Aparato para dirigir haces que comprende:

una distribución de antenas que tiene una pluralidad de elementos (400a-d) de antena,

los elementos de antena están dispuestos espacialmente unos respecto otros y se pueden hacer funcionar para recibir señales;

unos medios de modulación de señal que comprenden una pluralidad de moduladores ópticos (413a-d) cada uno de ellos está asociado con uno diferente de los elementos de antena y se puede hacer funcionar para modular las señales recibidas de ese modo sobre un respectivo portador óptico diferente;

unos medios de retraso (401 a-d, 403 a, b) dispuestos para aplicar una cantidad de retraso a señales ópticas moduladas que pasan a través de los mismos con respecto a uno o más de los elementos de antena;

unos medios de desmultiplexación (415) que se pueden hacer funcionar para separar los portadores ópticos modulados dentro de una señal óptica de salida de los medios de retraso;

unos medios de desmodulación (415) que se pueden hacer funcionar para demodular la señal recibida por cada elemento de antena desde el respectivo portador óptico modulado separado; y

unos medios de combinación (417) que se pueden hacer funcionar para combinar las señales recibidas demoduladas de salida de los medios de desmodulación,

caracterizado porque los medios de retraso comprenden:

una pluralidad de primeras unidades de retraso (401 a-d), cada una de las cuales se asocia con uno diferente de los elementos de antena y se puede hacer funcionar para aplicar de forma selectiva ya sea una primera cantidad de retraso o una segunda cantidad de retraso a la señal óptica modulada respectiva que pasa a través del mismo; y

una pluralidad de segundas unidades de retraso (403 a, b), cada una de las cuales está vinculada en serie a por lo menos una de las primeras unidades de retraso y se puede hacer funcionar para aplicar de forma selectiva ya sea una tercera cantidad de retraso o una cuarta cantidad de retraso a las señales ópticas moduladas que pasan a través del mismo,

y en donde por lo menos una de dichas segundas unidades de retraso (403a, b) está conectada en serie a por lo menos dos de las primeras unidades de retraso (401 a-d) .

Aparato para dirigir un haz, con retraso óptico.

Campo de la invención

La presente invención está relacionada con aparatos para dirigir haces y es adecuada, en particular, pero no exclusivamente, para su uso con antenas dispuestas para transmitir-recibir señales de radiofrecuencia.

Antecedentes de la invención

Muchos diferentes sistemas de procesamiento de señales se enfrentan con el problema de captar las señales que provienen de diferentes direcciones. Ejemplos de tales sistemas incluyen las estaciones base de radiofrecuencia (RF) , sistemas de control de tráfico aéreo y los sistemas de satélites (por nombrar algunos) , que utilizan dispositivos mecánicos que comprenden una antena que se mueve físicamente en el espacio, o dispositivos electrónicos que comprenden elementos de antena que aplican diversos cambios de fase a las señales incidentes, dirigiendo con ello con efectividad la señal incidente. Estos dispositivos electrónicos se denominan comúnmente como distribuciones de antenas en fase y cada vez son más y más comúnmente utilizados en sensores de RF y sistemas de comunicación porque no suponen movimiento físico de la antena y son capaces de mover un haz rápidamente desde una posición a la siguiente.

Las distribuciones en fase se implementan convencionalmente mediante la aplicación de un peso de fase y de amplitud a un elemento de una distribución de antenas. Mediante la alteración de la pendiente de fase aplicada en toda la distribución puede controlarse la dirección del haz. Como alternativa, se aplica un retraso de tiempo a un elemento de una distribución de antenas; una ventaja de aplicar retrasos de tiempo en contraposición a un cambio de fase es que el tiempo es independiente de la frecuencia, mientras que la fase depende de la frecuencia (para dos frecuencias diferentes, la misma cantidad de fase es equivalente a dos diferentes cantidades de tiempo y, de este modo, dos diferentes direcciones de haz; si dos señales de diferentes frecuencias se reciben y procesan en el mismo momento, esta misma cantidad de fase se traducirá en que los haces que son dirigidos en dos direcciones diferentes) .

Las antenas que están diseñadas para recibir instantáneamente señales en una amplia gama de frecuencias habitualmente aplican una cantidad de tiempo a cada elemento en lugar de una cantidad de fase, ya que esto permite que los haces incidentes puedan ser dirigidos con independencia de sus respectivas frecuencias. Los sistemas de retraso de tiempo comprenden esencialmente unidades de retraso de tiempo que tienen unas líneas de transmisión de diferentes longitudes y las señales entrantes se pasan a través de diversas longitudes a fin de modificar la dirección del haz. Los sistemas convencionales suelen incluir dispositivos digitales que se conmutan en estas líneas de transmisión, añadiendo con efectividad “bits” discretos de retraso de tiempo a los haces. Un problema con estos sistemas es que las líneas de transmisión ocupan espacio físico, y, en el caso de una gran distribución de elementos de antena, se necesitan muchas diferentes longitudes de las líneas de transmisión, lo que se traduce en disposiciones voluminosas y costosas.

Sumario de la invención

Según un primer aspecto de la presente invención, se proporciona un aparato para dirigir haces que comprende:

una distribución de antenas que tiene una pluralidad de elementos de antena, los elementos de antena están dispuestos espacialmente unos respecto otros y se pueden hacer funcionar para recibir señales;

unos medios de modulación de señal que comprenden una pluralidad de moduladores ópticos cada uno de ellos está asociado con uno diferente de los elementos de antena y se pueden hacer funcionar para modular las señales recibidas de ese modo sobre un respectivo portador óptico diferente;

unos medios de retraso dispuestos para aplicar una cantidad de retraso a señales ópticas moduladas que pasan a través de con respecto a uno o más de los elementos de antena;

unos medios de desmultiplexación que se pueden hacer funcionar para separar los portadores ópticos modulados dentro de una señal óptica de salida de los medios de retraso;

unos medios de desmodulación que se pueden hacer funcionar para demodular la señal recibida por cada elemento de antena desde el respectivo portador óptico modulado separado; y

unos medios de combinación que se pueden hacer funcionar para combinar las señales recibidas demoduladas de salida de los medios de desmodulación,

caracterizado porque los medios de retraso comprenden:

una pluralidad de primeras unidades de retraso, cada una de las cuales se asocia con uno diferente de los elementos de antena y se pueden hacer funcionar para aplicar de forma selectiva ya sea una primera cantidad de retraso o una segunda cantidad de retraso a la señal óptica modulada respectiva que pasa a través del mismo; y

una pluralidad de segundas unidades de retraso, cada una de las cuales está vinculada en serie a por lo menos una de las primeras unidades de retraso y se puede hacer funcionar para aplicar de forma selectiva ya sea una tercera cantidad de retraso o una cuarta cantidad de retraso a las señales ópticas moduladas que pasan a través del mismo,

y en donde por lo menos una de dichas segundas unidades de retraso está conectada en serie a por lo menos dos de las primeras unidades de retraso.

Las características de pre-caracterización de la reivindicación 1 se describen en un documento de NA Riza et al, Applied Optics (1997) Vol. 36 nº 5 págs. 983-996.

Preferentemente, cada portador óptico tiene una frecuencia diferente a la de los otros portadores. Esto tiene la ventaja de que el número de diferentes portadores ópticos modulados puede pasar a través de la misma sección de fibra óptica sin que tengan lugar interferencias entre esos portadores. Preferible los portadores ópticos son generados por láser.

De este modo, en realizaciones de la invención una segunda unidad dada de retraso es reutilizada efectivamente por una pluralidad de primeras unidades de retraso, lo que significa que se minimiza la duplicación de segundas unidades de retraso. Por otra parte, diferentes portadores ópticos modulados pueden combinarse en una sola fibra óptica para la entrada a una segunda unidad de retraso que está vinculada a una serie de primeras unidades de retraso de modo que cada uno de los portadores ópticos modulados combinados se retrasan al mismo tiempo, una cantidad seleccionada, sin la necesidad de separar los diferentes portadores ópticos modulados.

En el caso de que la distribución de antenas comprenda un número significativo de unidades de antena, y los circuitos de retraso comprendan un número significativo correspondiente de primeras unidades de retraso, los circuitos de retraso comprenden preferiblemente más unidades de retraso dispuestas en serie con las segundas unidades de retraso, y cada unidad de retraso adicional está conectada a por lo menos dos segundas unidades de retraso. De este modo, esta característica de reutilización de unidades de retraso de tiempo es reproducida por cada conjunto de unidades de retraso de tiempo.

En una realización los circuitos de retraso son proporcionados por una pluralidad de conmutares opto-electrónicos que se pueden hacer funcionar para encaminar una señal óptica a través de diferentes longitudes de línea de retraso de fibra óptica para proporcionar selectivamente la cantidad necesaria de retraso. Tales conmutadores optoelectrónicos pueden disponerse en serie entre sí, y una primera diferencia entre la primera y la segunda cantidad de retraso es diferente a una segunda diferencia entre la tercera y la cuarta cantidad de retraso. En disposiciones preferidas la segunda diferencia es mayor que la primera diferencia, y las señales modificadas por dichas por lo menos dos primeras unidades de retraso se combinan antes de modificaciones adicionales por parte de la segunda unidad de retraso.

En realizaciones preferidas de la presente invención se utiliza fibra óptica como medio de transmisión. Esto tiene varias ventajas en comparación con la técnica anterior que utiliza de cables para transmitir señales de radiofrecuencia a través de una serie de circuitos de retraso. En particular, al utilizar fibra óptica, pueden reducirse las pérdidas de señal y los efectos de dispersión y... [Seguir leyendo]

1. Aparato para dirigir haces que comprende:

una distribución de antenas que tiene una pluralidad de elementos (400a-d) de antena, los elementos de antena están dispuestos espacialmente unos respecto otros y se pueden hacer funcionar para recibir señales;

unos medios de modulación de señal que comprenden una pluralidad de moduladores ópticos (413a-d) cada uno de ellos está asociado con uno diferente de los elementos de antena y se puede hacer funcionar para modular las señales recibidas de ese modo sobre un respectivo portador óptico diferente;

unos medios de retraso (401 a-d, 403 a, b) dispuestos para aplicar una cantidad de retraso a señales ópticas moduladas que pasan a través de los mismos con respecto a uno o más de los elementos de antena;

unos medios de desmultiplexación (415) que se pueden hacer funcionar para separar los portadores ópticos modulados dentro de una señal óptica de salida de los medios de retraso;

unos medios de desmodulación (415) que se pueden hacer funcionar para demodular la señal recibida por cada elemento de antena desde el respectivo portador óptico modulado separado; y

unos medios de combinación (417) que se pueden hacer funcionar para combinar las señales recibidas demoduladas de salida de los medios de desmodulación,

caracterizado porque los medios de retraso comprenden:

una pluralidad de primeras unidades de retraso (401 a-d) , cada una de las cuales se asocia con uno diferente de los elementos de antena y se puede hacer funcionar para aplicar de forma selectiva ya sea una primera cantidad de retraso o una segunda cantidad de retraso a la señal óptica modulada respectiva que pasa a través del mismo; y

una pluralidad de segundas unidades de retraso (403 a, b) , cada una de las cuales está vinculada en serie a por lo menos una de las primeras unidades de retraso y se puede hacer funcionar para aplicar de forma selectiva ya sea una tercera cantidad de retraso o una cuarta cantidad de retraso a las señales ópticas moduladas que pasan a través del mismo,

y en donde por lo menos una de dichas segundas unidades de retraso (403a, b) está conectada en serie a por lo menos dos de las primeras unidades de retraso (401 a-d) .

2. Aparato para dirigir haces según la reivindicación 1, en donde cada uno de dichos portadores ópticos tiene una longitud de onda predeterminada que es diferente para cada elemento (400 a-d) de antena.

3. Aparato para dirigir haces según la reivindicación 2, en donde dichos medios de desmultiplexación (415) comprenden un desmultiplexor de división de longitud de onda.

4. Aparato para dirigir haces según la reivindicación 1, 2 o 3, en donde una primera diferencia, entre las primeras y las segundas cantidades de retraso, es diferente a una segunda diferencia, entre las terceras y las cuartas cantidades de retraso.

5. Aparato para dirigir haces según la reivindicación 4, en donde dicha segunda diferencia de retraso es mayor que dicha primera diferencia.

6. Aparato para dirigir haces según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende además unos medios ópticos de combinación (405a, b) dispuestos para combinar las señales ópticas moduladas modificadas por dichas por lo menos dos primeras unidades de retraso (401a-d) .

7. Aparato para dirigir haces según la reivindicación 6, en donde los medios ópticos de combinación (405a, b) se disponen para combinar las señales ópticas moduladas retrasadas por dichas por lo menos dos de las primeras unidades de retraso (401a-d) y para producir la señal combinada en una sola guía de ondas óptica para la entrada a dicha por lo menos una de dichas segundas unidades de retraso (403a, b) .

8. Aparato para dirigir haces según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde cada una de dichas primeras y segundas unidades de retraso (401a-d, 403 a, b) comprenden un dispositivo opto-eléctrico de conmutación dispuesto para aplicar de forma selectiva dichas respectivas cantidades de retraso a un portador óptico modulado que pasa por ella.

9. Aparato para dirigir haces según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde los elementos (400ad) de antena están dispuestos espacialmente para formar una distribución lineal.

10. Aparato para dirigir haces según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde los elementos (400ad) de antena están dispuestos espacialmente para formar una distribución circular.

11. Aparato para dirigir haces según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde los elementos (400ad) de antena están dispuestos espacialmente para formar una distribución plana.

12. Un método para combinar las señales recibidas por los elementos (400a-d) de antena de una distribución de antenas, la distribución de antenas tiene una pluralidad de dichos elementos de antena dispuestos espacialmente entre sí, el método comprende las etapas de:

(i.) para cada elemento de antena de la distribución, modular una señal recibida por el elemento de antena en un respectivo portador óptico diferente, cada uno de dichos portadores ópticos tiene una longitud de onda diferente;

(ii.) pasar cada una de las señales ópticas moduladas a través de los primeros medios de retraso que comprende una pluralidad de primeras unidades de retraso (401a-d) , una diferente de dicha pluralidad de primeras unidades de retraso se proporciona con respecto a cada elemento de antena para aplicar de forma selectiva ya sea una primera o segunda cantidad de retraso a la respectiva señal óptica modulada que pasa a través de ella;

(iii.) pasar las señales ópticas moduladas retrasadas por dichos primeros medios de retraso a través de unos segundos medios de retraso (403a, b) que comprenden una pluralidad de segundas unidades de retraso, en donde por lo menos una de dichas segundas unidades de retraso está vinculada a por lo menos dos de dichas primeras unidades de retraso y la salida de las señales ópticas moduladas de dichas por lo menos dos de dichas primeras unidades de retraso se recogen en el mismo guía de ondas ópticas para la entrada a dicha por lo menos una de dichas segundas unidades de retraso, cada una de dichas segundas unidades de retraso está dispuesta para aplicar de forma selectiva ya sea una tercera o una cuarta cantidad de retraso a las señales ópticas que pasan por ella;

(iv.) separar los portadores ópticos modulados retrasados, de la salida de los segundos medios de retraso, en un demultiplexor (415) ;

(v.) demodular la señal recibida por cada uno de dichos elementos de antena del respectivo portador óptico modulado retardado separado; y

(vi.) combinar las señales desmoduladas para producir una señal combinada como recibida por la distribución de antenas.

13. Un método según la reivindicación 12, en donde una primera diferencia, entre las primeras y las segundas cantidades de retraso, es diferente a una segunda diferencia, entre las terceras y las cuartas cantidades de retraso.

14. Un método según la reivindicación 13, en donde dicha segunda diferencia es mayor que dicha primera diferencia.