Formador analógico de vías reconfigurable para una red de antenas.

Formador de vías que puede equipar una red de antenas que incluye MxN subredes (310i),

componiendo el formadorde vías (300) M vías de salida (X), y caracterizado porque incluye:

- un primer conjunto (310) de MxN conmutadores (310i) que comprenden cada uno una entrada y M salidas,siendo la entrada de cada conmutador (310i) capaz de recibir una señal de radiofrecuencia procedente de unade las subredes (301i), y

- para cada vía de salida (X):

* un segundo elemento (X320) de MxN-N conmutadores (X320i) que comprenden cada uno una entrada y Nsalidas, estando la entrada de cada conmutador (X320) conectada a una salida de uno de losconmutadores (310N+1-310MxM) del primer conjunto (310),

* un tercer conjunto (X330) de N conmutadores (X330m) que comprenden cada uno MxN-N+1 entradas yuna salida, estando las entradas de cada conmutador (X330m) conectadas a una salida de cada uno de losconmutadores (X320j) del segundo conjunto (X320) y a una salida de uno de los N conmutadores (3101-310N)) del primer conjunto (310) no conectados a uno de los conmutadores (X320j) del segundo conjunto(X320), y

* un sumador (X34) que comprende N entradas y una salida, estando las entradas conectadas a la salida decada uno de los conmutadores (X330m) del tercer conjunto (X330), formando la salida una vía de salida (X).

Formador analógico de vías reconfigurable para una red de antenas

La invención se sitúa en el campo de las redes de antenas, en particular de las antenas activas de barrido electrónico. Se refiere a un formador de vías que puede equipar tal red de antenas y a un dispositivo de antena que incluye una red de antenas y un formador de vías.

Una red de antenas denominada activa presenta una arquitectura de amplificación distribuida, es decir que comprende un elemento de amplificación de radiofrecuencia posicionado entre el punto de entrada de la red de antenas y cada elemento radiante de la red de antenas. Los elementos de amplificación son, generalmente, módulos que pueden ser utilizados a la vez en modo de emisión y en modo de recepción. Una red de antenas activa de barrido electrónico permite modificar con control electrónico la directividad y la orientación del haz emitido por la red de antenas. Para esto, los módulos de emisión y de recepción insertados entre el punto de entrada de la red de antenas y los elementos radiantes incluyen, además, elementos de desfase. Una antena de barrido electrónico permite de este modo, en tiempos relativamente cortos, asegurar bien un barrido continuo del espacio, bien apuntamiento sucesivos en direcciones bien determinadas, bien alternancias de ha estrecho/haz extendido, bien cualquier otra combinación de estas situaciones.

Las redes de antenas pueden incluir un gran número de elementos radiantes, que pueden alcanzar varios millares. En este caso, los módulos de emisión/recepción asociados a los elementos radiantes no están por lo general controlados individualmente sino por en bloques. Los elementos radiantes y sus módulos de emisión/recepción asociados están de este modo agrupados en diferentes conjuntos denominados subredes. Desde el punto de vista de la cadena de procesamiento de la red de antenas, una subred es percibida como que incluye un único módulo de emisión/recepción y un único elemento radiante.

Las redes de antenas actuales para aplicación de radar aerotransportadas están típicamente divididas en cuatro subredes. La figura 1 representa esquemáticamente una red de antenas 1 que comprende, por una parte, elementos radiantes 2 dispuestos formando un disco y, por otra parte, un formador de vías 3. La red de antenas 1 está dividida en cuatro subredes que forman geométricamente cuatro cuadrantes 2a, 2bm 2c y 2d. Cada cuadrante genera una señal de radiofrecuencia RFa-RFb sensiblemente igual a la suma de todas las señales de radiofrecuencia asociadas a los elementos radiantes de la subred considerada. El formador de vías 3 incluye cuatro acopladores conocidos por el experto en la técnica con el nombre de “Tés mágicas”. Un primer acoplador 31 recibe respectivamente en una primera y una segunda entradas la señal RFa del primer cuadrante 2a y la señal de radiofrecuencia RFb del segundo cuadrante 2b. Una primera salida del primer acoplador 31 proporciona en una primera vía 3a una señal de radiofrecuencia RFa+Fb igual a la suma de las señales de radiofrecuencia RFa y RFb. Una segunda salida del primer acoplador 31 proporciona en una segunda vía 3b una señal de radiofrecuencia RFa+b igual a la señal de radiofrecuencia RFa sustraída de la señal de radiofrecuencia RFb. De manera simétrica, un segundo acoplador 32 recibe respectivamente en una primera y una segunda entrada la señal de radiofrecuencia RFc del tercer cuadrante 2c y la señal de radiofrecuencia RFd del cuarto cuadrante 2d. Una primera salida del segundo acoplador 32 proporciona en una tercera vía 3c una señal de radiofrecuencia RFc+RFd igual a la suma de los señales de radiofrecuencia RFc y RFd. Una segunda salida del segundo acoplador 32 proporciona en una cuarta vía una señal de radiofrecuencia RFc-d igual a la señal de RFc-d igual a la señal de radiofrecuencia RFc y RFd. Una segunda salida del segundo acoplador 32 proporciona en una cuarta vía 3d una señal de radiofrecuencia RFc-d igual a la señal de radiofrecuencia RFd. Un tercer acoplador 33 recibe respectivamente en una primera y una segunda entrada la señal de radiofrecuencia RFL, denominada “señal de suma”, igual a la suma de las señales de radiofrecuencia RFa+b y RFc+d. Una segunda salida de este acoplador 33 proporciona una señal de radiofrecuencia RFLC, denominada "se ñal de diferencia circular” igual a laseñal de radiofrecuencia RFc+d sustraída de la señal de radiofrecuencia RFa+b. Finalmente, un cuarto acoplador 34 proporciona una señal de radiofrecuencia RFLE, denominada “señal de diferencia de elevación” igual a la suma de las señales de radiofrecuencia Rfa+b y Rfc-d. Las señales de suma, diferencia circular, y diferencia de elevación se llaman habitualmente señales de monopulso. Estas señales son generalmente recibidas en vías de recepción de una cadena de procesamiento.

Se puede introducir un grado de libertad en la formación de las señales de suma, diferencia circular y diferencia de elevación. Con este fin, cada cuadrante 2a-b se divide en dos sectores, incluyendo de este modo la red de antenas ocho subredes. El formador de vías 3 incluye, además de los acopladores 31-34, un conjunto formado por un conmutador de transferencia y un acoplador para cada cuadrante 2a-2d de la red de antenas. La figura 2 ilustra esquemáticamente el cuadrante 2d de tal red de antenas. El cuadrante 2d está dividido en dos sectores 21 y 22, proporcionando cada sector una señal de radiofrecuencia RF21 o RF22. Un acoplador 23 y un conmutador de transferencia 24 están dispuestos para recibir las señales de radiofrecuencia RF21 y RF22 y proporcionar en una vía 25 una señal de radiofrecuencia RF25 igual, bien a la señal de radiofrecuencia RF22, bien a la suma de las señales de radiofrecuencia RF21 y RF22, en función del estado del conmutador 24. La vía 25 está conectada a la segunda entrada del acoplador 32. La vía 25 está conectada a la segunda entrada del acoplador 32. El conjunto formado por el conmutador de transferencia y el acoplador de cada cuadrante 2a-2d permite de este modo que el formador de vías 3 proporcione señales de monopulso basados bien en el conjunto de los elementos radiantes 2 de la red de antenas 1, bien en una parte solo de los elementos radiantes 2 de la red de antenas 1.

Sin embargo, con el desarrollo de los procesamientos de radar, este grado de libertad es insuficiente. En efecto, las redes de antenas necesitan una división cada vez más fina de la red al mismo tiempo que una posibilidad de reconfiguración del encaminamiento de las señales de radiofrecuencia en las diferentes vías de recepción de la red de antenas. A título de ejemplo, se pueden mencionar los procesamientos adaptativos espacio-temporales conocidos por el experto en la técnica por la expresión anglosajona “Space-Time Adaptative Processing” o STAP. Estos procesamientos permiten combatir los ecos parásitos y eliminar las señales parásitas emitiendo un haz cuyo diagrama de radiación presenta un lóbulo principal relativamente fino y efectuando un procesamiento multivías en la recepción. Más generalmente, una red de antenas puede ser utilizada en múltiples aplicaciones, tales como la detección y el seguimiento de objetivos, la guerra electrónica o también las comunicaciones. Las subredes se deben entonces agrupar según combinaciones que dependen de la aplicación.

Los formadores clásicos de vías son fijos, en el sentido en que no pueden ser configurados para realizar otras operaciones en las señales de radiofrecuencia procedentes de las subredes distintas de las operaciones preestablecidas. Por ejemplo, no permiten proporcionar otras señales distintas de las señales de suma, diferencia circular y diferencia de elevación. Los formadores clásicos de vías no permiten tampoco agrupar subredes según combinaciones variables. Por lo tanto están por lo general limitados a una sola aplicación específica. Una solución para realizar cualquier combinación de subredes sería digitalizar individualmente todas las señales de radiofrecuencia y sumarlas digitalmente. Tal solución es sin embargo poco considerable a medio plazo para antenas que comprenden un gran número de subredes, por ejemplo superior a ocho. La conversión analógica-digital y el encaminamiento de una señal de radiofrecuencia para cada subred plantean problemas de coste y de dimensión evidentes, en particular cuando las señales de radiofrecuencia son de banda ancha.

El documento FR 2686457 A1 describe una antena de barrido electrónico que incluye varios grupos de transductores asociados cada uno a un multiplexor.

Un objetivo de la invención... [Seguir leyendo]

1. Formador de vías que puede equipar una red de antenas que incluye MxN subredes (310i) , componiendo el formador de vías (300) M vías de salida (X) , y caracterizado porque incluye:

- un primer conjunto (310) de MxN conmutadores (310i) que comprenden cada uno una entrada y M salidas, siendo la entrada de cada conmutador (310i) capaz de recibir una señal de radiofrecuencia procedente de una de las subredes (301i) , y

- para cada vía de salida (X) :

• un segundo elemento (X320) de MxN-N conmutadores (X320i) que comprenden cada uno una entrada y N salidas, estando la entrada de cada conmutador (X320) conectada a una salida de uno de los conmutadores (310N+1-310MxM) del primer conjunto (310) ,

• un tercer conjunto (X330) de N conmutadores (X330m) que comprenden cada uno MxN-N+1 entradas y una salida, estando las entradas de cada conmutador (X330m) conectadas a una salida de cada uno de los conmutadores (X320j) del segundo conjunto (X320) y a una salida de uno de los N conmutadores (3101310N) ) del primer conjunto (310) no conectados a uno de los conmutadores (X320j) del segundo conjunto (X320) , y

• un sumador (X34) que comprende N entradas y una salida, estando las entradas conectadas a la salida de cada uno de los conmutadores (X330m) del tercer conjunto (X330) , formando la salida una vía de salida (X) .

2. Formador de vías que puede equipar una red de antenas que incluye MxN subredes (310i) , componiendo el formador de vías (400) M vías de salida (X) , y caracterizado porque incluye:

- un primer conjunto (410) de M conmutadores (410p) que comprenden cada uno una entrada y M salidas, siendo la entrada de cada conmutador (410p) capaz de recibir una señal de radiofrecuencia procedente de una de las subredes (3011-301M) .

- un segundo conjunto (420) de MxN-N conmutadores (420q) que comprenden cada uno una entrada y MxN salidas, siendo la entrada de cada conmutador (420q) capaz de recibir una señal de radiofrecuencia procedente de una de las subredes (301M+1-301MxN) , y

- para cada vía de salida (X) :

• un tercer conjunto (X330) de N conmutadores (X330m) que comprenden cada uno MxN-N+1 entradas y una salida, estando las entradas de cada conmutador (X330m) conectadas a una salida de uno de los M conmutadores (410p) del primer conjunto (410) y a una salida de cada uno de los conmutadores (420q) del segundo conjunto (420) , y

• un sumador (X34) que comprende N entradas y una salida, estando las entradas conectadas a la salida de cada uno de los conmutadores (X330m) del tercer conjunto (X330) , formando la salida una vía de salida (X) .

3. Dispositivo de antena que incluye una red de antenas y un formador de vías (300, 400) según una de las reivindicaciones 1 y 2, comprendiendo la red de antenas MxN subredes (301i) cada una capaz de proporcionar una señal de radiofrecuencia y M vías de recepción, cada una capaz de recibir una señal de radiofrecuencia, estando cada vía de salida (X) del formador de vías (300, 400) conectado a una de las vías de recepción de la red de antenas.

4. Dispositivo de antena según la reivindicación 3 que incluye un formador de vías (300) según la reivindicación 1, en el cual una salida de cada subred (301i) de la red de antenas está conectada a la entrada de uno de los conmutadores (310i) del primer conjunto (310) .

5. Dispositivo de antena según la reivindicación 3 que incluye un formador de vías (400) según la reivindicación 2, en el cual una salida de M subredes (3011-301M) de la red de antenas está conectada a la entrada de uno de los conmutadores (410p) del primer conjunto (410) , estando una salida de las MxN-M subredes (301M+1-301MxN) restantes conectada a la entrada de uno de los conmutadores (420q) del segundo conjunto.