3) y (9) de frecuencia central y anchura de banda adecuada a las frecuencias a recibir y señales a demodular.

Las antenas pueden ser de diverso tipo, por lo general son cables metálicos lineales protegidos mediante una cubierta aislante ante el calor y el contacto, de tamaño similar a la cuarta parte de la Longitud de Onda de la Frecuencia que se quiere recibir. Dicha longitud de Onda se calcula como 300/F, siendo F la frecuencia en Megahertcios.

La disposición física del cable lineal suele depender de su tamaño físico y de la plataforma que lo porte, pudiendo instalarse de forma vertical, horizontal, inclinada, en "V", "V invertida" o en zigzag utilizando diversos puntos de apoyo o mástiles.

Por lo general las antenas de frecuencias por debajo de 7 MHz suelen estar fabricadas en hilo multi o unifilar y se les dota de posición o polarización horizontal o inclinada, mientras que las antenas de menos de 12 metros de longitud ya se instalan con posición horizontal o polarización vertical y se embute el cable de la antena dentro de una cápsula de fibra de vidrio que las autosoporta, si bien también se pueden fabricar mediante tubo de aluminio de sección adecuada.

Dado que el mayor alcance de las Ondas de Radio se obtiene en Onda Corta (3-30 MHz), la invención dispone de distintos receptores definidos por software que cubren estas bandas, además de las de Onda Larga (30 a 300kHz) y Onda Media (0,3 a 3 MHz).

Estos receptores pueden compartir un amplificador de banda ancha de VLF hasta HF con una antena de hilo (o de otro tipo), como son los receptores (1) y (2) que comparten el amplificador (3), o pueden disponer de su propia antena aunque sea de otro tipo, por ejemplo helicoidal, como el receptor (11).

Con el fin de proteger las etapas de radiofrecuencia de los receptores de banda ancha cuando están transmitiendo los transceptores con elevada potencia se le puede añadir un

Conmutador de Transmisión/Recepción (5) que deriva a tierra la señal recibida por la antena (en este... [Seguir leyendo]

1. Demostrador de conceptos de radiofrecuencia caracterizado porque comprende:

a) Una cabecera de radiofrecuencia compuesta por antenas, cables de bajada, amplificadores y distribuidores de señal de radio y equipos receptores y/o transceptores, convencionales o definidos por software (SDR).

b) Un sistema de control y distribución de señales (SCDS) compuesto por un conjunto local de ordenadores conectados en Red Interna (Intranet) con capacidad de análisis de señales y conversión y decodificación de datos con acceso desde el Exterior del mismo (Internet) y desde lugares internos pero remotos al mismo (Intranet).

2. Demostrador de conceptos de radiofrecuencia, según reivindicación 1, caracterizado porque las antenas de la cabecera de radiofrecuencia pueden ser de distinto tipo, y su señal podrá ser amplificada por amplificadores de banda ancha de frecuencia central y anchura de banda adecuada a las frecuencias a recibir y señales a demodular.

3. Demostrador de conceptos de radiofrecuencia, según reivindicación 1, caracterizado porque la disposición física del cable lineal suele depender de su tamaño físico y de la plataforma que lo porte, pudiendo instalarse de forma vertical, horizontal, inclinada, en "V", "V invertida" o en zigzag utilizando diversos puntos de apoyo o mástiles.

4. Demostrador de conceptos de radiofrecuencia, según reivindicación 1, caracterizado porque los receptores de la cabecera de radiofrecuencia pueden compartir un amplificador de banda ancha de VLF hasta HF con una antena de hilo (o de otro tipo) o disponer de su propia antena aunque sea de otro tipo, por ejemplo helicoidal.

5. Demostrador de conceptos de radiofrecuencia, según reivindicación 1, caracterizado porque la cabecera de radiofrecuencia incorpora un Conmutador de Transmisión/ Recepción que deriva a tierra la señal recibida por la antena y la aísla del receptor protegiéndolo contra corrientes elevadas.

6. Demostrador de conceptos de radiofrecuencia, según reivindicación 1, caracterizado porque la cabecera de radiofrecuencia que incorpora receptores de HF de banda estrecha, no controlables a distancia y que disponen de una antena de longitud y polarización acorde con su frecuencia central de trabajo.

7. Demostrador de conceptos de radiofrecuencia, según reivindicación 6, caracterizado porque la anchura de banda del receptor HF de banda estrecha depende del sistema de tratamiento matemático que utilice el receptor definido por software.

8. Demostrador de conceptos de radiofrecuencia, según reivindicación 1, caracterizado porque la cabecera de radiofrecuencia incorpora receptores de VHF (30 a 300 MHz) y UHF (300 a 3000 MHz) que comparten amplificadores de banda ancha ajustados a su rango de frecuencias y receptores con una antena directamente acoplada a ellos.

9. Demostrador de conceptos de radiofrecuencia, según reivindicación 1, caracterizado porque la cabecera de radiofrecuencia incorpora transceptores SDR de MF/HF y de VHF/UHF que pueden disponer de su propia antena, o compartirla si se utilizan filtros combinadores de radiofrecuencia y dicha antena resuena a las frecuencias de trabajo.

10. Demostrador de conceptos de radiofrecuencia, según reivindicación 1, caracterizado porque la cabecera de radiofrecuencia incorpora un equipo de banda ciudadana (27 MHz), un transceptor de MF/HF dotado de acoplador de antena y antena dipolo y un transceptor de VHF integrado con su propia antena de látigo.

11. Demostrador de conceptos de radiofrecuencia, según reivindicación 1, caracterizado porque con fines de intercomparación y calibración en modo local la cabecera de radiofrecuencia incluye un receptor de 0,1 a 3000 MHz, compuesto por un receptor de radio multimodo y multibanda o un instrumento de laboratorio como un receptor de cuasi- pico o un analizador de espectros o un instrumento que sirva para el análisis de señales de radiofrecuencia.

12. Demostrador de conceptos de radiofrecuencia, según reivindicación 1, caracterizado porque el SCDS incorpora un ordenador que alberga un cortafuegos que aísla la red Internet del resto del SCDS y que recibe toda la información desde el exterior, ya sean datos a procesar o peticiones de datos digitales.

13. Demostrador de conceptos de radiofrecuencia, según reivindicación 12,

caracterizado porque al ordenador con cortafuegos del SCDS incorpora tantos distribuidores de datos digitales de "n" enchufes o puertas como sean necesarios para conectar el resto de los dispositivos y las ampliaciones a otros distribuidores de datos como sean necesarios.

14. Demostrador de conceptos de radiofrecuencia, según reivindicación 13,

caracterizado porque a los distribuidores de datos digitales del SCDS se conecta un router inalámbrico que permite el acceso a múltiples usuarios de forma simultánea e independiente del dispositivo inalámbrico de acceso empleado.

15. Demostrador de conceptos de radiofrecuencia, según reivindicación 13,

caracterizado porque a los distribuidores de datos digitales del SCDS se conecta una Centralita Software, que consiste en un ordenador dotado de una tarjeta telefónica digital y el software adecuado para su control y administración que permite que el audio de cualquier dispositivo de radio pueda transmitirse por una red telefónica nacional o internacional, y que una transmisión analógica de voz pueda acceder, mediante línea telefónica externa a uno de los transceptores de la cabecera de radiofrecuencia.

16. Demostrador de conceptos de radiofrecuencia, según reivindicación 13,

caracterizado porque a los distribuidores de datos digitales del SCDS se conecta un servidor de chat que realiza la función de control y administración de comunicaciones de audio en banda base realizadas sobre las redes con protocolo internet (VOIP), seleccionando los usuarios que pueden acceder a cada canal o sala del sistema y su nivel de acceso a las posibilidades de transmisión y/o recepción por radio de canales específicos.

17. Demostrador de conceptos de radiofrecuencia, según reivindicación 16,

caracterizado porque el servidor de chat está configurado en salas o canales que simulan los canales rad i oeléctricos en los que:

a) Los alumnos podrán realizar prácticas de radiocomunicaciones en cualquier idioma y siguiendo los procedimientos específicos de cada servicio.

b) El profesorado de Procedimientos Radioeléctricos intercambie impresiones antes o después de las prácticas del alumnado.

c) Otros colectivos interesados tengan acceso mediante contraseña.

18. Demostrador de conceptos de radiofrecuencia, según reivindicación 13,

caracterizado porque a los distribuidores de datos digitales del SCDS se conectan equipos de radiocomunicaciones conectados a ordenadores portátiles dedicados, controladores de equipos receptores SDR, Servidores de Receptores SDR de acceso externo permitido, Servidores de Receptores SDR de Acceso externo prohibido o pasarelas de radio integradoras de equipo de radio convencionales y SCDS, que sólo accederán a la difusión de la señal de Audio o VOIP, pero no al control de los equipos de radio.

19. Demostrador de conceptos de radiofrecuencia, según reivindicación 13,

caracterizado porque incorpora un ordenador conectado a la Intranet que contiene las aplicaciones de radiocomunicaciones que permiten acceder al uso y control completo del demostrador de conceptos y que tiene acceso a tanto a los transceptores y receptores de todo tipo como a los teléfonos IP, como a las cámaras IP, a la red Internet, a la red telefónica convencional a través de la centralita software, al Chat, a través del servidor de Chat y a los Softphones, Tabletas y Ordenadores Portátiles a través de un enrutador WIFI.

20. Demostrador de conceptos de radiofrecuencia, según reivindicación 13,

caracterizado porque incorpora un ordenador con alta capacidad de almacenamiento que mantiene la configuración y la gestión de los datos recibidos y transmitidos por cada aplicación, así como la captura de datos de uso y administración y aloja la web del Demostrador de Conceptos, así como el foro de debate diseñado exprofesamente para el mismo y que permite la retroalimentación por parte de los usuarios hacia los diseñadores.

21. Demostrador de conceptos de radiofrecuencia, según reivindicación 18,

caracterizado porque incorpora servidores habilitados para ser controlados y configurados desde el exterior, a los que se accede desde la nube de la Internet y los niveles de acceso pueden ser gestionados por el Administrador del Demostrador de Conceptos, aunque no puede seleccionar quién va a poder conectarse a ellos.

22. Demostrador de conceptos de radiofrecuencia, según reivindicación 18,

caracterizado porque incorpora servidores a los que sólo se puede acceder desde la Intranet de la entidad que dispone del Demostrador de Conceptos, siempre a través del Cortafuegos, en los niveles de acceso pueden ser gestionados por el Administrador del Demostrador de Conceptos y sí puede seleccionar quién va a poder conectarse a ellos.

23. Uso del demostrador de conceptos de radiofrecuencia, según reivindicaciones 1 a 22, para su aplicación a la enseñanza superior y con aplicaciones, de forma local o remota, al control y análisis de radiocomunicaciones en cualquier banda de radio.