Un método para medir el rendimiento de radiación de las antenas o la potencia de comunicación de los terminales inalámbricos,

que comprende las etapas de colocar al menos dos antenas o terminales de los que uno es la antena o terminal en pruebas (en adelante AEP o TEP) (9), y el otro es una antena o terminal de referencia, o bien juntos o bien uno a la vez en una cámara (1) con paredes reflectantes hacia dentro, y medir cada uno de ellos a la vez cuando, o bien el otro está presente en la cámara pero no se ha activado, o bien el otro no está presente (o los otros no están presentes) en la cámara (1) cuyo método comprende además las siguientes etapas a) &8211;c): a) en el que, para la determinación del rendimiento de radiación, el rendimiento de radiación de la AEP del TEP (9) se determina a partir del nivel medio de la potencia transmitida, medido entre una antena fija (en adelante AF) (3) y la AEP o el TEP (9), dividido por el nivel medio de la potencia trasmitida medido entre la AF (3) y la otra antena de referencia, y multiplicado por el rendimiento de radiación conocido de la antena de referencia, cuando el promedio se ha hecho realizando una serie de medidas sobre varias distribuciones de campo independientes en la cámara (1); b) en el que, para la determinación de la potencia de comunicación, la potencia de comunicación del TEP (9) se determina a partir del nivel medio de la potencia recibida, medido en una antena fija AF (3) cuando el TEP (9) está transmitiendo, dividido por el nivel medio de la potencia recibida, medido en la AF (3) cuando el terminal de referencia está transmitiendo, y multiplicado por la potencia de comunicación conocida del terminal de referencia, en donde el cálculo del promedio se realiza haciendo una serie de medidas sobre varias distribuciones de campo independientes en la cámara (1); y c) en el que, para la determinación de la potencia de comunicación, la potencia de comunicación del TEP (9) se determina a partir del nivel medio de la potencia recibida, medido en una antena fija AF (3) cuando el TEP (9) está transmitiendo, dividido por la función de transferencia de potencia media de la cámara (1) entre la AF (3) y una antena con bajas pérdidas y buena adaptación de impedancia, donde el cálculo del promedio se realiza haciendo una serie de medidas sobre varias distribuciones de campo independientes en la cámara (1)

Antecedentes de la invención

La telefonía móvil e inalámbrica ha crecido enormemente en los últimos años, y se espera que continúe creciendo en todo el mundo. Además, cada vez se añaden más servicios, tales como el acceso a Internet. En un sistema de comunicaciones móviles, los teléfonos móviles son terminales, y la red está formada por la conexión inalámbrica de cada terminal a la estación base fija más próxima, donde las estaciones base se conectan juntas con otras estaciones base en una red fija. En los años próximos se verá también un rápido crecimiento de los enlaces de microondas de corto alcance, como los sistemas Bluetooth. En un sistema Bluetooth, dos terminales, que están situados con una separación de hasta 100 metros, se comunican directamente entre sí.

Los sistemas Bluetooth y los enlaces similares de comunicaciones inalámbricas de corto alcance están destinados a sustituir a todos los cables de señal actuales, por ejemplo, el ratón, el teclado y los cables de señal de un PC, y el de un teléfono móvil. El Bluetooth abrirá también numerosas posibilidades nuevas para localizar sensores, y para transferir señales de los sensores, así como de – y a – unidades de control en máquinas y fábricas.

Muchos de los terminales mencionados anteriormente están ubicados en un entorno denominado “ de trayectoria múltiple”. Esto significa que las ondas electromagnéticas (que se modulan con la señal) tomarán muchas trayectorias simultáneas entre el terminal de transmisión (o estación base) y el terminal de recepción. Estas trayectorias son causadas por reflexiones de objetos como edificios, paredes, árboles, coches y mobiliario, así como de seres humanos y de animales

Por tanto, las antenas sobre terminales están diseñadas preferiblemente para operaciones en un entorno de trayectorias múltiples. Esto quiere decir que la forma del diagrama de radiación representa un papel de poca importancia. El parámetro más importante de las prestaciones es, para el caso de la transmisión, el rendimiento de la radiación. Cuanto mayor sea el rendimiento de la radiación, mejor, es decir, será mejor que se irradie más potencia de la antena terminal. El rendimiento de la radiación tiene tres contribuciones principales: el rendimiento de la transmisión debido a reflexiones (es decir, desequilibrio) en la puerta de antena, la reducción del rendimiento debida a pérdidas óhmicas en la propia antena, y la reducción de rendimiento debida a pérdidas óhmicas en el entorno externo próximo de la antena. Este entorno próximo puede cambiar dependiendo de cómo se opere la antena o el terminal. Un ejemplo es la pérdida que existe en la cabeza y en la mano durante el funcionamiento de un teléfono móvil. La distribución relativa entre las tres contribuciones al rendimiento de la radiación, así como el propio rendimiento total de la radiación, cambiará con el entorno.

El rendimiento de la radiación se ha explicado anteriormente para una antena de terminal de transmisión, pero los mismos términos son válidos y útiles para las antenas de recepción, debido a la reciprocidad.

Tradicionalmente, las prestaciones de radiación de las antenas se miden en exteriores o en cámaras anecoicas. La antena sometida a prueba se monta en una plataforma giratoria en un extremo de la cámara o intervalo de la medida, y existe una torre de antena de transmisión en el extremo opuesto. El diagrama de transmisión se obtiene como la transmisión entre las dos antenas como una función del ángulo de rotación de la plataforma giratoria. Para obtener el rendimiento de la radiación, se necesita medir el diagrama de radiación en todas las direcciones del espacio, e integrar la densidad de potencia recibida para hallar la potencia total irradiada. Con ello se obtendrá entonces el rendimiento de la radiación cuando se compare con la integral de potencia correspondiente de una antena de referencia. Esta configuración tradicional de la medida requiere un equipo caro, mucho trabajo, y el resultado final se obtiene después de un largo procedimiento de medida. Además, los diagramas de radiación medidos no son de mucho interés para las antenas terminales.

Como ya se ha explicado, el rendimiento de la radiación depende del entorno próximo en el que esté instalada la antena. Por tanto, la antena terminal necesita probarse en dichos entornos; por ejemplo, una antena de teléfono móvil necesita probarse en diferentes posiciones y orientaciones con respecto a la cabeza y la mano de un ser humano. Diferentes antenas terminales se comportarán de forma diferente en entornos diferentes, y una buena antena mantendrá un alto rendimiento de radiación en diferentes entornos. Por tanto, es necesario realizar una gran cantidad de medidas de antenas terminales en diferentes entornos. Esta operación consume tiempo y es cara con las medidas tradicionales de los diagramas de radiación.

Problemas similares a los anteriormente indicados se plantean cuando se mide la potencia total irradiada de todo el terminal inalámbrico o móvil, tal como de un teléfono móvil. Además, existe un problema conocido con la realización de una estimación rápida, fácil y/o fiable de la absorción de la radiación electromagnética en el cuerpo humano. Esto es importante, debido a los posibles efectos sanitarios, pero también porque la absorción reduce la potencia total irradiada fuera del cuerpo humano que se use para comunicar. En un teléfono móvil, se hace referencia a esta potencia irradiada exterior como la potencia de comunicación telefónica (en adelante TCP o simplemente CP). Esta es la potencia total irradiada por el teléfono, menos la pérdida de potencia en el cuerpo humano. Cuanto mayor sea esta potencia de comunicación (CP), mejor será la operación del teléfono cuando éste se encuentre ubicado en un entorno donde la señal de la estación base sea baja. El equipo actual que se usa para medir la radiación en el cuerpo humano es muy caro y de utilización laboriosa.

El documento DE 198 12 923 A1 divulga un aparato y un método para medir el rendimiento de la radiación de antena o la potencia de comunicación de terminales inalámbricos en los que tanto la antena o el terminal que se van a probar como una antena fija conectada con equipo para pruebas adicional, se colocan dentro de una cámara con paredes reflectoras hacia dentro.

El documento titulado “ UN MÉTODO PERFECCIONADO PARA LA MEDIDA DEL RENDIMIENTO DE LA RADIACIÓN EN ANTENAS PEQUEÑAS”, realizado por JONSTON R.H., MCRORY JG, REVISTA DEL IEEE DE ANTENAS Y PROPAGACIÓN; PISCATAWAY, NJ, USA,10-01-1998, VOL 40, NR 5, PÁGINAS 40-48, describe un método de medida de antenas en el que la radiación se mide con la ayuda de una antena de referencia.

Objeto y características de la invención

Por tanto, el objeto de la invención es proveer un método para medir las prestaciones de las antenas así como de terminales completos móviles e inalámbricos, que soluciona al menos en parte los problemas planteados en la técnica anterior. La presente invención está dirigida a un método según la reivindicación 1.

Más específicamente, el aparato y la instrumentación se configuran para medir el rendimiento de radiación de las antenas o la potencia de comunicación (CP) de terminales móviles e inalámbricos como los de los teléfonos móviles. Comparado, por ejemplo, con un intervalo estándar de medidas de antena, es más barato y requiere mucho menos espacio y esfuerzo. Las medidas se pueden hacer también mucho más deprisa, y la exactitud es elevada.

La cámara tiene paredes reflectantes. En esta memoria se usa el término “pared” para describir las paredes laterales, el techo y el suelo.. Las paredes reflectantes se proveen más fácilmente con hojas o placas metálicas. Al menos en una de las paredes de la cámara hay una puerta de acceso, que se cierra durante las medidas. La cámara puede tener cualquier forma y tamaño. Normalmente, por razones prácticas, la cámara será rectangular. Otras formas, que son de fácil realización, son las paredes verticales con suelo y techo planos y con una sección transversal horizontal que forma un círculo, una elipse o un polígono.

La cámara se excita mediante una antena de transmisión, a la que se hará referencia como antena fija (en adelante AF). Esta antena fija (AF) es una antena pequeña de cualquier clase, preferiblemente ubicada en una esquina de la cámara, y que preferiblemente no dirige su radiación directamente a la parte central... [Seguir leyendo]

1. Un método para medir el rendimiento de radiación de las antenas o la potencia de comunicación de los terminales inalámbricos, que comprende las etapas de colocar al menos dos antenas o terminales de los que uno es la antena o terminal en pruebas (en adelante AEP o TEP) (9), y el otro es una antena o terminal de referencia, o bien juntos o bien uno a la vez en una cámara (1) con paredes reflectantes hacia dentro, y medir cada uno de ellos a la vez cuando, o bien el otro está presente en la cámara pero no se ha activado, o bien el otro no está presente (o los otros no están presentes) en la cámara (1)

cuyo método comprende además las siguientes etapas a) –c):

a) en el que, para la determinación del rendimiento de radiación, el rendimiento de radiación de la AEP del TEP (9) se determina a partir del nivel medio de la potencia transmitida, medido entre una antena fija (en adelante AF) (3) y la AEP o el TEP (9), dividido por el nivel medio de la potencia trasmitida medido entre la AF (3) y la otra antena de referencia, y multiplicado por el rendimiento de radiación conocido de la antena de referencia, cuando el promedio se ha hecho realizando una serie de medidas sobre varias distribuciones de campo independientes en la cámara (1);

b) en el que, para la determinación de la potencia de comunicación, la potencia de comunicación del TEP

(9) se determina a partir del nivel medio de la potencia recibida, medido en una antena fija AF (3) cuando el TEP (9) está transmitiendo, dividido por el nivel medio de la potencia recibida, medido en la AF (3) cuando el terminal de referencia está transmitiendo, y multiplicado por la potencia de comunicación conocida del terminal de referencia, en donde el cálculo del promedio se realiza haciendo una serie de medidas sobre varias distribuciones de campo independientes en la cámara (1); y

c) en el que, para la determinación de la potencia de comunicación, la potencia de comunicación del TEP

(9) se determina a partir del nivel medio de la potencia recibida, medido en una antena fija AF (3) cuando el TEP (9) está transmitiendo, dividido por la función de transferencia de potencia media de la cámara (1) entre la AF (3) y una antena con bajas pérdidas y buena adaptación de impedancia, donde el cálculo del promedio se realiza haciendo una serie de medidas sobre varias distribuciones de campo independientes en la cámara (1).

2. Un método según la reivindicación 1, en el que el rendimiento de radiación de la AEP (9) se determina a partir de las medidas del coeficiente de reflexión en la puerta de la AEP (9) cuando ésta se encuentra situada en la cámara (1), y cuando estos valores están relacionados con medidas del coeficiente de reflexión de una antena de referencia con un rendimiento de radiación conocido, cuando esta antena de referencia está situada en la cámara (1).

3. Un método según la reivindicación 2, en el que los valores medidos de los coeficientes de reflexión se procesan de tal manera que se puede eliminar la parte que es debida a las prestaciones de la antena en el denominado “entorno de espacio libre”, y la parte estadística restante, se eleva al cuadrado y se promedia sobre todas las posiciones de los objetos móviles y rotativos, y preferiblemente también se promedia sobre un ancho de banda de frecuencia adicional, de tal manera que el rendimiento de radiación se halla relacionando el valor medio resultante para el TEP (9) con el valor medio para la antena de referencia.

4. Un método según la reivindicación 1, en el que las distribuciones de campo independientes se obtienen moviendo o rotando uno o más objetos dentro de la cámara (1) durante la medición.

5. Un método según la reivindicación 4, en el que como mínimo dos objetos se mueven o se rotan durante la medida de un modo secuencial.

6. Un método según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que las distribuciones de campo independientes se obtienen cambiando la frecuencia de tal manera que el promedio de la potencia recibida o de la potencia de transmisión se obtiene promediando tanto sobre los objetos móviles o rotados como sobre una banda de frecuencia determinada.

7. Un método según la reivindicación 6, en el que el cálculo del promedio de las frecuencias se realiza sobre un ancho de banda determinado, después de que se ha eliminado la reducción de la potencia recibida o de la potencia transmitida, que es debida a las reflexiones en la puerta de la AF (3).

8. Un método según las reivindicaciones 6 ó 7, en el que el cálculo del promedio de las frecuencias se realiza sobre un ancho de banda determinado, después de que se ha eliminado la reducción de la potencia recibida o de la potencia transmitida, que es debida a las reflexiones en la puerta del TEP (9).

9. Un método según las reivindicaciones 6, 7 ú 8, en el que el cálculo del promedio de las frecuencias se realiza sobre un ancho de banda determinado, después que se ha eliminado la contribución a la potencia recibida o a la potencia transmitida, que es debida al acoplamiento directo entre la AF (3) y la AEP o el TEP (9).

10. Un método según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, en el que el terminal en prueba comprende un teléfono móvil o una unidad Bluetooth.

11. Un método según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, en el que el TEP (9) está montado en un teléfono móvil o en una unidad Bluetooth.

12. Un método para estimar la absorción de la radiación electromagnética en los cuerpos, que comprende el método de medida según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11, con las etapas adicionales de colocar

5 un cuerpo con pérdidas dentro de la cámara (1), tanto durante las medidas de referencia como durante las medidas de prueba, y obtener la absorción mediante la comparación de una medida cuando la AEP o el TEP

(9) están situados muy próximos al cuerpo, con una medida cuando estén situados con una separación con respecto al cuerpo de al menos 0,5 longitudes de onda.

13. Un método según la reivindicación 12, en el que el resultado de una medida cuando la AEP o el TEP (9) 10 están situados lejos del cuerpo se estima basándose en datos previamente guardados en memoria.

14. Un método según la reivindicación 13, en el que el cuerpo es una cabeza fantasma humana llena de un líquido que se asemeja a las propiedades dieléctricas de las células grises del cerebro.

15. Un método según la reivindicación 14, que incluye además medir el coeficiente de reflexión de una antena como aparece cuando la antena está ubicada en espacio libre, que comprende las etapas de colocar la antena

15 en una cámara (1) con paredes reflectantes hacia dentro, medir el coeficiente de reflexión para varias posiciones diferentes de objetos móviles o rotativos situados dentro de la cámara (1), y promediar los coeficientes de reflexión medidos sobre estas posiciones.

16. Un método según la reivindicación 14, que incluye además medir el coeficiente de reflexión de una antena como aparece cuando la antena está situada en espacio libre, que comprende las etapas de colocar la antena en una cámara (1) con paredes reflectantes hacia dentro, medir el coeficiente de reflexión para muchas frecuencias diferentes, y promediar los coeficientes de reflexión medidos sobre una ventana de frecuencias que sea barrida sobre las frecuencias de interés.