Método y sistema para la caracterización de la distorsión de señal y la compensación de la predistorsión por medio de un acoplamiento mutuo en un sistema de emisión/recepción de radiofrecuencia.

Método para caracterizar la distorsión en un sistema de transmisión/recepción de radiofrecuencia

, que comprende:

generar una señal de referencia de radiofrecuencia;

transmitir la señal de referencia a través de un trayecto de transmisión que es utilizable también para transmitir una señal operativa;

recibir la señal de referencia a través de un trayecto de recepción que es utilizable también para recibir una señal operativa;

acoplar mutuamente la señal de referencia de un elemento radiante de antena a un elemento receptor de antena, siendo utilizables también dichos elementos con una señal operativa;

adquirir y analizar la señal de referencia para determinar una diferencia entre una forma de onda de referencia y una forma de onda de la señal de referencia recibida o una transformación de la misma según se adquiere a partir del acoplamiento mutuo, con el fin de determinar una compensación de predistorsión, y

aplicar la compensación de predistorsión determinada a por lo menos uno de la generación de una señal operativa o el procesado de una señal operativa recibida.

Tipo: Patente Europea. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: E11174034.

Solicitante: RAYTHEON COMPANY.

Nacionalidad solicitante: Estados Unidos de América.

Dirección: 870 WINTER STREET WALTHAM, MA 02451-1449 ESTADOS UNIDOS DE AMERICA.

Inventor/es: BOE, ERIC N., FRASCHILLA,JOHN, LEWIS,WILLIAM L.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION H — ELECTRICIDAD > TECNICA DE LAS COMUNICACIONES ELECTRICAS > TRANSMISION > Detalles de los sistemas de transmision, no cubiertos... > H04B1/04 (Circuitos)
  • SECCION H — ELECTRICIDAD > TECNICA DE LAS COMUNICACIONES ELECTRICAS > TRANSMISION > Detalles de los sistemas de transmision, no cubiertos... > H04B1/52 (Montajes híbridos, es decir, para la transición bilateral de una vía a una sola transmisión sobre cada una de las dos vías o viceversa )
  • SECCION H — ELECTRICIDAD > CIRCUITOS ELECTRONICOS BASICOS > AMPLIFICADORES (medidas, ensayos G01R; amplificadores... > Detalles de amplificadores que tienen como elementos... > H03F1/32 (Modificaciones de los amplificadores para reducir la distorsión no lineal (por realimentación negativa H03F 1/34))
  • SECCION H — ELECTRICIDAD > TECNICA DE LAS COMUNICACIONES ELECTRICAS > TRANSMISION > Detalles de los sistemas de transmision, no cubiertos... > H04B1/525 (con medios para la reducción de las pérdidas de la señal del emisor en el receptor)

PDF original: ES-2547076_T3.pdf

 

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Ilustración 1 de Método y sistema para la caracterización de la distorsión de señal y la compensación de la predistorsión por medio de un acoplamiento mutuo en un sistema de emisión/recepción de radiofrecuencia.
Ilustración 2 de Método y sistema para la caracterización de la distorsión de señal y la compensación de la predistorsión por medio de un acoplamiento mutuo en un sistema de emisión/recepción de radiofrecuencia.
Ilustración 3 de Método y sistema para la caracterización de la distorsión de señal y la compensación de la predistorsión por medio de un acoplamiento mutuo en un sistema de emisión/recepción de radiofrecuencia.
Ilustración 4 de Método y sistema para la caracterización de la distorsión de señal y la compensación de la predistorsión por medio de un acoplamiento mutuo en un sistema de emisión/recepción de radiofrecuencia.
Método y sistema para la caracterización de la distorsión de señal y la compensación de la predistorsión por medio de un acoplamiento mutuo en un sistema de emisión/recepción de radiofrecuencia.

Fragmento de la descripción:

Método y sistema para la caracterización de la distorsión de señal y la compensación de la predistorsión por medio de un acoplamiento mutuo en un sistema de emisión/recepción de radiofrecuencia

Antecedentes de la invención

La resolución y el contraste de la escena de un sistema de radar de formación de imágenes se determinan por la capacidad del sistema para restringir dentro de un solo pixel de resolución la respuesta primaria del retorno de un blanco puntual. Idealmente, la energía de retorno proveniente de un dlspersor puntual estaría contenida dentro de una celda de resolución sin energía en ninguna otra celda, pero esto requeriría una ventana de tiempo de observación infinita. Como compromiso práctico, los sistemas de radar están diseñados para aumentar al máximo la energía de retorno de los blancos puntuales dentro de una celda de resolución, al mismo tiempo que reducir al mínimo la energía de retorno restante en la totalidad del resto de celdas de resolución. Esto requiere reducir al mínimo las distorsiones de formas de onda y de impulsos, que se producen en los trayectos de la señal de un sistema, ya que dichas distorsiones pueden provocar que la energía de retorno se distribuya por múltiples celdas de resolución. Se conoce un sistema para reducir efectos de la Interferencia, por ejemplo, a partir del documento US 2009/0068965 A1.

Todos los elementos del trayecto de la señal de RF de un sistema de radar pueden comunicar potencialmente distorsiones de fase, de amplitud y de retardo de tiempo a la señal, y la distorsión comunicada da como resultado de forma no deseable que la señal se extienda sobre un intervalo más amplio de frecuencias y tiempo. Se han buscado previamente varios planteamientos para reducir esta distorsión de la forma de onda. Uno de los planteamientos consiste simplemente en especificar y fabricar todos los componentes de hardware de RF a unas tolerancias tan ajustadas que su contribución total a la distorsión permanezca dentro de niveles permisibles. Esto resulta caro, y no garantiza que el hardware cumpla todos los requisitos bajo todas las condiciones de funcionamiento.

Otro de los planteamientos, si las características de la distorsión comunicada se conocen por adelantado del funcionamiento normal, consiste en aplicar un factor de predistorsión inversa complementaria a la transmisión y/o recepción de una señal operativa, con el fin de compensar la distorsión comunicada. La disponibilidad de sintetizadores programables de formas de onda en excitadores y de procesadores de señal digital en receptores, o asociados a estos últimos, permite la aplicación de dicha predistorsión, aunque para determinar qué tipo de factor compensatorio aplicar, la distorsión se debe caracterizar y medir por adelantado. Uno de los planteamientos para dicha medición de la distorsión implica el uso de una señal de bucle de retorno de calibración que se genera en el excitador, y se encamina mediante una circuitería de distribución especial a través de partes de la red de distribución de RF de la antena y de vuelta hacia el receptor para observar la distorsión generada total. Este planteamiento puede caracterizar la distorsión a la que contribuyen ciertas partes del trayecto de la señal del sistema, aunque no puede caracterizar la distorsión a la que contribuye la circuitería activa en la cadena de transmisión/recepción de la antena, y por ello se deben continuar manteniendo tolerancias ajustadas en todos esos componentes de la antena. Este planteamiento introduce también una nueva fuente de distorsión, concretamente la propia circuitería de distribución especial.

Otro de los planteamientos conlleva el uso de señales externas de prueba y de referencia generadas y/o analizadas por equipos de prueba del sistema independientes. Este planteamiento puede tener la capacidad de caracterizar la distorsión a la que contribuye la cadena de transmisión/recepción de la antena, aunque requiere la disponibilidad del equipo externo de prueba del sistema en cualquier momento y en cualquier lugar que se desee la calibración, lo cual resulta poco práctico para aplicaciones tales como las militares y las aeroespaciales. Este planteamiento introduce además una nueva fuente de distorsión, concretamente el propio equipo de prueba externo.

Sumario de la invención

Realizaciones de la presente invención ofrecen un planteamiento novedoso para caracterizar y compensar la distorsión por el trayecto de la señal, aprovechando dos características que se encuentran normalmente en los sistemas de transmisión/recepción de RF que usan antenas de radar de barrido electrónico o "ESA", y también otros sistemas. En primer lugar, estos sistemas normalmente poseen la capacidad simultánea de transmitir señales desde su conjunto electrónico de transmisión y los elementos radiantes de la antena al mismo tiempo que recibir señales a través de los elementos de recepción de su antena y su conjunto electrónico de recepción. En segundo lugar, estos sistemas presentan el fenómeno conocido como "acoplamiento mutuo" entre múltiples elementos de antena, en donde una parte de la señal que se está transmitiendo desde un elemento radiante se acopla directamente de vuelta a un elemento de recepción. Normalmente este fenómeno se ha considerado como una molestia, aunque realizaciones de la presente invención sacan provecho del fenómeno de acoplamiento mutuo para caracterizar la distorsión por el trayecto de la señal y para usar esta caracterización con el fin de generar una predistorsión inversa complementaria, obteniendo así una respuesta impulsional y un rendimiento del sistema mejorados sin necesidad de equipos externos y dedicados de prueba y medición.

Realizaciones de la presente invención usan el acoplamiento mutuo para transportar una parte de la energía transmitida, inmediatamente de vuelta al trayecto de recepción del sistema, donde la misma puede ser capturada y

analizada, y a partir de dicho resultado se puede calcular un conjunto de predistorsiones y el mismo se puede alimentar de vuelta hacia el generador de formas de onda del excitador y/o a procesadores de la señal en el receptor o a cualquier otro lugar de la cadena de recepción y procesado. Las compensaciones de predistorsión resultantes corrigen la distorsión observada a la que contribuyen todos y cada uno de los elementos del trayecto de la señal de transmisión y recepción del sistema, Incluyendo los elementos de transmisión y recepción de su antena, lo cual permite una precisión mucho mayor de la predistorsión de las formas de onda y, por lo tanto, unas imágenes con calidad superior. El uso del hardware operativo propio del sistema, según la presente invención, para generar, transmitir, recibir, adquirir y procesar la señal de referencia y calibración elimina la necesidad de equipos de prueba externos, y elimina también el error adicional introducido al usar hardware externo para generar o analizar la señal de referencia.

Según una realización, la presente invención se refiere a un método para caracterizar la distorsión en un sistema de transmisión/recepción de radiofrecuencia. En este método, se genera una señal de referencia de radiofrecuencia, dicha señal se transmite a través de un trayecto de transmisión que es también utilizable para transmitir una señal operativa, y se recibe a través de un trayecto de recepción que es utilizable también para recibir una señal operativa. Esa señal se propaga también a través de un campo de acoplamiento mutuo desde un elemento radiante de una antena a un elemento de recepción de una antena, siendo utilizables también dichos elementos con una señal operativa. La señal también se adquiere y analiza para determinar una diferencia entre una forma de onda de referencia... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Método para caracterizar la distorsión en un sistema de transmisión/recepción de radiofrecuencia, que comprende:

generar una señal de referencia de radiofrecuencia;

transmitir la señal de referencia a través de un trayecto de transmisión que es utilizable también para transmitir una señal operativa;

recibir la señal de referencia a través de un trayecto de recepción que es utilizable también para recibir una señal operativa;

acoplar mutuamente la señal de referencia de un elemento radiante de antena a un elemento receptor de antena, siendo utilizables también dichos elementos con una señal operativa;

adquirir y analizar la señal de referencia para determinar una diferencia entre una forma de onda de referencia y una forma de onda de la señal de referencia recibida o una transformación de la misma según se adquiere a partir del acoplamiento mutuo, con el fin de determinar una compensación de predistorsión, y

aplicar la compensación de predistorsión determinada a por lo menos uno de la generación de una señal operativa o el procesado de una señal operativa recibida.

2. Método de la reivindicación 1, en el que dicha compensación de predistorsión tiende a reducir al menos un aspecto de una diferencia entre una forma de onda de referencia y una forma de onda de la señal de referencia recibida o una transformación de la misma según se adquiere a partir de un acoplamiento mutuo.

3. Método de la reivindicación 1 ó 2, que comprende además aplicar la compensación de predistorsión determinada a por lo menos uno de la generación de una señal de referencia o el procesado de una señal de referencia recibida, propagar la señal de referencia a través del sistema, y determinar una diferencia entre una forma de onda de referencia y una forma de onda de la señal de referencia recibida o una transformación de la misma según se adquiere a partir del acoplamiento mutuo.

4. Método de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, que comprende además repetir iterativamente por lo menos una vez la determinación de una compensación de predistorsión que tiende a reducir al menos un aspecto de una diferencia entre una forma de onda de referencia y una forma de onda de la señal de referencia recibida o una transformación de la misma según se adquiere a partir del acoplamiento mutuo, aplicar dicha compensación de predistorsión determinada iterativamente a por lo menos una de la generación de una señal de referencia iterativa o el procesado de una señal de referencia iterativa recibida, propagar dicha señal de referencia iterativa a través del sistema, y determinar una diferencia entre una forma de onda de referencia y una forma de onda de la señal de referencia iterativa recibida o una transformación de la misma según se adquiere a partir del acoplamiento mutuo.

5. Método de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en el que el trayecto sobre el cual se propaga la señal de referencia a través del sistema después de ser generada y antes de ser adquirida, dejando de lado cualquier trayecto entre el elemento radiante de antena y el elemento receptor de antena, es sustancialmente el mismo que un trayecto sobre el cual se propaga una señal operativa a través del sistema después de ser generada y antes de ser adquirida.

6. Método de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, que comprende además usar una forma de onda de la señal de referencia o una transformación de la misma como forma de onda de una señal operativa.

7. Método de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, que comprende además seleccionar para su uso una señal de referencia que comprende una forma de onda que enfatiza al menos un aspecto de una diferencia entre una forma de onda de referencia y una forma de onda de la señal de referencia recibida o una transformación de la misma según se adquiere a partir del acoplamiento mutuo.

8. Método de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, que comprende además: cambiar por lo menos una vez el trayecto de la señal a través del sistema; generar una señal de referencia de radiofrecuencia;

transmitir la señal de referencia a través de un trayecto de transmisión que es también utilizable para transmitir una señal operativa;

recibir la señal de referencia a través de un trayecto de recepción que es utilizable también para recibir una señal operativa;

acoplar mutuamente la señal de referencia de un elemento radiante de antena a un elemento receptor de antena,

siendo utilizables también dichos elementos con una señal operativa;

adquirir y analizar la señal de referencia para determinar una diferencia entre una forma de onda de referencia y una forma de onda de la señal recibida o una transformación de la misma según se adquiere a partir del acoplamiento mutuo; y

determinar un promedio de conjunto de las diferencias asociadas a cada uno de una pluralidad de trayectos de la señal entre una o más formas de onda de referencia y una forma de onda de una señal recibida o una transformación de la misma según se adquiere a partir del acoplamiento mutuo.

9. Sistema de transmisión/recepción de radiofrecuencia que comprende:

un excitador (102) con capacidad de producir una señal de referencia de radiofrecuencia;

un lado (108, 110, 116) de transmisión que comprende por lo menos un trayecto (106, 112, 118) de señal de transmisión que comprende un elemento radiante de antena, siendo utilizables dicho trayecto de señal de transmisión y dicho elemento radiante de antena (114, 120) para transmitir señales operativas;

un lado (126, 132) de recepción que comprende por lo menos un trayecto (124, 130) de señal de recepción que comprende un elemento receptor (122, 128) de antena, siendo utilizables dicho trayecto de señal de recepción y dicho elemento receptor (122, 128) de antena para recibir señales operativas;

en donde por lo menos un elemento receptor (122, 128) de antena está dispuesto en las proximidades de por lo menos un elemento radiante (114, 120) de antena permitiendo el acoplamiento mutuo (142, 144);

un receptor (138) de señales con capacidad de adquirir una señal;

circuitería (140) configurada para determinar una diferencia entre una forma de onda de referencia y una forma de onda de una señal recibida o transformación de la misma según se adquiere a partir del acoplamiento mutuo para determinar una compensación de predistorsión, y

circuitería configurada para aplicar la compensación de predistorsión determinada a por lo menos uno de la generación de una señal o el procesado de una señal recibida.

10. Sistema de la reivindicación 9, que comprende además circuitería configurada para determinar una compensación de predistorsión que tiende a reducir al menos un aspecto de una diferencia entre una forma de onda de referencia y una forma de onda de la señal de referencia recibida o una transformación de la misma según se adquiere a partir del acoplamiento mutuo.

11. Sistema de cualquiera de las reivindicaciones 9 a 10, que comprende además una pluralidad de trayectos de la señal, y circuitería configurada para determinar un promedio de conjunto de las diferencias asociadas a cada uno de una pluralidad de trayectos de la señal entre una o más formas de onda de referencia y una forma de onda de una señal recibida o una transformación de la misma según se adquiere a partir del acoplamiento mutuo.