La presente invención es un aparato que permite controlar los campos electromagnéticos dentro de una cavidad resonante multimodo de una forma precisa.

El analizador de múltiples entradas y múltiples salidas (Analizador MIMO) incorpora varios elementos como son: las antenas de banda ancha, la pieza metálica con ranuras, las lentes de diversas clases y los agitadores de modos no metálicos que junto a procedimientos como la situación de los elementos bajo prueba fuera de la cavidad permiten controlar los campos electromagnéticos en su interior. Este control permite poder emular el comportamiento de terminales de comunicaciones inalámbricas en distintos escenarios reales de exterior y de interior. Algunos de los elementos y procedimientos implementados en el analizador MIMO pueden ser usados en los aplicadores industriales multimodo de microondas industriales diseñados para el calentamiento, secado y curado de materiales, conocidos como hornos microondas, permitiendo un aumento de la eficiencia y homogenización del proceso

Analizador de múltiples entradas y múltiples salidas.

Campo de la invención

Los sistemas inalámbricos que plantean múltiples entradas y múltiples salidas (MIMO) de la señal se basan en convertir la propagación multicamino, inicialmente considerada un problema, en la solución a las limitadas capacidades de transmisión. De esta forma se posibilita el empleo de canales de transmisión en paralelo aumentando el número de antenas de transmisión y/o recepción. Así se pueden obtener altas eficiencias espectrales sobre el canal radio constituyendo, por tanto, una vía muy prometedora para satisfacer los altos requerimientos de la futura Cuarta Generación (4G) de sistemas de comunicaciones móviles. Cuando los canales de transmisión no transportan información sino energía al emplear fuentes de gran potencia, lo que se puede obtener los efectos de calentamiento, secado y curado de materiales.

Antecedentes de la invención

Un analizador de múltiples entradas y múltiples salidas, es una cámara resonante multimodo con alto factor Q, con una distribución espacial muy inhomogénea del campo eléctrico y magnético. Consiste en dos cavidades, superior e inferior, acopladas mediante una placa metálica con ranuras y a cuyo interior se accede por una puerta apantallada. Existen diversos elementos y métodos para homogenizar el campo como son: los agitadores de modos, las piezas metálicas con ranuras o el movimiento del objeto bajo estudio dentro de la cámara. Hasta ahora todos los agitadores de modos han sido construidos en materiales metálicos, algunos con formas especiales como los que se pueden consultar el documento WO200054365. Por otra parte piezas metálicas con ranuras se describen en WO2008031964 restringiendo su aplicación al sector aeronáutico.

Las cavidades resonantes multimodo se utilizan en aplicaciones de comunicaciones inalámbricas para realizar medidas en el laboratorio que emulan las realizadas para los terminales móviles en distintos entornos de propagación con una distribución isotrópica y Rayleigh. Entre los parámetros que se pueden medir están: diversidad de ganancia, capacidad MIMO, eficiencia de la antena, potencia absorbida, correlación entre antenas, tasa de absorción especifica, sensibilidad de la antena, probabilidad de error por bit (BER), (siendo revindicados en la patente US 7.286.961 la medida de los dos últimos en cámara de reverberación). Por tanto hasta ahora solo se podían realizar medidas de entornos Rayleigh isotrópicos en cavidades resonantes multimodo. Además existe la posibilidad de realizar medidas con diferentes maniquís rellenos de líquidos con pérdidas que simulen diferentes partes del cuerpo humano o diferentes tejidos con el objeto de provocar la absorción de energía en el mismo y la reducción de la eficiencia de radiación del elemento bajo prueba, asemejando su comportamiento a aquel que tendría este elemento en presencia de un ser humano, permitiendo, por ejemplo, investigar los efectos que produce la cabeza del usuario en el terminal móvil.

Los distintos entornos de propagación existentes para las comunicaciones inalámbricas pueden modelarse mediante diferentes funciones de probabilidad. Dos de las funciones más habituales para modelar estos entornos son las funciones Rayleigh y Rician con factor K. El factor K es el parámetro que define los distintos escenarios de tipo Rician. Estos entornos de propagación determinarán las prestaciones de los sistemas de comunicaciones inalámbricas que funcionen en dicho entorno. Como regla general las macroceldas tienen un factor K en la distribución Rician mayor que las microceldas, es decir, presentan un componente de visión directa (LoS) más dominante, y dentro de la celda el factor K decrece a medida que aumenta la distancia al transmisor. Por el contrario, los entornos de interior de edificios y urbanos suelen tener una rica dispersión multicamino, lo suficientemente importante como para hacer que la visión directa sea raramente dominante, convirtiendo el comportamiento estadístico de la recepción de la señal a una distribución tipo Rayleigh. El problema es que hasta ahora solo se podían emular entornos Rayleigh, por tanto cuando se quiere evaluar los distintos terminales en el resto de entornos se tiene que recurrir a realizar las medidas en los diferentes lugares resultando esto de alto coste en tiempo y dinero.

Otra aplicación de las cavidades resonantes multimodo son el calentamiento, secado y curado por microondas, es decir, aquellos procesos consistentes en irradiar campos electromagnéticos de elevadas frecuencias y alta potencia en una cavidad para generar calor en una muestra de un material cualquiera. En un horno microondas el objeto a calentar se sitúa, bien en una posición fija arbitraria o bien sobre un plato giratorio que la hace rotar con el fin de uniformizar lo más posible su calentamiento. En función de los campos electromagnéticos incidentes en la muestra, el calentamiento será más o menos eficiente por lo que ya se han desarrollado procedimientos patentados como el descrito en el documento ES 2246183 para obtener la posición óptima de la muestra en función de los campos electromagnéticos. El objetivo es obtener la máxima eficiencia y el calentamiento más homogéneo posible. Para ello se deben concentrar los campos electromagnéticos en la muestra de manera homogénea. El problema es que la eficiencia de calentamiento puede variar de un 20% a un 90% en función de la distribución de campos, con los métodos existentes, cuando cambia la muestra a calentar en tamaño o propiedades la eficiencia disminuye ya que no existe la posibilidad de cambiar el campo electromagnético.

Descripción de la invención

El analizador de múltiples entradas y múltiples salidas objeto de la invención realiza emulaciones del comportamiento de un terminal con múltiples antenas en todo tipo de entornos de propagación o proporciona elevación de la temperatura del material en su interior. Por tanto el analizador de múltiples entradas y múltiples salidas es capaz de reproducir tanto entornos isotrópicos como no-isotrópicos, así como emular entornos con distintas distribuciones en un laboratorio. Además mediante un procedimiento es capaz de transformar un entorno de medida en otro. Por tanto el analizador de múltiples entradas y múltiples salidas es capaz de emular los diferentes entornos de propagación para terminales con múltiples antenas, además de poder incluir efectos como la presencia de la cabeza humana. Asimismo, cuando se emplean fuentes de gran potencia es capaz de producir un calentamiento en el material de su interior con un control específico de la homogeneidad en la distribución del calor.

El analizador de múltiples entradas y múltiples salidas es un tipo de cámara resonante multimodo que comprende varios elementos y procedimientos para realizar un control dinámico de los campos electromagnéticos en su interior. Los elementos incluidos en el analizador de múltiples entradas y múltiples salidas objetos de la invención son:

El primer elemento incluido en el analizador de múltiples entradas y múltiples salidas es el conjunto de pieza metálica con ranuras y las piezas que abren y cierran dichas ranuras en adelante piezas conmutadoras. Estos elementos dividen la cámara en dos cavidades, superior e inferior, que se encuentran acopladas por su existencia. Estos elementos logran transformar la distribución de campo procedente de una o varias antenas o fuentes con posiciones fijas situadas en la cavidad superior en una distribución que tiene diferentes fuentes que conmutan entren activas y no activas en función de si los elementos conmutadores abren y cierran dichas ranuras en la cavidad inferior. Además las piezas conmutadoras pueden ser de distintos materiales, si son metálicas la conmutación será on/off al no permitir el paso de señal mientras que si están hechas de otros materiales que puedan ser atravesados parcialmente por las radiaciones electromagnéticas provocará una activación parcial de dicha fuente. Por último las fuentes pueden ser activadas parcialmente también dejando entre abiertas esas ranuras. La activación parcial de una fuente es una novedad que puede proporcionar ventajas evidentes a la hora de controlar los campos electromagnéticos.

En segundo elemento en el analizador de múltiples entradas y múltiples salidas es la fabricación de los agitadores de modos en materiales tanto metálicos como diferentes a materiales metálicos. De esta forma las ondas electromagnéticas no solo se reflejan en los agitadores metálicos, sino que también se refractan. Así se consigue la creación de nuevos...

1. El analizador de múltiples entradas y múltiples salidas (1) es una cámara resonante multimodo que comprende los siguientes elementos:

- Pieza ranurada (2) que separa la cámara en dos cavidades, cavidad superior (3) donde se sitúan los sistemas de emisión de señal y cavidad inferior (4) donde se sitúan los sistemas de recepción de señal.

- Piezas conmutadoras móviles (5) que abren y cierran, total o parcialmente, las ranuras de la pieza (2).

- Ejes (6) a través de los cuales se mueven las piezas conmutadoras móviles (5).

- Uno o varios agitadores de modos (8).

- Una lente o varias lentes (9).

- Una puerta (12)

- Una o varias antenas de banda ancha (10)

- Unos medios de transmisión de señal y unos medios de recepción de señal.

2. Un analizador de múltiples entradas y múltiples salidas según la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que el elemento que separa los sistemas de emisión de señal de los sistemas de recepción de señal esta caracterizado por el hecho de tener diversas ranuras, con diversas formas, que pueden abrirse y cerrarse para modificar los campos electromagnéticos en una cámara resonante formada por varias cavidades.

3. Un elemento según la reivindicación 2, caracterizado por el hecho de que esta construido en un elemento no metálico de forma que permita atravesar parcialmente los campos electromagnéticos.

4. Un elemento según la reivindicación 2, caracterizado por el hecho de que se puedan abrir y cerrar diversas ranuras simultáneamente y que se puedan quedar entreabiertas cualquiera de las ranuras simultáneamente, creando de esta forma modos de campos electromagnéticos de orden superior.

5. Un analizador de múltiples entradas y múltiples salidas según la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que los agitadores de modos (6) están construidos en un elemento no metálico de forma que permita atravesar parcialmente los campos electromagnéticos.

6. Un analizador de múltiples entradas y múltiples salidas (1) según la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que contenga antenas de banda ancha (10) en la cavidad superior e inferior.

7. Procedimiento que utilice de manera individual o de forma combinada los elementos del analizador de múltiples entradas y múltiples salidas descritos en la reivindicación 1 para emular diferentes entornos de propagación en sistemas de comunicaciones inalámbricas mediante un envío de la señal a la frecuencia que se desea probar, el movimiento de las piezas conmutadoras móviles, el movimiento de los agitadores de modo, la recepción de la señal en el elemento bajo prueba, afectada por la combinación de elementos del analizador, el muestreo y cuantificación de la señal recibida por el elemento bajo prueba y un adecuado procesado de dichas muestras de señal.

8. Procedimiento que utiliza el analizador de múltiples entradas y múltiples salidas descrito en la reivindicación 7 caracterizado por que se introducen materiales con pérdidas dentro del analizador de múltiples entradas y múltiples salidas antes de realizar la recepción de la señal en el elemento bajo prueba.

9. Procedimiento que utiliza el analizador de múltiples entradas y múltiples salidas descrito en la reivindicación 7 caracterizado por el hecho de que los elementos de recepción de la señal se sitúan en el exterior del analizador de múltiples entradas y múltiples salidas y posteriormente se toman muestras de la señal recibida en el elemento bajo prueba.

10. Un procedimiento como el descrito en la reivindicación 7 caracterizado por que la comunicación entre los medios de transmisión y recepción se realiza a través de una puerta con diferentes grados de apertura de forma secuencial o aislada.

11. Un procedimiento como el descrito en la reivindicación 7 caracterizado por que la comunicación entre los medios de transmisión y recepción se realiza a través de una o varias ranuras situadas en una o varias paredes de la cavidad inferior resonante multimodo.

12. Procedimiento que utiliza el analizador de múltiples entradas y múltiples salidas descrito en la reivindicación 7 caracterizado por el hecho de que transforma un entorno emulado en el analizador de múltiples entradas y múltiples salidas a otro entorno de propagación distinto mediante una adecuada selección de las muestras tomadas con la misma prueba.

13. Procedimiento que utiliza el analizador de múltiples entradas y múltiples salidas descrito en la reivindicación 7 caracterizado por el hecho de que existan elementos que emulen la presencia de seres vivos como puede ser un maniquí relleno de diversos líquidos.

14. Procedimiento que utiliza el analizador de múltiples entradas y múltiples salidas descrito en la reivindicación 1 para procesos industriales de calentamiento, secado y curado de materiales asistido por microondas mediante la inserción de fuentes de gran potencia, como magnetrones, justo antes de las antenas de banda ancha, y elementos de protección de dichas fuentes como circuladotes y aisladores, que inyecten señal de transmisión de gran potencia y permitan la evaluación del grado de calentamiento de las muestras con el objeto de interrumpir la inyección de señal cuando la muestra bajo tratamiento alcance la temperatura deseada durante el tiempo deseado.

15. Un procedimiento como el descrito en la reivindicación 14 caracterizado porque pueda aumentar la eficiencia u homogenización en el proceso de calentamiento, secado y curado de materiales por microondas mediante el control automático de la potencia variable de las fuentes de energía y el movimiento del elemento bajo tratamiento en el interior de la cavidad inferior.