Un modulador de fase (20) diseñado para obtener a su salida un margen de fase estable de 360°,

que comprende: un generador para inyectar (200) una señal a una frecuencia de entrada ω0; un oscilador push-push que a su vez comprende un primer oscilador (201) y un segundo oscilador (202) igual al primero (201), operando ambos osciladores (201, 202) a dicha misma frecuencia de entrada ω0;, estando dichos primer y segundo osciladores (201, 202) conectados entre sí mediante una red de acoplo (203) diseñada para que las salidas de ambos osciladores (201, 202) se encuentren desfasadas entre sí 180°, donde dicho oscilador push-push comprende además una red de combinación de potencia (204) diseñada para sumar la salida de ambos osciladores (201, 202) y obtener una salida única (205) cuya frecuencia de operación es el doble de dicha frecuencia de entrada 2ω0; y medios (207) para inyectar dicha señal de entrada procedente del generador (200), desfasada 180°, simultáneamente a cada uno de dichos primer y segundo osciladores (201, 202). El modulador de fase (20) comprende una red de polarización y control (206) configurada para proporcionar una pluralidad de tensiones de control (V1, V2, V3 ... ) a dichos primer y segundo osciladores (201, 202), habiendo tantos valores para las tensiones de control como número de valores de fase necesarios para un determinado tipo de modulación en fase, donde dichos valores de fase se ajustan mediante el ajuste de al menos una de dichas tensiones de control

Modulador de fase basado en osciladores sincronizados.

Campo de la invención

La presente invención pertenece al campo de los moduladores de fase y, más concretamente, al de los moduladores de fase basados en osciladores sincronizados o inyectados.

Antecedentes de la invención

Recientemente, se ha propuesto el uso de osciladores sincronizados o inyectados (del inglés, injection-locked oscillators) como moduladores de fase directos (del inglés, direct phase modulators) compactos y de bajo coste. Ejemplos de estos moduladores son los descritos por Dussopt, L. et al. en "BPSK and QPSK modulations of an oscillating antenna for transponding applications", Microwaves, Antennas and Propagation, IEE Proceedings, vol. 5, pp. 335-338, Oct 2000, por Liu X. et al. en "New approach for QPSK modulation", Vehicular Tech. Conf. 2001., vol. 2 pp. 1225-1228, 6-9 May 2001, por Drew, S. et al. en "Phase modulated active antenna", Electronics Letters no. 10, pp. 835-836, May 1993 y por Lopez-Villegas, J.M. et al. en "Continuous phase shift of sinusoidal signáis using injection locked oscillators", Microwave and Wireless Components Letters, no. 5, pp. 312-314, May 2005.

Entre otras aplicaciones, este concepto es interesante para la implementación de antenas activas moduladas en fase y sistemas de osciladores acoplados para direccionamiento de haz (del inglés, beam steering). El principio de operación se basa en el hecho de que la fase de un oscilador sincronizado a una frecuencia fija ω_s cambia con el voltaje de polarización (bias voltage) de los dispositivos usados, tal y como describen, por ejemplo, Zhang, X. et al. en "Full 360º phase shifting of injection-locked oscillators", Microw. Guided Wave Letters, no. 1 pp. 14-16, Jan. 1993 y Araña, V. et al. en "Nonlinear synthesis of phase shifters, based on synchronized oscillators", IEEE Microw. And Wire. Comp. Lett., vol. 15, no. 11, pp. 760-762, Nov. 2005. Así, es posible obtener un modulador de fase introduciendo la señal de modulación a través de la línea de polarización. Un problema derivado de esta técnica es la limitación inherente del rango de fase estable a unos 180º, lo cual podría impedir modulaciones del tipo M-PSK, ya que estas requieren variar el valor de fase entre 0º y 360º. Otro aspecto crítico es la no linealidad de la característica de la variación de fase de un oscilador inyectado frente al voltaje de polarización, con una gran sensibilidad cerca de los bordes del intervalo de fase estable, lo que a menudo redunda en una reducción práctica del rango teórico de variación de fase.

Se han propuesto varias soluciones para superar estas limitaciones. Una de ellas es la conexión en cadena de dos osciladores sincronizados (u osciladores inyectados), lo que puede ser difícil de implementar en la práctica, ya que requiere el ajuste del rango de enganche en fase (phase locking) de los dos osciladores, que debe coincidir aproximadamente. Otra solución es la sub-sincronización del oscilador. Esta técnica requiere la inyección de la señal de sincronización a la mitad de la frecuencia de oscilación, lo que proporciona una duplicación inherente de la modulación de fase. El principal inconveniente de esta técnica es que normalmente el ancho de banda de operación de los osciladores sub-sincronizados es muy reducido y además se requiere que el nivel de potencia de inyección sea relativamente alto.

La posibilidad de duplicar el rango estable de variación de fase usando un oscilador push-push sincronizado (del inglés, injection-locked push-push oscillator) se ha estudiado por E. Fernández et al. en "Semi-Analytical Formulation for the Phase-Noise Analysis of Injection-Locked Push-Push Oscillators", 39th European. Microwave Conference, pp. 1680-1683. Nov. 2009 Rome y por M. Pontón et al. en "Harmonic-balance design and analysis of an injection-locked push-push oscillator", Integr. Nonlinear Microw. Millimetre-Wave Circuits, INMMIC 2008. Workshop on pp. 53-56, 24-25 Nov. 2008. Un oscilador push-push se compone de dos circuitos osciladores operando a una frecuencia ω₀, y con diferencia de fase de 180º. Asumiendo simetría perfecta de los dos sub-osciladores a co0, los componentes armónicos impares se cancelan a la salida del circuito, mientras que los componentes armónicos pares se suman en fase. El posible inconveniente de la configuración push-push es su baja potencia de salida. Sin embargo, H. Chang et al. en "A 22 GHz ultra low phase noise push-push dielectric resonator oscillator using MMICs", 12th GaAs symposium, 2004, Amsterdam, ha reportado implementaciones con niveles de potencia adecuados.

Resumen de la invención

La presente invención trata de resolver los inconvenientes mencionados anteriormente y proporciona un modulador de fase basado en osciladores sincronizados alternativo.

Concretamente, en un primer aspecto de la presente invención, se proporciona un modulador de fase diseñado para obtener a su salida un margen de fase estable de 360º, que comprende: un generador para inyectar una señal a una frecuencia de entrada ω₀, un oscilador push-push que a su vez comprende un primer oscilador y un segundo oscilador igual al primero, operando ambos osciladores a dicha misma frecuencia de entrada ω₀, estando dichos primer y segundo osciladores conectados entre sí mediante una red de acoplo diseñada para que las salidas de ambos osciladores se encuentren desfasadas entre sí 180º, donde dicho oscilador push-push comprende además una red de combinación de potencia diseñada para sumar la salida de ambos osciladores y obtener una salida única cuya frecuencia de operación es el doble de dicha frecuencia de entrada 2ω₀. El modulador de fase comprende también medios para inyectar dicha señal de entrada procedente del generador, desfasada 180º, simultáneamente a cada uno de los dos osciladores. El modulador de fase comprende además una red de polarización y control configurada para proporcionar una pluralidad de tensiones de control a los dos osciladores, habiendo tantos valores para las tensiones de control como número de valores de fase necesarios para un determinado tipo de modulación de fase, donde dichos valores de fase se ajustan mediante el ajuste de al menos una de dichas tensiones de control.

En una realización particular, los medios para inyectar dicha señal de entrada procedente del generador, desfasada 180º, simultáneamente a cada uno de dichos primer y segundo osciladores comprenden un transformador.

Alternativamente, los medios para inyectar dicha señal de entrada procedente del generador, desfasada 180º, simultáneamente a cada uno de dichos primer y segundo osciladores comprenden un divisor de potencia.

Preferentemente, el modulador de fase comprende además un codificador digital-analógico configurado para, si la señal a transmitir es digital, codificar el tren de bits de entrada en símbolos adecuados al tipo de modulación que se vaya a utilizar, de forma que dichos valores de las tensiones de control sean los adecuados para que el valor de fase a la salida corresponda con el valor correspondiente a cada símbolo.

En una realización particular, el modulador de fase está configurado para proporcionar a su salida una señal modulada del tipo M-PSK.

Preferentemente, el modulador de fase está configurado para proporcionar una señal de salida a una frecuencia que se encuentra en la banda comprendida entre los 300 MHz y los 30 GHz.

Las ventajas de la invención se harán evidentes en la descripción siguiente.

Breve descripción de las figuras

Con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características de la invención, de acuerdo con un ejemplo preferente de realización práctica del mismo, y para complementar esta descripción, se acompaña como parte integrante de la misma, un juego de dibujos, cuyo carácter es ilustrativo y no limitativo. En estos dibujos:

La figura 1 muestra un esquema general de un oscilador push-push.

La figura 2 muestra un diagrama de bloques de un modulador en fase de acuerdo con una realización de la invención.

La figura 3 muestra la característica de fase del oscilador push-push sincronizado del modulador de fase de la invención, en función de un parámetro P.

La...

1. Un modulador de fase (20) diseñado para obtener a su salida un margen de fase estable de 360º, que comprende:

- un generador para inyectar (200) una señal a una frecuencia de entrada ω₀,

- un oscilador push-push que a su vez comprende un primer oscilador (201) y un segundo oscilador (202) igual al primero (201), operando ambos osciladores (201, 202) a dicha misma frecuencia de entrada ω₀, estando dichos primer y segundo osciladores (201, 202) conectados entre sí mediante una red de acoplo (203) diseñada para que las salidas de ambos osciladores (201, 202) se encuentren desfasadas entre sí 180º, donde dicho oscilador push-push comprende además una red de combinación de potencia (204) diseñada para sumar la salida de ambos osciladores (201, 202) y obtener una salida única (205) cuya frecuencia de operación es el doble de dicha frecuencia de entrada 2ω₀ y

- medios (207) para inyectar dicha señal de entrada procedente del generador (200), desfasada 180º, simultáneamente a cada uno de dichos primer y segundo osciladores (201, 202);

estando el modulador de fase (20) caracterizado por que comprende una red de polarización y control (206) configurada para proporcionar una pluralidad de tensiones de control (V₁, V₂, V₃ ...) a dichos primer y segundo osciladores (201, 202), habiendo tantos valores para las tensiones de control (V₁, V₂, V₃ ...) como número de valores de fase necesarios para un determinado tipo de modulación de fase, donde dichos valores de fase se ajustan mediante el ajuste de al menos una de dichas tensiones de control (V₁, V₂, V₃ ...).

2. El modulador de fase (20) de la reivindicación 1, donde dichos medios (207) para inyectar dicha señal de entrada procedente del generador (200), desfasada 180º, simultáneamente a cada uno de dichos primer y segundo osciladores (201, 202) comprenden un transformador.

3. El modulador de fase (20) de la reivindicación 1, donde dichos medios (207) para inyectar dicha señal de entrada procedente del generador (200), desfasada 180º, simultáneamente a cada uno de dichos primer y segundo osciladores (201, 202) comprenden un divisor de potencia.

4. El modulador de fase (20) de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende además un codificador digital-analógico (208) configurado para, si la señal a transmitir es digital, codificar el tren de bits de entrada en símbolos adecuados al tipo de modulación que se vaya a utilizar, de forma que dichos valores de las tensiones de control (V₁, V₂, V₃ ...) sean los adecuados para que el valor de fase a la salida (205) corresponda con el valor correspondiente a cada símbolo.

5. El modulador de fase (20) de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, configurado para proporcionar a su salida (205) una señal modulada del tipo M-PSK.

6. El modulador de fase (20) de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, configurado para proporcionar una señal de salida (205) a una frecuencia que se encuentra en la banda comprendida entre los 300 MHz y los 30 GHz.